Методическая разработка урока по физике

 Тема урока: Закон Ома для полной цепи

Цели урока: ввести понятие «внутреннее сопротивление»; сформулировать закон Ома для полной цепи.

Задачи урока:

-       рассмотреть основные понятия темы;

-       развивать логическое мышление студентов, умения решать задачи;

-       формировать учебно-познавательную и жизненную компетентности, навыки самостоятельной работы;

-       продолжить формирование познавательного интереса.

Тип урока: урок формирования новых знаний.

Методы и формы проведения: лекция, самостоятельная работа, взаимопроверка, рефлексия.

Оборудование: компьютеры, плакаты, карточки-задания, учебники.

Ход урока

       I.            1. Организационный момент.

2. Сообщение темы и цели урока.

    II.            Актуализация опорных знаний. Самостоятельная работа. Взаимопроверка. (Приложение 1).

 III.            1. Изучение нового материала

          2. Закрепление нового материала

IV.            Подведение итогов.

   V.            Рефлексия «Похвали себя сам за то, что…»

Обучающиеся по очереди хвалят себя за то, что узнали, и то, как каждый работал на уроке. 

VI.            Домашнее задание:

Изучение нового материала

Рассказ преподавателя (мини-лекция)

Закон Ома для полной цепи

Рассмотрим простейшую полную (т. е. замкнутую) цепь, состоящую из источника тока (гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора сопротивлением R (рис. 1). Источник тока имеет ЭДС Ε и сопротивление r.

                Рис. 1

В генераторе r — это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе сопротивление раствора электролита и электродов.

Сопротивление источника называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления R цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи R + r. Эта связь может быть установлена теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля—Ленца.

Пусть за время Δt через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд Δq. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда Δq можно записать так: А_ст = ΕΔq. Согласно определению силы тока Δq = IΔt. Поэтому

А_ст = ΕIΔt.                    

При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых г и R, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля – Ленца оно равно:

Q = I²RΔt + I²rΔt.                    

По закону сохранения энергии А_ст = Q, откуда получаем:

Ε = IR + 1r.                    

Произведение силы тока и сопротивления участка цепи называют падением напряжения на этом участке.

Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжения на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к полному сопротивлению цепи:

Согласно этому закону сила тока в цепи зависит от трёх величин: ЭДС Ε сопротивлений R внешнего и г внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R >> r). При этом напряжение на зажимах источника примерно равно ЭДС: U = IR = Ε - Ir ≈ Ε

При коротком замыкании, когда R ≈ 0, сила тока в цепи  и определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r ≈ 0,1 — 0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

Если цепь содержит несколько последовательно соединённых элементов с ЭДС Ε₁, Ε₂, Ε₃ и т. д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.

Для определения знака ЭДС любого источника нужно вначале условиться относительно выбора положительного направления обхода контура. На рисунке 2 положительным (произвольно) считают направление обхода против часовой стрелки.

Если при обходе цепи данный источник стремится вызвать ток в направлении обхода, то его ЭДС считается положительной: Ε > 0. Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу.

Если же при обходе цепи данный источник вызывает ток против направления обхода цепи, то его ЭДС будет отрицательной: Ε < 0.

                  Рис. 2

Сторонние силы внутри источника совершают отрицательную работу. Так, для цепи, изображённой на рисунке 2, при обходе контура против часовой стрелки получаем следующее уравнение:

Ε_п = Ε₁ + Ε₂ + Ε₃ = lΕ₁| - |Ε₂| + |Ε₃|

Если Ε_п > 0, то согласно формуле (15.20) сила тока I > 0, т. е. направление тока совпадает с выбранным направлением обхода контура. При Ε_п < 0, наоборот, направление тока противоположно выбранному направлению обхода контура. Полное сопротивление цепи R_п равно сумме всех сопротивлений (см. рис. 2):

R_п = R + r₁ + r₂ + r₃.

Для любого замкнутого участка цепи, содержащего несколько источников токов, справедливо следующее правило: алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме ЭДС на этом участке (второе правило Кирхгофа):

I₁R₁+ I₂R₂ + ... + I_nR_n = Ε₁ + Ε₂ + ... + Ε_m

2. Закрепление нового материала

1. Ответить на вопросы

1. От чего зависит знак ЭДС в законе Ома для замкнутой цепи?

