Сьогодні о 18:00
Вебінар:
«
Особливості адаптації та модифікації освітнього процесу в контексті інклюзивного навчання
»

Заняття з фізики 11 клас "Постійний електричний струм"

Фізика

Для кого: 11 Клас

12.04.2020

639

10

0

Опис документу:
Методична розробка відкритого заняття з дисципліни «Фізика» присвячена темі «Постійний електричний струм» та пропонує варіант викладення матеріалу у формі лекції. Вивчення теми забезпечує формування наукового світогляду, розвиває в студентів здібність до аналізу.
Перегляд
матеріалу
Отримати код

20

Зміст

Передмова……………………………………………………..…….….4

1План заняття…………………………………………….……..…........6

2 Хід заняття………………………………………………..…………..8

1 Організаційний момент………………...….….………….………......8

2 Ознайомлення з темою……………………………..….…………….8

3 Мотивація…………………………………………………..………...8

4 Актуалізація опорних знань…………………………….…...............8

5 Викладання та вивчення нового матеріалу.……………………….11

- Поняття про електричний струм. Величина струму………………11

- Закон Ома для ділянки кола………………………………………...13

- Закон Джоуля - Ленца……………………………………………….14

- Послідовне і паралельне сполучення провідників…………............14

- Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола ……..……….15

6 Закріплення вивченого матеріалу………………………………….17

7 Підведення підсумків………………………………………………..19

8 Домашнє завдання…………………………………………………..19

Висновки ………………………………………………….….………...21

Передмова

Фізика - одна з фундаментальних природничих наук, знання якої необхідне для плідної творчої діяльності сучасного фахівця будь-якої спеціальності. Вивчення фізики в курсі загальноосвітнього циклу має на меті дві основні задачі:

1. Загальнонаукова й розвиваюча, що полягає у формуванні правильного світогляду курсанта й студента коледжу й у розвитку в нього наукового матеріалістичного мислення.

2. Конкретно-практична, щоб одержані знання курсант і студент міг застосовувати при експлуатації, обслуговуванні чи ремонті авіаційного й автоматизованого обладнання, при використанні нових технологій та розробці методів підвищення надійності й працездатності сучасної техніки.

Методична розробка відкритого заняття з дисципліни «Фізика» присвячена темі «Постійний електричний струм» та пропонує варіант викладення матеріалу у формі лекції. Вивчення теми забезпечує формування наукового світогляду, розвиває в студентів здібність до аналізу. 

Задачі, які вирішуються при розгляді теми:

1.Опанування засобами й методами розв'язання конкретних завдань з поняттям електродинаміки, яке дуже поширено в фахових дисциплінах.

2.Створення й теоретичне обґрунтування фізичних методів дослідження об'єктів.

Актуальність теми полягає в досить частому використанні явищ, які є необхідними при роботі у практиці спеціаліста технічної галузі господарства. Також дана тема важлива для розуміння багатьох природних явищ.

Таким чином, вивчаючи вказану тему, викладач має реалізувати такі цілі:

Навчальна: розширити знання студентів про електричне коло та електричний струм, повторити правила послідового та паралельного з’єднання, продовжити формувати вміння розраховувати електричні кола, ввести поняття «електрорушійна сила, внутрішній опір, сторонні сили» та закон Ома для повного кола.

Розвиваюча: Розвивати логічне мислення, вміння аналізувати та систематизувати, пояснювати фізичні явища та робити висновки.

Виховна: Виховувати повагу і любов до природи і оточуючого світу. Викликати інтерес до розвитку науки та ще більшу зацікавленість обраною галуззю праці.

ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Тема заняття: Постійний електричний струм

Мета заняття:

Методична удосконалення методики проведення лекції з використанням розповіді, пояснення, бесіди та наглядного матеріалу.

Навчальна:

Опанування студентами законів Ома, Джоуля – Ленца та понять послідовного і паралельного з’єднання провідників, електричного струму, роботи, потужності, внутрішнього опору, електрорушійної сили.

Сформувати навички застосування законів Ома, Джоуля – Ленца, послідовного і паралельного з’єднання провідників при розв'язуванні різноманітних задач.

Виховна – сприяти формуванню світоглядної ідеї пізнаванності явищ і властивостей навколишнього світу; розкрити значення нагромадження фактів та їхнього уточнення при пізнаванності явищ; реалізувати на матеріалах теми екологічне, професійне й моральне виховання.

Розвиваюча – формування та розвиток пізнавального інтересу студентів; сприяти розкриттю індивідуальних здібностей студентів.

Вид заняття: лекція

Форма проведення заняття: викладення нового матеріалу за допомогою розповіді, пояснення, бесіди та наглядного матеріалу, мультимедійного устаткування.

Міжпредметні зв'язки:

Забезпечуючіматематика.

Забезпечувані – електротехніка, матеріалознавство.

Методичне забезпечення: опорний конспект, роздатковий матеріал.

Література:

Обов'язкова:

  1. Бар’яхтар В.Г. Фізика:Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів 11 кл. – Х.: Ранок, 2011

  2. Гончаренко С.У. Фізика: Підручник для 10 класу середньої ЗОШ

10 кл. – К.: Освіта, 2002

Додаткова:

1.Мякішев Г.Я. Фізика: Підручник для 10 класу середньої школи Київ: Видавництво «Радянська школа», 1990

2. Буховцев Б.Б. Фізика: Підручник для 9 класу середньої школи Київ: Видавництво «Радянська школа», 1986

Технічні засоби навчання: мультимедійне устаткування.

ХІД ЗАНЯТТЯ:

  1. Організаційний момент 1 хв.

    1. Вітання студентів.

    2. Підготовка аудиторії до заняття, перевірка наявності студентів.

Викладач перевіряє наявність студентів на занятті, заповнює класний журнал.

  1. Ознайомлення студентів з темою та навчальними цілями заняття 3 хв.

Тема: «Постійний електричний струм»

Мета: розширити знання студентів про електричне коло та електричний струм, повторити правила послідового та паралельного з’єднання, продовжити формувати вміння розраховувати електричні кола, ввести поняття «електрорушійна сила, внутрішній опір, сторонні сили» та закон Ома для повного кола.

Розвивати логічне мислення, вміння аналізувати та систематизувати, пояснювати фізичні явища та робити висновки.

Виховувати повагу і любов до природи і оточуючого світу. Викликати інтерес до розвитку науки та ще більшу зацікавленість обраною галуззю праці.

Ключові терміни і поняття: електричний струм, величина струму, густина струму, опір, напруга, питомий опір, питома провідність, робота струму, потужність, температурний коефіцієнт опору, електрорушійна сила, сторонні сили, потенціал.

Обладнання: мультимедійне обладнання, стенди з устаткуванням для дослідження законів послідовного і паралельного з’єднання провідників.

  1. Мотивація навчання Розповідь про користь і недоліки електричного струму. 3 хв

  2. Актуалізація знань. 7 хв

  1. Тестові завдання:

  1. Два провідники, між якими знаходиться діелектрик називаються:

А) Реостат.

Б) Лампочка.

В) Конденсатор.

Г) Гальванометр.

2) Фізична величина, яка дорівнює відношенню модуля заряду однієї з пластин до різниці потенціалів називається?

А) Енергія.

Б) Сила.

В) Плавлення.

Г) Електроємність.

3) Які з’єднання конденсаторів вам відомі?

А) Паралельне.

Б) Послідовне.

В) Змішане.

Г) Колове.

4) Який діелектрик міститься в повітряному конденсаторі?

А) Слюда.

Б) Папір.

В) Повітря.

Г) Вода.

5) Вкажіть формулу вираження енергії конденсатора.

А) В)

Б) Г)
6) Вкажіть значення електричної сталої:

А) 4,78 Кл/Нм.

Б) 8,85 ·10-12 Кл2/Нм2.

В) 88,5 ·10-18 Кл2/Нм2.

Г) 8,89 ·10-10 Кл2/Нм.

7) Вид матерії, через який взаємодіють електричні заряди, називається?

А) Магнітне поле.

Б) Силове поле.

В) Електричне поле.

Г) Фізичне поле.

8) Силовою характеристикою електричного поля називають…

А) Заряд.

Б) Потенціал.

В) Напруженість.

Г) Потужність.

9) Як називають електричне поле з нерухомими зарядами?

А) Магнітне.

Б) Сильне.

В) Потенціальне.

Г) Електростатичне.

