Источник тока. Электродвижущая сила. Замкнутая электрическая цепь. Закон Ома для полной цепи
Другие проекты автора
Описание проекта
Методический конструктор образовательного занятия
Предмет | физика |
Класс | 11Б класс |
Уровень освоения программного материала | Базовый |
Объем учебной нагрузки | 2 часа в неделю |
Используемый УМК | Физика : 11 класс : базовый и углубленный уровни : учебник для учащихся образовательных организаций / А.В.Грачев, В.А. Погожев, А.М. Селецкий и др. – 2-е изд., испр. И доп. – М. : Вентана-Граф, 2017. – 464 с. Вкл. 0,5 : ил. |
Ф.И.О. учителя | Семенова Татьяна Викторовна |
Дата проведения | 21.09.2021 г. |
Тема урока | Источник тока. Электродвижущая сила. Замкнутая электрическая цепь. Закон Ома для полной цепи |
Методическая цель | Развитие читательской и естественнонаучной грамотности на уроках естественнонаучного цикла посредством использования моделей смешанного обучения |
Используемая модель смешанного обучения | «Ротация станций» («Смена рабочих зон») |
Цель (ли) урока | Содержательная: формирование системы знаний об источниках электрического тока и потребителях, физическом смысле понятия «Электродивижущая сила», о закономерности процессов в замкнутой электрической цепи. Деятельностная: развитие у учащихся навыков смыслового анализа текста, умения самостоятельно осуществлять отбор и интерпретацию информации, полученной из разных источников для описания и понимания процессов, протекающих в замкнутой электрической цепи. |
Задачи урока | Для учителя: - создать необходимые условия для развития познавательного интереса учащихся посредством организации образовательного пространства урока с использованием модели смешанного обучения; - отрабатывать у учащихся навыки работы с научно-публицистическими текстами и другими источниками информации; - развивать ИКТ- компетентность учащихся; - развивать у учащихся чувство ответственности за результаты своего учебного труда Для учащихся: - осуществлять поиск и преобразование необходимой информации для характеристики физических процессов, протекающих в замкнутой электрической цепи; - сформировать математический образ физических процессов актуальных для замкнутой электрической цепи; - осознанно применять в учебной деятельности образовательный контент ресурсов сети Интернет. |
Развиваемые (формируемые) УУД | Познавательные: учащиеся анализируют условия и требования задачи. Выражают структуру задачи разными средствами, выбирают обобщенные стратегии решения Регулятивные: умение самостоятельно контролировать своё время и управлять им. |
Необходимые материалы, оборудование | мультимедийный комплект, кейсы (фрагменты научно-публицистических текстов и научной литературы) |
Ход образовательного занятия
Элементы структуры образовательного занятия (этапы) | Деятельность учителя | Деятельность учащихся |
Подготовительный | Делит учащихся на 3 группы по результатам домашнего тестирования, осуществлённого на домашнем этапе контроля знаний Определяет маршрут деятельности каждой группы. | Знакомятся с маршрутными листами учебной деятельности групп. |
Мотивационно-целевой | Создает мотивационное поле для активного вовлечения учащихся в учебный процесс, используя мотивирующий прием «Необычное в обычном» Организует работу учащихся по осмыслению темы урока, подводит их к определению цели урока через формулирование учебных вопросов. Дает старт для начала организованной работы в зонах. | Участвуют в осуществлении деятельностного целеполагания: - выдвигают предположения о предстоящей теме урока; - размышляют над формулировкой темы урока; - совместно с учителем определяют цель урока. |
Процессуальный | Организует работу учащихся в 3-х зонах в соответствии с моделью смешанного обучения «Ротация станций» или «Смена рабочих зон»: - зона работы с учителем (зона живого сотрудничества» - зона онлайн (зона цифры) - зона групповой работы (зона живого общения) | - осуществляют поиск и преобразование необходимой информации для характеристики факторов, влияющих на изменение рельефа; - самостоятельно или с помощью учителя изучают опасные природные явления, связанные с литосферой, определяют их влияние на жизнедеятельность человека; - применяют в учебной деятельности образовательный контент ресурсов сети Интернет. (см. Маршрутные листы) |
Рефлексивный | Возвращает внимание учащихся к цели урока, обсуждает с ними, насколько достигнута цель урока. Предлагает учащимся: 1) вариативное домашнее задание (по группам) См. Маршрутный лист. 2) выполнение теста на закрепление изученного материала на платформе Дневник.ру. Предлагает учащимся выразить своё отношение к деятельности на уроке, используя рефлексивный приём «Зона работы и зона результата». | Участвуют в диалоге с учителем, фиксируют домашнее задание. Осуществляют содержательную и эмоциональную рефлексию собственной образовательной деятельности на уроке |
Дидактические материалы к образовательному занятию
КейсI«ЭДС. Закон Ома для полной цепи»
https://educon.by/index.php/materials/phys/elektricheskij-tok
Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической замкнутой цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.
Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.
При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):
Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
Закон Ома для полной (замкнутой) цепи: сила тока в замкнутой цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на общее (внутреннее + внешнее) сопротивление цепи:
Сопротивление r – внутреннее (собственное) сопротивление источника тока (зависит от внутреннего строения источника). Сопротивление R – сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление цепи).
Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника):
Важно понять и запомнить: ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не меняются, при подключении разных нагрузок.
Если сопротивление нагрузки равно нулю (источник замыкается сам на себя) или много меньше сопротивления источника, то тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:
Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик, и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.
