Електричний опір провідників. Закон Ома для однорідної ділянки електричного кола.

Мета.

Навчальна. Ввести поняття електричного опору, одиниць його вимірювання. Дослідно продемонструвати закон Ома для ділянки кола.

Розвиваюча. Розвивати фізичну компетентність, логічне мислення.

Виховна. Прививати інтерес до вивчення електричних законів та явищ.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 8 клас, Бар'яхтар В. Г. Довгий С. О., видавництво "Ранок"  
• Збірник задач. Фізика 8 клас. І. М. Гельфгат, І. Ю. Ненашев. Ранок, 2016.
• Демонстрація. Залежність сили струму від властивосей провідників, увімкнених у коло (джерело струму; провідники; ключ; нікеліновий, ніхромовий та мідний дроти однакової довжини; лампа розжарювання, амперметр).
• Демонстрація. Залежність сили струму від напруги (джерело струму, провідники, гальванометр-амперметр, гальванометр-вольтметр, магазин опорів, ключ).
• Демонстрація. Залежність сили струму від опору на ділянці кола (джерело струму, провідники, гальванометр-амперметр, гальванометр-вольтметр, магазин опорів, ключ).
• Відео. Закон Ома для ділянки кола.

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.
2. Електричний опір провідників. Закон Ома для однорідної ділянки електричного кола.
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.

Перевірка домашнього завдання.

2. Електричний опір провідників. Закон Ома для однорідної ділянки електричного кола.

Електричний опір провідників. Складемо електричне коло з джерела струму, провідників, ключа, лампи розжарювання, амперметра. Приєднуватимемо в коло по черзі нікеліновий, потім ніхромовий та мідний дроти завдовжки 1 м.

• Демонстрація. Залежність сили струму від властивосей провідників, увімкнених у коло (джерело струму; провідники; ключ; нікеліновий, ніхромовий та мідний дроти однакової довжини; лампа розжарювання, амперметр).

Вимірюватимемо вольтметром на них напругу та силу струму в колі. Напруга в усіх випадках буде однаковою, а от сила струму кожного разу буде іншою.

Сила струму в колі залежить від властивостей провідників, увімкнених у коло.

Залежність сили струму від властивостей провідника пояснюється тим, що спрямованому руху вільних електронів у металевому провіднику протидіють їхні хаотичні зіткнення з іонами кристалічних ґраток, що перебувають у стані теплового руху. Ця протидія призводить до зменшення швидкості спрямованого руху заряджених частинок, тобто до зменшення сили струму в колі.

Величина, яка характеризує властивість провідника протидіяти спрямованому переміщенню вільних зарядів у ньому, називається електричним опором провідника.

Електричний опір позначають латинською літерою R, вимірюють в СІ в Ом (читається “ом”).

Одиниця вимірювання опору:

 .

На практиці застосовують мОм (міліом), кОм (кілоом), МОм (мегаом).

Провідники, що мають однакові геометричні розміри (довжину, площу поперечного перерізу), але виготовлені з різних металів, мають різні значення електричного опору.

За величиною опору тіла умовно поділяють на 3 класи: провідники, напівпровідники та ізолятори.

Схеми електричних і електронних приладів складаються із сукупності електричних кіл, сила струму і напруга в яких залежить від значень електричного опору спеціальних деталей - резисторів. Значення опору резисторів становить від десятих часток ома до 10 тисяч мегаомів.  

       а)     б)

Резистори постійного опору                                Резистори змінного опору

Закон Ома для ділянки кола. Уперше явища в електричних колах докладно вивчив німецький вчитель фі­зики і вчений Георг Ом. У 1826 році йому вдалося експериментально встановити залежність між силою струму, напругою та опором в електричних колах. Як джерело струму він використав термоелемент, який складався з мідного і вісмутового провідників.

Мал. Георг Ом та модель установки для дослідження залежності сили струму від напруги.

Встановимо як взаємопов’язані сила струму та напруга на ділянці електричного кола. Для цього складемо електричне коло з джерела струму, за допомогою якого можна регулювати напругу, що подається на коло; амперметра; ключа; нікелінової спіралі від магазину опорів, до якої паралельно приєднаємо вольтметр. Замкнемо коло, зафіксуємо покази амперметра і вольтметра.

Мал. Залежність сили струму від напруги на однорідній ділянці кола.

• Демонстрація. Залежність сили струму від напруги (джерело струму - випрямляч селеновий, провідники, гальванометр-амперметр, гальванометр-вольтметр, магазин опорів, ключ).

При збільшенні значення напруги в колі в кілька разів, значення сили струму теж збільшується в таку саму кількість разів. Результати вимірювань запишемо до таблиці:

За даними таблиці побудуємо графік залежності сили струму від напруги.

Мал. Вольт-амперна характеристика провідника.

Графік залежності сили струму від напруги називають вольт-амперною характеристикою провідника. З графіка видно, що сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі на кінцях провідника: I~U.

Встановимо як взаємопов’язані сила струму і опір на ділянці електричного кола. Для цього складемо електричне коло, яке складається з джерела струму, провідників, ключа, амперметра, батареї опорів, вольтметра. Вмикатимемо по черзі дротини батареї магазину опорів, що мають відповідно опір 1 Ом, 2 Ом, 3 Ом...

Зніматимемо покази сили струму і напруги. Напруга на кінцях батареї опорів під час досліду буде сталою. Сила струму - змінюватиметься.

Мал. Залежність сили струму від опору провідника на однорідній ділянці кола.

• Демонстрація. Залежність сили струму від опору на ділянці кола (джерело струму, провідники, гальванометр-амперметр, гальванометр-вольтметр, магазин опорів, ключ).

Результати вимірювань занесемо до таблиці.

Побудуємо графік залежності сили струму від опору провідника однорідної ділянки електричного кола:

При постійній напрузі сила струму в провіднику обернено пропорційна його опору:  (графіком є вітка гіперболи).

Врахувавши, що   (сила струму залежить прямо пропорційно від напруги) та  (сила струму обернено пропорційно залежить від опору), Георг Ом зробив висновок.

Закон Ома для ділянки кола: сила струму на однорідній ділянці електричного кола прямо пропорційна напрузі на цій ділянці й обернено пропорційна опору цієї ділянки.

Закон Ома справедливий для металів і напівпровідників при не надто великих прикладених напругах.

Для визначення опору провідника потрібно виміряти на ньому напругу, потім - силу струму в ньому, після чого значення напруги поділити на значення сили струму: . Проте слід пам’ятати, що опір не залежить ні від сили струму, ні від напруги на ділянці кола, а залежить від роду матеріалу, довжини провідника та його площі поперечного перерізу.

Щоб визначити напругу на кінцях ділянки кола, потрібно силу струму в цій ділянці помножити на її опір: . Напруга залежить від опору та не залежить від сили струму на ділянці кола.

• Відео. Закон Ома для ділянки кола

3. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 40.1. Коли на резисторі напруга дорівнює 6 В, то через нього протікає струм 0,2 А. Обчисліть опір резистора.

Задача 40.2. Під час виконання лабораторної роботи учень склав електричне коло. Обчисліть напругу на резисторі.

Задача 40.3. На рисунку зображені вольт-амперні характеристики резисторів. Який з них має більший опір?

а)  б)

Задача 40.4. Сила струму через резистор опором 35 Ом змінюється від 0,1 А до 0,4 А. В яких межах змінюється напруга на резисторі? Побудуйте графік залежності сили струму від напруги.

Задача 40.5. При напрузі 9 В сила струму через резистор дорівнює 0,6 А. Якою стане сила струму через цей резистор, якщо напругу збільшити до 22,5 В?

4. Запитання до уроку.

Запитання 40.1. Що таке опір провідника? Вкажіть причини виникнення опору. Як визначити опір провідника на ділянці кола?

Запитання 40.2. Який взаємозв’язок між силою струму і напругою в провіднику, між силою струму і опором провідника. Як графічно показати ці залежності?

Запитання 40.3. Сформулюйте закон Ома. За яких умов справедливий закон Ома?

Запитання 40.4. Поясніть, чому формула для розрахунку опору провідника, отримана із закону Ома, не має фізичного змісту.

Запитання 40.5. Чому збільшення напруги на кінцях провідника збільшує струм? Відповісти , виходячи з уявлень електричної теорії.

Запитання 40.6. Згідно із законом Ома для ділянки кола, . Чи можна на цій підставі вважати, що опір даної ділянки кола прямо пропорційний напрузі на цій ділянці й обернено пропорційний силі струму в ній?

Запитання 40.7. Чому на цоколях електричних ламп завжди вказано напругу, на яку розраховано лампи?

Запитання 40.8. Знайдіть зайве слово. Відповідь обгрунтуйте.

5. Домашнє завдання.

Підручник: параграф 29.

Задача 40.6. На цоколі електричної лампи розжарювання написано “3,5 В, 0,7 А”. Обчисліть опір нитки розжарення лампочки в робочому режимі.

Задача 40.7. На рисунку зображені вольт-амперні характеристики резисторів. Який з них має більший опір?

Задача 40.8. Якщо напруга на резисторі 8 В, сила струму дорівнює 0,2 А. За якої напруги сила струму через резистор буде дорівнювати 0,3 А?

Усне опитування по запитаннях до уроку.

6. Перевір себе.

Тестові завдання

Запитання 40.1.Т. Яка з наведених формул є математичним записом залежності опору металевого провідника від його розмірів?

                А.

                Б.

                В. 

                Г.

Задачі для самостійного розв’язування.

Задача 40.1.С. Обчисліть силу струму, яка протікає в провіднику опором 16 Ом при напрузі 4 В на його кінцях.

Задача 40.2.С. Під час виконання лабораторної роботи учень склав електричне коло. Чому дорівнює сила струму через резистор?

Задача 40.3.Д. Визначте напругу на резисторі опором 3 Ом, у якому тече струм 0,15 А.

Задача 40.4.Д. Яку напругу потрібно прикласти до обмотки електромагніта опором 0,2 Ом для того,щоб сила струму в обмотці дорівнювала 4 А?

Задача 40.5.Д. За якої напруги через резистор опором 3 Ом буде протікати струм 2,4 А?

Задача 40.5.В. Якщо напруга на резисторі 24 В, сила струму через резистор становить 1,2 А. Якою буде сила струму, якщо напругу зменшити до 18 В?

7. Для допитливих.