10) Який напрям має вектор напруженості в електричному полі створеному позитивним зарядом?

А) До заряду.

Б) Від заряду.

В) Не має напряму.

Г) По дотичній.

Відповіді до тестового завдання:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

в

г

в

в

а

б

в

в

г

б

2) Інтерактивна вправа «Салют»

1. Що таке конденсатор? (Конденсатор – система, що складається з двох провідників, розділених шаром діелектрика).

2. Які види конденсаторів вам відомі? (Повітряні, слюдяні, паперові, керамічні).

3. Дайте поняття електричного поля? (Електричне поле – вид матерії, через який взаємодіють електричні заряди).

4. Запишіть формулу ємності для плоского конденсатора. ().

5. Де застосовують конденсатори? (Конденсатори використовують у радіоелектроніці).

6. В яких одиницях вимірюють електроємність конденсатора? (У фарадах).

7. Що таке таке провідники? (Провідники – це речовини, що добре проводять електричний струм).

  1. Вивчення нового матеріалу. 48 хв

План

  1. Поняття про електричний струм. Величина струму.

  2. Закон Ома для ділянки кола.

  3. Закон Джоуля - Ленца.

  4. Послідовне і паралельне сполучення провідників.

  5. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола.

1. Поняття про електричний струм. Величина струму

Напрямлений потік носіїв заряду у вакуумі або речовині називають електричним струмом провідності, або просто електричним струмом.

Залежно від типу носіїв заряду в речовині розрізняють електронний та іонний механізми провідності. Всі метали, в яких електричний струм створюється напрямленим рухом вільних електронів, мають електронний механізм провідності. До речовин з електронним механізмом провідності належать також усі напівпровідникові матеріали, які використовуються в сучасній техніці для виготовлення діодів, транзисторів та інших приладів.

Іонний механізм провідності мають усі електроліти, як рідкі, так і тверді (наприклад, кристали хлористого натрію). Характерною ознакою іонної провідності є перенесення речовини між електродами при проходженні постійного струму. Зрозуміло, що речовина електроліту при цьому розкладається. Через це тверді напівпровідники з іонним механізмом провідності в сучасній техніці для виготовлення радіотехнічних приладів не використовують.

Електропровідність, зумовлену напрямленим рухом вільних електронів та іонів, називають мішаною. Мішану провідність має, зокрема, плазма.

Величиною струму називається скалярна фізична величина, яка вимірюється кількістю електрики, що переноситься через поперечний переріз провідника за одиницю часу. Якщо за однакові проміжки часу через довільні перерізи провідника переносяться однакові кількості електричного заряду, то такий струм називається постійним (за величиною і напрямом). Тоді , де q – заряд, що переноситься через переріз S за час t. Одиниця величини струму [I] = Кл/с = А (ампер). Оскільки заряд q і час t – скаляри, то й величина струму – скалярна величина.

Історично склалось так, що за напрям електричного струму умовно прийняли напрям руху позитивних електричних зарядів, хоч у металевих провідниках електричний струм створюється рухом електронів у протилежному напрямі. Хоч струм має напрям, але він не є векторного величиною бо струми не можна додавати як вектори, тобто за правилом паралелограма.

В електродинаміці доводиться користуватись поняттям вектора густини струму. Цей вектор збігається з напрямом струму і вимірюється електричним зарядом, що проходить за одиницю часу через одиничну площинку, перпендикулярну до напряму струму, тобто

.

Візьмемо однорідний циліндричний провідник довжиною l і поперечним перерізом S. Нехай в одиниці об’єму цього провідника буде n елементарних зарядів (густина зарядів). Тоді заряд в об’ємі провідника дорівнюватиме і густина струму , де – середня швидкість упорядкованого руху носіїв струму, е - елементарний заряд. Вектор густини струму (для негативних носіїв ). Одиниця вимірювання густини струму [j] = А/м2.

2. Закон Ома для ділянки кола

Німецький фізик Георг Ом у 1827 р. експериментально довів, що сила струму I в провіднику прямо пропорційна напрузі U на його кінцях:

.

