Тема урока: «Соединение проводников в электрических цепях различной сложности»

Тип урока: урок - исследование

Цель урока: экспериментально проверить основные закономерности последовательного и параллельного соединения проводников, а также справедливость формул для определения эквивалентного сопротивления, силы тока и напряжения.

Класс был разделен на две группы. Одна группа работала с последовательным соединением, вторая группа – с параллельным.

Гипотеза, выдвинутая учащимися: если правильно соединить проводники в электрических цепях различной сложности, то можно избежать короткого замыкания?

Урок входит в систему уроков раздела «Постоянный электрический ток» и включен в обязательный образовательный минимум. В целях повышения эффективности усвоения темы большое внимание уделено исследовательской деятельности обучающихся, которая является составной частью технологии проблемного обучения.

Урок был построен так, чтобы обучающиеся в ходе самостоятельной поисковой экспериментальной деятельности исследовали различные виды соединений и пришли к правильному решению по поиску ответа на выдвинутую им гипотезу.

Технология проблемного обучения предполагает организацию самостоятельной поисковой деятельности учащихся по решению учебных проблем под руководством учителя. В ходе работы у учащихся формируются новые знания, умения и навыки, развиваются способности, познавательная активность, любознательность, эрудиция, творческое мышление и другие, личностно значимые качества.

Для бесперебойной работы электроприборов они должны быть подключены к источнику тока таким образом, чтобы цепь оставалась замкнутой.

Но подключение каждого прибора к отдельному источнику осуществимо, в основном, в лабораторных условиях. В жизни же приходится иметь дело с ограниченным количеством источников и довольно большим количеством потребителей тока. Поэтому создают системы соединений, позволяющие нагрузить один источник большим количеством потребителей. Системы при этом могут быть сколь угодно сложными и разветвленными, но в их основе лежит всего два вида соединения: последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным. Каждая схема имеет свои особенности и отличия, которые нужно обязательно учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Цель: экспериментальная проверка законов последовательного и параллельного соединения проводников.

Последовательное соединение

Последовательное соединение проводников – это включение в электрическую цепь нескольких приборов последовательно, друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых меньше общего значения.

Лабораторный опыт «Изучение последовательного соединения проводников»

Цель опыта: экспериментально проверить утверждение о том, что для электрической цепи, содержащей два последовательно соединённых сопротивления R1 и R2, справедливы равенства

R12=R1+R2

U12=U1+U2

Оборудование: источник электропитания, резистор R1, резистор R2, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Ход работы

1. Соберем электрическую цепь согласно схеме

2. Измерим вольтметром напряжение в общей цепи и на каждом резисторе.
3. Измерим амперметром силу тока в общей цепи на различных участках, показания одинаковы.
4. Результаты измерений запишем в таблицу.
5. С помощью закона Ома проводим вычисления

6. Результаты вычислений запишем в таблицу.

Вывод: после проведения опытов убедились, что законы последовательного соединения выполняются.

Параллельное соединение

При параллельном соединении проводников все элементы цепи подключаются к одной и той же паре точек, можно назвать их А и В. К этой же паре точек подключают источник тока. То есть получается, что все элементы подключены к одинаковому напряжению между А и В. Общий ток цепи будет складываться из токов всех отдельных ветвей. А вот общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет меньше сопротивления тока на каждой из ветвей. Это происходит потому, что общее сечение проводника между точками А и В как бы увеличивается за счет увеличения числа параллельно подключенных нагрузок.

Для исследования параллельного соединения можно использовать следующую схему. Берутся две лампы накаливания, обладающие сопротивлением и соединенные параллельно.

Параллельное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

I = I1 + I2.

U = U1 = U2.

1/R = 1/R1 + 1/R2

Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Лабораторная работа «Изучение параллельного соединения проводников»

Цель работы: экспериментально проверить утверждение о том, что для электрической цепи, содержащей два параллельно соединенных участка, справедливы равенства:

I= I1 + I2;

1/R12= 1/R1 + 1/R2

Оборудование: источник электропитания, резистор R1, резистор R2, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Ход работы

1. Соберем электрическую цепь согласно схеме

2. Измерим вольтметром напряжение на каждом резисторе, получаем одинаковые показания.
3. Измерим поочередно амперметром силу электрического тока в общей цепи и в цепях каждого резистора.
4. Результаты измерений запишем в таблицу.
5. С помощью закона Ома проводим вычисления

6. Результаты вычислений запишем в таблицу.

Вывод: после проведения опытов убедились, что законы параллельного соединения выполняются.

Смешанное соединение проводников

В электрических сетях, как правило, используется последовательное и параллельное соединение проводников, предназначенное для конкретных условий эксплуатации. Однако чаще всего предпочтение отдается третьему варианту, представляющему собой совокупность комбинаций, состоящих из различных типов соединений.

В таких смешанных схемах активно применяется последовательное и параллельное соединение проводников, плюсы и минусы которых обязательно учитываются при проектировании электрических сетей. Эти соединения состоят не только из отдельно взятых резисторов, но и довольно сложных участков, включающих в себя множество элементов. Смешанное соединение рассчитывается в соответствии с известными свойствами последовательного и параллельного соединения. Метод расчета заключается в разбивке схемы на более простые составные части, которые считаются отдельно, а потом суммируются друг с другом.

Сравнительная таблица «+» и «-» последовательного и параллельного соединений

Плюсом последовательного соединения является простота сборки, а минусом – то, что если один элемент выйдет из строя, то ток пропадет во всей цепи. В такой ситуации неработающий элемент будет подобен ключу в выключенном положении. Пример из жизни неудобства такого соединения наверняка припомнят все люди постарше, которые украшали елки гирляндами из лампочек. Если в такой гирлянде выходила из строя хотя бы одна лампочка, приходилось перебирать их все, пока не найдешь ту самую, перегоревшую. В современных гирляндах эта проблема решена. В них используют специальные диодные лампочки, в которых при перегорании сплавляются вместе контакты, и ток продолжает беспрепятственно проходить дальше. Указанный недостаток может обернуться и достоинством. Представьте себе, что некоторую цепь нужно защитить от перегрузки: при увеличении силы тока цепь должна автоматически отключаться. Как это сделать? (Например, использовать предохранитель).

Огромным плюсом параллельного соединения является то, что при выключении одного из элементов, цепь продолжает функционировать дальше. Все остальные элементы продолжают работать. Минусом является то, что все приборы должны быть рассчитаны на одно и то же напряжение. При включении в сеть прибора с меньшим напряжение, произойдет перегорание потребителя. Именно параллельным образом устанавливают розетки сети 220В в квартирах. Такое подключение позволяет включать различные приборы в сеть совершенно независимо друг от друга, и при выходе их строя одного из них, это не влияет на работу остальных.

Параллельное соединение проводников характеризуется достаточно малым значением эквивалентного сопротивления, поэтому сила тока будет сравнительно высокой. Данный фактор следует учитывать, когда в розетки включается большое количество электроприборов. В этом случае сила тока значительно возрастает, приводя к перегреву кабельных линий и последующим возгораниям.

Технологическая карта урока – исследования

«Соединение проводников в электрических цепях различной сложности»

Гипотеза: ____________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

Лабораторный опыт «Изучение последовательного соединения проводников»

Цель опыта: экспериментально проверить основные закономерности последовательного соединения проводников (ламп накаливания), а также справедливость формул для определения эквивалентного сопротивления, силы тока и напряжения.

Оборудование: источник тока, лампы накаливания – 2шт, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Ход опыта.

#1053;ачертите схему, состоящую из источника тока, лампы накаливания, амперметра, вольтметра, ключа, соединительных проводов.

2. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, лампы накаливания, амперметра, вольтметра, ключа, соединительных проводов.

3. Замкните цепь и определите силу тока на лампе, занесите показания в таблицу I1.

4. С помощью вольтметра определите напряжение на лампе U1, занесите показания в таблицу.

5. Замените первую лампу второй и измерьте силу тока и напряжение на лампе - I2 , U2.

6. Начертите схему, состоящую из источника тока, двух ламп накаливания, соединенных последовательно, амперметра, вольтметра, ключа, соединительных проводов.

7. Соберите схему, состоящую из источника тока, двух ламп накаливания, соединенных последовательно, амперметра, вольтметра, ключа, соединительных проводов.

8. Измерьте силу тока и напряжение - I0 , U0.

#1055;роведите расчеты сопротивления, используя закон Ома и заполните таблицу:

Сравните значения эквивалентных значений величин. Возможное несовпадение результатов объясняется погрешностью измерений

10. Сделайте выводы: __________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Технологическая карта урока – исследования

«Соединение проводников в электрических цепях различной сложности»

Гипотеза: ____________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

Лабораторный опыт «Изучение параллельного соединения проводников»

Цель опыта: экспериментально проверить основные закономерности параллельного соединения проводников (ламп накаливания), а также справедливость формул для определения эквивалентного сопротивления, силы тока и напряжения.

Оборудование: источник тока, лампы накаливания – 2шт, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Ход опыта.

#1053;ачертите схему, состоящую из источника тока, двух ламп накаливания, соединенных параллельно, амперметра, вольтметра, ключа, соединительных проводов.

2. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, соединенных параллельно двух ламп накаливания, амперметра, вольтметра, ключа, соединительных проводов.

3. Замкните цепь и определите силу тока на лампе 1 и лампе 2, занесите показания в таблицу - I1, I2.

4. С помощью вольтметра определите напряжение на лампе 1 и лампе 2, занесите показания в таблицу - U1, U2 .

5. Измерьте силу тока и напряжение - I0 , U0.

6. Проведите расчеты сопротивления, используя закон Ома и заполните таблицу:

Сравните значения эквивалентных значений величин. Возможное несовпадение результатов объясняется погрешностью измерений.

7. Сделайте выводы: ___________________________________________________________

_____________________________________________________________________________