Электрические цепи последовательное и параллельное соединение проводников 10 класс конспект

Обновлено: 12.07.2024

Цель урока : сформировать у обучающихся целостное представление о соединении проводников.

Задачи урока:

сформировать понятия: о соединении проводников.

развитие логического мышления (на основе усвоения учащимися причинно-следственных связей, сравнительного анализа);

развивать умение выполнять задания по имеющемуся образцу;

применять полученные знания для решения задач;

создавать содержательные и организационные условия для развития самостоятельности в добывании студентами знаний, воспитании настойчивости в достижении цели;

Методы: словесные, наглядные, проблемно-поисковые, наблюдение, сотрудничества.

1. Организационный момент (Приветствие, психологический настрой)

2. Актуализация знаний (Подготовительная работа к введению в новую тему)

3. Изучения нового материала.

4. Закрепление изученного материала.

6. Домашнее задание.

1.Организационный момент.

Приветствие. Проверка готовности аудитории.

2. Актуализация знаний.

Какое соединение проводников называется параллельным?

Какое соединение проводников называется последовательным?

3. Изучения нового материала.

Смешанное соединение проводников — это такое соединение, при котором некоторые проводники соединены последовательно, а некоторые — параллельно:

Чтобы найти силу тока, напряжение и сопротивление при смешанном соединении, нужно разбить его на простые участки, и найти силу тока, напряжение и сопротивление в них, при этом схема упростится и найти в ней необходимые параметры не составит труда:

Чтобы разобраться в некоторых схемах, их проще заменить на эквивалентные:

Точки с равным потенциалом в электрических схемах.

Если разность потенциалов между точками равна нулю, то ток по этому участку не идёт. Это наглядно показывает мостик Уитстона:

φc - φd = 0, если φc = φd, это выполняется, когда R1*R4 = R2*R3 (это мы получили по закону Ома для однородного участка цепи). Если это условие выполняется, то по резистору R5 ток не течёт и его можно исключить из схемы:

Найдите общее сопротивление участка цепи.

Сопротивление R1,2 заменило выделенный участок цепи, в котором два проводника соединены параллельно.

Тогда мы можем найти сопротивление этого участка с параллельным соединением проводников:

А теперь видно, что проводники R1,2 и R3 соединены последовательно. Общее сопротивление равно R = R1,2 + R3 = 4 + 2 = 6.

Найдите общее сопротивление участка цепи.

В данном случае нужно развернуть схему, двигаясь от точки к точке. Видно, что в точке Б схема разветвляется, а в точке В ветви соединяются. Таким образом, эквивалентные схемы будут иметь вид:

R2, R3 и R4 соединены последовательно. Поэтому R2,3,4 = R2 + R3 + R4 = 1 + 10 + 1 = 12

R2,3,4 и R5 соединены параллельно. Поэтому

И в последней схеме проводники соединены последовательно. R = R2-5 + R1 + R6 = 1 + 4,8 + 1 = 6,8.

4. Закрепление изученного материала.

Решите задачи (самостоятельно).

На рисунке изображена схема смешанного соединения проводников, где

R 1 =3 Ом, R 2 =6 Ом, R 3 =4 Ом. Вычислите R АВ , R АС .

Определите сопротивление участка цепи, при соединении в точках В и Д, если R 1 =R 2 =R 3 =R 4 =2 Ом

Цели урока:

познакомить учащихся с последовательным и параллельным соединениями проводников;
познакомить учащихся с закономерностями, существующими в цепи с последовательным и параллельным соединениями проводников;

развивать способности учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы.
развивать умение решать задачи.

воспитывать самореализацию у учащихся, взаимопонимание и уверенность в знаниях

Наглядные пособия и оборудование:

презентация (приложение);
мультимедийный проектор;
цепи с последовательно и параллельно соединёнными лампочками.