Коефіцієнт пропорційності G називають електричною провідністю провідника. Він залежить від розмірів провідника, матеріалу, з якого виготовлено провідник, і умов, у яких він перебуває (температура, механічне напруження тощо). Одиниця вимірювання електропровідності – [G] = А/В =См (сименc). На практиці частіше користуються оберненою до електропровідності величиною, яку називають опором провідника і позначають літерою R. Таким чином,

.

Одиниця вимірювання опору [R] = В/А = 1/См = Ом. Тоді закон Ома можна записати ще й так: .

Опір однорідного провідника з незмінним перерізом прямо пропорційний його довжині l і обернено пропорційний площі поперечного перерізу S, тобто

,

де – коефіцієнт пропорційності, який називається питомим опором матеріалу. Одиниця вимірювання питомого опору [ρ] = . Найменший питомий опір мають срібло (16 ) і мідь (17 ). В електротехніці провідники виготовляють з міді або алюмінію. При однакових опорах алюмінієвий провідник буде товстіший від мідного, але алюміній має меншу питому вагу ( кг/м3 для міді і кг/м3 для алюмінію). Тому в деяких випадках доцільніше брати алюмінієвий провідник ( = 26 ).

3. Закон Джоуля - Ленца

Електричний струм виконує на будь-якій ділянці кола певну роботу. Візьмемо довільну ділянку кола, між кінцями якої існує напруга U. За означенням електричної напруги робота, яка виконується при переміщенні одиниці заряду між кінцевими точками ділянки кола, дорівнює U. Якщо величина струму на ділянці кола дорівнює I, то за час t через поперечний переріз проводу пройде заряд It, і тому робота електричного струму на цій ділянці дорівнюватиме:

.

Якщо величина струму визначається законом Ома (в нерухомому металевому провіднику), то з урахуванням закону Ома можна знайти кількість теплоти, виділеної на ділянці кола

.

Ця формула виражає закон Джоуля - Ленца, до якого незалежно один від одного експериментальне прийшли Джоуль і Ленц.

Потужність струму, тобто робота за одиницю часу, дорівнює

.

Одиниця потужності [P] = Вт , одиниця роботи [A] = Дж. Оскільки Дж = Вт·с, то роботу в один джоуль називають ще ват-секундою. Користуються також такими одиницями, як ват-година (3600 Дж) і кіловат-година (3,6 МДж).

4. Послідовне і паралельне сполучення провідників

В електротехніці та радіотехніці використовують спеціальні елементи електричного кола, які мають великий опір при невеликих розмірах. Такі елементи називають резисторами. Це може бути, наприклад, довгий тонкий дріт із матеріалу з великим питомим опором, намотаний на керамічний циліндр і вкритий захисною фарбою. На схемах резистор зображується довгастим прямокутником. Опір провідників, що з’єднують резистори та інші елементи кола, порівняно малий і його звичайно не беруть до уваги.

При послідовному сполученні провідників (резисторів) з опорами R1, R2, R3,… через всі провідники тече однаковий струм I. Напруга на кінцях ділянки кола дорівнює сумі напруг на окремих провідниках:

.

Звідcи робимо висновок, що повний опір ділянки кола при послідовному сполученні провідників (резисторів) дорівнює сумі опорів окремих провідників (резисторів).

При паралельному сполученні провідників (резисторів) з опорами R1, R2, R3, … напруга U на всіх провідниках однакова. Величина струму I в нерозгалужених кінцевих ділянках дорівнює сумі струмів через провідники з опорами R1, R2, R3, …, тобто

.

Таким чином, повний опір R паралельно сполучених провідників (резисторів) можна знайти з формули

.

5. Електрорушійна сила

Не можна отримати в провіднику постійний струм, користуючись для створення напруги на кінцях провідника зарядженими конденсаторами. Справді, наявність струму завжди супроводжуватиметься переходом зарядів з однієї обкладки на іншу і притому в такому напрямі, що заряди обкладок зменшуватимуться. Внаслідок цього безперервно зменшуватиметься напруга між обкладками і, за законом Ома, величина струму в провіднику спадатиме.

Щоб дістати постійний струм, на заряди в електричному полі повинні діяти якісь інші сили, відмінні від сил електростатичного поля. Такі сили називаються сторонніми силами. Будь - який пристрій, в якому виникають сторонні сили, ми називаємо джерелом струму.

Джерело має два полюси: позитивний, або анод (на схемах зображується довгою тонкою рискою), і негативний, або катод (позначається короткою грубою рискою). Слово анод походить від грецького “шлях у гору”, катод - від “спуск”. До полюсів приєднується споживач енергії з опором R. Як і всякий провідник, джерело має опір, який називається внутрішнім опором і позначається через r.

Сторонні сили виникають всередині джерела внаслідок перетворення якоїсь енергії на електричну: механічної в електромагнітних генераторах і електрофорній машині, хімічної в гальванічних елементах і акумуляторах, теплової в термоелементах тощо. Якщо кулонівські сили спричиняють зустрічний рух різнойменних електричних зарядів і призводять до вирівнювання потенціалів і зменшення електричного поля всередині провідника, то сторонні сили зумовлюють розведення різнойменних зарядів і підтримують різницю потенціалів на клемах джерела.

Сторонні сили виконують роботу, потрібну для розведення електричних зарядів. Величину роботи, яку виконують сторонні сили при переміщенні одиничного електричного заряду, називають електрорушійною силою (ЕРС) і позначають через Е. Тоді , де Астор – робота сторонніх сил при переміщенні заряду q.

Якщо напрузі U умовно надати напряму напруженості поля кулонівських сил, а електрорушійній силі напряму, в якому сторонні сили переміщують позитивні заряди, то всередині джерела ЕРС буде напрямлена від негативного полюса до позитивного і діятиме проти напруги на полюсах. ЕРС джерела вимірюється у вольтах. Сама назва “електрорушійна сила” невдала, бо ЕРС характеризує джерело не з силового, а з енергетичного боку.

Закон Ома для повного кола

Розглянемо ділянку 1 – 2 електричного кола, на якій діє джерело струму з ЕРС і внутрішнім опором r. Ділянка кола, що містить ЕРС, називається неоднорідною. Кінцеві точки ділянки мають потенціали і . Напрям від точки 1 до точки 2 будемо вважати додатним. Величину струму I будемо вважати додатною, якщо струм тече в додатному напрямі. ЕРС будемо вважати додатною, якщо її напрям збігається з додатним напрямом.

Коли одиничний позитивний заряд переходить від точки 1 до точки 2, кулонівські сили виконують роботу, що дорівнює різниці потенціалів , сторонні сили виконують роботу. В інші види енергії перетворюється кількість електричної енергії . Згідно із законом збереження і перетворення енергії

.

Одержано закон Ома для неоднорідної ділянки кола 1 - 2, на якій діє ЕРС з внутрішнім опором r.

Розглянемо тепер замкнуте, або повне електричне коло. У такому випадку переріз 2 збігається з перерізом 1. Тоді , і з закону Ома для ділянки кола маємо:

.

0держано формулу закону Ома для замкнутого кола.

6.Закріплення вивченого матеріалу: 15 хв.

1. Систематизація і закріплення матеріалу за допомогою вправи «Цікаві тести».

2. Розв’язування задач.

1. Задача

При підключенні лампочки до батареї елементів із ЕРС 4,5 В вольтметр показав напругу на лампочці 4 В, а амперметр силу струму 0,25 А. Який внутрішній опір батареї?

Дано СІ:

Формули

Розв’язок

2.Задача

При підключенні електромагніта до джерела ЕРС 30 В і внутрішнім опором 2 Ом напруга на затискачах джерела 28 В, Як визначити роботу, яку виконують сторонні сили за 5 хв, роботу струму в зовнішній частині кола, внутрішній частині кола, за той же час і силу струму в колі.

Дано СІ:

Формули

Розв’язок

7. Підсумок заняття 2 хв

Викладач підводить загальний підсумок по проведеному заняті. Відмічає в цілому роботу групи і прізвища активних та пасивних студентів. Уразі необхідності призначає консультації для окремих студентів.

Викладач вказує, що на наступному занятті буде продовження вивчення питань цієї теми.

8. Домашнє завдання 1 хв

Підготувати презентації або доповіді на тему «Постійний струм у нашому житті». Вивчити конспект.

Література:

1. Бар’яхтар В.Г. Фізика:Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів 11 кл. – Х.: Ранок, 2011

2. Гончаренко С.У. Фізика: Підручник для 10 класу середньої ЗОШ 10 кл. – К.: Освіта, 2002

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу.