Закон ома для полной цепи конспект

Обновлено: 06.07.2024

Дидактическая : Разъяснить физический смысл закона Ома для полной цепи постоянного тока на основе закона сохранения энергии. Познакомить с правилами расчета электрических цепей с разными типами соединений источников тока.

Развивающая: Развитие мыслительной деятельности учащихся с помощью анализа и сравнения типов соединений, обобщения изучаемых фактов. Развитие устной речи студентов.

Воспитательная: показать важность знаний о соединениях источников и законах тока для повседневной жизни.

Студенты должны знать: Закон Ома для полной цепи постоянного тока, виды соединений источников электрической энергии в батареи.

Студенты должны уметь: Определять вид соединений источников энергии. Решать задачи на расчет электрических цепей постоянного тока.

Оборудование : плакат, стенд с последовательным и параллельным соединением источников, установка для демонстрации короткого замыкания.

Демонстрации: короткое замыкание

1. Организация начала урока. (2 минуты). Приветствие. Постановка цели:

Основная наша задача на сегодняшнем уроке – изучить закон Ома для полной цепи постоянного тока, определить отличия последовательного соединения источников тока от параллельного, вывести законы тока для каждого из них.

2. Актуализация. (20 минут)

Проверка домашнего задания - решить задачи: по карточкам (на месте, 4 человека);

проверка сложных домашних задач у доски - 2 человека.

Устный опрос студентов по вопросам:

Какие вещества являются проводниками? Приведите примеры.
Почему проводники проводят электрический ток?
Какие носители заряда есть в металлах?
Что такое электрический ток? Постоянный электрический ток?
Какие условия необходимы для существования тока в цепи?
Какие параметры электрического тока вы знаете?
Что такое сила тока?
Какие действия оказывает электрический ток при прохождении через проводник?
Какова причина электрического сопротивления проводника?
От каких характеристик проводника зависит его электрическое сопротивление?
Почему при нагревании металлического проводника его сопротивление увеличивается?
Как зависит сила тока от напряжения на концах участка? Прочитать закон Ома для участка цепи.
Какова общая сила тока в проводниках, соединенных последовательно? Почему?
Какова общая сила тока в проводниках, соединенных параллельно? Почему?
Для какого типа соединения справедливо соотношение U общ = U 1 = U 2 ? R общ = R 1 + R 2 ?
Металлический проводник сопротивлением R разрезали на 5 равных частей и измерили сопротивление каждой части. Будет ли сопротивление соединения этих частей равняться R? При каком типе соединения это возможно?

После опроса собрать работы по карточкам, проверить домашнюю работу у доски.

3. Новый материал. (30 минут)

Электродвижущая сила источника тока.
Закон Ома для полной цепи постоянного тока .
Анализ закона Ома.
Соединение источников тока в батареи.

Запишем тему сегодняшнего урока в тетрадь.

Чтобы ток в цепи существовал длительное время, нужно поддерживать на концах проводника постоянную разность потенциалов. Это делает источник тока (генератор). Если в цепи действуют только электрические силы, то работа их по замкнутому контуру равна нулю. На заряд должны действовать силы не только электрической, но и неэлектрической природы. Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, кроме электростатического происхождения, называются сторонними силами. Участок цепи , на котором заряды перемещаются под действием электрических сил, называется потребителем или внешним участком. Здесь электрическая энергия превращается в другие виды. Участок цепи , на котором заряды перемещаются под действием сторонних сил, называется источником тока или внутренним участком цепи. Здесь электрическая энергия получается за счет других видов энергии. Действие сторонних сил характеризуется электродвижущей силой (э.д.с.). (Провести гидродинамическую аналогию).

Определение: Величину, характеризующую зависимость электрической энергии, приобретенной зарядом в генераторе, от его внутреннего устройства, называют электродвижущей силой (ЭДС). Ее измеряют работой сторонних сил, совершенной при перемещении единичного положительного заряда.

Единица ЭДС. в СИ — вольт (В).

В источнике тока под действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов, отдавая им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока. Т.о. источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним.

Составим цепь из источника тока и потребителя. ЭДС численно равна энергии, которую заряд приобрел в генераторе.

Напряжение равно той энергии, которую заряд теряет во внешней цепи. Кроме того, при движении во внутренней цепи заряд теряет энергию на преодоление сопротивления источника (I * r)

По закону сохранения энергии для заряда:

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи.

Б) при R→∞ (разрыв цепи) I→0

Напряжение на полюсах источника тока равно его ЭДС

В) при R→0 (короткое замыкание) I→ E / r (ток короткого замыкания)

Различают 2 типа соединений источников тока: последовательное и параллельное. А) последовательное

Заряд приобретает энергию в каждом источнике, поэтому E = E 1* n ; r = r 1* n

Заряд приобретает энергию в 1 источнике, поэтому E = E 1 ; r = r 1/ n

Увеличение ЭДС дает только последовательное соединение, его используют, когда внутреннее сопротивление много меньше внешнего. Параллельное соединение используют, когда внутреннее сопротивление много больше внешнего. Если внешнее и внутреннее сопротивление примерно равны, то используют смешанное соединение источников.

Под действием каких сил происходит перемещение заряда в источнике тока?
Какая величина характеризует действие этих сил?
Прочитайте закон Ома для участка цепи. Для полной цепи.
Чем опасно короткое замыкание?
При каком виде соединения источников ЭДС увеличивается? Почему?

12.89. Ответ: 0,2 Ом, 1,9 В.
12.91. Ответ: 0,25 Ом, 1,4 В
Дополнительно 12.98 Ответ: 1,36 В
Дополнительно 12.99 Ответ: 2,5 ОМ, 0,75 В

5. Итог урока. (3 минуты). На сегодняшнем уроке мы изучили закон Ома для полной цепи постоянного тока, определили отличия последовательного соединения источников тока от параллельного.

6. Домашнее задание. (2 минуты). Г лава 16 § 13 - 15, задачи 12.90, 12.92

1. Жданов Л.С., Жданов Г.Л.

Приложение (раздаточный материал для проверки домашнего задания):

Необходимо изготовить реостат, рассчитанный на 6 Ом, из никелинового провода диаметром 0,8 мм. Какой длины проводник надо взять? Каким будет падение напряжения на полностью включенном реостате при силе тока 1,5 А? (удельное сопротивление никелина 4,2 * 10 -7 Ом * м )

Сопротивление вольфрамовой нити электрической лампы при 20 0 С равно 20 Ом. Сопротивление той же нити в рабочем состоянии 188 Ом. Какова температура накала нити? ( температурный коэффициент сопротивления вольфрама 0,005 С -1 )

Найти сопротивление проводников, соединенных последовательно, если сопротивление каждого 10 Ом, 5 Ом и 3 Ом. Какая сила тока на втором проводнике, если общее напряжение 32 В.

2 проводника сопротивлением по 20 Ом соединены параллельно. Последовательно к ним подключен проводник сопротивлением 5 Ом. Общее напряжение 30 В. Найти токи на каждом проводнике.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема: Закон Ома для полной цепи

Образовательные :

· разъяснить ученикам содержание закона Ома для полной цепи.

Развивающая :

· развивать логическое мышление учащихся, умение анализировать и объяснять физические явления;

· формировать интерес к физическому эксперименту;

Воспитательная :

· расширить кругозор учащихся, пробудить интерес к изучению физики;

Тип урока : урок изучения нового материала

Методы урока : словесный , наглядный

I. Орг. момент.

Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.

II. Проверка и актуализация знаний

· Как формулируется закон Ома для участка электрической цепи?

· Что такое сторонние силы?

· Что представляет собой ЭДС?

· Как изменяется ЭДС при последовательном и параллельном соединении?

Тема сегодняшнего урока : “Закон Ома для полной цепи”.

IV. Изучение нового материала

Закон Ома для полной цепи (которая содержит источник тока):

Сила тока I в полной электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи R + r.

Короткое замыкание: внешнее сопротивление практически равно нулю (когда во внешней цепи нет нагрузки), тогда ток возрастает до максимального значения.

Если внутреннее сопротивление источника тока очень мало, то ток возрастает до огромных значений, что приводит к плавлению/испарению проводов и пожару.

Короткое замыкание представляет различную опасность для разных источников тока:

У гальванических элементов внутреннее сопротивление имеет большую величину, поэтому ток к.з. небольшой – неопасен для них.
У свинцовых аккумуляторов ток к.з. может привести к разрушению пластин.
Особенно опасен ток к.з. в осветительных сетях, питаемых от подстанций.

Существует еще одна причина выхода из строя электроприборов и возгорания – превышение допустимого безопасного значения силы тока.

Что используют для предохранения электрических цепей от возгорания? (Предохранители)

КПД источника тока:

Для нагревательного элемента (кипятильника, например):

Мы рассмотрели зависимость силы тока и напряжения в электрической цепи от внешнего и внутреннего сопротивления и установили, какие явления при этом происходят в цепи.

Напишем синквейн на тему Закон Ома:

Закон Ома
Экспериментальный, фундаментальный
Объясняет, рассчитывает, применяется
Участок цепи, полная цепь
Ток

V. Закрепление изученного материала

Задача №1. Источник постоянного тока с ЭДС E = 12 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом замкнут на внешнее сопротивление R = 9 Ом. Определить силу тока в цепи I, падение напряжения U_R на внешнем участке и падение напряжения U_r на внутреннем участке цепи.

VI. Рефлексия

· Все ли было понятно на уроке? Что вызвало трудности?

· Что мы сегодня изучили?

VII. Домашнее задание : выучить формулы и определения, §59 читать и отвечать на вопросы (устно).

4) различие между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

Глоссарий по теме

Электрическая цепь – набор устройств, которые соединены проводниками, предназначенный для протекания тока.

Электродвижущая сила – это отношение работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда.

Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 348 – 354.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2009. С. 106-108.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Любые силы, которые действуют на электрически заряженные частицы, кроме сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре - отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду.

В источнике тока из-за действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов и отдают им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока, таким образом, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним r.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи:

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению

Короткое замыкание

При коротком замыкании, когда внешнее сопротивление стремится к нулю , сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением и может оказаться очень большой . И тогда провода могут расплавиться, что может привести к опасным последствиям.

Примеры и разбор решения заданий:

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, состоящую из двух частей: собственно источника с электродвижущей силой Ɛ и внутренним сопротивлением r и внешней части цепи — проводника с сопротивлением R (рис. 5.19).

Закон Ома для полной цепи устанавливает зависимость силы тока в замкнутой цепи I от электродвижущей силы источника Ɛ и полного сопротивления цепи R + r. Эту зависимость можно установить на основании закона сохранения энергии и закона Джоуля-Ленца. Если через поперечное сечение проводника за время Δt заряженными частицами переносится заряд Δq, то работа сторонних сил

Если в цепи электрическая энергия превращается лишь в тепловую, то по закону сохранения энергии А_ст. = Q и общее количество теплоты, выделяющееся в замкнутой цепи, равно сумме количеств теплоты, выделяющихся во внешней и внутренней частях цепи

На этом уроке мы рассмотрим важнейшую характеристику источника тока – электродвижущую силу. Мы познакомимся с тем, какие силы совершают работу в источниках тока. Также мы рассмотрим закон Ома для полной цепи.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи"

Как вы знаете, для существования электрического тока, необходимо наличие электрического поля. Причем, это поле должно постоянно поддерживаться неким источником тока. Сегодня мы поговорим об основной характеристике источника тока, которая называется электродвижущей силой (или, сокращенно, ЭДС). Для начала рассмотрим простой опыт: возьмем два противоположно заряженных шарика и соединим их проводником. В этом случае, в проводнике возникнет электрический ток, но он будет очень кратковременным. Дело в том, что очень скоро произойдет перераспределение заряда, и потенциалы шариков уравняются. Значит, перестанет существовать электрическое поле.

Из этого можно сделать вывод, что для поддержания постоянного тока необходимо наличие неких сил неэлектрического происхождения, чтобы эти силы могли перемещать заряды против поля. Такие силы называются сторонними силами. То есть, сторонние силы — это любые силы, которые действуют на электрические заряды, но при этом не являются силами электрического происхождения. Например, это могут быть силы, действующие на заряды со стороны магнитного поля — это используется в генераторах.

В батареях или аккумуляторах работу по разделению электрических зарядов выполняют химические реакции.

Еще один аргумент, который мы можем привести — это то, что работа кулоновских сил при перемещении заряда по замкнутому контуру, равна нулю. А это значит, что какие-то другие силы должны обеспечивать ненулевую работу для поддержания разности потенциалов.

Устройство для поддержания электрического тока, называется источником тока. В любом источнике тока сторонние силы действуют на заряды, совершая работу против кулоновских сил. Стало быть, характеристикой источника должна быть величина, не зависящая от величины заряда. Эта величина называется электродвижущей силой. Электродвижущая сила равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру, к величине этого заряда:

Из формулы видно, что электродвижущая сила, как и напряжение, измеряется в вольтах:

Теперь, когда мы познакомились с ЭДС, мы можем перейти к изучению закона Ома для полной цепи. Полной цепью называется замкнутая цепь, включающая в себя источник тока. Для удобства, мы рассмотрим простейшую электрическую цепь, состоящую только из источника тока, резистора и соединительных проводов:

Как мы уже сказали, источник тока характеризуется ЭДС. Тем не менее, любой источник тока обладает определенным сопротивлением, которое называется внутренним сопротивлением. Закон Ома для полной цепи представляет собой связь между ЭДС, внутренним и внешним сопротивлением и силой тока в цепи. Для того, чтобы установить эту связь, воспользуемся законом сохранения энергии. Запишем, что работа сторонних сил равна произведению ЭДС источника и величины заряда:

Как вы знаете, каждый участок цепи выделяет то или иное количество теплоты. По закону Джоуля-Ленца, это количество теплоты вычисляется по формуле:

Исходя из закона сохранения энергии, мы можем приравнять это количество теплоты к работе сторонних сил:

Закон Ома для полной цепи звучит так: сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи:

Вывести закон Ома для полной цепи можно, рассуждая несколько иначе. Как мы знаем, при последовательном соединении полное напряжение цепи равно сумме падений напряжений на всех участках цепи:

Мы видим, что произведение силы тока и сопротивления резистора есть не что иное, как напряжение на этом резисторе. А произведение силы тока и внутреннего сопротивления — это падение напряжения на самом источнике:

Надо сказать, что внутреннее сопротивление источника во многих случаях пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи. В этом случае, мы можем считать, что напряжение на зажимах источника примерно равно ЭДС (то есть падение напряжения на источнике считается приблизительно равным нулю):

Тем не менее, именно внутренним сопротивлением определяется сила тока в цепи при коротком замыкании. Напомним, что при коротком замыкании, внешнее сопротивление становится почти нулевым, поэтому в цепи резко возрастает сила тока:

Рассмотрим теперь цепь, содержащую несколько последовательно соединенных источников тока.

В этом случае, ЭДС всей цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников.

А,поскольку они стремятся вызвать ток в направлении, противоположном направлению обхода. Отрицательная ЭДС означает, что сторонние силы внутри источника совершают отрицательную работу. Таким образом, ЭДС нашей цепи будет равна:

В соответствии с правилами последовательного соединения, суммарное сопротивление цепи равно сумме внешнего сопротивления и внутренних сопротивлений всех источников тока:

Пример решения задачи.

Задача. К источнику тока с внутренним сопротивлением 1 Ом подключили резистор с сопротивлением 15 Ом. После этого в цепь включили амперметр, который показал, что сила тока равна 5 А. Найдите работу сторонних сил внутри источника, совершенную за 2 минуты.

Читайте также: