Лабораторная работа закон ома для полной цепи. Лабораторная работа

Урок изучения нового материала для 10 класса с исследовательским заданием по теме "Закон Ома для полной цепи". При объяснении новой темы учащиеся участвуют в обсуждении вопросов, делают записи в тетрадях в виде опорного конспекта, самостоятельно экспериментируют лабораторные задания и заполняют таблицу.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Исследовательские задания на уроке физики по теме

"Закон Ома для полной цепи"

Класс: 10
Продолжительность: 45 мин
Учитель: Бойтунова А.В.

Оборудование: компьютер, презентация к уроку, таблицы, рабочие листы.

Приборы: Источники питания, реостаты, амперметры, вольтметры, ключи,

соединительные провода.

Тип урока : урок изучения нового материала.

Формы работы учащихся : при объяснении новой темы учащиеся участвуют в обсуждении вопросов, делают записи в тетради в виде опорного конспекта, самостоятельно заполняют таблицу и закрепляют полученные знания.

План урока

1. Повторение изученного материала (5 мин);
2. Актуализация знаний (2 мин);
3. Изучение нового материала (25 мин);
4. Закрепление нового материала (5 мин);
5. Подведение итогов (2 мин);
6. Рефлексия (2 мин).
7. Домашнее задание, комментарии (2 мин).

Девиз: “Чтобы познать, нужно научиться наблюдать!”

Ход урока:
1. Организационный момент: (1-2мин).
Вступление: Добрый день. Сегодня тема нашего урока: Сторонние силы. ЭДС.
Закон Ома для полной цепи. В качестве эпиграфа к уроку я взяла слова Георга Ома:

« Да, электричество - мой задушевный друг,
Согреет, развлечет, прибавит света ».

Цель урока: Ввести понятие электродвижущей силы, разъяснить содержание закона Ома для полной замкнутой цепи.

2. Повторение материала: (5 мин) Для выявления лидеров и повторения пройденного материала дети решают тест. Вопросы к тесту показаны на экране через проектор. Выйдите вперёд, кто ответил больше всех: они будут лидерами групп.

А сейчас мы разделимся на 3 группы. Лидеры выберите себе команду, с которой вы будете вести исследовательскую работу.

3. Работа в группах: (15 мин) (группы проводят эксперименты и сообщают классу о его результатах), но перед тем как выполнить исследования учитель напоминает о правиле техники безопасности.

1. Опыт №1. «Исследование Закона Ома для участка цепи»

Ход работы:

Собрать базовую цепь. Двигая ползунок реостата определить значения силы тока и напряжения в цепи, показания занести в таблицу (5 значений). По данным таблицы построить график и сделать вывод.

2. Опыт №2. «Исследование Закона Ома для полной цепи»

Оборудование: Источник питания, реостат, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Ход работы:

Соберите электрическую цепь.

Проверьте надежность электрических контактов, правильность подключения амперметра и вольтметра.

Проделайте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе. Внимательно посмотрите показание вольтметра.

Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе.

Запишите результаты измерений, постройте график и сделайте вывод.

4. Работа с учебниками: (15 мин) учащиеся самостоятельно заполняют таблицу, используя литературу и справочники по физике.

Дополнение учителя: ЭДС равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участке цепи. Напряжение на отдельных участках цепи можно найти по закону Ома для участка цепи.

5. Заключение: (5 мин) Можно подвести итог. Вы сами исследуя доказали существование сторонних сил и подтвердили, что они совершают работу. Доказали, что источник обладает сопротивлением, а также он характеризуется постоянной величиной называемой ЭДС. Теперь вы можете создавать простейшие гальванические элементы. Группы еще раз повторяют основные выводы и формулируют закон Ома.

6. Рефлексия учащихся: (2 мин).

7. Запишем домашнее задание: (2 мин) § 109, 110, Создайте гальванический элемент, используя в качестве кислотной среды яблоко, лимон, солёный помидор или огурец. И сравните ЭДС, создаваемое каждым источником.

Комментарий: Урок сопровождается показом презентации.

Приложение

Группа №_______________

Лидер ______________________________________________

Тема: «Изучение закона Ома для участка цепи»

Цель работы : установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

Оборудование : амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Ход работы.

Краткие теоритические сведения

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

Сила тока - – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А] .

Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ 1 в точку с потенциалом φ 2

U 12 = φ 1 – φ 2

U – напряжение

A – работа тока

q – электрический заряд

Единица напряжения – Вольт [В]

Прибор для измерения напряжения – Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала , из которого изготовлен проводник .

S – площадь поперечного сечения проводника

l – длина проводника

ρ – удельное сопротивление проводника

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U - вольт-амперная характеристика

Закон Ома для однородного участка цепи : сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома .

Практическая часть

1. Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

2. Опыт 1.

Таблица 1 . Сопротивление участка 2 Ом

3.

