Работа и мощность тока

ПЛАН

Ведение………………………………………………………………………3

Глава 1.  Строение атома……………………………………………………4

Глава 2. Сила тока, напряжение, сопротивление………………………….6

§1. Электрический ток. Электрическая цепь……………………………….6

§2. Электрическое сопротивление проводников.

      Удельное сопротивление…………………………………………………8

§3. Закон Ома для участка цепи……………………………………………...9

§4. Соединение проводников……………………………………………….10

Глава3. Работа и мощность тока……………………………………………12

§1. Работа и мощность тока…………………………………………………12

§2.Тепловое действие тока. Закон Джоуля – Ленца………………………13

Литература…………………………………………………………………...15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Научить учащихся решать физические задачи — одна из сложнейших педагогических проблем.

В методической и учебной литературе под учебными физическими задачами понимают целесообразно подобранные упражнения, главное назначение которых заключается в изучении физических явлений, формировании понятий, развитии физического мышления учащихся и привитии им умений применять свои знания на практике.

Решение задач в процессе обучения физики имеет многогранные функции:

1. Овладение теоретическими знаниями.
2. Овладение понятиями о физических явлениях и величинах.
3. Умственного развития, творческого мышления и специальных способностей учащихся.
4. Знакомит учащихся с достижениями науки и техники.
5. Воспитывает трудолюбие, настойчивость, волю, характер, целеустремленность.
6. Является средством контроля за знаниями, умениями и навыками учащихся.

 

 

                                     

 

 

 

 

 

Электричество

Глава 1.  Строение атома

Большинство задач данной темы должны быть качественными, т.к. учащиеся получают только элементарные сведения о строении атомов, а при изучении электростатики не рассматривают закон Кулона. Часть материала вообще изучают в ознакомительном плане, поэтому задачи по строению атома сводятся к упражнениям по вычерчиванию схем моделей атомов. (водорода, гелия и лития). В основном же в теме решают Электростатические задачи, в которых используют электронные представления и понятие об электрическом поле. Не следует говорить о взаимодействии зарядов в смысле теории дальнодействия. Учащиеся должны исходить из представлений близкодействия.

В результате разбора задач учащиеся должны свободно оперировать электронными представлениями при объяснении электризации тел, передачи заряда с одного тела на другое и т.п. Семиклассники должны иметь представление о зависимости силы взаимодействия зарядов от расстояния между ними. Характер данной зависимости дают качественно: чем больше расстояние, тем меньше сила.

ЗАДАЧА 1. Потрите эбонитовую палочку о сукно и , обернув ее сукном, положите внутрь полого шара, укрепленного на электрометре. Выньте палочку из сукна и объясните, почему стрелка при этом отклоняется. Вставьте палочку внутрь сукна и   объясните, почему стрелка возвращается на нулевое деление.

При обсуждении результатов этих опытов подчеркивают мысль: заряды не возникают  и не исчезают, а только разделяются, при этом на обоих соприкасающихся  при трении телах оказываются  равные по модулю, но противоположные по знаку заряды. Общий   заряд равен нулю.

 

ЗАДАЧА 2. (202) Пластину из оргстекла потерли куском шерстяной  ткани. Какой по знаку заряд приобретает  пластина и как объяснить его возникновение.

РЕШЕНИЕ. Заряд пластины, как  условились, будет положительным. Это значит, что часть электронов  с пластины перешла на сукно, поэтому на пластине оказывается недостаток электронов, а на шерстяной ткани – их избыток.

Полезно на основании электронных  представлений объяснить происходящее и в задаче № 201.

ЗАДАЧА 3. Электрическое  поле мы не можем видеть, слышать, осязать, так как оно не действует непосредственно на наши органы чувств. Как можно обнаружить существование электрического поля?

РЕШЕНИЕ.   Электрическое поле действует на электрические заряды, внесенные в поле. Оно обнаруживается, например, по отклонению заряженных бузиновых шариков или бумажных гильз, подвешенных на шелковых нитях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Сила тока, напряжение, сопротивление

Задачи по данной теме  должны помочь сформировать у школьников понятия  об электрическом токе и электрических величинах (сила тока I, напряжении U и сопротивлении R), а также научить их рассчитывать несложные электрические цепи. Основное внимание уделяют задачам на закон Ома для участка цепи и расчетам сопротивления проводников в зависимости от материала, их геометрических размеров (длины l и площади поперечного сечения S) и способов соединения, рассматривая последовательное и параллельное  соединение проводников.

В целях политехнического обучения большое внимание следует уделить  также задачам по чтению,  вычерчиванию и составлению электрических схем, строго следя за соблюдением обозначений по ГОСТу. Экспериментальные задачи следует использовать для формирования практических, в том числе измерительных, навыков и умений учащихся.

§1. Электрический ток. Электрическая цепь

Электрический ток определяют как  упорядоченное движение электрических  зарядов  в электрическом поле. Очень важно подчеркнуть, что в металлических проводниках под действием сил электрического поля движутся свободные электроны.

Электрические цепи рассматривают лишь простейшие. В большинстве случаев берут химические источники тока – гальванические элементы или аккумуляторы.

ЗАДАЧА 4. Зарядите разноименными зарядами два электроскопа и соедините их через неоновую лампу типа МН-5 металлическим проводником. В каком направлении будут перемещаться по проводнику электроны? Каково направление электрического тока? Почему лампа вспыхивает только на короткое время?

При обсуждении решения задачи выполняют  чертежи (рис.1), поясняют, что между шариками электроскопов существует электрическое поле, под действием которого в металлическом проводнике перемещаются электроны от а к б. за направлением же тока принято противоположное направление, в котором должны были бы двигаться положительные заряды, т.е. от б к а. Перемещение  зарядов не будет длительным, так как оно происходит только до момента нейтрализации зарядов  на электроскопах.

ЗАДАЧА 5. Присоедините неоновую лампу  к кондукторам электрофорной  машины и приведите машину во вращение. Почему лампа в этом случае горит длительное время?

РЕШЕНИЕ. В электрофорной машине, пока она работает за счет механической энергии, происходит разделение зарядов. На кондукторах возобновляются заряды разных знаков, поэтому по лампе  все время течет ток.

ЗАДАЧА 6. По схеме (рис.2) соберите электрическую цепь и укажите направление тока в ней. Можно ли в этом цепи  поменять местами выключатель и лампу? Ответ проверьте на опыте.

Решение данной задачи желательно провести как фронтальный эксперимент  в дополнение к лабораторной работе по сборке электрической цепи.

ЗАДАЧА 7.  Что надо сделать для спасения человека, по неосторожности прикоснувшегося к  неизолированному проводу и пораженного электрическим током?

РЕШЕНИЕ. Выключить цепь. Для этого необходимо разомкнуть рубильник, нажать на кнопку выключателя и т.п. Если это по каким-либо причинам сделать быстро невозможно, то надо без промедления оторвать пострадавшего от оголенного провода или клеммы. При этом надо  обязательно помнить и о собственной безопасности: не касаться проводов и человека голыми руками. Для изоляции проще всего применить подручные предметы, например обернуть свои руки сухой тканью. Когда пострадавший уже не будет под током, ему оказывают медицинскую помощь.

§2. Электрическое сопротивление проводников. Удельное сопротивление

Упражнения следует  начать с вопросов, помогающих уяснить  смысл понятия  сопротивления, а  затем перейти к качественным и вычислительным задачам, в которых  определяют преимущественно сопротивление  проводника, выясняют смыл удельного  сопротивления.

ЗАДАЧА 8.

Что означает запись: ?

Учащиеся должны объяснить, что  в первом случае железный проводник  длинной 1 м и площадью поперечного  сечения 1 мм² имеет сопротивление 0,12 Ом, а во втором – медный проводник тех же размеров – 0,017 Ом.

После уяснения сущности удельного  сопротивления проводника p с помощью качественных задач выясняют зависимость сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения.

ЗАДАЧА 9. Определите сопротивление железного проводника длиной 5 м при площади поперечного сечения 3 мм².

РЕШЕНИЕ. Первую задачу лучше решить без применения формулы  , проведя следующее рассуждение: железный провод длиной 1 м и сечением 1 мм² имеет сопротивление 0,12 Ом; провод длиной 5 м  имеет сопротивление в 5 раз больше, т.е. 0,12 Ом *5=0,6 Ом; увеличение же площади поперечного сечения провода в 3 раза уменьшает его сопротивление в трое, т.е. .

Затем показывают решение с применением  формулы  :

= .

§3. Закон Ома для участка цепи

Сначала устно решают тренировочные  задачи на закон Ома для участка цепи .

ЗАДАЧА 10. Как можно  вдвое уменьшить силу тока в проводнике?

РЕШЕНИЕ. Если сопротивление проводника постоянно (R=const), то для уменьшения силы тока в 2 раза надо уменьшить в 2 раза напряжение U. Если же напряжение постоянно (U=const), то надо в 2 раза увеличить сопротивление цепи.

ЗАДАЧА 11. Решите устно  задачи: а) U=20B, R=10 Ом, I - ? 

                                                                б) I=10 А, R=5 Ом, U - ?

                                                                в) I=5 A, U=15 B? R - ?

учащиеся должны запомнить только формулу  и из нее определять величины U и R. После этого решают более сложные вычислительные задачи.

ЗАДАЧА 12. Решите задачи: а) R=2 Мом, U=350 В, I – ?

                                             б)  I=10 A, R=10 кОм, U – ?

                                             в)  I=15 мА, U=30 кВ, R – ?

Назначение этих задач, помимо  закрепления  формулы   закона  Ома, - ознакомить учащихся с различными единицами  измерения  силы  тока, напряжения и сопротивления ( кратными  и дольными единицами СИ )  .  Полезны также задачи  с использованием паспортных данных приборов.

 

§4. Соединение проводников

В 7 классе целесообразно больше решать задач на последовательно и параллельное соединение проводников. В старших  классах эти вопросы только повторяют  и решают задачи на расчеты сопротивление более сложных цепей. Важно научить учащихся разбираться в схемах электрических цепей и находить точки разветвления в случае параллельных соединений. Учащиеся должны уметь составлять эквивалентные схемы, т.е. схемы, на которых яснее видны соединения проводников. Для этого надо проследить,  как «идет» ток на всех участках цепи от одного зажима до другого, и вычерчивать схему в более в простом виде.

ЗАДАЧА 13. В электрическую  цепь включены последовательно резистор сопротивлением 5 Ом и две электрические лампы сопротивлением каждая 500 Ом. Определите общее сопротивление цепи.

Решение задачи начинают с вычерчивания электрической схемы (Рис 3)

Точки соединения резистора и ламп обозначают буквами А, В, С и D. Общее сопротивление цепи R_AD=R_AB+R_BC+R_CD=5 Ом +500 Ом +500 Ом=1005 Ом.

ЗАДАЧА 14. Два резистора  сопротивлением R₁=5 Ом и R₂=30 Ом подключены к зажимам источника тока напряжением 6В (Рис 4). Найдите силу тока на всех участках цепи.

РЕШЕНИЕ. В данной задаче не следует  искать сопротивление r_AB на участке АВ, а можно определить силу тока I₁ и I₂ сразу по формулам: ;

, а затем найти общую силу  тока I=I₁+I₂.

В случае более сложных соединений проводников необходимо искать общее  сопротивление цепи R_общ . В этой задаче имеет смысл все же идти этим путем. В итоге вырабатывается определенный алгоритм решения задач на соединение проводников.

Обозначим точки разветвления тока буквами А и В. Общая сила тока в цепи .

Соединительные провода, как следует из условия задачи, сопротивлением не обладают. Сопротивление r_AB на участке АВ находят по формуле для параллельного соединения проводников:

            .

В эту формулу и следует подставлять  числовые значения, так как получение из этой формулы R_AB в явном виде, особенно если число сопротивлений более двух, затруднительно для учащихся. В случае двух параллельно соединенных проводников

.Силу тока в сопротивлениях  обозначим через I₁ и I_{2 и} найдем их по закону Ома для участка цепи: и .

Подставляя числовые данные, получаем: R_AB =4,3 Ом, I≈1.4 A, I₁≈1.2A, I₂≈0.2A.