ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

“ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ”

Урок-змагання

Мета. Узагальнити і поглибити знання учнів за темою “Закони постійного струму”; закріпити уміння і навички розв’язування розрахункових та експериментальних задач; формувати навички колективної праці в поєднанні з індивідуальною.

Тип уроку. Урок узагальнення та систематизації знань.

Обладнання. Роздатковий матеріал для індивідуального й колективного розв’язування задач окремими групами; обладнання для експериментальної перевірки співвідношень при послідовому

і паралельному з’єднаннях провідників; різнокольорові фішки-нагороди, картки для групових завдань.

Методичні поради. Для проведення уроку клас ділиться на п’ять груп. Змагання між окремими групами включає теоретичний тур, експериментальний тур і конкурс командирів груп. За допомогою різнокольорових фішок червона – 10 балів, жовта – 8 балів і синя – 6 балів) членами журі (із числа гостей), а також учителем оцінюються відповіді з кожного завдання окремих груп, а члени групи можуть передати фішку-нагороду тому, хто, на їхню думку, сприяв успіху групи.

Хід уроку

I. Організація класу

Сьогодні

у нас не звичайний урок, а урок-змагання, урок-гра “Закони постійного струму”. (Учитель ділить клас на групи і пояснює правила гри.)

II. Фронтальна бесіда

Отож, увага!

Що називають електричним струмом?

Які умови його існування в колі?

Що називають силою струму?

Як читається закон Ома для ділянки електричного кола?

Що називають електрорушійною силою джерела струму?

Як читається закон Ома для повного кола?

Як обчислити роботу і потужність електричного струму?

Які співвідношення для послідовного з’єднання провідників ви знаєте?

Які співвідношення для паралельного з’єднання провідників ви знаєте?

(Під час фронтальної бесіди члени журі вручають фішки-нагороди.)

III. Колективне розв’язування задач окремими групами.

А тепер завдання групам на окремих картках по дві задачі. Хто першим розв’яже задачі – захищає цей розв’язок на дошці з одержанням відповідної кількості балів.

Завдання І групі

1. Користуючись схемою, зображеною на мал. 1, визначити силу струму, що проходить у резисторі R = 23,6 Ом, якщо ЕРС і внутрішній опір кожного елемента відповідно рівні: ? = 12В і і = 0,6 Ом. Опір з’єднувальних проводів не враховувати. (I = 1A).

2. Чотири акумулятори з? = 20В і внутрішнім опором 1,2 Ом кожний з’єднані паралельно. Яким повинен бути опір зовнішньої частини кола, щоб сила струму в ньому не перевищувала 2 А? (R? 9,7 Ом.)

Завдання II групі

1. Три джерела електричної енергії з ЕРС 1,2 В і внутрішнім опором 0,9 Ом кожний з’єднані послідовно і замкнуті на зовнішнє коло опором 4,5 Ом. Визначити силу струму в колі. (I = 0.5A)

2. Визначити ЕРС і внутрішній опір батареї гальванічних елементів, зібраної за схемою, зображеною на мал. 2, якщо ЕРС і внутрішній опір кожного елемента відповідно дорівнюють 6 В і 0,6 Ом. (?б = 12 В; rб = 0,4 Ом.)

Завдання III групі

1. Скільки гальванічних елементів з? = 1,5 В і внутрішнім опором 0,5 Ом необхідно з’єднати паралельно, щоб сила струму дорівнювала 0,5 А за умови, що опір зовнішнього кола дорівнює 2,9 Ом? (n = 5.)

2. Два акумулятори з ЕРС?1 = 60 B i?2 = 40 B та внутрішніми опорами r1 = 4 Ом і r2 = 1 Ом з’єднані в батарею, як показано на мал. 3. Визначити силу струму короткого замикання батареї. (Ікзб = 4 А.)

Завдання IV групі

1. Дано п’ять акумуляторів з ЕРС 6 В і внутрішнім опором 0,6 Ом кожний. Яким повинен бути опір зовнішнього кола, щоб при послідовному з’єднанні акумуляторів сила струму дорівнювала 2 А? (R = 12 Ом.)

2. Визначити загальний опір електричного кола, зображеного на мал. 4, якщо R = 40 Ом, r = 2 Ом. (Rзаг = 20,5 Ом)

Завдання V групі

1. Два джерела струму з ЕРС?1 = 60 В і?2 = 20 В з’єднані, як показано на мал. 5. Визначити опір другого джерела струму, якщо внутрішній опір першого джерела струму r1 = 5 Ом, опір зовнішнього кола R = 12 Ом, сила струму в колі I = 4 A. (r2 = 3 Ом.)

2. Два гальванічні елементи з ЕРС?1 = ?2 = ? = 10 В і внутрішніми опорами r1 = 0,6 Ом і r2 = 0,3 Ом з’єднані паралельно, як показано на мал. 6. Визначити силу струму, що проходить через резистор опором R = 4,8 Ом. (I = 2 А)

(Коли п’ять представників груп захистять свої розв’язки на дошці, учням пропонуються теоретичний і експериментальний тури.)

IV. Теоретичний та експериментальні тури.

Для теоретичною туру пропонується підготувати на дошці записи до усних відповідей на такі питання:

1. Робота і потужність електричною струму.

2. Електрорушійна сила.

3. Закон Ома для повного кола.

4. Для експериментального туру представникам груп пропонуються завдання:

A) із запропонованого за першим столом обладнання скласти електричне коло і перевірити співвідношення для послідовного з’єднання провідників;

B) перевірити практично співвідношення для паралельного з’єднання провідників (за іншим столом).

(Поки працюють над завданнями теоретичного й експериментального турів окремі представники груп, а слабші учні продовжують роботу над картками групових завдань, сильніші учні отримують картки із завданнями складнішого характеру. Працюють на місцях.)

Зміст карток

1. Батарея з восьми послідовно з’єднаних елементів з ЕРС 1,5 В і внутрішнім опором 0,25 Ом кожний замкнута на два паралельно увімкнених резистори з опорами 10 Ом і 40 Ом. Визначити напругу на розгалуженнях і струми у вітках. (U = 9,6 B, I1 = 0,96 A, I2 = 0,24 A)

2. У колі акумуляторної батареї з ЕРС 3,6 В сила струму 0,2 А, а напруга на зовнішній ділянці кола 3,2 В. Визначити опір кола і його розподіл між зовнішньою і внутрішньою ділянками кола. Яка потужність на зовнішній і внутрішній ділянках кола? (Rзаг = 18 Ом, R = 16 Ом, r = 2 Ом, Рзовн = 0,64 Вт, Рвн = 0,08 Вт)

3. Батарея з трьох послідовно з’єднаних елементів з ЕРС 1,5 В і внутрішнім опором 0,5 Ом кожний замкнена на два паралельно увімкнених резистори опорами 4 Ом і 12 Ом. Визначити напруги на розгалуженнях і струми у вітках. (U = 3 B, I1 = 0,75 A, I2 = 0,25 A.)

4. Генератор з ЕРС 150 В і внутрішнім опором 0,4 Ом живить 200 паралельно увімкнених ламп опором 320 Ом кожна. Нехтуючи опором з’єднувальних провідників, визначити напругу на зовнішній ділянці кола. (U = 120 B.)

5. Батарея кишенькового ліхтарика складається із трьох елементів з ЕРС 1,5 В кожний, з’єднаних послідовно. Вона живить лампочку струмом 0,2 А за напруги 3,5 В. Визначити опір лампочки і внутрішній опір кожного елемента. (r? 1,7 Ом, R = 17,5 Ом.)

(Постійно триває оцінювання відповідей теоретичного туру, завдань за картками й експериментального туру із врученням фішок.)

До уваги всіх! З аналізу ваших відповідей випливає, що при послідовному з’єднанні однакових джерел струму в батарею сила струму в колі обчислюється за формулою , а при паралельному з’єднанні

За якого опору зовнішнього кола сила струму в ньому буде однакова при паралельному і послідовному з’єднаннях однакових джерел струму в рею? Хто дасть відповідь?

Розв’язання одного з представників бригад:

Отже, при R = r Iпосл = Iпар.