План урока:

Ход урока

Актуализация знаний

Вопросы для учащихся находятся на слайдах презентации:

Что называется сопротивлением?
В чём причина сопротивления?
От каких параметров зависит сопротивление проводника?
Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
Силу тока в цепи увеличили в два раза. Как изменилось сопротивление проводника?
Напряжение в цепи уменьшили в два раза. Как изменилось сопротивление проводника?
Длину проводника уменьшили в три раза. Как изменилось сопротивление проводника?
Проволоку согнули пополам. Как изменилось сопротивление проволоки?

Последовательное и параллельное соединения проводников:

На слайде появляется таблица, учащиеся переносят её в тетрадь.

Обсуждается последовательное соединение проводников.

Последовательное соединение – соединение, при котором конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.

Учитель демонстрирует опыты с цепью с последовательно соединёнными лампочками.

Учащиеся делают выводы:

сила тока в цепи при последовательном соединении проводников в любых частях цепи одинакова: I = I₁ = I₂
общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на каждом участке: U = U₁ + U₂

Обсуждается вопрос: Чему рано общее сопротивление цепи при последовательном соединении проводников?

С помощью закономерностей и закона Ома для участка цепи выводится формула для общего сопротивления проводников: R = R₁ + R₂.

Обсуждается вопрос: Как найти сопротивление n последовательно соединённых одинаковых проводников? R = nR₁

Обсуждается параллельное соединение проводников.

Параллельное соединение – соединение, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке цепи, а их концы к другой.

Учитель демонстрирует опыты с цепью с параллельно соединёнными лампочками.

Учащиеся делают выводы:

cила тока в неразветвлённой цепи равна сумме токов в разветвлениях: I = I₁ + I₂
yапряжение на каждом из параллельно соединённых проводников одинаково: U = U₁ = U₂

Обсуждается вопрос: Чему рано общее сопротивление цепи при параллельном соединении проводников?

С помощью закономерностей и закона Ома для участка цепи выводится формула для общего сопротивления проводников:

Обсуждается вопрос: Как найти сопротивление n параллельно соединённых одинаковых проводников?

Преимущества и недостатки соединений.

Пример последовательного соединения: гирлянда.

Пример параллельного соединения: потребители в жилых помещениях.

Преимущества и недостатки соединений:

Последовательное – защита цепей от перегрузок: при увеличении силы тока выходит из строя предохранитель, и цепь автоматически отключается. При выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные.

Параллельное – при выходе из строя одного из элементов соединения, остальные действуют. При включении элемента с меньшим возможным напряжением в цепь элемент перегорит.

Учащиеся заполняют таблицу в тетради с помощью учебника и самостоятельно проверяют по слайду презентации:

Закрепление изученного материала

Домашнее задание: § 48,49, упр. 22 (1), 23 (1).

Рефлексия

Проведите стрелочки к тем утверждениям, которые соответствуют вашему состоянию в конце урока.

Закон Ома для участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному к его концам напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Прежде всего закон всегда верен для твёрдых и жидких металлических проводников. А также для некоторых других веществ (как правило, твёрдых или жидких).

Потребители электрической энергии (лампочки, резисторы и пр.) могут по-разному соединяться друг с другом в электрической цепи. Два основных типа соединения проводников: последовательное и параллельное. А также есть еще два соединения, которые являются редкими: смешанное и мостовое.

Последовательное соединение проводников

При последовательном соединении проводников конец одного проводника соединится с началом другого проводника, а его конец — с началом третьего и т.д. Например, соединение электрических лампочек в ёлочной гирлянде. При последовательном соединении проводников ток проходит через все лампочки. При этом через поперечное сечение каждого проводника в единицу времени проходит одинаковый заряд. То есть заряд не скапливается ни в какой части проводника.

Поэтому при последовательном соединении проводников сила тока в любом участке цепи одинакова: I₁ = I₂ = I .

Общее сопротивление последовательно соединённых проводников равно сумме их сопротивлений: R₁ + R₂ = R . Потому что при последовательном соединении проводников их общая длина увеличивается. Она больше, чем длина каждого отдельного проводника, соответственно увеличивается и сопротивление проводников.

По закону Ома напряжение на каждом проводнике равно: U₁ = I*R₁, U₂ = I*R₂. В таком случае общее напряжение равно U = I (R₁ + R₂). Поскольку сила тока во всех проводниках одинакова, а общее сопротивление равно сумме сопротивлений проводников, то полное напряжение на последовательно соединённых проводниках равно сумме напряжений на каждом проводнике: U = U₁ + U₂ .

Из приведённых равенств следует, что последовательное соединение проводников используется в том случае, если напряжение, на которое рассчитаны потребители электрической энергии, меньше общего напряжения в цепи.

Для последовательного соединения проводников справедливы законы :

1) сила тока во всех проводниках одинакова; 2) напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках; 3) сопротивление всего соединения равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Параллельное соединение проводников

Примером параллельного соединения проводников служит соединение потребителей электрической энергии в квартире. Так, электрические лампочки, чайник, утюг и пр. включаются параллельно.

При параллельном соединении проводников все проводники одним своим концом присоединяются к одной точке цепи. А вторым концом к другой точке цепи. Вольтметр, подключенный к этим точкам, покажет напряжение и на проводнике 1, и на проводнике 2. В таком случае напряжение на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: U₁ = U₂ = U .

При параллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется. Поэтому часть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой. Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках: I = I₁ + I₂ .

В соответствии с законом Ома I = U/R, I₁ = U₁/R₁, I₂ = U₂/R₂. Отсюда следует: U/R = U₁/R₁ + U₂/R₂ , U = U₁ = U₂ , 1/R = 1/R₁ + 1/R ₂Величина, обратная общему сопротивлению параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого проводника.

При параллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждого проводника. Действительно, если параллельно соединены два проводника, имеющие одинаковое сопротивление г, то их общее сопротивление равно: R = г/2. Это объясняется тем, что при параллельном соединении проводников как бы увеличивается площадь их поперечного сечения. В результате уменьшается сопротивление.

Из приведённых формул понятно, почему потребители электрической энергии включаются параллельно. Они все рассчитаны на определённое одинаковое напряжение, которое в квартирах равно 220 В. Зная сопротивление каждого потребителя, можно рассчитать силу тока в каждом из них. А также соответствие суммарной силы тока предельно допустимой силе тока.

Для параллельного соединения проводников справедливы законы:

1) напряжение на всех проводниках одинаково; 2) сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках; 3) величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.

Смешанное соединение проводников

Смешанное соединение – соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельных соединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схему поочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.

Существует и 4-й вид соединения проводников — мостовое, которое является самым сложным.

Цель: ознакомить учащихся с последовательным и параллельным соединением проводников и закономерностями существующимися в цепи с последовательным соединением проводников. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в прцессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Тема.Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников.

Цель: ознакомить учащихся с последовательным и параллельным соединением проводников и закономерностями, существующими в цепи с последовательным соединением проводников. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Демонстрации: цепь с последовательно и параллельно соединенными лампочками; постоянство силы тока в различных участках цепи; напряжения в цепи с последовательно соединенными проводниками.

I. Организационный момент

II. Проверка знаний

С целью проверки усвоения изученного материал первые 10-15 минут урока можно посвятить письменной проверочной работе по карточкам. Можно предложить следующие варианты заданий для карточек разных уровней:

1. О связи каких электрических величин идет речь в законе Ома для участка цепи?

2. Необходимо вдвое увеличить силу тока в цепи. Как это можно сделать?

1. Требуется увеличить в 4 раза ток в цепи при возросшем вдвое сопротивлении. Что нужно для этого сделать?

2. Как можно определить сопротивление катушки, на которой намотан провод, не измеряя длины и сечения намотанной части провода?

1. Определите силу тока в электрочайнике, включенном в сеть с напряжением 220 В, если сопротивление нити накала равно 40 Ом.

2. При напряжении 110 В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 5 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем увеличить на 10 В?

1. Определите силу тока, проходящего по стальному проводу длиной 100 м и сечением 0,5 мм2, при напряжении 68 В.

2. Определите удельное сопротивление сплава, если напряжение на концах проволоки сечением 0,5 мм2 и длиной 4 м, сделанной из него, равно 9,8 В, а сила тока в ней 2 А.

III. Изучение нового материала

План изложения нового материала;

1. Последовательное соединение проводников.

2. Расчеты силы тока, напряжения и сопротивления в цепи с последовательно соединенными проводниками.

3. Применение последовательного соединения проводников.

4. Параллельное соединение проводников.

5. Закономерности в цепи с параллельным соединением.

6. Применение параллельного соединения проводников

1. Последовательным считают такое соединение проводников, при котором конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго - с началом третьего и так далее.

Продемонстрировав ряд опытов, учитель подводит учащихся к важным выводам:

а) ток, протекающий через все резисторы при последовательном соединении резисторов один и тот же;

б) при последовательном соединении резисторов общее напряжение на всем соединении равно сумме напряжений на каждом резисторе.

Для уяснения сущности этих закономерностей полезна гидродинамическая аналогия.

2. На основе перечисленных выше закономерностей и закона Ома для участка цепи устанавливаются формулы для общего сопротивления соединений резисторов:

При изучении этого материала полезно использовать уже усвоенную учащимися зависимость и дать качественную оценку: при последовательном соединении проводников как бы увеличивается длина проводника, включенного в цепь, что приводит к увеличению сопротивления.

3. Применение последовательного соединения проводников. Основным недостатком последовательного соединения проводников является то, что при выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные. Так, например, если перегорит одна из ламп елочной гирлянды, погаснут и все другие. Указанный недостаток может обернуться и достоинством. Представьте себе, что некоторую цепь нужно защитить от перегрузки: при увеличении силы тока цепь должна автоматически отключаться. Как это сделать? (Например, использовать предохранители.)

4. Параллельным называется такое соединение проводников, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке электрической цепи, а их концы - к другой.

Продемонстрировав ряд опытов, учитель подводит учащихся к выводу:

а) напряжение на концах всего разветвления равно напряжению на отдельных его ветвях;

б) при параллельном соединении резисторов сила тока в неразветвленной цепи равна сумме сил токов в разветвлениях.

Для уяснения сущности этих закономерностей полезна гидродинамическая модель.

- Итак, какая из электрических величин одинакова для всех проводников, соединенных параллельно?

- Вспомните, какая из величин одинакова для проводников, соединенных последовательно?

5. На основе перечисленных выше закономерностей и закона Ома для участка цепи устанавливается формула для общего сопротивления соединения резисторов: R=R1+R2

При изучении этого материала полезно использовать уже усвоенную учащимися зависимость и дать качественную оценку: при параллельном соединении проводников площадь поперечного сечения как бы увеличивается, что приводит к уменьшению общего сопротивления.

Если соединены проводники с одинаковым сопротивлением R, то общее сопротивление такого разветвления: R= R1*R2/(R1+R2)

6. Применение параллельного соединения проводников. В одну и ту же электрическую цепь параллельно могут быть включены самые различные потребители электрической энергии. Такая схема соединения потребителей тока используется, например, в жилых помещениях. Далее можно предложить учащимся самим привести примеры применения параллельного соединения проводников. Вопросы учащимся:

-Как соединены между собой электрические приборы в вашей квартире?

-Какие напряжения используются для бытовых нужд?

-Начертите схему цепи, состоящей из четырех последовательно соединенных элементов и параллельно подключенных к ним трех ламп, каждая со своим выключателем.

Далее можно предложить учащимся самим привести примеры применения последовательного соединения проводников.

Читайте также: