Изучение закона ома для полной цепи вывод. Изучения применения закона ома для цепей постоянного тока

Цель работы:

Углубление знаний о законе Ома для участков цепи и о законе Ома для полной цепи. Применения правил Кирхгофа для расчета цепей постоянного тока.

Оборудование : учебно-лабораторный стенд «Законы постоянного тока», мультиметр, три-четыре резистора с известными сопротивлениями, два гальванических элемента разных типов, соединительные провода.

Введение

Постановка задачи о расчете цепи постоянного тока: «Зная величины действующих в цепи э.д.с., внутренние сопротивления источников тока и сопротивления всех элементов цепи, рассчитать силы токов на каждом участке цепи и падение напряжения на каждом элементе».

При решении этой задачи используются:

закон Ома для участка цепи

I – сила тока, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление участка;

закон Ома для полной цепи

I – сила тока, e - э.д.с. источника тока, R – сопротивление внешней цепи, r – внутреннее сопротивление источника тока.

Непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько замкнутых контуров и несколько источников тока, производится с помощью двух правил Кихгофа.

Любая точка в разветвленной цепи, в которой сходится не менее трех проводников с током, называется узлом . При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, - отрицательным.

Первое правило Кирхгофа : алгебраическая сила токов, сходящихся в узле, равна нулю:

Второе правило Кирхгофа : в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с., встречающихся в контуре:

(4)

Описание стенда «Законы постоянного тока»

В работе используется стенд, состоящий из двух источников тока (гальванических элементов), набора из четырёх резисторов с известными сопротивлениями, мультиметра и набора соединительных проводов.

1. При сборке электрических цепей необходимо обеспечить хороший контакт в каждом соединении.

2. Соединительные провода закручиваются под клеммы по часовой стрелке .

3. При измерении сил токов и напряжений щупы мультиметра должны быть плотно прижаты к клеммам.

4. Измерения производятся при кратковременном замыкании цепи кнопкой.

5. Не следует длительное время оставлять цепь в собранном состоянии.

Прежде всего, изучите правила измерений с помощью универсального электроизмерительного прибора – мультиметра.

Измерение, обработка и представление результатов измерений

Задание 1.

Э.д.с. источника тока можно с достаточно большой степенью точности измерить непосредственно с помощью вольтметра. Но при этом следует иметь в виду, что при этом измеряемое напряжение меньше истинного значения э.д.с. на величину падения напряжения на самом источнике тока.

, (5)

где U – показания вольтметра.

Разница между истинным значением э.д.с. и измеренным напряжением при этом равна:

. (6)

При этом относительная погрешность измерения э.д.с. равна:

(7)

Обычно сопротивление источника тока (гальванического элемента) равно несколько Ом (например, 1Ом ). Если даже сопротивление вольтметра мало (например, 100 Ом ), то и в этом случае погрешность прямого измерения э.д.с. составляет всего » 1%. Хороший вольтметр, в том числе используемый в мультиметре, имеет сопротивление порядка 10 6 Ом . Ясно, что при использовании такого вольтметра можно считать, что показание вольтметра практически равно измеряемой э.д.с источника тока.

1. Подготовьте мультиметр к измерению постоянного напряжения до 2 В .

2. Не вынимая гальванические элементы из креплений, измерьте и запишите их э.д.с. с точностью до сотых долей вольта.

3. Э.д.с. величина всегда положительная. Соблюдайте полярность при подключении мультиметра к источникам тока. Красный щуп мультиметра присоединяется к «+» источника тока.

Задание 2.

Внутреннее сопротивление источника тока можно вычислить с помощью закона Ома:

1. Подготовьте мультиметр для измерения силы постоянного тока до 10(20) А .

2. Составьте электрическую цепь из последовательно соединенного источника тока, резистора (одного из набора) и амперметра.

3. Измерьте силу тока в цепи.

4. Рассчитайте и запишите величину внутреннего сопротивления источника.

5. Аналогичные измерения проделайте для другого элемента.

Задание 3. Расчёт электрической цепи постоянного тока

1. Соберите электрическую цепь по схеме, предложенной преподавателем (схемы 1-7).

2. Зачертите схему в отчет по работе и укажите номиналы выбранных резисторов.

3. С помощью правил Кирхгофа рассчитайте силы токов во всех ветвях цепи. Вычислите падения напряжений на каждом резисторе.

4. С помощью мультимета измерьте силу тока в доступном для измерения месте. Измерьте падение напряжения на каждом резисторе.

5. В выводе сравните измеренные и расчетные значения и укажите причины возможных расхождений.

Задание 4. Соединение источников тока в батареи

1. Источники тока могут соединятся в батареи двумя основными способами: параллельно и последовательно. Если источники соединяются последовательно, то их э.д.с. и внутренние сопротивления складываются:

При параллельном соединении одинаковых источников тока общая э.д.с. батареи равна э.д.с. одного источника, а внутреннее сопротивление батареи в n раз меньше внутреннего сопротивления одного источника тока:

(10)

Соберите цепи по схемам 8, 9, в которых реализуются обе схемы соединения. Рассчитайте и измерьте силу тока в цепи при этих соединениях. В выводе сравните расчетные и измеренные значения.

Отчет по лабораторной работе № 3

Изучение применения закона Ома для расчета цепей постоянного тока

выполненной учащимся школы «Поиск»

…………………………………………………………………………………

«…….»………….. 200….

Задание 1. Определение э.д.с. источников тока

Первый источник тока e 1 = ……… В

Второй источник тока e 2 = ……… В

Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока

Первый источник тока

R = ……… Ом, I = ……… А, r 1 = ……… Ом

Второй источник тока

R = ……… Ом, I = ……… А, r 2 = ……… Ом

Таблица 1

Вывод: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Тема: Проверка закона Ома для полной цепи

Цель работы: определить внутреннее сопротивление источника тока и его ЭДС.

Оборудование:
Пояснения к работе

Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники постоянного тока. Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами . Отношение работы А стор. , совершаемой сторонними силами по перемещению заряда Q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

ЭДС источника измеряется вольтметром, сила тока – амперметром.

Согласно закону Ома сила тока в замкнутой цепи с одним источником определяется выражением:

Таким образом, сила тока в цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Пусть известны значения сил токов I 1 и I 2 и падения напряжений на реостате U 1 и U 2 . Для ЭДС можно записать:
= I 1 (R 1 + r) и

I 2 (R 2 + r)

Приравнивая правые части этих двух равенств, получим

I 1 (R 1 + r) = I 2 (R 2 + r)

I 1 R 1 + I 1 r = I 2 R 2 + I 2 r

I 1  r – I 2 r = I 2 R 2 - I 1 R 1

Т.к. I 1 R 1 = U 1 и I 2 R 2 = U 2 , то можно последнее равенство записать так

r(I 1 – I 2) = U 2 – U 1 ,

Задания

Рисунок 1


  1. При помощи мультиметра определите напряжение на батарейке при разомкнутом ключе. Это и будет ЭДС батарейки

  2. Замкните ключ и измерьте силу тока I 1 и напряжение U 1 на реостате. Запишите показания приборов.

  3. Измените сопротивление реостата и запишите другие значения силы тока I 2 и напряжения U 2 .

  4. Повторите измерения силы тока и напряжения еще для 4 различных положений ползунка реостата и запишите полученные значения в таблицу:
№ опыта

  1. Рассчитайте внутреннее сопротивление по формуле:

  1. Определите абсолютную и относительную погрешность измерения ЭДС (∆ℇ и δ

  2. ) и внутреннего сопротивления (∆r и δ r) батарейки.


Контрольные вопросы


  1. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

  2. Чему равна ЭДС источника при разомкнутой цепи?

  3. Чем обусловлено внутреннее сопротивление источника тока?

  4. Чем определяется сила тока короткого замыкания батарейки?

Литература




Работа рассчитана на 2 часа

Лабораторная работа № 8

Тема: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения

Цель работы: измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование: источник питания, проволочный резистор, амперметр, ключ, вольтметр, соединительные провода.

Пояснения к работе

Схема электрической цепи показана на рисунке 1. В качестве источника тока в схеме используется аккумулятор или батарейка.

Рисунок 1

При разомкнутом ключе ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого должно быть много больше внутреннего сопротивления источника тока r. Обычно сопротивление источника тока мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать вольтметр со шкалой 0–6 В и сопротивлением R в = 900 Ом. Так как сопротивление источника обычно мало, то действительно R в r. При этом отличие Е от U на превышает десятых долей процента, поэтому погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.

Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенно, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе.

Действительно, из Закона Ома для замкнутой цепи получаем: Е=U+Ir, где U=IR – напряжение на внешней цепи. Поэтому

Для измерения силы тока в цепи можно использовать амперметр со шкалой 0 – 5 А.
Задания



  2. Соберите электрическую цепь согласно рисунку 1.

  3. Измерьте вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе:
Е=U

  1. Запишите класс точности вольтметра k v и предел измерения U max его шкалы.

  2. Найдите абсолютную погрешность измерения ЭДС источника тока:

  1. Запишите окончательный результат измерения ЭДС источника тока:

  1. Отключите вольтметр. Замкните ключ. Измерьте амперметром силу тока I в цепи.

  2. Запишите класс точности амперметра k А и предел измерения I max его шкалы.

  3. Найдите абсолютную погрешность измерения силы тока:

  1. Рассчитайте внутреннее сопротивление источника тока по формуле:



  1. Найдите абсолютную погрешность измерения внутреннего сопротивления источника тока:

  1. Запишите окончательный результат измерения внутреннего сопротивления источника тока:

  1. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:

Измерение ЭДС источника тока
Измерение внутреннего сопротивления источника тока

E=U,В
k v ,В
U max ,В
∆E,%
Е+∆E,%
I,A
k A ,A
I max ,A
R,Ом
∆R,Ом
∆r,Ом
r+∆r,Ом

  1. Подготовьте отчет, он должен содержать: наименование темы и цели работы, перечень необходимого оборудования, формулы искомых величин и их погрешностей, таблицу с результатами измерений и вычислений, вывод по работе.

  2. Устно ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы


  1. Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различны?

  2. Как повысить точность измерения ЭДС источника тока?

  3. Какое сопротивление называют внутренним сопротивлением?

  4. От чего зависит разность потенциалов между полюсами источника тока?

Литература


  1. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений нач. и сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2014;

  2. Самойленко П.И. Физика для профессий и специальностей социально-экономического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2013;

  3. Касьянов В.Д.Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс.- М.: Дрофа, 2014.

Работа рассчитана на 2 часа

Лабораторная работа № 9

Тема: Исследование явления электромагнитной индукции

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции и свойства вихревого электрического поля, установить и сформулировать правило определения индукционного тока.

Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник питания, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, ключ, соединительные провода.

Пояснения к работе

Электромагнитной индукцией называется возникновение электродвижущей силы в проводнике при его перемещении в магнитном поле в замкнутом проводящем контуре вследствие его движения в магнитном поле или изменения самого поля. Эта электродвижущая сила называется электродвижущей силой электромагнитной индукции. Под ее влиянием в замкнутом проводнике возникает электрический ток, называемый индукционным током.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея-Максвелла): ЭДС электромагнитной индукции в контуре пропорционально и противоположно по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на контур:

Знак минус в правой части закона электромагнитной индукции соответствует правилу Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на замкнутый проводящий контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему индукционный ток.
Задания


  1. Самостоятельно изучите методическое указание по выполнению лабораторной работы.

  2. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.

  3. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее.

  4. Запишите, менялся ли магнитный поток, пронизывающий катушку, во время движения магнита? Во время его остановки?

  5. На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникает индукционный ток.

  6. О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра. Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.

  7. Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы.

  8. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае. При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток, пронизывающий эту катушку, меняется быстрее? При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток? На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего эту катушку.

  9. Соберите электрическую цепь:

Рисунок 1


  1. Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:
а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2;

б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;

в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2 путем перемещения в соответствующую сторону движка реостата.

11. В каких из перечисленных в пункте 9 случаях меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется?

12. Подготовьте отчет, он должен содержать: наименование темы и цели работы, перечень необходимого оборудования, схемы опытов, вывод по работе.

13. Устно ответьте на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы


  1. Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки, а не в виде одного витка провода?

  2. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

  3. Назовите приборы и устройства, работа которых основана на индукционных токах.

  4. В чем состоит явление электромагнитной индукции?

  5. Изменение каких физических величин может привести к изменению магнитного потока?

Литература


  1. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений нач. и сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2014;

  2. Самойленко П.И. Физика для профессий и специальностей социально-экономического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2013;

  3. Касьянов В.Д.Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс.- М.: Дрофа, 2014.

Работа рассчитана на 2 часа

Лабораторная работа № 10

Урок изучения нового материала для 10 класса с исследовательским заданием по теме "Закон Ома для полной цепи". При объяснении новой темы учащиеся участвуют в обсуждении вопросов, делают записи в тетрадях в виде опорного конспекта, самостоятельно экспериментируют лабораторные задания и заполняют таблицу.

Скачать:


Предварительный просмотр:

Исследовательские задания на уроке физики по теме

"Закон Ома для полной цепи"

Класс: 10
Продолжительность: 45 мин
Учитель: Бойтунова А.В.

Оборудование: компьютер, презентация к уроку, таблицы, рабочие листы.

Приборы: Источники питания, реостаты, амперметры, вольтметры, ключи,

соединительные провода.

Тип урока : урок изучения нового материала.

Формы работы учащихся : при объяснении новой темы учащиеся участвуют в обсуждении вопросов, делают записи в тетради в виде опорного конспекта, самостоятельно заполняют таблицу и закрепляют полученные знания.


План урока

  1. Повторение изученного материала (5 мин);
  2. Актуализация знаний (2 мин);
  3. Изучение нового материала (25 мин);
  4. Закрепление нового материала (5 мин);
  5. Подведение итогов (2 мин);
  6. Рефлексия (2 мин).
  7. Домашнее задание, комментарии (2 мин).

Девиз: “Чтобы познать, нужно научиться наблюдать!”

Ход урока:
1. Организационный момент: (1-2мин).
Вступление: Добрый день. Сегодня тема нашего урока: Сторонние силы. ЭДС.
Закон Ома для полной цепи. В качестве эпиграфа к уроку я взяла слова Георга Ома:

« Да, электричество - мой задушевный друг,
Согреет, развлечет, прибавит света ».

Цель урока: Ввести понятие электродвижущей силы, разъяснить содержание закона Ома для полной замкнутой цепи.

2. Повторение материала: (5 мин) Для выявления лидеров и повторения пройденного материала дети решают тест. Вопросы к тесту показаны на экране через проектор. Выйдите вперёд, кто ответил больше всех: они будут лидерами групп.

А сейчас мы разделимся на 3 группы. Лидеры выберите себе команду, с которой вы будете вести исследовательскую работу.

3. Работа в группах: (15 мин) (группы проводят эксперименты и сообщают классу о его результатах), но перед тем как выполнить исследования учитель напоминает о правиле техники безопасности.

1. Опыт №1. «Исследование Закона Ома для участка цепи»

Ход работы:

Собрать базовую цепь. Двигая ползунок реостата определить значения силы тока и напряжения в цепи, показания занести в таблицу (5 значений). По данным таблицы построить график и сделать вывод.

I , A

U , B

2. Опыт №2. «Исследование Закона Ома для полной цепи»

Оборудование: Источник питания, реостат, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Ход работы:

Соберите электрическую цепь.

Проверьте надежность электрических контактов, правильность подключения амперметра и вольтметра.

Проделайте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе. Внимательно посмотрите показание вольтметра.

Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе.

Запишите результаты измерений, постройте график и сделайте вывод.

4. Работа с учебниками: (15 мин) учащиеся самостоятельно заполняют таблицу, используя литературу и справочники по физике.

Дополнение учителя: ЭДС равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участке цепи. Напряжение на отдельных участках цепи можно найти по закону Ома для участка цепи.

5. Заключение: (5 мин) Можно подвести итог. Вы сами исследуя доказали существование сторонних сил и подтвердили, что они совершают работу. Доказали, что источник обладает сопротивлением, а также он характеризуется постоянной величиной называемой ЭДС. Теперь вы можете создавать простейшие гальванические элементы. Группы еще раз повторяют основные выводы и формулируют закон Ома.

6. Рефлексия учащихся: (2 мин).

7. Запишем домашнее задание: (2 мин) § 109, 110, Создайте гальванический элемент, используя в качестве кислотной среды яблоко, лимон, солёный помидор или огурец. И сравните ЭДС, создаваемое каждым источником.

Комментарий: Урок сопровождается показом презентации.

Приложение

Группа №_______________

Лидер ______________________________________________

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для полной цепи

1. Опыт № 1 Закон Ома для участка цепи.

1. Опыт № 2 Закон Ома для полной цепи.

2. Какие величины связывает Закон Ома для участка цепи?

2. Какие величины связывает Закон Ома для полной цепи?

3. Напишите единицы измерения этих величин.

3. Напишите единицы измерения этих величин.

4. Формула Закон Ома для участка цепи:

4. Формула Закона Ома для полной цепи:

5.

5. Как формулируется закон Ома?

5. Вольтамперная характеристика

5. Вольтамперная характеристика

6. Сегодня на уроке я

  1. Узнал (а)…
  2. Научился (лась)…
  3. Теперь я могу…

6. Сегодня на уроке я

  1. Узнал (а)…
  2. Научился (лась)…
  3. Теперь я могу…
  4. Знания, полученные сегодня мне пригодятся…….
  5. Как ты думаешь, справишься ли ты с домашним заданием?

Закон Ома для полной цепи – эмпирический (полученный из эксперимента) закон, который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) и внешним и внутренним сопротивлением в цепи.

При проведении реальных исследований электрических характеристик цепей с постоянным током необходимо учитывать сопротивление самого источника тока. Таким образом в физике осуществляется переход от идеального источника тока к реальному источнику тока, у которого есть свое сопротивление (см. рис. 1).

Рис. 1. Изображение идеального и реального источников тока

Рассмотрение источника тока с собственным сопротивлением обязывает использовать закон Ома для полной цепи.

Сформулируем закона Ома для полной цепи так (см. рис. 2): сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, где под полным сопротивлением понимается сумма внешних и внутренних сопротивлений.

Рис. 2. Схема закона Ома для полной цепи.


  • R – внешнее сопротивление [Ом];
  • r – сопротивление источника ЭДС (внутреннее) [Ом];
  • I – сила тока [А];
  • ε– ЭДС источника тока [В].

Рассмотрим некоторые задачи на данную тему. Задачи на закон Ома для полной цепи, как правило, дают ученикам 10 класса, чтобы они могли лучше усвоить указанную тему.

I. Определите силу тока в цепи с лампочкой, сопротивлением 2,4 Ом и источником тока, ЭДС которого равно 10 В, а внутреннее сопротивление 0,1 Ом.

По определению закона Ома для полной цепи, сила тока равна:

II. Определить внутреннее сопротивление источника тока с ЭДС 52 В. Если известно, что при подключении этого источника тока к цепи с сопротивлением 10 Ом амперметр показывает значение 5 А.

Запишем закон Ома для полной цепи и выразим из него внутреннее сопротивление:

III. Однажды школьник спросил у учителя по физике: «Почему батарейка садится?» Как грамотно ответить на данный вопрос?

Мы уже знаем, что реальный источник обладает собственным сопротивлением, которое обусловлено либо сопротивлением растворов электролитов для гальванических элементов и аккумуляторов, либо сопротивлением проводников для генераторов. Согласно закону Ома для полной цепи:

следовательно, ток в цепи может уменьшаться либо из-за уменьшения ЭДС, либо из-за повышения внутреннего сопротивления. Значение ЭДС у аккумулятора почти постоянный. Следовательно, ток в цепи понижается за счет повышения внутреннего сопротивления. Итак, «батарейка» садится, так как её внутреннее сопротивление увеличивается.

Загрузка...
Top