2. Чему равно внешнее сопротивление в случае: а) короткого замыкания; б) разомкнутой цепи?

3. Из каких элементов состоит полная электрическая цепь?

4. Почему сопротивление амперметра должно быть малым, а сопротивление ИВ вольтметра – большим?

3. Решения задач.

Задача 1. ЭДС источника тока  ε=12 Вт, внутреннее сопротивление источника тока r=2Ом, сопротивление внешней цепи R=22Ом.
Вычислить силу тока цепи.

ε=12 Вт                   I=ε/(R+r)

r=2Ом                    І = 12/(22+2) = 0,5 А

R=22Ом

І -?                     

Задача 2. Сила тока в электрической цепи равна 2 А, внутреннее сопротивление батареи r=1Ом, сопротивление внешней цепи R=19Ом. Найти ЭДС батареи  ε.

Дано:
r=1Ом                       I=ε/(R+r);       I(R+r)=ε(R+r)⋅(R+r);  I(R+r)=ε
R=19Ом                   ε=I(R+r);        ε=2А⋅(19Ом+1Ом)=40Вт
I=2А

ε−?

Ответ: ε=40Вт
Решить самостоятельно

Рассчитайте силу тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, ЭДС которого равна 10 В, а внутреннее сопротивление равно 1 Ом. Сопротивление резистора равно 4 Ом.

1) 2 А       2) 2,5 А     3) 10 А       4) 50 А

Домашнее задание.

1. Проработать теоретический материал лекции и § 106, написать конспект новой темы. Найти информацию в Интернете «Короткое замыкание».  Решить задачу:

1) Подсчитать, сколько энергии потребляют электрические приборы у вас дома за 1 час работы?

2) За месяц (30 дней), сколько это стоит?

Информационные источники (основные учебники по предмету)

1. Мякишев Г.Я. Физика. 10 класс. Учеб. для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. Н.А. Парфентьевой – М.: Просвещение, 2016. – 416 с.: ил. – (Классический курс).

Источники Интернет

1. https://videouroki.net/video/73-eliektrodvizhushchaia-sila-zakon-oma-dlia-polnoi-tsiepi.html

Приложение 1

Тест по теме: Работа электрического тока. Закон Джоуля – Ленца. Мощность электрического тока.

1. Укажите формулу для расчета работы электрического тока

a.       A=F*S

b.      A=IUt

c.       Р=IU

d.      Q=I²Rt

2. Укажите формулу для расчета мощности электрического тока

a.       A=F*S

b.      A=IUt

c.       Р=IU

d.      Q=I²Rt

3. Единица измерения работы электрического тока

a.       Ампер

b.      кВтч

c.       Ватт

d.      Вольт

4. Единица измерения мощности электрического тока

a.       Ампер

b.      кВтч

c.       Ватт

d.      Вольт

5. Q=I²Rt это есть закон…

a.       Ампера

b.      Ома

c.       Фарадея

d.      Джоуля-Ленца

6. Прибор для измерения работы электрического тока называется…

a.       Амперметр

b.      Омметр

c.       Электрический счетчик

d.      Вольтметр

7. Прибор для измерения мощности электрического тока называется…

a.       Амперметр

b.      Омметр

c.       Электрический счетчик

d.      Ваттметр

8. Электрическая лампа рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 0,45 А. Вычислите мощность тока в лампе.

a.       4100 Вт

b.      100 Вт

c.       99 Вт

d.      60 Вт

9. Сколько электроэнергии за 1,5 ч расходует утюг, рассчитанный на мощность 300 Вт?

a.       045 кВт·ч

b.      100 кВт

c.       10 кВт·ч

d.      200 кВт·ч

e.       0,8 кВт·ч.

10. На явлении нагревания проводников устроена работа:

a.       Дуговой сварки

b.      Газового светильника

c.       Неоновых ламп

d.      Кварцевых часов

e.       Скачано с www.znanio.ru