Разработка урока физики по теме Последовательное и параллельное соединение проводников (8 класс)

Тема: Последовательное и параллельное соединение проводников.

Цель:

• изучить последовательное и параллельное соединение проводников; исследовать распределение токов и напряжений при последовательном и параллельном соединении проводников, вычислить общее сопротивление цепи;

• Воспитывать умение обобщать полученные результаты, делать вывод;

• Развивать логическое мышление и творческое воображение. Формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Материально-техническое оснащение: компьютер, проектор.

План урока:

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний. Тест с самоконтролем.

3. Изложение нового материала.

4. Домашнее задание.

5. Рефлексия.

Актуализация знаний.

1. Что называется электрическим током? (упорядоченное движение электрически заряженных частиц).

2. Назовите физические величины характеризующие электрический ток(сила тока, напряжение и сопротивление)

3. Какая физическая величина называется силой тока? В каких единицах измеряется? (I-физическая величина, которая показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Измеряется в АМПЕРАХ).

4. Каким прибором измеряется сила тока и как он включается в цепь? (прибор для измерения силы тока - Амперметр, включается в цепь последовательно)

5. В чем заключается физический смысл силы тока? (Сила тока характеризует электрический ток)

6. Какая физическая величина называется электрическим напряжением? В каких единицах измеряется? (U-физическая величина, определяемая работой электрического поля по перемещению единичного электрического заряда. Измеряется в ВОЛЬТАХ).

7. Каким прибором измеряется напряжение и как он включается в цепь? (прибор для измерения напряжения - Вольтметр, включается в цепь параллельно)

8. В чем заключается физический смысл напряжения? (напряжение характеризует электрическое поле)

9. Какая физическая величина называется электрическим сопротивление? В каких единицах измеряется? (R-физическая величина, показывающая, как данный проводник препятствует прохождению тока через него. Измеряется в омах).

10. В чем заключается физический смысл сопротивления? (сопротивление характеризует проводник)

11. сформулируйте и запишите закон Ома для участка цепи. (Сила тока, текущего по участку цепи, прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению. Записывается: I=U/R).

Ход урока.

Создаем проблемную ситуацию. Ребята, на днях ко мне обратился один мой знакомый с такой просьбой: Я дома делал ремонт и менял всю проводку. Однажды вечером свет во всем доме погас. Утром была найдена причина - перегорела одна лампа, но почему же свет погас во всем доме?
Давайте постараемся разобраться и дать совет?

Чтобы найти ответ на поставленный вопрос, прежде всего, необходимо вспомнить «Что такое последовательное соединение проводников и в чём его особенность?». На лабораторных работах вы уже наверняка рассматривали такой способ соединения.

Вывод: особенность последовательного соединения - отсутствуют разветвления: «конец» первого провода соединен с «началом» второго и т.д.

Примером такого соединения является ёлочная гирлянда, поскольку на самом деле она представляет собой последовательно соединенные лампы.

Теперь постараемся выяснить закономерности данного соединения.

На схеме представлено последовательное включение двух ламп. Мы заменили ими проводники, но суть от этого не поменяется, так как лампы также имеют свое сопротивление. Также в цепи присутствует амперметр (А) для измерения силы тока в цепи. Есть еще 2 важных элемента: это вольтметры V₁ и V₂, которые измеряют напряжение соответственно на лампах. Еще есть источник питания и ключ. Если ключ разомкнут, то ток в цепи не течет. Если же его замкнуть, то с помощью приборов можно измерить силу тока и напряжение в цепи.

Какова сила тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных потребителей тока?

Ток, протекающий через все лампочки (проводники) при последовательном соединении один и тот же (вывод лабораторной работы № 3).

Каково напряжение в цепи, состоящей из последовательно соединенных потребителей тока?

При последовательном соединении проводников общее напряжение на всем соединении равно сумме напряжений на каждом проводнике (вывод лабораторной работы № 4).

Мы рассмотрели значения силы тока, напряжения на различных участках цепи. Но исследовали мы проводники (лампы, резисторы), а их главной характеристикой является сопротивление. Обычно во всех электрических цепях пытаются определить эквивалентное (общее) сопротивление цепи. То есть это такое сопротивление, которым можно заменить текущую цепь из последовательных проводников другим проводником, но с этим эквивалентным сопротивлением. В данном случае это сопротивление соответствует сопротивлению двух ламп, которые соединены последовательно.

Рассмотрим, как была получена формула для эквивалентного сопротивления. Для этого следует обратиться к закону Ома: . Отсюда можно получить выражение для сопротивления: . Теперь следует вспомнить, что в случае последовательного соединения (в простейшем случае - двух ламп) общее напряжение складывалось из напряжений на отдельной лампе: U = U₁ + U₂. Учитывая, что сила тока при последовательном соединении на всех участках цепи одинаковая, то можно разделить на нее обе части равенства:

Можно увидеть, что каждая дробь есть не что иное, как соответствующее сопротивление. Тогда R = R₁ + R₂, где R - эквивалентное сопротивление. Значит, чтобы узнать эквивалентное сопротивление проводников, соединенных последовательно, надо сложить значения их сопротивлений. При этом общее сопротивление будет всегда больше любого из сопротивлений, включенных в такую цепь.
При этом из закона Ома видим, что чем больше приборов мы включим в цепь, тем больше будет сопротивление и ниже сила тока.

Итак, ребята, можем ли мы дать ответ, на вопрос, поставленный в начале урока?

Учащиеся: Если в цепи проводников, ламп или других приборов, которые соединены последовательно, перегорит один из приборов, то цепь разомкнется. Остальные приборы также перестанут работать. Сгоревший прибор играет роль разомкнутого ключа.

У данного вида соединения проводников есть как плюсы, так и минусы, давайте обсудим.
Физминутка.

Давайте подумаем, как же нашему знакомому исправить данную ситуацию?
Учащиеся: Необходимо использовать другое соединение.

Верно! И так, поговорим с вами о еще одном виде соединения проводников - это параллельное соединение.

Параллельным соединением проводников называется такое соединение, при котором начала и концы проводников соединяются вместе. На схеме такое соединение обозначается следующим образом (схемы на слейде):

Параллельное соединение можно сравнить с течением реки, на пути которой возникла небольшая возвышенность. Вода в таком случае огибает возвышенность с двух сторон, а потом вновь сливается в один поток. Получается островок посреди реки. Так вот параллельное соединение - это два отдельных русла вокруг острова. А точки a и b - это места, где разъединяется и вновь соединяется общее русло реки.

В этом случае электрический ток I разветвляется на две части. Силу тока в первом и втором проводниках обозначим через I₁ и I₂ .

Следовательно, общий ток цепи будет складываться из токов всех отдельных ветвей: I = I₁ + I₂.

На схеме мы оставили один амперметр (исходя из только что сделанного вывода), добавили в электрическую цепь вольтметр для измерения напряжения. Точки А и Б являются общими и для первой, и для второй лампы, а значит, вольтметр измеряет напряжение на каждой из этих ламп (U₁ и U₂) и во всей цепи (U).

Тогда U = U₁ = U₂.

Эквивалентным сопротивлением называется сопротивление, которое может заменить все элементы, входящие в данную цепь. Посмотрим, чему же оно будет равно при параллельном соединении. Из закона Ома можно получить, что:

В данной формуле R - эквивалентное сопротивление, R₁ и R₂ - сопротивление каждой лампочки, U = U₁ = U₂ - напряжение, которое показывает вольтмет. При этом мы используем то, что сумма токов в каждой отдельной цепи равна общей силе тока (I = I₁ + I₂). Отсюда можно получить формулу для эквивалентного сопротивления:

Если в цепи будет больше элементов, соединенных параллельно, то и слагаемых будет больше. Тогда придется вспомнить, как работать с обыкновенными дробями.

Что же будет, если одна из ламп перегорит? Вторая будет продолжать работать. При этом весь ток будет проходить через эту вторую лампу. Это очень удобно. Так, например, электроприборы в наших домах включаются в цепь параллельно. И если один из них выходит из строя, то остальные остаются в рабочем состоянии.

В заключении хотелось бы отметить, что при параллельном соединении эквивалентное сопротивление будет достаточно малым. Соответственно, сила тока будет достаточно большой. Это стоит учитывать при включении в розетки большого количества электрических приборов. Ведь тогда сила тока возрастет, что может привести к перегреванию проводов и пожарам.
Домашнее задание:

Проведем рефлексию.