ГБОУ НПО ПУ-106 Электрическое сопротивление Преподаватель : Спирина В.М.

ГБОУ НПО ПУ-106
Электрическое сопротивление
Преподаватель : Спирина В.М.
Родничок знания…
• Утро доброе, мой друг!
Просыпается мир снова...
Сделала Земля свой круг
И начнем свой день
сначала...
Для начала мы
проснемся,
Миру дружно
улыбнемся...
А потом - все как всегда –
Каждодневная суета...
Целый день куда-то
мчаться...
Опоздать везде
бояться...
Жизнь как горная река...
Все бурлит, бурлит
всегда...
Почему мы забываем,
что есть в жизни ручеек,
Что река берет начало
там,
где бьется родничок...
Блок1.
Обнаружение сопротивления проводника
Деятельность обучающихся:
• -в цепь, состоящую из источника тока, ключа , амперметра
и лампочки, присоединить проводники , сделанные из
разных материалов- железа, меди, никеля.
• -включить с помощью мышки проводники, получить
следующие результаты:
Результаты измерений
№
Материал
Напряжение
Сила тока
1
Никель
12В
0,5А
2
железо
12В
3А
3
Медь
12В
1А
Вольтамперная характеристика
•
I, А
U,В
Выяснение причин сопротивления проводника
электрическому току
1.
Опыт показал, что при одинаковом напряжении в цепи сила тока
зависит от свойств проводников, включенных в цепь.
2.
Это означает, что разные проводники оказывают различное
противодействие или сопротивление току.
3.
Это сопротивление возникает в результате столкновений электронов с
положительными ионами кристаллической решётки металла. При этом
замедляется скорость упорядоченного движения электронов и
соответственно уменьшается переносимый электронами за единицу
времени заряд, т. е. уменьшается сила тока.
4.
Разные проводники обладают различным сопротивлением
электрическому току из-за различия в строении их кристаллической
решётки.
ОК
•
•
Сопротивление
Физическая величина, характеризующая свойство проводника
препятствовать протеканию тока в этом проводнике , называется
электрическим сопротивлением.
Сопротивление обозначается буквой R.
•
За единицу сопротивления принимают 1 Ом (в честь немецкого
учёного Георга Ома , который впервые ввёл это понятие).
•
1 Ом- это сопротивление такого проводника , в котором при
напряжении на концах , равном 1 Вольт, сила тока равна 1А.
•
1Ом= 1В\1А
Вопросы для самоконтроля блока 1.
• 1. Что такое электрическое сопротивление?
• 2. В чём причина возникновения сопротивления?
• 3. Что принимают за единицу сопротивления?
Блок2.
Расчёт сопротивления проводника
• Причиной сопротивления проводника является взаимодействие
электронов с ионами кристаллической решётки металла.
• Поэтому можно предположить, что сопротивление зависит от его
длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он
изготовлен.
• проверить это на опыте, выяснить, что
Сопротивление проводника зависит
от:
Длины
проводника l
Площади поперечного
сечения S
Рода вещества
Содержание экспериментальных исследований:
а)зависимость сопротивления от длины проводника.
• Виртуальное оборудование :ВС 4-12В, лампочка на подставке как
индикатор тока, ключ, амперметр, набор проволочек разной длины.
Соединение- последовательное.
•
•
•
•
•
•
№
Длина
Сила тока
1
9 витков
0,1А
2
7 витков
0, 25 А
3
5 витков
1А
Выводы (выбор правильного):
1)Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление
2)Чем длиннее проводник, тем меньше его сопротивление
3)Сопротивление не зависит от длины проводника
Подсказка:
R=U\I ( 120 Ом, 48 Ом, 12 Ом)
Содержание экспериментальных исследований:
б) зависимость сопротивления от площади поперечного
сечения проводника.
• Виртуальное оборудование :ВС 4-12В, лампочка на подставке как
индикатор тока, ключ, амперметр, набор проволочек разной длины,
линейка. Соединение- последовательное. (S= πd2\4)
• Включить в цепь проводники одинаковой длины, но разной толщины
№
Диаметр
проводника
Сила тока
1
4мм
1А
2
2мм
0,5А
3
1мм
0,1А
• Вывод:
• 1. Чем больше площадь поперечного сечения, тем больше
сопротивление проводника. R---S
• 2. Чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше
сопротивление проводника. R---1\S
• 3. Сопротивление не зависит от площади поперечного сечения.
Содержание экспериментальных исследований:
в) зависимость сопротивления от вещества, из которого
изготовлен проводник.
• Виртуальное оборудование ВС4-12В, лампочка на подставке как
индикатор тока, ключ, амперметр, набор проволочек одинаковой длины и
толщины ( стальная, медная , никелевая), линейка.
• Включить в цепь проводники равной длины и равной толщины, но
состоящие из разных веществ
• Соединение- последовательное.
№
Вещество
проводника
Сила тока
1
Сталь
1А
2
Медь
3А
• Вывод: 3
никель
0,5 А
• 1. Сопротивление проводника зависит от вещества, из которого он
изготовлен
• 2.Сопротивление проводника не зависит от вещества, из которого он
изготовлен.
Гипотеза: существует « удельное сопротивление».
• Для того, чтобы учесть зависимость сопротивления проводника от
вещества, из которого он изготовлен, ввели величину, которая
называется удельным сопротивлением проводника.
• Удельное сопротивление проводника- это физическая величина,
которая показывает, каким сопротивлением обладает изготовленный
из данного вещества проводник длиной 1м и площадью поперечного
сечения 1мм2.
• Обозначают буквой ρ
• (ρ) си= 1 Ом*мм2\м
Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают
золото, серебро и медь. Это лучшие проводники электричества.
Удельное сопротивление некоторых веществ ,
Ом * мм2\м(при 20*С)
Вещество
Значение
удельного
сопротивления
Вещество
Значение
удельного
сопротивления
Серебро
0,016
Никелин
0,40
Медь
0.017
Манганин
0,43
Золото
0,024
константан
0,50
Алюминий
0,028
Ртуть
0,96
вольфрам
0.055
Нихром
1,1
Железо
0,10
фехраль
1,3
свинец
0,21
фарфор
10000000000000
000000
Создание теории:
получение формулы для расчёта сопротивления проводника
• Экспериментом установлено, что сопротивление проводника прямо
пропорционально его длине, обратно пропорционально площади его
поперечного сечения и зависит от вещества, из которого он
изготовлен.
R---l
R---1\S
R---ρ
С помощью какой формулы можно вычислить сопротивление
проводника?
• 1. R= ρl\S
• 2. R= ρS\l
• 3. R= lS\ρ
Вопросы для самоконтроля блока2:
• 1. Как сопротивление проводника зависит от его длины, площади
поперечного сечения и вещества , из которого он состоит?
• 2. Что такое удельное сопротивление проводника?
• 3. Какой прибор называют реостатом? Как устроен реохорд?
Опытная проверка теории:
Определение удельного сопротивления проводников
• Оборудование ВС4-12, набор проводников, амперметр, вольтметр
лабораторные, ключ, реохорд, реостат.
• Начертить схему цепи.
• Собрать цепь. Произвести измерения. Данные внести в таблицу.
Вычислить сопротивление проводников и удельное сопротивление в
программе Excel . Определить абсолютную и относительную
погрешности измерения.
№
u
I
R ρ
ρср
1
2
3
• Вывод: ρ=ρ ср+- Δρср
Ошибка = …%
Δρ
Δρср
Δρср
/ρср
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ
•
• R= R1+R2+R3
• U=U1+U2+U3
• I=I1=I2=I3
• I - сила тока в цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ
•
U1=U2=U
• I=I1+I2
• 1\R= 1\R1+1\R2
• I - сила тока в неразветвленном участке цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи
Вспомнили, как подключаются измерительные приборы:
• Амперметр - включается последовательно с проводником,
в котором измеряется сила тока.
• Вольтметр - подключается параллельно проводнику , на
котором измеряется напряжение
Блок3. Проверка зависимости сопротивления от температуры
проводника
• Отчёт группы по работе с ПДЗСТ.
Зависимость сопротивления проводника R от температуры следующая:
• При нагревании размеры проводника меняются мало, а в основном меняется удельное
сопротивление.
• Почему? Как это определили? По свечению лампочки.
Вывод:
• удельное сопротивление проводника зависит от температуры. Зависимость- прямая.
