Цель работы:

изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы тока;

расчёт ЭДС и полного сопротивления данного участка.

Теоретическое введение

Для того чтобы поддерживать движение электрических зарядов в течение некоторого длительного времени, необходимо, кроме электрического поля, наличие в цепи сторонних полей. Сторонние поля действуют на носители тока внутри источников электрической энергии (гальванических элементов, аккумуляторов, электрических генераторов и т.п.).

Для электрического и сторонних полей вводятся силовая и энергетическая характеристики. Силовыми характеристиками являются векторы напряжённости и

электрического и сторонних полей соответственно.

Направление вектора напряжённости поля совпадает с направлением соответствующей силы, действующей на положительный заряд. Величина напряжённости численно равна отношению силы к величине заряда:

Величина ЭДС – аналогична отношению работы силы стороннего поля А стор к величине q :

Величина, численно равная суммарной работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда по участку цепи, называется напряжением U на этом участке цепи и равна:

Если использовать определение напряженияU = IR п , гдеI – сила тока в цепи,R п – полное сопротивление участка, включающее внутреннее сопротивление источника ЭДС на этом участке, то закон Ома принимает вид:

IR п = (j 1 - j 2 ) + S E i .

Выражение (1) называют обобщённым законом Ома или законом Ома для неоднородного участка цепи.

Участок цепи, в пределах которого не действуют сторонние силы, называется однородным, напряжение на нём равно U 1-2 = j 1 - j 2 , т. е. напряжение совпадает с разностью потенциалов.

За направление электрического тока принимают направление перемещения положительных зарядов. Произведение IR п берётся положительным, если направление тока совпадает с направлением обхода контура.

Обобщённый закон Ома, применённый к участку 1 – V – 2 (обход через вольтметр), имеет вид:

Из (4) следует, что если сила тока в цепи равна нулю, то разность потенциалов источника ЭДС, включённого в рассматриваемый участок,j 2 - j 1 = E , а полное сопротивление участка цепи1 – 2 равно тангенсу углаa наклона прямой (см. рис. 3):

R = tg a .

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.

Законы Ома и Кирхгофа

Лабораторная работа № 1

по дисциплине "Электротехника и электроника"

Цель работы:

1. Общие методические указания

Экспериментальная часть лабораторной работы выполняется виртуально с помощью программы Electronics Workbench, которая имитирует реальную радиоэлектронную лабораторию, оборудованную измерительными приборами, работающими в реальном масштабе времени. Версия 4.1 этой программы находится в ИОС «Avanta» (см. в меню пункт «Материалы», Инструментальные средства ).

Перед выполнением лабораторной работы студенту необходимо ознакомиться с программой Electronics Workbench и изучить материалы занятия №1 "ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. ЗАКОНЫ ОМА И КИРХГОФА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ."

Лабораторная работа выполняется в соответствии со своим вариантом.

Отчет по лабораторной работе должен содержать: титульный лист, изложение цели работы, схемы исследуемых цепей, таблицы с результатами измерений и расчетов, выводы о проделанной работе. Страницы текста должны соответствовать формату А4, шрифт Times New Roman – 12 пт, выравнивание – по ширине, красная строка (отступ) – 1,25 см, межстрочный интервал – 1,5, автоматический перенос слов.

2. Пример выполнения работы и оформления отчета

2.1.Титульный лист отчета по лабораторной работе

Министерство образования и науки Российской Федерации

Владивостокский государственный университет

экономики и сервиса

Кафедра электроники

по лабораторной работе № 1

по дисциплине "Электротехника и электроника"

Законы Ома и Кирхгофа

гр. _____________ _____________________ ()

Преподаватель

доцент _____________________

Владивосток 200__

2.2. Выполнение работы

Цель работы: экспериментальная проверка действия законов Ома и Кирхгофа, изучение взаимосвязи параметров измерительных приборов и точности измерений.

1. В программе Electronics Workbench выберем необходимые радиоэлементы и соберем цепь, схема которой приведена в задании (Схема 1).

ЭДС источника Е = 50 V;

сопротивление источника Rи = 2 кОм;

сопротивление нагрузки Rн = 20 кОм.

1.1. Подключим измерительные приборы в соответствии со схемой 2. Установим параметры измерительных приборов:

сопротивление вольтметров V1 и V2 RV = 250 кОм;

сопротивление амперметра А RА = 0,3 Ом.

На экране получим следующую картину:

Рис. 1.1. Схема цепи, собранной в Electronics Workbench

1.2. Проверим выполнение закона Ома для полной цепи (ключ SA2 замкнут, ключ SA1 разомкнут). Для этого нужно вольтметром V1 измерить напряжение Uи на резисторе Rи, вольтметром V2 – напряжение Uн на резисторе Rн и амперметром А – ток I. Результаты измерений мы получили после включения схемы, как показано на рис. 1.1: I=2,44мА; Uи=4,84В; Uн=45,2В.

Рассчитаем напряжение на резисторе Rи, напряжение на резисторе Rн и ток в цепи по формуле Ома. Для этого необходимо найти эквивалентное сопротивление цепи:

Rэкв = Rи + Rн = 2 + 20 = 22 кОм.

Ток в цепи I будет равен:

I = E/Rэкв = 50/22 » 2,27 мА.

где Iизм – значение тока измеренное;

Iрассч – значение тока рассчитанное.

Uи = IRи = 2,27 мА × 2 кОм = 4,54 В.

Напряжение на нагрузке Uн:

Uн = IRн = 2,27 мА × 20 кОм = 45,46 В.

Найдем относительные погрешности измерения напряжений dUи и dUн:

где Uи изм; Uн изм – напряжения на сопротивлении источника и нагрузке измеренные;

Uи рассч; Uн рассч – напряжения на сопротивлении источника и нагрузке рассчитанные.

Внесем все измеренные и рассчитанные токи и напряжения в табл. 1.

1.3. В исследуемой цепи разомкнем ключ SA2, тем самым реализуем режим холостого хода. Снимем показания измерительных приборов (рис. 1.2): I=198мкА; Uи=394мВ; Uн=49,6В.

Рис. 1.2. Режим холостого хода

Проверим измерения теоретическими расчетами.

В идеальных условиях ток в цепи в режиме холостого хода равен нулю: I=0. Из этого следует, что напряжение на сопротивлении источника тоже будет равно нулю: Uи=IRи=0. Напряжение же на нагрузке будет равно напряжению источника ЭДС: Uн=Е=50В.

Мы видим, что показания вольтметров V1 и V2 и амперметра А отличаются от этих данных. Это происходит из-за неидеальности измерительных приборов, которые имеют собственное сопротивление.

Рассчитаем относительную погрешность измерения напряжения на нагрузке:

Внесем все полученные данные в табл. 1.

1.4. Теперь реализуем режим короткого замыкания. Для этого замкнем ключ SA1. Снимем показания измерительных приборов (см. рис. 1.3): I=49,6мА; Uи=49,5мВ; Uн=0В.

Рис. 1.3. Режим короткого замыкания

Проверим измерения теоретическими расчетами. Рассчитаем напряжение на резисторе Rи и ток в цепи.

Ток I в цепи будет равен:

I = E/Rи = 50/2 » 25 мА.

Сравним измеренное и рассчитанное значения тока. Для этого найдем относительную погрешность измерения тока dI:

Напряжение на сопротивлении источника Uи:

Uи = IRи = 25 мА × 2 кОм = 50 В.

Это совпадает с показанием вольтметра. Относительная погрешность измерения напряжения dUи=0.

Напряжение на нагрузке равно нулю, так как сопротивление нагрузки Rн=0.

Внесем все полученные результаты расчетов и измерений в табл. 1.

Таблица 1

Результаты измерений и расчетов напряжений и тока в цепи

	Uи изм, кОм			Uн изм, кОм	Uн рассч, кОм
Закон Ома для полной цепи
Режим холостого хода
Режим короткого замыкания

2. В программе Electronics Workbench выберем необходимые радиоэлементы и соберем резистивную цепь, схема которой приведена в задании (Схема 2).

Установим параметры элементов схемы:

ЭДС первого источника Е1 = 12 V;

ЭДС второго источника Е2 = 15 V;

сопротивление R1 = 1 кОм;

сопротивление R2 = 2 кОм;

сопротивление нагрузки Rн = 3 кОм.

2.1. Подключим измерительные приборы в соответствии со схемой резистивной цепи 2. Установим параметры измерительных приборов:

сопротивление вольтметров V1, V2 и V3 RV = 350 кОм;

сопротивление амперметров А1, А2 и А3 RА = 0,2 Ом.

На рис. 2.1 изображена схема, которую мы собрали.

Рис. 2.1. Схема цепи, собранной в Electronics Workbench

На виртуальных измерительных приборах мы видим следующие показания (рис. 2.1): I1=1,38мА, I2=2,20мА, Iн=3,57мА; U1 = 1,37В, U2=4,37В, Uн=10,6В. Запишем их в табл. 2.

2.2. Рассчитаем все токи и напряжения в цепи по формулам законов Ома и Кирхгофа.

Сначала определим токи в ветвях. По методу наложения исключим источник эдс Е2 из цепи:

Найдем эквивалентное сопротивление цепи:

Токи в двух параллельных ветвях:

Теперь исключим источник ЭДС Е1:

Рассчитаем токи:

По методу суперпозиции рассчитаем токи в ветвях цепи:

Определим напряжения:

Внесем рассчитанные результаты токов и напряжений в табл. 2.

Для сравнения измеренных и рассчитанных результатов определим относительные погрешности измерений:

Таблица 2

Значения токов и напряжений в исследуемой цепи

Измеренные значения
Рассчитанные значения
Относительная погрешность измерений

2.3. Изменяя величину ЭДС Е1 постараемся добиться того, чтобы ток через резистор R1 стал равным нулю. Это произошло при (см. рис. 2.4)

Е1 = 8,98979 В » 8,99 В.

Рис. 2.2. Схема цепи, которой ток через резистор R1 стал равен нулю

Вывод

В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Сравнивая измеренные значения токов и напряжений в цепи с рассчитанными по законам Ома и Кирхгофа, мы убедились в том, что они реально действуют.

2. Значения измеренных токов и напряжений в цепи отличаются от рассчитанных по причине неидеальности измерительных приборов, которые имеют свое собственное сопротивление.

3. В нашем случае в схеме 2 оба источника отдают энергию в нагрузку.

4. При подключении к цепи двух источников, один из них может не отдавать свою энергию, а забирать от другого в зависимости от величины напряжения на этом источнике. Например, в нашем случае это напряжение составило 8,99 В.

ИЗУЧЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы:

Углубление знаний о законе Ома для участков цепи и о законе Ома для полной цепи. Применения правил Кирхгофа для расчета цепей постоянного тока.

Оборудование : учебно-лабораторный стенд «Законы постоянного тока», мультиметр, три-четыре резистора с известными сопротивлениями, два гальванических элемента разных типов, соединительные провода.

Введение

Постановка задачи о расчете цепи постоянного тока: «Зная величины действующих в цепи э.д.с., внутренние сопротивления источников тока и сопротивления всех элементов цепи, рассчитать силы токов на каждом участке цепи и падение напряжения на каждом элементе».

При решении этой задачи используются:

закон Ома для участка цепи

I – сила тока, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление участка;

закон Ома для полной цепи

I – сила тока, e - э.д.с. источника тока, R – сопротивление внешней цепи, r – внутреннее сопротивление источника тока.

Непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько замкнутых контуров и несколько источников тока, производится с помощью двух правил Кихгофа.

Любая точка в разветвленной цепи, в которой сходится не менее трех проводников с током, называется узлом . При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, - отрицательным.

Первое правило Кирхгофа : алгебраическая сила токов, сходящихся в узле, равна нулю:

Второе правило Кирхгофа : в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с., встречающихся в контуре:

(4)

Описание стенда «Законы постоянного тока»

В работе используется стенд, состоящий из двух источников тока (гальванических элементов), набора из четырёх резисторов с известными сопротивлениями, мультиметра и набора соединительных проводов.

1. При сборке электрических цепей необходимо обеспечить хороший контакт в каждом соединении.

2. Соединительные провода закручиваются под клеммы по часовой стрелке .

3. При измерении сил токов и напряжений щупы мультиметра должны быть плотно прижаты к клеммам.

4. Измерения производятся при кратковременном замыкании цепи кнопкой.

5. Не следует длительное время оставлять цепь в собранном состоянии.

Прежде всего, изучите правила измерений с помощью универсального электроизмерительного прибора – мультиметра.

Измерение, обработка и представление результатов измерений

Задание 1.

Э.д.с. источника тока можно с достаточно большой степенью точности измерить непосредственно с помощью вольтметра. Но при этом следует иметь в виду, что при этом измеряемое напряжение меньше истинного значения э.д.с. на величину падения напряжения на самом источнике тока.

, (5)

где U – показания вольтметра.

Разница между истинным значением э.д.с. и измеренным напряжением при этом равна:

. (6)

При этом относительная погрешность измерения э.д.с. равна:

(7)

Обычно сопротивление источника тока (гальванического элемента) равно несколько Ом (например, 1Ом ). Если даже сопротивление вольтметра мало (например, 100 Ом ), то и в этом случае погрешность прямого измерения э.д.с. составляет всего » 1%. Хороший вольтметр, в том числе используемый в мультиметре, имеет сопротивление порядка 10 6 Ом . Ясно, что при использовании такого вольтметра можно считать, что показание вольтметра практически равно измеряемой э.д.с источника тока.

1. Подготовьте мультиметр к измерению постоянного напряжения до 2 В .

2. Не вынимая гальванические элементы из креплений, измерьте и запишите их э.д.с. с точностью до сотых долей вольта.

3. Э.д.с. величина всегда положительная. Соблюдайте полярность при подключении мультиметра к источникам тока. Красный щуп мультиметра присоединяется к «+» источника тока.

Задание 2.

Внутреннее сопротивление источника тока можно вычислить с помощью закона Ома:

1. Подготовьте мультиметр для измерения силы постоянного тока до 10(20) А .

2. Составьте электрическую цепь из последовательно соединенного источника тока, резистора (одного из набора) и амперметра.

3. Измерьте силу тока в цепи.

4. Рассчитайте и запишите величину внутреннего сопротивления источника.

5. Аналогичные измерения проделайте для другого элемента.

Задание 3. Расчёт электрической цепи постоянного тока

1. Соберите электрическую цепь по схеме, предложенной преподавателем (схемы 1-7).

2. Зачертите схему в отчет по работе и укажите номиналы выбранных резисторов.

3. С помощью правил Кирхгофа рассчитайте силы токов во всех ветвях цепи. Вычислите падения напряжений на каждом резисторе.

4. С помощью мультимета измерьте силу тока в доступном для измерения месте. Измерьте падение напряжения на каждом резисторе.

5. В выводе сравните измеренные и расчетные значения и укажите причины возможных расхождений.

Задание 4. Соединение источников тока в батареи

1. Источники тока могут соединятся в батареи двумя основными способами: параллельно и последовательно. Если источники соединяются последовательно, то их э.д.с. и внутренние сопротивления складываются:

При параллельном соединении одинаковых источников тока общая э.д.с. батареи равна э.д.с. одного источника, а внутреннее сопротивление батареи в n раз меньше внутреннего сопротивления одного источника тока:

(10)

Соберите цепи по схемам 8, 9, в которых реализуются обе схемы соединения. Рассчитайте и измерьте силу тока в цепи при этих соединениях. В выводе сравните расчетные и измеренные значения.

Отчет по лабораторной работе № 3

Изучение применения закона Ома для расчета цепей постоянного тока

выполненной учащимся школы «Поиск»

…………………………………………………………………………………

«…….»………….. 200….

Задание 1. Определение э.д.с. источников тока

Первый источник токаe 1 = ……… В

Второй источник токаe 2 = ……… В

Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока

Первый источник тока

R = ……… Ом, I = ……… А, r 1 = ……… Ом

Второй источник тока

R = ……… Ом, I = ……… А, r 2 = ……… Ом