(Поки учні розв’язують завдання, учитель за найбільшою кількістю фішок виявляє командирів трьох груп, для яких оголошує конкурс найскладніших задач на закони Кірхгофа для розгалужених кіл.)

V. Конкурс командирів груп

Завдання першому командирові

На мал. 7 зображено схему електричного кола постійного струму. Знайти значення і напрями сил струмів у резисторах R1 = 6 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 2 Ом, якщо?1 = ?2 = 6 B i?3 = 16 B. Внутрішній опір джерел струму не враховувати.

R1 = 6 Ом,

R2 = 4 Ом,

R3 = 2 Ом,

?1 = ?2 = 6 B,

?3 = 16 B.

І1 – ? І2 – ? І3 – ?

Розв’язання

Виберемо умовно напрями струмів у колі. Нехай струми мають напрями I1 – AK, I2 – BO, I3 – DC. Складемо рівняння струмів за правилом вузлів: I1 – I2 – I3 = 0 (вузол В). Складемо рівняння спадів напруг у замкнених контурах:

Контур АВОКА:

Контур ОВСБО:

Складемо систему рівнянь і розв’яжемо її:

Значення струмів: I1 = 2 A; I2 = 3 A; I3 = 5 A.

Завдання другому командирові

На мал. 8 зображено схему електричного кола постійного струму. Знайти значення і напрями сил струмів у кожній вітці, а також спад напруги на резисторі R опором 26 Ом, якщо ЕРС і внутрішній опір джерел струму відповідно дорівнюють?1 = 20 B, ?2 = 42 B, r1 = 2 Ом, r2 = 4 Ом.

Мал. 8.

?1 = 20 B,

?2 = 42 B,

R1 = 2 Ом,

R2 = 4 Ом,

R = 26Ом

I1 – ? I2 – ? I3 – ? U3 – ?

Розв’язання

Виберемо умовно напрями струмів у колі. Нехай струми мають напрями I1 – KA, I2 – BO, I3 – DC. Складемо рівняння струмів за правилом вузлів: I2 – I1 – I3 = 0 (вузол О). Складемо рівняння спадів напруг у замкнених контурах:

Контур АВОКА:

Контур ВСЕЮВ:

Складемо систему рівнянь і розв’яжемо її:

Значення струмів: I1 = 3 A; I2 = 4 A; I3 = 1 A.

Завдання третьому командирові

На мал. 9 зображено схему електричного кола постійного струму. Визначити спад напруги на кожному резисторі, якщо R1 = 10 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 2 Ом і ЕРС джерел електричної енергії?1 = 5 B, ?2 = 18 B, ?3 = 7 B. Внутрішній опір джерел електричного кола не враховувати.

Мал. 9.

R1 = 10 Ом,

R2 = 4 Ом,

R3 = 2 Ом,

?1 = 5 B,

?2 = 18 B,

?3 = 7 B

U1 – ? U2 – ? U3 – ?

Розв’язання

Виберемо умовно напрями струмів у колі. Нехай струми мають напрями I1 – AB, I2 – CK, I3 – OD. Складемо рівняння струмів за правилом вузлів: I1 + I3 – I2 = 0 (вузол С). Складемо рівняння спадів напруг у замкнених контурах:

Контур АВСКА:

Контур КСDОК:

Складемо систему рівнянь і розв’яжемо її:

Значення струмів: I1 = 0,5 A; I2 = 2 A; I3 = 1,5 A.

Спад напруг:

U1 = I1R1 = 0,5 A-10 Ом = 5 B;

U2 = I2R2 = 2 A-4 Ом = 8 B;

U3 = I3R3 = 1,5 A-2 Ом = 3 B.

(Переможець останньою конкурсу пояснює розв’язок своєї задачі для всіх учнів класу. Для економії часу це може зробити вчитель, роз’яснюючи при цьому закони Кірхгофа та наголошуючи на основних етапах розв’язання подібних задач.)

IV. Підсумок уроку Члени журі вручають нагороди. Потім учитель підбиває загальний підсумок уроку, обіцяючи всім учасникам романтичну подорож до “країни знань” – екскурсію на радіо чи електротехнічний факультет одного з ВНЗ.