Практическое изучение закона Ома для цепи
методическая разработка

Департамент образования и социально-правовой  защиты детства

Администрации города Нижнего Новгорода

МБУ ДО «Центр детского (юношеского) технического творчества

«Юный автомобилист»

Мастер – класс

Тема: «Практическое изучение закона Ома для  цепи»

Автор: Давыдов Николай Валентинович,

педагог  дополнительного образования

первой категории.

г. Нижний Новгород

2019

Мастер – класс

Тема:  «Практическое изучение закона Ома для цепи»

Дата проведения:                                                        Место проведения:

24.01.2019г.                                            каб. №16  ЦДТТ «Юный автомобилист»

Цель занятия:

Ознакомление  педагогов с организацией учебного процесса при изучении темы: «Практическое изучение закона Ома для  цепи» и проведение лабораторной работы.

             Задачи занятия:

1. Обмен опытом с педагогами.
2. Ознакомление с процессом организации занятия по данной теме.
3. Обучение методологическим приемам при разъяснении физических принципов и процессов при протекании тока в проводнике.

Оборудование:

Приборы: вольтметр, амперметр, авометр, источник питания.

Оборудование: проводники с наконечниками, выключатель, нагрузка (резисторы, лампочка, микро-электродвигатель), контактные колодки. Дидактический материал: плакаты с о схемами различного подключения нагрузок.

План занятия:

1. Организационная часть.

Сообщение темы, цель и задачи  занятия.

2. Теоретическая часть

2.1. Содержание занятия по изучению основ электротехники (закон Ома для цепи)

2.2. Техника безопасности при использовании электрического тока.

3. Практическая часть.

3.1. Лабораторная работа по исследованию физических процессов протекания тока.

3.2. Монтирование цепи и измерение протекания тока через разную нагрузку.

3.3. Применение различного вида нагрузок (лампа, электродвигатель).

3.4. Полезные практические советы.

4. Подведение итогов занятия.

5. Заключение.

1. Организационная часть.

Уважаемые коллеги! Тема нашего мастер - класса:  «Практическое изучение закона Ома для участка цепи со школьниками, не изучавшими ещё физики».

Цель  занятия: познакомить Вас с организацией учебного процесса при изучении данной темы и методологией объяснения электрических процессов в проводнике.

В ходе занятия мы должны решить  следующие задачи: познакомиться с процессом организации занятия, расширить знания по методике изучения основ электротехники, освоить практическое применение средств измерений электрических величин.

2. Теоретическая часть.

2.1.     Самым важным моментом в изучении основ электротехники является полное понимание (пусть очень упрощённое) физических процессов, происходящих в  веществе.   Атомарное строение вещества, наличие электрически заряженных частиц, причина их взаимодействия между собой, должны быть даны простыми, понятными школьнику, языком и терминами.

Далее надо дать чёткие, понятные определения тока и напряжения:

«Напряжение или электродвижущая сила (ЭДС)- это источник энергии (электрическое поле), заставляющий двигаться электрически заряженные частицы». «Электрический ток – это поток электрически заряженных частиц  в проводнике или иной среде, движущийся под воздействием напряжения».

«Электрическая цепь – это источник напряжения и устройство преобразования энергии электрического тока в полезную работу (нагрузка),  соединённые проводниками в замкнутую (кольцевую) цепь». Затем знакомим с   единицами измерения электрического тока и напряжения – ампером и  вольтом, попутно сообщая, что это фамилии известных ученых, открывших электричество. Даём размерность и реальные отношения  этих величин на примерах: лампочка карманного фонарика  светится от 3 вольт и 0.1 ампера,  в молнии протекает ток в 300 тысяч ампер и действует напряжение в миллион вольт. Телевизор и стиральная машина работают от напряжения 220 вольт и потребляют ток в 0.5  и 10 ампер соответственно. Автомобильный приёмник или магнитола подключаются  к аккумулятору в 12 вольт, микромоторчик в игрушке вращается от 4.5 вольт, трамвай или троллейбус могут двигаться от напряжения  в 900 вольт метро - от 2000 вольт, а электричка – от 27 тысяч вольт.

Процесс обучения необходимо вести в режиме диалога, когда каждый участник непрерывно находится в процессе мышления и активно участвует в обсуждении. Форма занятия в виде лекции не приемлема для младших и средних школьников, т.к. утомляет их, делает пассивными и невнимательными.

Следующий этап – определение свойств нагрузки. Здесь вводится понятие сопротивления. На этом этапе для простоты понимания процессов можно применить сравнение электрического тока с движением воды в трубопроводе. Школьники даже младших классов, на основе своего жизненного опыта, легко понимают, что чем тоньше труба, тем слабее струя воды из неё, чем выше поднять источник воды, тем сильнее будет её действие.

Связав сечение трубы, мощность потока воды и высоту её падения, сравниваем это с электрическим сопротивлением, током и напряжением.

Вводим определение: «Электрическое сопротивление – это свойство вещества создавать препятствие потоку заряженных частиц. Величина сопротивления зависит от типа вещества, его температуры, поперечного сечения (толщины) и длины». Даём понятие единицы измерения сопротивления – Ом. На примерах показываем, какими могут быть сопротивления. Вводим понятие удельного сопротивления:  « Это сопротивление  в Омах отрезка  проволоки сечением 1мм 2, длиной 1м, сделанного из определённого металла». Приводим примеры металлов и сплавов самого низкого и высокого удельного сопротивления.

На плакате выбираем одну из принципиальных схем цепи.

вольтметр

Ток «I» измеряется в амперах. Напряжение «U» - в вольтах. Сопротивление «R» - в Омах.

