Цель работы: установить зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи. На сегодняшнем уроке нам необходимо решить следующую задачу:
Просмотр содержимого документа
«Методическая разработка открытого урока по физике. Лабораторная работа. Изучение закона Ома для участка цепи.»
Школа-гимназия № 31
открытого урока по физике.
Лабораторная работа. Изучение закона Ома для участка цепи.
Учитель физики Иванченко Галина Николаевна.
Пос. Жалагаш, Кызылординская область, Казахстан
22.02.2017 год
Цель работы: установить зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи.
Оборудование: амперметр, вольтметр, источник питания напряжением 4 В, набор из трёх резисторов сопротивлениями 100 Ом, 200 Ом, 300 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные, виртуальная физическая лаборатория программа «Eleсtron.exe»?
Ход урока
Орг. момент.
2.Откройте тетради и запишите тему урока: « Лабораторная работа № 8. Изучение закона Ома для участка цепи.
На предыдущем уроке вы познакомились с физическими величинами: сила тока, плотность тока, электродвижущая сила, источники тока. Повторим домашнее задание.
Выберите правильный ответ
Ученики выполняют задание, отвечают на вопросы тестов:
Задание № 1
1. Электрическим током называют:
А. Движение электронов по проводнику
Б. Упорядочное движение электронов по проводнику
В. Упорядочное движение электрических зарядов по проводнику
2. Какие превращения происходят в гальванических элементах, элементах Вольта, аккумуляторах ?
А. Внутренняя энергия превращается в электрическую
Б . Химическая энергия превращается в электрическую
В. Электрическая энергия превращается в механическую
3. Для получения электрического тока в проводнике необходимо :
А. Создать в нем электрические заряды
Б. Разделить в нем электрические заряды
В. Создать в нем электрическое поле
4. За направление электрического тока в цепи принято направление :
А.От отрицательного полюса источника к положительному
Б. От положительного полюса источника к отрицательному
В.По которому перемещаются электроны в проводнике
5.Что представляет собой электрический ток в металлах и какое действие тока на проводник используется в электрических лампах?
А.Упорядочное движение электрических зарядов, химическое
Б. Упорядочное движение положительно и отрицательно заряженных ионов, магнитное
В. Упорядочное движение электронов, тепловое
6. Прибор для измерения силы тока называется:
А.Барометр
Б. Гальванометр
В. Амперметр
7. Формула для определения силы тока :
А . I = q / t
8 . Выразите 0,025 А в миллиамперметрах
Б. 25 мА
Проверьте ответы:
Задание № 1
Выполните тренировочные вопросы и задания, продолжив предложения:
Сила тока - это:
Единицы силы тока:
Электродвижущая сила- это:
Источники тока:
4. Скажите какие физические величины, определяют электрический ток в цепи?
Сила тока, напряжение, сопротивление.
На сегодняшнем уроке нам необходимо решить следующую задачу:
выяснить, как зависит сила тока на участке цепи от приложенного напряжения и величины сопротивления одновременно. Это является главной целью нашего урока.
Работу на сегодняшнем уроке будем проводить по этапам.
Сначала установим зависимость силы тока от напряжения, запишем математически эту зависимость и проверим на опыте.
Второй этап будет состоять в установлении зависимости между силой тока и сопротивлением, при постоянном напряжении; запишем результаты в таблицу, сделаем вывод о характере этой зависимости.
На третьем этапе мы совместно сделаем общий вывод о том, как зависит сила тока одновременно от напряжения и сопротивления, т.е. решим основную задачу урока.
Ребята, зависимость силы тока от напряжения и сопротивления была впервые установлена немецким ученым Георгом Омом в 1827 году, и поэтому носит название закона Ома для участка цепи.
Давайте с вами посмотрим, как же все-таки устанавливается эта зависимость между I, U и R.
5.Итак, сила тока прямо пропорциональна напряжению. А так ли это?
Убедимся в этом на опыте.
Задание 1.
Установите связь между силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи.
На демонстрационной доске виртуальной лаборатории соберите электрическую цепь:
начертите схему по рис.13.7 учебника, стр 390 в тетради.
сказать из чего состоит цепь: источник тока, резистор, ключ, амперметр, вольтметр
Измерить напряжение на концах проводника. Какую силу тока показывает амперметр ?
Увеличить напряжение. Изменились ли показания амперметра?
Да, сила тока в цепи изменилась.