4. Опыт 2 .

Таблица 2.

5.

6. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

3. Какова единица измерения силы тока?

4. Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

5. Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

6. Какова единица измерения напряжения?

7. Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь?

8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

9. Какова единица измерения сопротивления?

10. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Вариант выполнения измерений.

Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи . Включите ток. При помощи реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

Таблица 1 . Сопротивление участка 2 Ом

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах . Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

Презентация: "Лабораторная работа: "Изучение закона Ома для участка цепи" .

{edocs}fizpr/lr7f.pptx,800,600{/edocs}

При проектировании и ремонте схем различного назначения обязательно учитывается закон Ома для полной цепи. Поэтому тем, кто собирается этим заниматься, для лучшего понимания процессов этот закон надо знать. Законы Ома разделяют на две категории:

• для отдельного участка электрической цепи;
• для полной замкнутой цепи.

В обоих случаях учитывается внутреннее сопротивление в структуре источника питания. В вычислительных расчетах используют закон Ома для замкнутой цепи и другие определения.

Простейшая схема с источником ЭДС

Чтобы понять закон Ома для полной цепи, для наглядности изучения рассматривается самая простая схема с минимальным количеством элементов, ЭДС и активной резистивной нагрузки. Можно прибавить в комплект соединительные провода. Для питания идеально подходит автомобильный аккумулятор 12В, он рассматривается как источник ЭДС со своим сопротивлением в элементах конструкции.

Роль нагрузки играет обычная лампа накаливания с вольфрамовой спиралью, которая имеет сопротивление в несколько десятков Ом. Данная нагрузка преобразует электрическую энергию в тепловую. Всего несколько процентов расходуются на излучение потока света. При расчете таких схем применяют закон Ома для замкнутой цепи.

Принцип пропорциональности

Экспериментальными исследованиями в процессе измерений величин при разных значениях параметров полной цепи:

• Силы тока – I А;
• Суммы сопротивлений батареи и нагрузки – R+r измеряют в омах;
• ЭДС – источник тока, обозначают как Е. измеряется в вольтах

было замечено, что сила тока имеет прямо пропорциональную зависимость относительно ЭДС и обратную пропорциональную зависимость относительно суммы сопротивлений, которые замыкаются последовательно в контуре цепи. Алгебраически это сформулируем следующим образом:

Рассматриваемый пример схемы с замкнутым контуром цепи – с одним источником питания и одним внешним элементом сопротивления нагрузки в виде лампы со спиралью накаливания. При расчете сложных схем с несколькими контурами и множеством элементов нагрузки применяют закон Ома для всей цепи и другие правила. В частности надо знать законы Киргофа, понимать, что такое двухполюсники, четырехполюсники, отводящие узлы и отдельные ветви. Это требует детального рассмотрения в отдельной статье, раньше этот курс ТЭРЦ (теория электро- радиотехнических цепей) в институтах учили не менее двух лет. Поэтому ограничиваемся простым определением только для полной электрической цепи.

Особенности сопротивлений в источниках питания

Важно! Если сопротивление спирали на лампе мы видим на схеме и в реальной конструкции, то внутреннего сопротивления в конструкции гальванической батарейки, или аккумулятора, не видно. В реальной жизни, даже если разобрать аккумулятор, найти сопротивление невозможно, оно не существует как отдельная деталь, иногда его отображают на схемах.

Внутреннее сопротивление создается на молекулярном уровне. Токопроводящие материалы аккумулятора или другого источника питания генератора с выпрямителем тока не обладают 100% проводимостью. Всегда присутствуют элементы с частицами диэлектрика или металлов другой проводимости, это создает потери тока и напряжения в батарее. На аккумуляторах и батарейках нагляднее всего отображается влияние сопротивления элементов конструкции на величину напряжения и тока на выходе. Способность источника выдавать максимальный ток определяет чистота состава токопроводящих элементов и электролита. Чем чище материалы, тем меньше значение r, источник ЭДС выдает больший ток. И, наоборот, при наличии примесей ток меньше, r увеличивается.

В нашем примере аккумулятор имеет ЭДС 12В, к нему подключается лампочка, способная потреблять мощность 21 Вт, в этом режиме спираль лампы раскаляется до максимально допустимого накала. Формулировка проходящего через нее тока записывается как:

I = P\U = 21 Вт / 12В = 1,75 А.

При этом спираль лампы горит в половину накала, выясним причину этого явления. Для расчетов сопротивления общей нагрузки (R + r ) применяют законы Ома для отдельных участков цепей и принципы пропорциональности:

(R + r) = 12\ 1,75 = 6,85 Ом.