Несколько источников ЭДС в цепи
Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно, то:
1. При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:
Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.
2. При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:
В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.
При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:
В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.
КейсII«Энергобаланс замкнутой цепи»
https://educon.by/index.php/materials/phys/elektricheskij-tok
Рассмотримтеперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. В этом случае полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:
Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:
Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R1 и R2 на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:
Мощность потерь или мощность внутри источника тока:
Полная мощность, развиваемая источником тока:
КПД источника тока:
КейсIII«Электрический ток. Сила тока. Сопротивление»
https://educon.by/index.php/materials/phys/elektricheskij-tok
В проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, хотя в большинстве случае движутся электроны – отрицательно заряженные частицы.
Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:
Если ток не постоянный, то для нахождения количества прошедшего через проводник заряда рассчитывают площадь фигуры под графиком зависимости силы тока от времени.
Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Сила тока измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. 1 А = 1 Кл/с.
Средняя сила тока находится как отношение всего заряда ко всему времени (т.е. по тому же принципу, что и средняя скорость или любая другая средняя величина в физике):
Если же ток равномерно меняется с течением времени от значения I1 до значения I2, то можно значение среднего тока можно найти как среднеарифметическое крайних значений:
Плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу поперечного сечения проводника, рассчитывается по формуле:
При прохождении тока по проводнику ток испытывает сопротивление со стороны проводника. Причина сопротивления – взаимодействие зарядов с атомами вещества проводника и между собой. Единица измерения сопротивления 1 Ом. Сопротивление проводника R определяется по формуле:
где: l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление материала проводника (будьте внимательны и не перепутайте последнюю величину с плотностью вещества), которое характеризует способность материала проводника противодействовать прохождению тока. То есть это такая же характеристика вещества, как и многие другие: удельная теплоемкость, плотность, температура плавления и т.д. Единица измерения удельного сопротивления 1 Ом·м. Удельное сопротивление вещества – табличная величина.
Сопротивление проводника зависит и от его температуры:
где: R0 – сопротивление проводника при 0°С, t – температура, выраженная в градусах Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления. Он равен относительному изменению сопротивления, при увеличении температуры на 1°С. Для металлов он всегда больше нуля, для электролитов наоборот, всегда меньше нуля.
Диод в цепи постоянного тока
Диод – это нелинейный элемент цепи, сопротивление которого зависит от направления протекания тока. Обозначается диод следующим образом:
Стрелка в схематическом обозначении диода показывает, в каком направлении он пропускает ток. В этом случае его сопротивление равно нулю, и диод можно заменить просто на проводник с нулевым сопротивлением. Если ток течет через диод в противоположном направлении, то диод обладает бесконечно большим сопротивлением, то есть не пропускает ток совсем, и является разрывом в цепи. Тогда участок цепи с диодом можно просто вычеркнуть, так как ток по нему не идет.
Закон Ома. Последовательное и параллельное соединение проводников
Немецкий физик Г.Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы) сопротивлением R, пропорциональна напряжению U на концах проводника:
Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором. Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками, сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.
Проводники в электрических цепях можно соединять двумя способами: последовательно и параллельно. У каждого способа есть свои закономерности.
1. Закономерности последовательного соединения:
Формула для общего сопротивления последовательно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь последовательно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R0 находится по формуле:
2. Закономерности параллельного соединения:
Формула для общего сопротивления параллельно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь параллельно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R0 находится по формуле:
Электроизмерительные приборы
Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.
Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением RB. Для того чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен.
Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением RA. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.
Маршрутный лист
1. Зона живого сотрудничества (Зона работы с учителем)
Задание:
Прослушайте объяснение учителя и зафиксируйте в тетрадях возникающие вопросы
Познакомьтесь с содержанием § 6 на стр. 30-32 и попытайтесь найти ответы на возникшие вопросы
Обсудите в группе вместе с учителем ответы на затруднения, возникшие в процессе объяснения учителя
Домашнее задание: подготовится к релейной проверочной работе, содержащей вопросы 1-10 § 6
2. Зона «Оnline» (Зона «Цифры»)
Задание:
Перейдите по ссылке https://www.youtube.com/embed/KS5R2IMtetc и откройте видеосюжет «Электродвижущая сила»
Просмотрите его, обратив внимание на следующие вопросы:
- природа сторонних сил;
- физические процессы, протекающие в полной электрической цепи
- запишите в тетрадь закон Ома для полной цепи.
3. Решите задачи 1, 2 на стр. 35
Домашнее задание:§ 6, письменно выполнить задание 3 на стр. 36
3. Зона живого общения (Зона работы в группе)
Задание: решите предложенные задачи, работая в группе:
При разомкнутом ключе амперметр показывает ток 1 А. Какой ток покажет амперметр при замкнутом ключе? ЭДС источника 10 В, внутреннее сопротивление источника 1Ом, R1 = 5 Ом, R2= 4 Ом, R3 неизвестно.
ЭДС источника тока 3 В, его внутреннее сопротивление 1 Ом, сопротивления резисторов R1 = R2 = 1,75 Ом, R3 = 2 Ом, R4 = 6 Ом. Какова сила тока в резисторе R4?
Домашнее задание: § 6,7 письменно решить задачи на образовательной платформе «Решу ЕГЭ», задачи будут выставлены в электронном дневнике
Отзывы (0)
Вопросы (0)
Другие проекты автора
