Электрическое сопротивление проводников. Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи.

План – конспект урока физики

Цель урока: Организация единого познавательного процесса при введении понятия электрического сопротивления и экспериментального вывода закона Ома для участка цепи.

Образовательные задачи:

• познакомить учащихся с электрическим сопротивлением проводников как физической величиной, дать объяснение природе электрического сопротивления на основе электронной теории;

• ввести единицу измерения, обозначение сопротивления, формулу для расчета;

• получить зависимость силы тока от напряжения и сопротивления проводника;

• сформулировать закон Ома для участка цепи, научиться применять закон при решении задач.

Развивающие задачи:

• развивать внимание, наблюдательность;

• развивать логическое мышление, умение сопоставлять, анализировать, обобщать;

• развивать познавательный интерес учащихся к предмету;

• учить аргументировано доказывать справедливость своей точки зрения;

• прививать навыки обращения с простейшими элементами и узлами электрической цепи.

Воспитательные задачи:

• формирование умения вести диалог на основе взаимного уважения;

• развитие нравственных и эстетических представлений о нормах поведения в классном коллективе;

• воспитывать бережное отношение к школьному физическому оборудованию.

Оборудование:

• блок питания регулируемый КЭФ - 8, набор демонстрационный «Постоянный ток», комплект проводов;

• компьютер с проектором, экран, сопровождающая презентация (Power Point из 37 слайдов);

• раздаточный дидактический материал, тетради для самостоятельных работ.

План урока:

1. Организационный этап. (1 мин.)

2. Актуализация знаний и мотивация учебной деятельности учащихся. (12 мин.)

3. Изучение нового материала (решение проблемных ситуаций с помощью демонстрационного эксперимента) (20 минут).

4. Усвоение новых знаний (решение типовых задач) (10 минут).

5. Рефлексия. Информация о домашнем задании (2 минуты).

Ход урока

I. Организационный этап. (1 мин.)

Преподаватель приветствует учащихся, визуально проверяет готовность к занятию (наличие учебников, рабочих тетрадей и т.д.), отмечает отсутствующих.

11. Актуализация знаний и мотивация учебной деятельности учащихся. (7 мин.)

1. Физический диктант для всего класса(4 варианта) - проверка знаний

по § 33, 36 - 41. (слайд 2)

Ученик № 1 и ученик № 2 выполняют соответствующие варианты диктанта

на боковых сторонах трёхэлементной доски.

2. Ученик № 3 выполняет (на доске) экспериментальное задание с

использованием демонстрационного набора «Постоянный ток».

Экспериментальное задание: Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа, трёх последовательно соединённых резисторов, амперметра и вольтметра, для случая, когда вольтметром измеряют напряжение на одном из резисторов. Начертите схему цепи. Измерьте силу тока в цепи, напряжение на каждом резисторе (заполните таблицу на доске). Сравните полученные результаты, сделайте вывод (устно).

Дополнительное задание: Обозначьте полюса источника, клеммы «+» и «–» амперметра и вольтметра. Покажите направление тока в цепи.

Резистор №		U, В	I, А
1
2
3

3. Проверка диктанта и экспериментального задания. (2 мин.)

а). Учащиеся сдают тетради для самостоятельных работ с выполненным диктантом по рядам. Правильные ответы выводятся на экран. Преподаватель комментирует и выставляет оценки за диктант ученикам №1 и № 2. (аналогично каждый ученик делает самооценку своей работы). (слайды 3 - 6)

б). Класс проверяет правильность начерченной схемы и сборки электрической цепи, высказывает замечания, исправляет ошибки (если они есть), оценивает вывод, сделанный по результатам эксперимента. Преподаватель комментирует оценку работе учащегося № 3.

Ученик № 3: (возможный вывод) Подключив резисторы последовательно к источнику тока, измерив силу тока в цепи и напряжение на каждом резисторе, я сделал вывод: при одинаковой силе тока напряжение на концах резисторов разное: U₃ > U ₂ > U ₁. (слайды 7, 8)

П: Попробуем ответить на вопрос: почему при одинаковой силе тока напряжение на концах резисторов разное?

У: Разное напряжение, т.е. работа электрического поля, связана с различными характеристиками самих резисторов (если учащиеся затрудняются сразу указать причину, то отвечаем на вопрос в ходе беседы).

4. Беседа с учащимися (решение проблемной ситуации) (3 мин.)

П: Что показывает напряжение? (слайд 9)

У: Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле по перемещению заряда в 1 Кл.

П: Чем создаётся электрическое поле?

У: Поле создаётся источником тока.

П: Почему же в нашем опыте, при наличие одного источника, работа поля по перемещению единичного электрического заряда разная: U₃ > U ₂ > U ₁ ? В чём вы видите причину такой разницы?

У: Неодинаковая работа поля может быть связана с различными характеристиками самих резисторов.

П: Резистор – металлический проводник. Вспомним строение металлического проводника. У: Металлы имеют кристаллическую решётку, в узлах которой расположены положительные ионы, а между узлами решётки беспорядочно двигаются свободные электроны. (слайд 10)

П: Что происходит с электронами металла при возникновении в проводнике электрического поля?

У: Под действием электрического поля свободные электроны начнут двигаться направлено, т.е. возникнет электрический ток.

П: Почему скорость упорядоченного движения электронов мала и составляет приблизительно 0,01 мм/с?

У: Упорядоченно двигаться свободным электронам мешает взаимодействие с положительными ионами кристаллической решётки и взаимодействие электронов друг с другом.

П: Чтобы учесть влияние самого проводника на величину силы тока в нём, ввели понятие электрического сопротивления. Запишем тему сегодняшнего урока: «Электрическое сопротивление проводников. Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи». (слайд 11)

III. Изучение нового материала (20 мин.)

П: Сопротивление - физическая величина, характеризующая свойство проводника ограничивать нарастание тока в нём. Обозначают сопротивление – R. (слайд 12)

За единицу сопротивления принимают 1Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 В сила тока равна 1 А. Это записывается так:

1Ом = 1В/ 1А. (слайд 13)

П: Как выглядит формулу для расчёта электрического сопротивления, исходя из определения единицы его измерения? (слайд 14)

У: Формула для расчета сопротивления: R = U/ I.

П: Вернёмся к нашему эксперименту и рассчитаем сопротивление резисторов. Заполним таблицу до конца. Сделаем вывод. (слайд 15)

Резистор №	R, Ом	U, В	I, А
1	1	0,5	0,5
2	2	1	0,5
3	3	1,5	0,5

У: Вывод: Опыт показал, что чем больше сопротивление проводника, тем большую работу совершает поле по перемещению одинакового электрического заряда.

П: Как зависит сила тока в проводнике от его сопротивления?

Предложите способ проверить вашу гипотезу опытным путём. У: С увеличением сопротивления сила тока в цепи должна уменьшаться. Для проверки гипотезы можно использовать цепь, которая уже собрана на доске, но с каждым резистором отдельно. Чтобы увидеть, как сопротивление влияет на величину тока, необходимо напряжение в цепи поддерживать постоянным. Заполнить аналогичную таблицу и результаты измерений сравнить (ученик перестраивает цепь, снимает показания амперметра и вольтметра для каждого резистора, заполняет таблицу на доске; преподаватель с помощью блока питания регулирует напряжение в цепи). (слайд 16)

П: Обобщим результаты эксперимента с помощью графика I (R). Какая из величин будет откладываться по оси ОХ, а какая по оси OY? Какой масштаб удобно выбрать? (слайд 17) У: По оси ОХ откладываем независимую величину - сопротивление, по оси OY - силу тока. Масштаб: 0,4 А - 2 клеточки, 1 Ом - 2 клеточки (ученики самостоятельно в рабочих тетрадях строят график).

Вывод: построенная кривая - гипербола, т.е. сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника: I ~ 1/R.

П: Обратите внимание на то, что поддерживая напряжение постоянным, мне приходилось поворачивать ручку на панели блока питания. Ручка соединена с ползунком реостата - устройством, сопротивление которого можно менять. Более подробно о строении и работе реостата узнаем на следующем уроке, а сейчас посмотрим как выглядит реостат для лабораторных работ и научимся правильно включать его в цепь. Если использовать для подключения клеммы 1 и 3, то реостат выполняет роль резистора с заданным сопротивлением. При использовании клемм 1 и 2 или 2 и 3, сопротивление реостата можно менять (предварительное знакомство учащихся с реостатом необходимо для проведения практической части следующего урока). ( слайды 18, 19)

Вернёмся к теме нашего урока. Мы установили, что сила тока зависит от сопротивления при U = const; напряжение на участке цепи определяется сопротивлением при I = const. Поэтому можно предположить, что сила тока зависит от напряжения. Предложите способ проверить эту гипотезу опытным путём.

У: С увеличением напряжения сила тока в цепи должна увеличиваться. Для проверки гипотезы можно использовать туже цепь с одним из резисторов (2 Ом). Заполнить таблицу и результаты измерений сравнить. (слайд 20)

Опыт №	R, Ом	U, В	I, А
1	2	1	0,5
2	2	1,6	0,8
3	2	2	1

П: Обобщим результаты эксперимента с помощью графика I (U). Какая из величин будет откладываться по оси ОХ, а какая по оси OY? Какой масштаб удобно выбрать?

У: По оси ОХ откладываем независимую величину - напряжение, по оси OY - силу тока. Масштаб: 0,1 А - 1 клеточка; 0,2 В - 1 клеточка (ученики самостоятельно строят график в рабочих тетрадях). (слайд 21)

Вывод: Соединив точки, мы получили прямую линию проходящую через начало координат, т.е. сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению: I ~ U.

П: Обобщим полученные результаты: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Установленная зависимость силы тока от сопротивления и напряжения на концах участка цепи называется законом Ома по имени немецкого ученого Георга Ома, открывшего этот закон в1827 г. (слайд 22)

Как математически записать данный закон? (слайд 23)

У: I = U/R

П: Используя закон Ома, выразите сопротивление и напряжение. (слайд 24)

У: R = U/ I ; U = IR

История вопроса: Георг Симон Ом (сообщение подготовленное учащимся к уроку)

Ом Георг Симон (1787 - 1854г.), немецкий физик - экспериментатор, открывший основной закон электрической цепи. Георг Симон Ом родился 16 марта1789 г. в Эрлангене (Бавария). Его отец был известным в городе мастером - механиком. Мальчик помогал отцу в мастерской и многому у него научился. Георг хотел стать учёным и работать в лучших германских университетах. Ом поступил учиться в университет в Эрлангене и закончил его в 1813 г. Его первая работа - учитель физики и математики реальной школы в Бамберге.
В 1817 г. Ом стал профессором математики Иезуитского колледжа в Кёльне. Здесь он занялся исследованиями в области электричества, используя батарею Вольта. Ом составлял электрические цепи из проводников различной толщины, из различных материалов, различной длины (причём проволоку он протягивал сам, используя собственную технологию), пытаясь понять законы этих цепей. Сложность его работы можно понять, вспомнив, что никаких измерительных приборов ещё не было и о силе тока в цепи можно было судить по различным косвенным эффектам. Ому очень пригодились те навыки работы, которые он приобрёл, работая в мастерской с отцом. А ещё ему очень пригодилось упорство, ибо эксперименты шли в течение девяти лет. Для характеристики проводников Ом в 1820 г. ввел понятие "сопротивление", ему казалось, что проводник сопротивляется току. По-английски и по-французски сопротивление называется resistance, поэтому современный схемный элемент называется резистором, а первая буква R с лёгкой руки Ома до сих пор используется как обозначение резистора в схемах.

В 1827 г. вышел основополагающий труд Ома "Математическое исследование гальванических цепей", в котором и был сформулирован знаменитый закон Ома.
Казалось бы, столь простая математическая формула должна заслужить всеобщее признание, но получилось наоборот. Коллеги приняли в штыки выводы Ома. Обиженный Ом уволился из колледжа в Кёльне. В последующие годы Ом жил в бедности, работая частным учителем в Берлине. Только в 1833 г. ему удалось устроиться на работу в Политехническую школу в Нюрнберге. Первыми закон Ома признали русские физики Ленц и Якоби, а в 1842 г. Лондонское Королевское общество наградило его золотой медалью и избрало Ома своим действительным членом. Наконец, в 1849 г.Ом стал профессором Мюнхенского университета. Всего 5 лет он имел возможность полноценно работать и преподавать.

7 июля 1854 г. Георг Симон Ом скончался от сердечного приступа.
В 1881 г. Международный электротехнический конгресс принял решение ввести единицу электрического сопротивления и назвал её именем Георга Симона Ома, подчеркнув тем самым важность его открытия для электротехники. (слайд 25)

IV. Усвоение новых знаний (решение типовых задач) (10 мин.)

П: Используя закон Ома, решим задачи (устно):

1. Лампа рассчитана на напряжение 6,3 В и силу тока 2 А. Каково сопротивление лампы?

2. Какое напряжение на резисторе сопротивлением 100 Ом, если сила тока в нём 50 мА?

3. Паяльник сопротивлением 0,018 кОм подключён к сети напряжением 36 В. Определите силу тока в его обмотке. (слайд 27)

4. Начертите эквивалентную схему цепи. Определите сопротивление всей цепи и части реостата, включённой в электрическую цепь.

5. Определите по графику:

1. силу тока в проводнике № 1 при напряжении 30 В;

2. при каком напряжении на проводнике № 2 сила тока равна 2 А;

3. сопротивление проводников № 1 и № 2, сравнить их значения. (слайды 29 - 31)

6. К источнику постоянного тока подключили резистор. Определите напряжение на резисторе. (слайд 32)

7. В каком случае резистор сопротивлением R₀ находится под большим напряжением? (слайд 33)

8. На диаграммах изображены силы тока и напряжения на концах двух проводников. Сравните сопротивления этих проводников. (слайд 34)

V. Рефлексия. Информация о домашнем задании (2 мин.)

П: Что нового вы узнали на уроке? (слайд 35)

У: Познакомились с новой физической величиной - сопротивлением; узнали формулу для его вычисления, единицу измерения, способ измерения. Экспериментально доказали, что сила тока, напряжение и сопротивление взаимосвязаны между собой; зависимость выражается законом Ома.

П: Для чего необходимо знать закон Ома? Пригодится ли он вам в повседневной жизни? У: В быту мы пользуемся различными электрическими приборами, которые включаются в электрические цепи. С помощью закона Ома можно рассчитать любую электрическую цепь и узнать, какой прибор в данной цепи возможно использовать.

П: Домашнее задание: § 42, 43, 44. Упр. 18 (2), упр. 19 (1 – 3, 7) - письменно.

(выставляются и комментируются оценки за урок). (слайд 36)

Приложение:

Литература:

1. А.В. Пёрышкин / Учебник для образовательных учреждений /Физика 8 класс/ Москва, Дрофа, 2009 г.

2. А.В. Постников / Проверка знаний учащихся по физике / Москва, Просвещение, 1986 г.

3. В.А. Волков / Универсальные поурочные разработки по физике/ Москва, ВАКО, 2006 г.

4. В.П. Орехова, А.В. Усова / Преподавание физики/ Москва, Просвещение, 1998 Г.

5. http://sdamgia.ru/

6. http://class-fizika.narod.ru/

7. http://school-collection.edu.ru/catalog/pupil/