Возникает вопрос, как выделить из суммы сопротивлений величину r. Допускается вариант – измерить мультиметром сопротивление спирали лампы, отнять его от общего и получить значение r – ЭДС. Этот способ будет не точен – при нагревании спирали сопротивление значительно изменяет свою величину. Очевидно, что лампа не потребляет заявленной в ее характеристиках мощности. Ясно, что напряжение и ток для накаливания спирали малы. Для выяснения причины измерим падение напряжения на аккумуляторе при подключенной нагрузке, к примеру, оно будет 8 Вольт. Предположим, что сопротивление спирали рассчитывается с использованием принципов пропорциональности:

U/ I = 12В/1,75А = 6,85 Ом.

При падении напряжения сопротивление лампы остается постоянным, в этом случае:

• I = U/R = 8В/6,85 Ом = 1,16 А при требуемом 1.75А;
• Потери по току = (1,75 -1.16) = 0,59А;
• По напряжению = 12В – 8В = 4В.

Потребляемая мощность будет Р = UxI = 8В х 1.16А = 9,28 Вт вместо положенных 21 Вт. Выясняем, куда уходит энергия. За пределы замкнутого контура не может, остаются только провода и конструкция источника ЭДС.

Сопротивление ЭДС – r можно вычислить, используя потерянные величины напряжения и тока:

r = 4В/0.59А = 6,7 Ом.

Получается внутреннее сопротивление источника питания «сжирает» половину выделяемой энергии на себя, и это, конечно, не нормально.

Такое бывает в старых отработавших свой срок или бракованных аккумуляторах. Сейчас производители стараются следить за качеством и чистотой применяемых токоведущих материалов, чтобы снизить потери. Для того чтобы в нагрузку отдавалась максимальная мощность, технологии изготовления источников ЭДС контролируют, чтобы величина не превышала 0,25 Ом.

Зная закон Ома для замкнутой цепи, используя постулаты пропорциональности, можно легко вычислить необходимые параметры для электрических цепей для определения неисправных элементов или проектирования новых схем различного назначения.

Видео

Лабораторная работа.

Изучение закона Ома для полной цепи.

Цель работы:

Измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование:

Источник питания (выпрямитель). Реостат (30 Ом, 2 А). Амперметр. Вольтметр. Ключ. Соединительные провода.

Экспериментальная установка показана на фото 1.

К источнику тока 1 подключаем реостат 2, амперметр 3, ключ 4.

Непосредственно к источнику тока подключаем вольтметр 5.

Электрическая схема данной цепи приведена на рисунке 1.

Согласно закону Ома, сила тока в замкнутой цепи с одним источником тока определяется выражением

У нас IR=U – падение напряжения на внешнем участке цепи, которое измеряется вольтметром при включённой цепи.

Формулу (1) запишем так

Можно найти ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока используя значения тока и напряжения двух опытов (например 2 и 5).

Запишем формулу (2) для двух опытов.

Из уравнения (4) находим

И для любого опыта по формуле (2) находим Э. Д.С.

Если вместо реостата взять резистор сопротивлением порядка 4 Ом, то внутреннее сопротивление источника можно найти используя формулу (1)

Порядок выполнения работы.

Собрать электрическую цепь. Измерить вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе К. Замкните ключ К. Устанавливая с помощью реостата силу тока в цепи: 0,3; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5; 1,8 А. Запишите показания вольтметра для каждого значения силы тока. Рассчитайте внутреннее сопротивление источника тока по формуле (3).

Найдите среднее значение rср.
Значения ε, I, U, r, rср. запишите в таблицу.

Класс точности школьных приборов 4%, (т. е. к=0,04.) Таким образом абсолютная погрешность при измерении напряжения и ЭДС равна

погрешность при измерении силы тока

Запишите окончательный результат измерения ε

Найдите относительную погрешность измерения внутреннего сопротивления источника тока,

Найдите абсолютную погрешность измерения внутреннего сопротивления

Запишите окончательный результат измерения r

rср ±Δr=…..

Найдите внутреннее сопротивления источника по формуле (5) Заменив в цепи реостат на резистор, и используя формулу (6), найдите внутреннее сопротивление источника тока.

Требования к отчету:

Название и цель работы. Нарисовать схему электрической цепи. Написать расчетные формулы и основные расчеты. Заполнить таблицу. Нарисовать график U=f(I) (беря во внимание, что при I=0 U=ε)

Ответы на вопросы:

1. Сформулировать закон Ома для полной цепи.

2. Что такое ЭДС?

3. От чего зависит КПД цепи?

4. Как определить ток короткого замыкания?

5. В каком случае КПЛ цепи имеет максимальное значение?

6. В каком случае мощность на внешней нагрузке максимальна?

7. В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 2,2 B, идет ток силой 1 A. Найдите ток короткого замыкания элемента.

8. Внутреннее сопротивление источника 2 Ом. Сила тока в цепи 0,5 А. Напряжение на внешнем участке цепи 50 В. Определите ток короткого замыкания.