В качестве нагрузки здесь выбран резистор. При замыкании выключателя по цепи протекает ток, величина которого контролируется амперметром. Вольтметр измеряет напряжение на нагрузке. Величина тока зависит от напряжения и сопротивления нагрузки по закону:   I = U / R . Это закон Ома. Он назван по имени первооткрывателя. Следует подчеркнуть особую важность этого закона: все основные расчёты радиолюбителя можно сделать с помощью закона Ома.  Также наглядно демонстрируется и «короткое замыкание»:  R стремится к нулю, а I  -  к бесконечности.  В школьной программе физики закон Ома даётся несколько иначе:  U = I×R.   В этом виде он менее нагляден для понимания сути физических процессов в проводнике. Для лучшего запоминания очень подходит зрительный образ закона Ома, так называемый «треугольник Ома»:

Как главная величина, напряжение помещено в верхнюю часть треугольника, а

ток и сопротивление - в нижнюю.  Закрывая (или выделяя) искомую величину, видим,  какие арифметические действия  необходимо провести над  известными  величинами: если они находятся в разных уровнях, то деление, если в одинаковых, то умножение.

2.2.   В заключение теоретической части необходимо дать знания об опасности электрического тока.  Школьникам надо всегда помнить, что напряжение выше 36 вольт может быть опасно для жизни. Но главную опасность здесь представляет ток, проходящий по человеческому телу. 0,1 ампера - уже смертельно для человека! Особо отметить требования безопасности с электрическими приборами и инструментами.

3. Практическая часть.

3.1. Лабораторная работа по исследованию физических процессов протекания тока.

Применяемые приборы и оборудование:

1. Источник питания постоянного тока с регулировкой напряжения от 5 до 20 вольт.
2. Вольтметр постоянного тока (0-20 в), амперметр постоянного тока (0- 1а),

ампервольтомметр (тестер, мультиметр).

3.  Провода с наконечниками, контактные колодки, выключатель,

4.  Резисторы величины  10, 100, 1000 Ом, переменный резистор 470 Ом,   электрическая лампочка  12 в, 0.5 а, микро-электродвигатель МД-5.

3.2.  Монтаж цепи  с применением резисторов в качестве нагрузки.

Собираем монтажную схему:

        Устанавливаем напряжение источника питания (ИП) 10 (В) по вольтметру. Подключаем нагрузку 1000 Ом. Измеряем ток в цепи. По закону Ома, используя измеренные значения «U» и «I», определяем «R». Сравниваем полученный результат с номиналом.  Изменяем напряжение в большую (до 15 В) и меньшую (до 5 В) стороны. Следим за изменением тока, измеряем его, сравниваем вычисленные значения сопротивления.

Делаем то же самое с остальными резисторами. При использовании переменного резистора обращаем внимание на возможность регулирования тока в цепи в широких пределах.

3. Использование нагрузок другого типа.

Устанавливаем напряжение ИП 5 (В). Подключаем в качестве нагрузки электрическую лампочку. Измеряем ток, и вычисляем сопротивление горячей лампочки. АВОметром или мультиметром измеряем сопротивление холодной лампочки и сравниваем с горячим. Делаем заключение о увеличении удельного сопротивления от роста температуры. Объясняю школьникам физическую суть этого явления.

Подключаем в качестве нагрузки электромоторчик. Измеряем ток. Обращаю внимание на то, что энергия электрического  тока преобразуется в механическую работу (вращение). Пробуем притормозить  вал моторчика рукой и следим за изменением тока. Даю возможность самостоятельно сделать выводы, поясняя по мере необходимости отдельные моменты.

4. Полезные практические советы.

Поскольку светодиоды очень широко применяются в качестве источников света, применяя закон Ома, делаем расчет ограничительного резистора в цепи светодиода в случае использования от любого напряжения.

С помощью мультиметра измеряем сопротивление человеческого тела между руками. Используя закон Ома и знание величины  опасного тока через тело человека, определяем смертельное напряжение для конкретного человека. Объясняю, что при различных условиях протекания тока и в зависимости  от состояния человека, величина опасного для жизни напряжения может быть намного ниже вычисленного.

4.Подведение итогов занятия.

Дается анализ проделанной работы, указываются недостатки при раскрытии темы, на какие моменты необходимо обратить внимание при работе с детьми по данной теме.

Для более глубокой осведомленности по данному вопросу можно использовать дополнительные источники информации:

     В.В. Бессонов «Радиоэлектроника в школе» (М.; СОЛОН-Пресс, 2003)

Иванов Борис Сергеевич. «В помощь радиокружку».

(М.: Радио и связь, 1982)

В.Г.Борисов. «Радиотехнический кружок и его работа».

(М.: Радио и связь, 1983)

5.Заключение.

Уважаемые коллеги! На занятии сегодня  Вы познакомились с одним  из возможных способов организации учебного процесса по изучению основ электротехники и получили в связи с этим необходимые методические рекомендации.  Хочется надеяться, что вы узнали что-то новое для себя и приобретенные знания и умения пригодятся вам в работе с детьми  при организации учебного процесса в ваших учреждениях.

ПОЖЕЛАНИЯ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕННОГО

мастер - класса, проведенного Давыдовым Н.В., по теме:

«Практическое изучение закона Ома для  цепи»

26.01.2017

-Подобные мероприятия очень полезны, расширяют  технические знания и их необходимо проводить регулярно.

-Хотелось бы еще принять участие в подобных мастер-классах по изучению основ электроники, цифровой техники и практической схемотехники.

-Провести семинар- практикум с учителями физики и технологии школ района для внедрения опыта работы в  учебный процесс или для кружковой работы.

-Провести подобное мероприятие с участием  школьников.

-Хотелось бы обменяться опытом среди педагогов дополнительного образования.