•
Нашли в ЦОРе формулу:
ρ=ρ0 (1+αt)
где ро - удельное сопротивление при 0*С,
t - температура,
- температурный коэффициент сопротивления
( т.е. относительное изменение удельного сопротивления проводника при нагревании
его на один градус)
Выяснение особенности температурной зависимости
сопротивления
Сопротивление проводника при изменении температуры можно
рассчитать по формуле:
R = Ro ( 1 + αt )
где Ro - сопротивление проводника при 0 градусов Цельсия,
t - температура проводника,
α- температурный коэффициент сопротивления.
Обычно для чистых металлов принимается
α =1\273 К
С ростом температуры увеличивается удельное сопротивление
металла, увеличивается сопротивление проводника
и уменьшается электрический ток в цепи.
Сверхпроводимость
• У некоторых металлов при температуре, близкой к
абсолютному нулю, сопротивление скачком уменьшается
до нуля (явление сверхпроводимости).
R, Ом
•
О
T, К
Сверхпроводимость
• Явление сверхпроводимости
• Открытие низкотемпературной
сверхпроводимости:
1911г. - голландский ученый
Камерлинг - Оннес
наблюдается при сверхнизких
температурах (ниже 25 К) во многих
металлах и сплавах;
при таких температурах удельное
сопротивление этих веществ
становится исчезающе малым.
• В 1957 г. дано теоретическое
объяснение явления
сверхпроводимости:
Купер (США), Боголюбов (СССР)
• 1957г. опыт Коллинза: ток в замкнутой
цепи без источника тока не
прекращался в течение 2,5 лет.
• В 1986 г. открыта (для
металлокерамики)
высокотемпературная
сверхпроводимость (при 100 К).
• Трудность достижения
сверхпроводимости:
- необходимость сильного
охлаждения вещества
• Область применения:
- получение сильных магнитных
полей;
- мощные электромагниты со
сверхпроводящей обмоткой в
ускорителях и генераторах.
• В настоящий момент в энергетике
существует большая проблема
- большие потери электроэнергии
при передаче ее по проводам.
• Возможное решение проблемы:
при сверхпроводимости
сопротивление проводников
приблизительно равно 0
и потери энергии резко
уменьшаются.
Контрольные вопросы к блоку3
1. Какой проводимостью обладают металлы?
Чем это объясняется?
2. Какова зависимость сопротивления металлических
проводников от температуры?
3. Что такое сверхпроводимость?
Вопросы для самоконтроля по блокам 1-3
Вопросы
Ответы
• В каких приборах и
технических устройствах
используется зависимость
сопротивления от:
• А- от температуры;
• Б- от длины проводника;
• В- от площади поперечного
сечения;
• Г- от значения удельного
сопротивления металла?
• 1-в проводах ЛЭП
• 2- биметаллических пластинках
выключателей утюгов
• 3-в реостатах
• 4- в тепловых
электронагревателях(ТЭНах)
•
•
•
•
Варианты ответов:
1. А1Б2В3Г4
2. А2Б3В1Г4
3. А4Б3В1Г2
Блок 4. Эквивалентные сопротивления
• Способы измерения сопротивления:
• 1- при помощи А и V,
• 1- омметром.
• Измерение сопротивление участка цепи с различными
видами сопротивления и нашли из набора такое же
сопротивление
• Новый термин- эквивалентное сопротивление.
Закон Ома для участка цепи
• I=U\R
• Сила тока на участке цепи прямо
пропорциональна приложенному
напряжению и обратно пропорциональна
сопротивлению участка.
Закон Ома для полной цепи
• I=E\R+r
• Сила тока в замкнутой цепи прямо
пропорциональна приложенному
напряжению и обратно пропорциональна
полному сопротивлению цепи
Сопротивление(синквейн)
• Синквейн – это пятистрочная
стихотворная форма. Правила
составления синквейна:
-1 строка – одно слово, обычно
существительное,
отражающее главную идею;
-2 строка – два слова,
прилагательные, описывающие
основную мысль;
-3 строка – три слова, глаголы,
описывающие действия в рамках
темы;
-4 строка - фраза из нескольких
слов, выражающая отношение к
теме;
-5 строка – одно слово (ассоциация,
синоним к теме, существительное,
допускается описательный оборот,
эмоциональное отношение к теме).
• Сопротивление
Кровавое, жестокое
Обороняются, убивают, ранят.
Бессмысленная трата времени.
Всё зря.
• Сопротивление
Сильное, слабое,
Заставляет, принуждает, защищает.
Нельзя сдаваться, надо
сопротивляться.
Не заставите!
• Сопротивление.
Ожесточенное, героическое.
Убивает, защищается, вынуждает.
Раскрывает характер человека
Герои!
Интеллектуальная игра"Законы постоянного тока" .
• Цель: прочность знаний и умений , которые учащиеся получили на
учебном занятии, их сообразительность и находчивость, которые
помогут им в предстоящей работе.
• Учебно-воспитательные задачи:
• Используя творческий потенциал класса организовать и направить
групповую и индивидуальную деятельность учащихся.
• В игровой форме развить у учащихся интерес к физике, расширить
научный кругозор учащихся.
• Вовлечь в творческую работу по физике как можно большее число
детей.
• Оснащение: Презентация «Интеллектуальная ИГРА.»,
выполненная учителем, компьютер с проектором, экран; таблички с
названием команд; приборы для проведения экспериментального
конкурса, физическое домино, «черный ящик» с часами,
работающими на батарейке.
• Технология игры (по принципу телевизионной игры «Своя игра» и
«Самый умный» в форме презентации через программу Power Point).
Из учащихся выбираются две команды по 5 -7 человек, один из
которых назначается капитаном команды. Даётся домашнее задание:
придумать название команды, девиз, приветствие и выучить стихи .
Радость познания
• Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.
ФИРДОУСИ (Персидский и таджикский
поэт, 940-1030г.г.)
ЛЮДИ НАУКИ
1
2
3
4
5
Электрически
е цепи
1
2
3
4
5
ВОПРОС, ЕЩЕ
ВОПРОС…
1
2
3
4
5
ФОРМУЛЫ И
ЗАКОНЫ
1
2
3
4
5
Единицы
измерения
1
2
3
4
5
Он открыл один из важнейших точных законов электричества в 1785 г. удивительно напоминающий закон всемирного тяготения, использу
Порешаем!
1. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ. Электрическая цепь состоит из источника тока с ЭДС, равной 10В, и внутренним
сопротивлением 1 Ом, резистора сопротивлением 4 Ом. Чему равна сила тока в цепи?
2. ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ. Чему равно сопротивление обмотка катушки электромагнита, если по катушке течёт
ток 1 А. при напряжении в ней 220 В?
3.СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА. Сколько метров никелиновой проволоки сечением 0,1 мм 2 потребуется для
изготовления реостата сопротивлением 180 Ом? Удельное сопротивление никелина равно 0,042 Ом*мм 2/м.
4.
РАБОТА И МОЩНОСТЬ ТОКА. Найдите работу, совершаемую силами электрического поля при прохождении зарядом 3мкКл
разности потенциалов 220В?
(0,65мДж)
5. ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА. В проводнике сопротивлением 20 Ом сила тока 15А. Найдите количество теплоты, выделяемое
в проводнике за минуту.
(270кДж)
10. ЭКСПЕРИМЕНТ.
Собрать электрическую цепь, состоящую из: источника,7 проводов, лампы, выключателя, реостата, амперметра, вольтметра. В
10. ЭКСПЕРИМЕНТ.
• Собрать электрическую цепь, состоящую из:
источника,7 проводов, лампы, выключателя,
реостата, амперметра, вольтметра.
Вычислить сопротивление и мощность
лампы.
• Максимальное количество 5 баллов.
11.Черный ящик.
• В этом ящике находится домашний
прибор, который использует
постоянный электрический ток.
Чудеса
• Я еще не устал
удивляться
• Чудесам, что есть на
земле.
• Телевизору, голосу
раций,
• Вентилятору на столе.
• Самолеты летят сквозь
тучи,
• Ходят по морю корабли.
• Как до этих вещей
могучих.
• Домечтаться люди
могли,
• Я вверяю себя трамваю,
• Я гляжу на экран кино.
• Эту технику понимая,
• Изумляюсь ей все равно.
• Ток по проволоке
струится,
• Спутник ходит по
небесам,
• Человеку стоит дивиться
• Человеческим
ЧУДЕСАМ!!