Послідовне з’єднання провідників.

Мета.

Навчальна. Ввести поняття послідовного з’єнання провідників. Дослідно перевірити закони послідовного з’єднання провідників та ознайомитися з наслідками з законів. Вивести формулу розрахунку додаткового опору при розширенні межі вимірювання вольтметром.    

Розвиваюча. Розвивати логічне та алгоритмічне мислення, фізичну компетентність.

Виховна. Виховувати культуру проведення дослідження, культуру наукового мислення.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 8 клас, Бар'яхтар В. Г. Довгий С. О., видавництво "Ранок"  
• Демонстрація. І закон послідовного з’єднання провідників (джерело струму лабораторне, з’єднувальні провідники, лампа розжарювання на підставці, резистор, амперметр, ключ).
• Демонстрація. ІІ закон послідовного з’єднання провідників (джерело струму лабораторне, з’єднувальні провідники, лампа розжарювання на підставці, резистор, вольтметр, ключ).
• Відео. Послідовне з’єднання провідників (Час показу 2:58 хв)
• Педагогічний програмний засіб "Електрика" <<Скачати>>

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань. 
2. Послідовне з’єднання провідників.
3. Вчимося розв’язувати задачі.
4. Запитання до уроку.
5. Домашнє завдання.
6. Перевір себе.
7. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Здати домашню лабораторну роботу №3: "Вимірювання опору провідника за допомогою амперметра і вольтметра".

2. Послідовне з’єднання провідників.

 Міркуємо разом. Кожного дня ми користуємося різними електричними приладами-споживачами.

 Як вони з’єднуються в електричному колі?

 Чому, коли перегорає лампочка у гірлянді решта лампочок не горять, а коли перегорає лампочка у квартирі - решта лампочок горять.

Ви вже знаєте, що амперметр у коло приєднують послідовно, а вольтметр - паралельно. Послідовне і паралельне з'єднання в електротехніці — два основних способи з'єднання елементів електричного кола. В електричному колі може бути кілька споживачів, по-різному між собою з’єднаних. Відмінність кожного з’єднання слід знати перед вибором структури електроланцюга.

 Послідовне з’єднання провідників. При послідовному з’єднанні споживачів (провідників) їх з’єднують по черзі один за одним без розгалужень проводів між ними: до кінця першого приєднують початок другого, потім до кінця другого приєднують початок третього...

Електрична схема кола з таким з’єднанням має вигляд:

Вимикачі, рубильники, запобіжники вмикають в електричні мережі послідовно з електрообладнанням. Немає необхідності викручувати лампу з патрона, коли її треба вимкнути, а досить розімкнути ланцюг встановленим у зручному місці вимикачем, сполученим з цією лампою послідовно. Запобіжник, перегоряючи від надмірного струму, розмикає ланцюг і цим запобігає пошкодженню приладів і проводів, сполучених з ним послідовно.

Але послідовне з'єднання має суттєвий недолік, який полягає в тому, що при перегорянні одного з приладів розмикається все електричне коло. Наприклад, якщо перегоряє одна лампочка при послідовному з'єднанні і ялинковій гірлянді, то гасне вся гірлянда і треба перевіряти всі лампочки, щоб виявити пошкоджену.

Недоліком вважається також і те, що послідовне з'єднання електроприладів характеризується однаковим струмом на будь-якій ділянці ланцюга і різним падінням напруги на приладах, яке залежить від величини їхнього опору.

 Закони послідовного з’єднання провідників.

Педагогічний програмний засіб "Електрика" <<Скачати>>

І закон послідовного з’єднання: при послідовному з’єднанні провідників сила струму в будь-якій частині електричного кола однакова: I1=I2=...=IN.

Демонстрація. І закон послідовного з’єднання провідників (джерело струму лабораторне, з’єднувальні провідники, лампа розжарювання на підставці, резистор, амперметр, ключ).

ІІ закон послідовного з’єднання: повна напруга U в колі при послідовному з’єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі напруг на всіх окремих ділянках кола: U=U1+U2+...+UN.

Демонстрація. ІІ закон послідовного з’єднання провідників (джерело струму лабораторне, з’єднувальні провідники, лампа розжарювання на підставці, резистор, вольтметр, ключ).

ІІІ закон послідовного з’єднання: загальний опір кола R при послідовному з’єднанні дорівнює сумі всіх опорів окремих провідників або окремих ділянок кола:  R=R1+R2+...+RN.

 Доведення. Для двох ділянок електричного кола згідно з ІІ законом послідовного з’єднання: U=U1+U2 (1). За законом Ома для ділянки кола: ; ; . Підставимо в (1): . За І законом послідовного з’єднання: І1=І2=І. Тому  .

Закони послідовного з’єднання справедливі для будь-якого числа провідників.

 Відео. Послідовне з’єднання провідників (Час показу 2:58 хв)

 Наслідки з законів послідовного з’єднання провідників.

1. Якщо N послідовно з’єднаних провідників мають однаковий опір , то загальний опір ділянки кола: .
2. Заряд, що протікає через послідовні ділянки .

 Доведення. Для двох послідовних ділянок за означенням сили струму: ; ; . Струм проходить водночас по обох провідниках, тому . За І законом послідовного з’єднання: I1=І2=І, тому і .

3. Робота, що виконується у всьому колі при перенесенні заряду дорівнює сумі робіт, що виконуються на окремих ділянках під час проходження струму: .

 Доведення. Для двох послідовних ділянок за ІІ законом послідовного з’єднання: U=U1+U2 . За означенням напруги ; ; . Отже, . При послідовному з’єднанні . Тому, .

4. При послідовному з’єднанні напруги на провідниках пропорційні їх опорам: .

 Доведення. За І законом послідовного з’єднання провідників сила струму на будь-якій ділянці - однакова: I1=І2. Згідно з законом Ома для ділянки кола: ;   або  . 

3. Запитання до уроку.

Запитання 44.1. Яке з’єднання провідників називають послідовним? Наведіть приклади послідовного з’єднання провідників у техніці та побуті.

Запитання 44.2. Сформулюйте закони послідовного з’єднання провідників.

Запитання 44.3. Які електричні величини сталі в усіх провідниках, з’єднаних послідовно?

Запитання 44.4. Виведіть ІІІ закон послідовного з’єднання.

Запитання 44.5. Доведіть, що при послідовному з’єднанні .

Запитання 44.6. Доведіть, що при послідовному з’єднанні .

Запитання 44.7. Доведіть, що при послідовному з’єднанні .

Запитання 44.8. Чому не горить гірлянда? Вкажіть недоліки послідовного з’єднання провідників.

Запитання 44.9. Якими приладами можна замінити резистори в колі при виконанні лабораторної роботи? Чому?

Запитання 44.10. Як потрібно з’єднати два гальванічні елементи, що дають напругу 4 В в батарею, щоб живити лампу розжарення, розраховану на 8 В.

Запитання 44.11. Що потрібно зробити, щоб лампу, розраховану на 4 В, увімкнути в коло з джерелом живлення 6 В?

Запитання 44.12. На електричній плитці з відкритою спіраллю нагрівається чайник. Під час кипіння частину спіралі залила вода. Як зміниться розжарення незалитої частини спіралі?

4. Домашнє завдання.

Підручник: §31.

Опитування онлайн. Послідовне з’єднання провідників. Відповіді учнів (Виконується 1 раз)

 Усне опитування по запитаннях до уроку (запитання 42.4.-42.7 - доводити на дошці).

5. Перевір себе.

6. Для допитливих.

Розширюємо кругозір. Розрахунок додаткового опору при розширенні межі вимірювання вольтметра. На практиці часто виникає необхідність підвищити межу вимірювання електровимірювального приладу. Це завдання розв’язується за допомогою підключення до приладу додаткових резисторів. Під час ввімкнення вольтметра у електричне коло з напругою, яка перевищує напругу, на яку розраховано прилад, для розширення меж вимірювання вольтметром послідовно до нього вмикають відповідний резистор (який називають додатковим опором). В результаті вимірювана напруга U ділиться на дві частини: одна частина Uв припадає на вольтметр, а друга Uр - на резистор: U=Uв+Uр.

Виведемо розрахункову формулу значення додаткового опору для розширення меж вимірювання вольтметром.

 Виведення. За законом Ома для ділянки кола: , . За І законом послідовного з’єднання , тому  .  Врахуємо, що .  , або , де  - коефіцієнт, який показує у скільки разів зростає ціна поділки шкали вольтметра.

Щоб вольтметр не вносив помітних змін у вимірювану напругу, його опір повинен бути більшим у порівнянні з опором ділянки кола, в якій проводиться вимірювання.