Конспект урока по теме
«Расчет сопротивления проводников.
Удельное сопротивление. Реостаты»
Цель урока: Построение физической и математической модели сопротивления проводника и применение её для расчета характеристик электрического тока в цепи.
Основной материал: Установление на опыте зависимости проводника от его длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен. Удельное сопротивление. Единица удельного сопротивления. Формула для расчета сопротивления проводника. Назначение, устройство, действие и условное обозначение реостата.
Эпиграф:
Опыт – самый лучший наставник.
Овидий (43 до н. э. – ок. 18 н. э.)
Природа питает всю вселенную.
Макробий (IV-V вв. н. э.)
Модель урока
1.Актуализация познавательного опыта, лежащего в основе построения нового способа действия. Мотивация учебной деятельности.
Вступление: «Все подчинено определенному закону» (Манилий). «Самой природой так заведено» (Тит Ливий). Не обращать внимания на законы природы глупо. Наши попытки изменить законы природы бессмысленны. Использовать их себе во благо и во вред врагам разумно. Но чтобы законы природы стали твоими союзниками, их надо знать и уметь применять для решения тех проблем, которые подкидывает тебе постоянно сама природа.
2.Изучение нового материала.
Опыт №1: Между двумя штативами натянут провод, по которому пропускают электрический ток. Измеряют силу тока в цепи и напряжение на участке провода. Потом измеряют напряжение на участке провода, длина которого больше в 2 или 3 раза. В третий раз измеряют напряжение на всем участке провода. Вычисляют по закону Ома сопротивление во всех трех случаях.
Примечание №1: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку спаянными последовательно одинаковыми резисторами (рис. №1).
Вывод: Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине.
Опыт №2: Между двумя штативами натянута проволока, по которой пропускают ток. Измеряют её сопротивление по величине силы тока и напряжению на этом участке провода. Во втором случае, измеряют сопротивление 2 скрученных между собой таких же проволок. В 3 случае скручивают 3 проволоки и измеряют их сопротивление.
Примечание №2: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку спаянными паралельно одинаковыми резисторами (рис. №1).
Вывод: Сопротивление провода обратно пропорционально его площади поперечного сечения.
Опыт №3: Измеряют сопротивление проволоки медной, стальной и алюминиевой одинаковой длины и одинаковой площади поперечного сечения.
Примечание №3: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку резисторами из разных материалов (рис. №2 и №3).
Вывод: Сопротивление проводника зависит от рода вещества, из которого изготовлен проводник.
Вопрос №1: Как учесть род вещества при расчете сопротивления проводника используемого в электрической цепи?
Ответ: Нужно измерить сопротивления проводников из различных веществ стандартной длины (1 м) и стандартной площадью поперечного сечения (1 м2).
Данная величина называется удельным электрическим сопротивлением.
Вопрос №2: Как теперь рассчитать сопротивление проводника имеющего стандартную площадь поперечного сечения из материала, удельное электрическое сопротивление которого известно, но длина которого в 2, в 3 или 5,5 раз больше стандартной длины?
Ответ: Нужно умножить удельное электрическое сопротивление на длину проводника (СИ).
Вопрос №3: Как теперь рассчитать сопротивление проводника имеющего стандартную длину из материала, удельное электрическое сопротивление которого известно, но площадь которого в 3, в 3,5 или 0,3 раз больше стандартной длины?
Ответ: Нужно удельное электрическое сопротивление разделить на площадь проводника (СИ).
Вопрос №4: Как рассчитать сопротивление проводника произвольной длины и произвольной площади поперечного сечения, если известен материал из которого изготовлен этот проводник?
Вывод:
R =ρl/S
Вопрос №5: Какое влияние на прохождение электрического тока оказывает сопротивление проводника, по которому идет электрический ток?
Ответ: Сопротивление проводника мешает прохождению электрического тока в цепи. Как следует из закона Ома, чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила тока в нем при неизменном напряжении.
Вопрос №6: Почему же в электрические цепи специально впаивают постоянные сопротивления (резисторы) (рис. №4), если они мешают прохождению электрического тока в цепи?
Ответ: С их помощью регулируют направление электрического тока и величину электрического тока на том или ином участке электрической цепи.
Вопрос №7: Как при необходимости можно регулировать величину электрического тока в цепи?
Ответ: Можно изменять напряжение на этом участке цепи при неизменном его сопротивлении или можно изменять сопротивление этого участка при неизменном напряжении на этом участке цепи.
Эвристическая беседа: Устройство, с помощью которого можно регулировать силу тока в цепи, называется реостатом (рис. №5). Он представляет собой керамический цилиндр, на который намотана в один слой нихромовая проволока покрытая в качестве изоляции окалиной. По этой проволоке может передвигаться скользящий контакт. В месте металлического контакта бегунка и проволоки изоляция истирается. Передвигая контакт, мы изменяем длину провода, по которому проходит электрический ток, и этим самым изменяем силу тока в цепи (рис. №6).
3.Совокупная рефлексия учебной деятельности. Апробация полученной физической модели.
На рисунке №7 изображены различные типы кристаллических решеток. Как объяснить сопротивление проводника с точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества свойства? Как объяснить зависимость величины сопротивления проводника от рода вещества, из которого он изготовлен? от его длины? от площади его поперечного сечения?
4.Домашнее задание.
§ 45, 46, 47.