Запишем полученные результаты в таблице.
| R, Ом | I , А | U , В | ||
Вывод: U / R .
Задание 2.
Определите сопротивления участка цепи, пользуясь законом Ома.
Теперь перейдем ко второму этапу наших рассуждений. начертите схему по рис.13.8 учебника, стр 390 в тетради. Вычислите сопротивление.
Начертим таблицу в тетрадь и будем ее заполнять по ходу опыта.
| U , В | I , А | R , Ом |
Сейчас в цепь включен проводник сопротивлением 0,4 Ом, подано напряжение 4В. Какой ток в цепи?
Увеличим сопротивление в 2 раза, не меняя напряжение, какой ток в цепи сейчас?
Итак, глядя на таблицу, что можно сказать о зависимости между силой тока и сопротивлением?
Эта зависимость обратно пропорциональная.
Вывод: I ~ 1/ R
Итак, вот мы и подошли к третьему этапу.
Задание 3. Определите напряжение на участке цепи, пользуясь законом Ома. Начертите схему по рис.13.9 учебника, стр 390 в тетради.
Мы уже знаем две зависимости. И теперь мы объединим эти зависимости в одну формулу, найдем напряжение U=IR. Сделайте вывод.
Задание 4. Начертите схему по рис.13.9 учебника, стр 391 в тетради.
Итак, ребята, между какими величинами устанавливает зависимость закон Ома?
между силой тока, напряжением и сопротивлением.
Как зависит сила тока от напряжения?
Прямо пропорционально.
Как зависит сила тока от сопротивления?
обратно пропорционально. Сделайте вывод.6. Закрепление материала
Динамическая пауза "Отгадать слова"
РЕМАП (единица физической величины) АМПЕР
ЛУНОК (единица физической величины) КУЛОН
РОЗОЛТИЯ (тело, которое сделано из диэлектрика) ИЗОЛЯТОР
НОРТКЕЛЭ (частица, обладающая самым маленьким зарядом в природе) ЭЛЕКТРОН
Рефлексия.
Ребята, что сегодня вы узнали на уроке?
| 1. Сила тока. | 2. Характеризует электрический ток в проводнике. | 3. I | 4. |
| 1. Сопротивление. | 2. Характеризует сам проводник. | 3. R | 4.
|
| 2. Характеризует электрическое поле. | 4. |
ампер.
Ом.
вольт.
8. Запишите домашнее задание: §9.3
9. Подведение итогов урока. 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.
10-15 баллов – «3»
15-20 баллов - «4»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №16
ПРОВЕРКА ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить индуктивное и емкостное сопротивления, проверить закон Ома для переменного тока.
ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: источник переменного напряжения, дроссельная катушка, конденсаторы, реостат, миллиамперметры и вольтметры переменного тока, соединительные провода, ключ.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Закон Ома был установлен для постоянного тока, однако он остается справедливым и для мгновенных значений изменяющихся тока и напряжения, если только их изменения происходят не слишком быстро. Токи, удовлетворяющие такому условию, называются квазистационарными.
Переменный ток называется квазистационарным, если с достаточной степенью точности можно принять, что магнитное поле этого тока в каждый момент времени имеет те же значения, которые оно имеет в случае постоянного тока той же величины.
Процессы, протекающие в цепях переменного тока, несколько отличаются от процессов, наблюдаемых в цепях постоянного тока.
Если к участку цепи, содержащему только активное сопротивление R о, приложено переменное напряжение:
U m - амплитуда напряжения;
- циклическая частота,
то на этом участке возникает ток, мгновенное значение которого определяется соотношением:
,
(2)
- амплитуда тока.
Уравнения (1) и (2) показывают, что фаза напряжения и тока одинакова, т.е. напряжение и ток одновременно достигают максимальных значений и одновременно обращаются в нуль.
Р
ассмотрим
цепь переменного тока, которая содержит
катушку с индуктивностьюL
и активным сопротивлением R
(рис.1).
Переменная ЭДС E будет обусловливать синусоидальный ток:
. (3)
При протекании тока через катушку происходит падение напряжения на активном сопротивлении U R , а на концах катушки возникает ЭДС самоиндукции:
.
По второму закону Кирхгофа результирующее внешнее напряжение в цепи определяется суммой U R и L , внешняя ЭДС записывается в следующей форме:
.
Дифференцируя это уравнение, получим:
- амплитудное значение
напряжения на активном сопротивлении;
-
амплитудное значение напряжения на
индуктивности.
Отсюда следует, что L выполняет функцию сопротивления:
.
Величину X L называют реактивным сопротивлением.
Сравнивая выражения (3) и (4), видим, что в рассматриваемой цепи изменение тока отстает от изменения напряжения на угол 0,5.
Физическая причина возникновения этой разности фаз заключается в следующем: если активное сопротивление участка цепи равно нулю, то приложенное напряжение в точности уравновешивает ЭДС самоиндукции и равно последней с обратным знаком. Но ЭДС самоиндукции пропорциональна не мгновенному значению тока, а быстроте его изменения, которая будет наибольшей в те моменты, когда ток проходит через нуль. Поэтому максимумы напряжения совпадают с нулями тока, и наоборот.
С
оединим
обкладки конденсатора, имеющего емкостьC
,
к источнику переменного напряжения
(рис. 2). Конденсатор начнет непрерывно
перезаряжаться, и в цепи будет протекать
переменный ток:
. (5)
Так как ток в подводящих проводниках равен:
,
то получим дифференциальное уравнение:
.
С учетом того, что в цепи отсутствует источник постоянного напряжения, решение данного уравнения имеет вид:
- амплитудное значение
напряжения на конденсаторе.
Величина
называется емкостным сопротивлением.
В отличие от активного сопротивления,
емкостное сопротивление в среднем не
потребляет мощности, так как конденсатор
то забирает энергию из цепи при зарядке,
то отдает ее обратно в цепь при разрядке.
Сравнивая выражения (5) и (6), видим, что фаза тока опережает фазу напряжения на 0,5.
П
оявление
разности фаз=0,5
между напряжением на обкладках
конденсатора и током через него связано
с процессами зарядки и разрядки
конденсатора. Если ток равен нулю при
полностью заряженном конденсаторе, то
на конденсаторе имеется заряд, перенесенный
током в предыдущий период времени, и
напряжение на его обкладках достигает
наибольшей величины. Когда же заряд
конденсатора и, следовательно, напряжение
станет равным нулю, ток имеет максимальное
значение.
Если на участке активного сопротивления R o последовательно с ним включены катушка с индуктивностью L и конденсатор с емкостью С (рис. 3), то между током и напряжением возникает сдвиг фаз, мгновенное значение тока будет выражено соотношением:
, (7)
,
.
Отношение амплитуды напряжения к амплитуде тока называют полным сопротивлением цепи для переменного тока:
, (8)
R 0 - активное сопротивление,
- реактивное сопротивление
цепи.
Приборы, которыми пользуются в цепях переменного тока, измеряют действующее значение тока и напряжения, но так как:
;
,(9)
то очевидно, что между действующими значениями тока и напряжения сохраняется то же соотношение, что между амплитудными:
.
ход РАБОТЫ
ЗАДАНИЕ 1. Измерение индуктивности секций катушки.
Определить активное сопротивление секции катушки (см. описание катушки дроссельной).
Собрать цепь по схеме рис. 4, где L - разные секции катушки.
На реостате установить максимальное сопротивление и включить источник переменного напряжения.
Для каждой секции измерить напряжение при трех значениях тока. Полученные данные записать в табл. 1.
Определить сопротивление участка Z L и индуктивности соответствующих секций.
Таблица 1
|
Число витков | ||||||
ЗАДАНИЕ 2. Определение емкости конденсаторов .
Собрать цепь по схеме рис. 5 для конденсатора С 1 .
Измерить напряжение на конденсаторе при трех значениях тока. Результаты измерения записать в табл. 2.
Z Cср и рассчитать емкость конденсатора. Результаты расчета записать в табл. 2.
Повторить пп.1-3 для конденсатора С 2 .
Повторить пп.1-3 при последовательном и параллельном соединениях конденсаторов С 1 и С 2 .
Сделать выводы по полученным результатам.
Таблица 2
|
Схема соединения | ||||||
ЗАДАНИЕ 3. Проверка закона Ома для переменного тока.
Собрать цепь по схеме рис. 6.
Измерить напряжение на участке цепи при трех значениях тока. Результаты измерения записать в табл. 3.
Определить среднее значение сопротивления участка Z изм.ср.
Сравнить вычисленное по формуле (8) Z выч и измеренное Z изм.ср значения сопротивления. Результаты расчета записать в табл. 3.
Сделать выводы по полученным результатам.
Таблица 3
|
Z изм.ср, Ом | ||||||||
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
Всегда ли можно утверждать, что омическое и активное сопротивления равны друг другу?
Какова циклическая частота городской электросети?
Как физически объяснить, что индуктивное сопротивление растет при возрастании частоты, а емкостное - падает?
Каков будет сдвиг фаз между током и напряжением, если участок содержит только емкостное сопротивление?
Каков будет сдвиг фаз между током и напряжением, если участок содержит только индуктивное сопротивление?
Как выражается общая емкость при последовательном и параллельном соединениях конденсаторов?
В каких единицах должны быть выражены индуктивность и емкость, чтобы полное сопротивление было выражено в Омах?
Вывести формулу для расчета индуктивности по данным табл. 1.
Вывести формулу для расчета емкости по данным табл. 2.
Начертите векторные диаграммы для следующих случаев:
Алексеев О.Л., Ворончихин Л.Д., Коврижных Ю.Т . Руководство к лабораторным работам по курсу общей физики: Электричество. – Свердловск, 1974. – с. 188-194.
Савельев И.В . Курс общей физики. Электричество. – М.: Наука, 1970. – Т.II. – с. 343-346.
Евсюков А.А . Электротехника: Учеб. пособие для студентов физ. спец. пед. ин-тов. – М.: Просвещение, 1979. – с. 10-27.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Закон Ома для участка цепи. 8 класс. Ситдикова Т.И. учитель физики МОУ «СОШ № 8» г. Красновишерск
Цели и задачи урока: Образовательные. -лабораторная работа – источник знаний и умений; -закрепление знаний и умений; -формирование экспериментальных умений и знакомство учащихся с экспериментом как методом познания. Воспитательные. - формирование мнения о материальности окружающего мира; -развитие волевых качеств (инициативность, самостоятельность, настойчивость); -формирование культуры отношений в группе.
ПЛАН 1. Работа в группах (экспериментальная работа по выявлению зависимости силы тока от напряжения и сопротивления), желающие работают на электронном тренажере («Начала электроники»). 2. Анализ результатов (по работе в группах). 3. Вывод закона Ома (по результатам эксперимента в группах).
Результаты 1)Зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении. I U Вывод: сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Результаты 2)Зависимость силы тока от сопротивления при постоянном напряжении. I R Вывод: сила тока обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Закон Ома для участка цепи. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Предварительный просмотр:
УМК урока (занятия) содержит:
2. Тема, класс;
3. Тип урока (тип занятия);
4. Форма организации работы с учащимися;
5. Дидактические материалы;
6. Конспект урока (занятия) с подробным описанием дидактической структуры урока
(занятия);
7. Литература для учителя (воспитателя);
8. Диагностика результативности урока (занятия
Учитель : Ситдикова Талия Идрисовна
Образовательное учреждение : МОУ «СОШ № 8»
Тема: Закон Ома для участка цепи.
Класс : 8
Тип урока : лабораторная работа
Цели и задачи:
Образовательные.
Лабораторная работа – источник знаний и умений;
Закрепление знаний и умений;
Формирование экспериментальных умений и знакомство учащихся с экспериментом как методом познания.
Воспитательные.
Формирование мнения о материальности окружающего мира;
Развитие волевых качеств (инициативность, самостоятельность, настойчивость);
Формирование культуры отношений в группе.
Форма организации :
групповая форма работы
Индивидуальная работа (сильных учащихся) на электронном тренажере.
Дидактические материалы:
Лабораторная работа № 7 по теме «Закон Ома для участка цепи».
1.Помни: ТБ 0,1 А -
0,3 А –
12В –
36 В –
2.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.
I , A | U , B |
3.Собрать базовую цепь. Напряжение на вольтметре держать на одной величине (двигая ползунок реостата). В цепь поместить резисторы с разным сопротивлением. Занести значения силы тока и сопротивления в таблицу, по значениям построить график. Сделать вывод.
I , A | R ,Oм |
4.Домашнее задание: параграф 44, упр. 19 (1,2,3).
5.В тетрадь записать формулировку и формулу закона Ома.
Конспект.
Этап занятия | Приемы обучения, дидактические материалы. |
|
1.Подготовительный этап. | Лабораторный комплект по теме «Электричество» (15 шт. на класс). Раздаточный материал на группы. |
|
2.Организационный момент | Тема урока. | Презентация по теме. |
Цели и задачи. | Цели и задачи предложено самостоятельно озвучить учащимся, затем их уточнить, параллельно демонстрируем презентацию. |
|
3.Инструктаж по технике безопасности. | Соблюдение техники безопасности учащихся при проведении лабораторных работ по разделу «Электричество». | На раздаточном материале группа заполняет 1. Помни. |
2.Лабораторная работа. | Выполнение работы в соответствии с планом. | |
4.Индивидуальная работа с учащимися. | Сильным ученикам предлагается электронный тренажер («Начала электроники»). Демонстрация их работы идет на экран через проектор, либо работа на ПК (в школе имеется в наличии мобильный класс). |
|
Слабых распределяем в группы к учащимся с стабильными знаниями. |
||
5.Подведение итогов. | Выводы, полученные в ходе проведения работы. | Выступление учащихся с результатами работы у доски (по каждому этапу не менее 3 –х выступлений) по 1 человеку от группы. |
Учитель обобщает результат (презентация). |
||
6.Домашнее задание. | Записать самостоятельно. |
|
7.Рефлексия. | Учащиеся в течение 1 мин. заполняют предложенную таблицу. |
|
8.Заключительное слово | Соответствие между выводами и поставленными целями. | Учащимся предлагается ответить на вопрос: «Какие новые умения и навыки приобрел(а) на уроке?» |
Ф.И.
Этап урока | Услышал | Увидел | Понял | Записал |
Цели и задачи | ||||
План (ход) лабораторной работы | ||||
Результат работы | ||||
Закон Ома для участка цепи | ||||
Выводы | ||||
Домашнее задание | ||||
Оценка за урок
Литература для учителя:
А.В. Перышкин «Физика 8». Москва «Дрофа» 2005
В.И. Лукашик, Е.В. Иванова «Сборник задач по физике»
Москва «Просвещение» 2001
Ф.В. Рабиза «Опыты без приборов» Москва «Детская литература» 1988
М.М.Балашов «О природе» Москва «Просвещение»1991
Диагностика результативности урока.
На уроке присутствовало 26 учащихся из 27 (1 болеет). Из 26 человек создано 10 групп. 8 групп(21 человек) получили отметку 5, 1 группа(3 человека) -4, 1 группа(2 человека) -3. Урок имеет процент успеваемости -100%, Процент качества – 92%.
Самоанализ урока:
Характеристика класса, способности.
Основные трудности.
Место урока в системе уроков.
Данный урок 11 из 25 в теме «Электрические явления».
Обоснование цели.
Обоснование выбора типа, структуры урока.
Самооценка методов, их соответствие цели и содержанию урока.
Оценка урока и поведения учеников.
Удовлетворенность.
Степень достижения целей всего урока и отдельных этапов.
Меры, намеченные учителем по данной системе уроков.
Проверка закона Ома для участка цепи и всей цепи. Проверка закона Кирхгофа
Лабораторная работа
Цель работы
Практически убедится в физических сущности закона Ома для участка цепи. Проверить опытным путем законы Кирхгофа.
Оборудование
Приборный щит № 1. Стенд.
Теоретическое обоснование
Расчет и анализ эл.цепей может быть произведен с помощью основных законов эл.цепей закон Ома, первого и второго законов Кирхгофа.
Как показывают опыты, ток на участке цепи прямо пропорционально напряжении на этом участке цепи и обратно пропорционально сопротивлении того же участка -это закон Ома
Рассмотрим полную цепь: ток в этой цепи определяется по формуле (закон Ома для полной цепи). Сила тока в эл.цепи с одной ЭДС прямо пропорционален этой ЭДС и обратно пропорционален сумме сопротивлении внешней и внутренней участков цепи.
Согласно первому закону Кирхгофа, алгебраическая сумма токов ветвей соединений в любой узловой точке эл.цепи равна нулю.
Согласно второго закона Кирхгофа в любой замкнутом контуре эл.цепи, алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме напряжении на всех резисторных элементов контура.
Порядок выполнения работы:
Ознакомится с приборами и стендом, для выполнение работы. Подключим шнур питания к источнику питания.
Источник подключить к стенду, меняя переменным резистором сопротивление цепи измеряем ток, напряжение. Результаты заносим в таблицу. Произвести необходимые расчеты
На стенде «закон Кирхгофа». Меняем сопротивление цепи. Результаты опытов заносим в таблицу. Произвести необходимый расчет
Рис. 1. Закон Ома для участка цепи
Рис.2. Первый закон Кирхгофа
Табл.1
|
Данные наблюдений |
Результаты вычислений |
|||
|
U общ |
||||
|
3,3 |
||||
|
1,5 |
3,2 |
|||
|
3,1 |
Табл.2
|
Данные наблюдений |
Результаты вычислений |
|||||||
|
R 1 |
R 2 |
I 1 |
I 2 |
I 3 |
I 4 |
I 2 +I 3 |
U 1 |
U 2 |
|
0,7 |
2,1 |
|||||||
|
0,7 |
2,1 |
Е 1 =3(1+0,1)=3,3; Е 2 =2(1,5+0,1)=3,2; Е 3 =1(3+0,1)=3,1
U 1 =2*1=2; U 2 =2*1=2; U 1 =3*0,7=2,1; U 2 =1*2=2
Вывод
Опытным и расчетным путями доказали, что сила тока в эл.цепи с одной ЭДС прямо пропорционален этой ЭДС и обратно пропорционален сумме сопротивлений внешних и внутреннего участка цепи. Согласно первому закону Кирхгофа сила тока на входе цепи равна силе тока на входе цепи. Сумма токов на ветвях цепи равна току на выходе цепи.
Ответы на контрольные вопросы
Закон Ома для полной цепи рассматривает полное сопротивление всей цепи, а закон Ома для участка цепи рассматривает только данный участок цепи. Оба закона Ома показывают зависимость силы тока от сопротивления – чем больше сопротивление, тем меньше сила тока и ЭДС или наоборот.
Для создания напряжения в цепи необходимо движение зарядов внутри источника тока, а это происходит только под действием сил, приложенных извне. При отсутствии тока в цепи ЭДС равна разности потенциалов источника энергии, поэтому подключенный в эту цепь вольтметр показывает ЭДС, а не напряжение.
I - закон Кирхгофа (применяется для расчётов сложных электрических цепей): сумма токов приходящих к узловой точке, равна сумме токов, уходящих от неё, причём направление токов к точке считают положительным, а от неё – отрицательным. Или алгебраическая сумма токов в узловой точке электрической цепи равна нулю.
II – закон Кирхгофа (для любой электрической цепи): алгебраическая сумма всех ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжения сопротивления, включенных последовательно.
Е 1 + Е 2 +…+ Е n =I 1 R 1 +I 2 R 2 +…+I n R n
Лабораторная работа
Дисциплина Физика
Нижний Новгород
2014 г .
Оборудование:
J = dQ / dt . (1.1)
J = Q / t ,
Единица силы тока – ампер (А). Ампер – сила, не изменяющегося тока, который при прохождении по двум прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенными в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создает между этими проводниками силу взаимодействия, равную 2 × 10-7 Н на каждый метр длины.
Напряжением U на участке 1-2 называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи:
U = (j 1 – j 2 ) + e , (1.2)
где e – ЭДС источника тока.
Напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует ЭДС, т.е. сторонние силы отсутствуют (однородный участок).
Немецкий физик Ом (1787-1854) экспериментально установил, что сила тока J прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению участка R:
J = U / R. (1.3)
Закон Ома для неоднородного участка, где действует ЭДС, имеет следующий вид:
J = ((j 1 - j 2 ) + e ) / R. (1.4)
Выражение (1.4) представляет собой закон Ома в интегральной форме, который является обобщенным законом Ома.
Если на данном участке цепи источник тока отсутствует ( e =0), то из (1.4) приходим к закону Ома для однородного участка:
J = (j 1 - j 2 ) / R = U / R.
Если же электрическая цепь замкнута, то выбранные точки 1 и 2 совпадают, j 1 = j 2 ; тогда из (1.4) получаем закон Ома для замкнутой цепи:
J = e / R,
где e – ЭДС действующая в цепи, R - суммарное сопротивление всей цепи.
В общем случае R = R1 + r , где r – внутреннее сопротивление источника ЭДС, R1 - сопротивление внешней цепи.
Поэтому закон Ома для замкнутой цепи будет иметь вид:
J = e / (R1 + r ). (1.5)
Если цепь разомкнута и, следовательно, в ней ток отсутствует ( J =0), то из закона Ома (1.4) получим, что e =(j 1 - j 2 ), т.е. ЭДС, действующая в разомкнутой цепи, равна разности потенциалов на концах. Следовательно, для того, чтобы определить ЭДС источника тока, надо измерить разность потенциалов на его клеммах при разомкнутой цепи.
Задача данной работы заключается в том, чтобы изучить закон Ома для однородного участка, необходимо:
а) снять зависимость силы тока J от напряжения U при постоянном сопротивлении R;
б) снять зависимость силы тока J от сопротивления R при постоянном напряжении U.
Описание установки и измерений.
Для выполнения лабораторной работы собирают схему, изображенную на рис.1.
Здесь e – источник тока, П – потенциометр или делитель напряжения, R – магазин сопротивлений, V – вольтметр, А – амперметр.
При перемещении подвижного контакта потенциометра показания вольтметра, включенного параллельно, будут изменяться от 0 до U.
Магазин сопротивлений состоит из пяти декад, соединенных последовательно, сопротивления которых известны, что позволяет изменять сопротивление в определенных пределах. Силу тока измеряют при помощи амперметра, включенного последовательно.
Порядок выполнения работы :
1. Собрав цепь по схеме, данной на рис. 1, приступают к снятию зависимости силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении. При помощи магазина сопротивлений устанавливают какое-либо сопротивление. Перемещая ползунок потенциометра, изменяют напряжение, величину которого показывает вольтметр. Результаты измерений заносят в таблицу 1.
Таблица 1
R, Oм
U, B
J , A
2. Затем приступают к снятию зависимости силы тока от сопротивления. Для этой цели с помощью потенциометра устанавливают постоянное напряжение. Изменяют сопротивление с помощью магазина сопротивлений последовательно последовательно в определенных пределах. Результаты измерений заносят в таблицу 2.
Таблица 2
U, B
R, Oм
J , A
Обработка результатов измерений.
1. По результатам измерений, занесенных в таблицу 1, строят график зависимости силы тока от напряжения J =f(U) при постоянном сопротивлении R .
2. По результатам таблицы 2 строят график зависимости силы тока от сопротивления J =f(R) при постоянном напряжении U .
Контрольные вопросы :
1. Как изменится сила тока в проводнике при увеличении напряжения на нем в два раза?
2. Как изменится сопротивление проводника при увеличении напряжения на нем в два раза?
3. Можно ли включить в сеть с напряжением 15 В реостат на котором написано 6 Ом; 2 А?
Литература
1. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1985. – 432с.
2. Савельев И.В. Курс общей физки. – Т.2. – М.: Наука, 1973.
3. Грабовский Р.Н. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1980.
4. Кортнев А.В., Рублев В., Куценко А.Н. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965. – 567с.
5. Лабораторный практикум по физике / Под ред. Ахматова А.С. – М.: Высшая школа, 1980. – 360с.
Лабораторная работа
«Изучение закона Ома для участка цепи»
Дисциплина Физика
Преподаватель Виноградов А.Б.
Нижний Новгород
2014 г .
Цель работы: знакомство с простейшими электрическими схемами и приобретение навыков работы с электроизмерительными приборами; экспериментальная проверка закона Ома для участка электрической цепи.
Оборудование: источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, реостат, магазин сопротивлений, ключ, соединительные провода.
Теоретическое содержание работы.
Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т.е. электроны, слабо связанные с ионами кристаллической решетки металла. Это представление о природе носителей тока в металлах основывается на электронной теории проводимости металлов, созданной немецким физиком Друде (1863-1906) и разработанной нидерландским физиком Лоренцем, а также на ряде классических опытов, подтверждающих положения электронной теории.
Существование свободных электронов в металлах на основании электронной теории объясняется следующим образом: при образовании кристаллической решетки (в результате сближения изолированных атомов) валентные электроны, сравнительно слабо связанные с атомными ядрами, отрываются от атомов металла, становятся "свободными" и могут перемещаться по всему объему. Таким образом, в узлах кристаллической решетки располагаются ионы металла, а между ними хаотически движутся свободные электроны, образуя своеобразный электронный газ, обладающий свойствами идеального газа.
При наложении внешнего электрического поля на металлический проводник кроме теплового движения электронов возникает их упорядоченное движение, т.е. электрический ток.
Количественной мерой электрического тока служит сила тока J - скалярная величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:
J = dQ / dt . (1.1)
Ток, сила и направление которого не изменяются с течением времени, называется постоянным. Для постоянного тока
J = Q / t ,
где Q - электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника.
