Методическая разработка учебного занятия "Электрическое сопротивление"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЛАСТНОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ЛИПЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Методическая разработка учебного занятия

по предмету ОУД.09 «Физика»

«ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ»

Трущинская Ю.И.,

преподаватель

Липецк 2022 г.

Методическая разработка учебного занятия по ОУД.09 Физике по теме «Электрическое сопротивление» для профессии 23.01.09 Машинист локомотива.

Тема занятия: Электрическое сопротивление, закон Ома для участка цепи.

Тип занятия: комбинированный

Цель занятия: сформировать понятие электрического сопротивления, объяснить природу, установить зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Задачи занятия:

Образовательные: ознакомить с электрическим сопротивлением проводников как физической величиной, объяснить природу электрического сопротивления, продолжать формировать практические навыки и умения учащихся решать задачи.

Воспитательные: стимулировать обучающихся к работе на уроке, продолжать развивать навыки с использованием физических терминов, формировать навыки коллективной работы, продолжить работу по развитию внимания учащихся, самостоятельности.

Развивающие: содействовать развитию умений выделять главное в познаваемом объекте: определении понятий ток, сила тока, напряжение. Продолжать формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме.

Оборудование: мультимедиа проектор, экран, компьютер, источники питания, низковольтные лампы на подставках, ключи, резисторы из разных материалов, соединительные провода, на доске заготовлена таблица для записи данных эксперимента

Технологическая карта занятия

Ход учебного занятия

1. Организационный момент

2. Актуализация опорных знаний учащихся.

Сегодня нам с вами предстоит проделать большую работу: познакомиться с новой физической величиной – электрическим сопротивлением и продолжить изучать электрический ток.

Но перед тем как приступить к работе, давайте вспомним ранее изученный материал: (фронтальный опрос)

1. Дайте определение понятия ток.

2. Что такое сила тока?

3. Назовите единицу измерения силы тока.

4. Каким прибором измеряют силу тока?

5. Дайте определение напряжения.

6. Назовите единицу измерения напряжения.

7. Каким прибором измеряют напряжение?

Обучающиеся пишут только ответы на листочках:

3. Постановка целей и задач урока. Объяснение нового материала.

А сейчас давайте представим себе как вода течёт по трубам. Трубы могут быть длинные, а могут быть и короткие, могут быть широкие, а могут быть узкие, могут быть гладкие или шероховатые. Когда вода протекает по ним, она испытывает «трение» об их стенки, то есть трубы препятствуют прохождению воды и в зависимости от размера труб, от того из какого материала они сделаны, вода будет течь по ним либо быстрее, либо медленнее. Точно также происходит протекание тока в металлах.

Все мы знаем, что ток – это упорядоченное движение заряженных частиц – электронов.

Ток – это наша вода в трубах, а проводники – это и есть трубы.

Процесс прохождения тока в металлах (https://yandex.ru/video/preview/?text=процесс%20прохождения%20тока%20в%20металлах%20видео&path=yandex_search&parent-reqid=1652701683604698-9975346958046743346-vla1-2630-vla-l7-balancer-8080-BAL-9801&from_type=vast&filmId=6017379708339243924 )

Все металлы обладают кристаллическим строением. Кристаллическая решётка состоит из ионов. Когда ток течёт по проводнику он, как бы, протискивается сквозь кристаллическую решётку. И в этот момент электроны начинают взаимодействовать с ионами кристаллической решётки металла. Ток начинает испытывать своеобразное «трение» проходя сквозь решётку, протекать току становится труднее. При этом движение электронов замедляется, а поэтому за 1 секунду сквозь поперечное сечение проводника пройдёт меньшее число электронов.

Такое свойство металлов – ограничивать силу тока, препятствовать его прохождению, и называют электрическим сопротивлением.

Электрическое сопротивление – это свойство металлов ограничивать силу тока. обозначают буквой R, единица измерения - Ом.

А как вы думаете, связаны ли сила тока напряжение и сопротивление между собой?

Выясним,  как зависит сила тока от сопротивления, если напряжение остается постоянным. (видео материал)

https://yandex.ru/video/preview/?filmId=16695820089908865894&from=tabbar&parent-reqid=1649332769409962-17486878063963216162-vla1-5252-vla-l7-balancer-8080-BAL-9560&text=как+зависит+сила+тока+от+сопротивления%2C+если+напряжение+остается+постоянным .

Обратимся к опыту. Соберем цепь, состоящую из источника тока, амперметра, вольтметра, проводников сопротивлением 1 Ом, 2 Ом, 3 Ом.

В цепь по очереди включаем проводники, обладающие различным сопротивлением. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. Силу тока в цепи измеряем амперметром. 

Вывод: сила тока зависит не только от напряжения, но и от свойства проводников.

Это означает, что разные проводники оказывают разное противодействие току, т.е. оказывают сопротивление. 

Электрическое сопротивление характеризует способность электрического проводника препятствовать прохождению электрического тока.

Сопротивление характеризует сам проводник, обозначается – R, единица измерения в СИ [R] = Ом. (Ом)

Георг Ом – немецкий учёный, который впервые ввёл это понятие в физику.

За единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А

На практике используются и другие единицы сопротивления:

1 кОм = 1000 Ом,

1 мОм = 0,001 Ом,

1 МОм = 1000000 Ом

Удельное сопротивление

Причиной электрического сопротивления является тепловое движение образующих материал атомов или молекул. Частицы колеблются около своих мест и мешают перемещению электронов. Это можно сравнить с длинным коридором, в котором одновременно перемещается много людей. И насколько быстро можно двигаться вперед, зависит от различных причин. 
Электрическое сопротивление характер но для всех веществ и зависит от: 

Расчёт сопротивления проводников. Удельное сопротивление. Единица измерения.

Запишем формулу для расчёта сопротивления проводника:

где p - удельное сопротивление вещества.

Из формулы следует:

 Единица измерения (СИ): [ϱ] = 1 Ом ^. мм² /м, или 1 Ом ^. м.

Причем, 1 Ом ^. мм² /м = 10^-6 Ом ^. м.

Рассмотрим таблицу ϱ. Поскольку R металлов зависит от температуры (R увеличивается при повышении температуры), то в таблице приводятся значения  при 20 °С. (Раскрыть физическое содержание).

Работа с таблицей

Какой металл является наилучшим проводником электрического тока?

Лучшие проводники электричества: серебро, медь. Диэлектрики: фарфор.

Верно ли утверждение, что серебряный и алюминиевый проводники одинаковые по L и S имеют одинаковое сопротивление. (Выслушать все гипотезы и обосновать выбор одной).

Удельное сопротивление металлов небольшое, а изоляторов — очень большое. В цепях, в которых электрический ток должен производить большую теплоту (например, в обогревателях), используют проводники с большим удельным сопротивлением, например, нихром. Току труднее течь, увеличивается тепловое движение частиц, в результате проводник нагревается. У алюминия низкое удельное сопротивление, поэтому его можно использовать для передачи электроэнергии.

  Электрическое сопротивление человеческого тела может изменяться от 20000 Ом до 1800 Ом.

Чтобы электрическая цепь обеспечивала необходимую силу тока, в неё включают резисторы.

Резистор — прибор с постоянным сопротивлением. 

Резисторы имеются во всех телевизорах, компьютерах, радиоприёмниках и т.д. Чтобы изменить силу тока в электрической цепи, используют реостаты.

Реостат — прибор с переменным сопротивлением.

В составе реостата имеется подвижный контакт, при помощи которого изменяется длина участка, включённого в цепь. Реостат используется, например, в регуляторах громкости радиоприёмников.

Коэффициент сопротивления

В о время работы электрических цепей прослеживается прямая зависимость сопротивления металлов от температуры. Это явление называют коэффициентом температурного сопротивления. Оно определяет соотношение сопротивления к температурным изменениям. Объясняется это явление следующим образом: с повышением температуры структура проводника получает долю тепловой энергии, вследствие чего эта энергия увеличивает скорость движения атомов. В результате повышается вероятность их столкновения со свободными электронами. Чем чаще происходят эти столкновения, тем ниже будет проводимость.

Можно провести простой опыт: в электрическую схему из аккумулятора и омметра подключим кусок медной проволоки. При таком подключении схема будет иметь строго определенное значение сопротивления. Далее надо будет нагреть медную проволоку. В момент нагрева можно заметить, что сопротивление всей схемы растет, а после остывания проводника оно наоборот уменьшается. На основании такого опыта довольно просто прослеживается температурная зависимость сопротивления проводника.

Температурный коэффициент отображает увеличение сопротивления при изменении температуры вещества на 1 градус. Для максимально чистого металла это значение равняется 0.004 °С^-1. То есть, при увеличении температуры на 10 градусов, электрическая проводимость в металлах изменится на 4 % в большую сторону. Данная величина обозначается буквой «α». Вычисляется по формуле:

4. Закрепление материала.

Решение качественных и количественных задач

1) У меня в руках проводник. Как изменится его сопротивление, если я сложу его пополам. Цель этого задания – еще раз проанализировать зависимость R от L и S.

Обобщая полученное получаем следующее:

R уменьшается при уменьшении L в два раза,

R уменьшается при увеличении S в два раза и ответ в 4 раза уменьшается

Размеры медной, железной и нихромовой проволок одинаковы

В цепи с какой проволокой будет идти самый большой ток?

2) Проверка знаний. Тест-онлайн (https://onlinetestpad.com/ru/test/805327-raschet-soprotivleniya-provodnika-udelnoe-soprotivlenie ).

5. Подведение итогов урока

Решить задачи:

1. Найти сопротивление медного провода длиной 2,5 м и толщиной 0,2 мм.

2. Найти сопротивление никелиевого провода длиной 8 м и толщиной 0,25 мм?

3. Имеется стальной проводник, диаметр которого равен один миллиметр, а длина его составляет 100 метров. Определите сопротивление такого проводника из стали.

4. Сопротивление медного провода при 0°С равно 4 Ом. Найдите его сопротивление при 50 °С, если температурный коэффициент сопротивления меди а = 4,3.

5. Сопротивление проводника при 20 °С равно 25 Ом, а при 35 °С — 25,17 Ом Найдите температурный коэффициент сопротивления.[4,5 • 10-4 К-1]

Выставление оценок.

6. Домашнее задание.

1) Прочитать § 57, часть 2 «Физика» 10 класс, Л.Э. Генденштейн,

2) В каких приборах дома применяются проводники с большим сопротивлением?

3) Найдите ответ на вопрос: “Влияет ли на электрическое сопротивление проводника температура, положение планет, магнитные бури?”.

Список используемых источников:

1. Л.Э. Генденштейн,Ю.И. Дик, «Физика» 10 класс, часть 2: Бином;

2. Электронный учебник по физике (http://www.physbook.ru/ );

3. Сайт «Схемотехника» (http://www.sxemotehnika.ru/zavisimost-soprotivleniia-provodnika-ot-temperatury.html);

4. GetAClass - Физика в опытах и экспериментах.