Россия, Новосибирск
СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ
Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно
Скидки до 50 % на комплекты
только до
Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой
Организационный момент
Проверка знаний
Объяснение материала
Закрепление изученного
Итоги урока
Была в сети 15.10.2024 08:45
Брусьянина Светлана Владимировна
Преподаватель математики
49 лет
338
114 076 
Местоположение
Специализация
Использование комплексных чисел при расчете силы переменного тока в полупроводниковых приборах
Категория:
Математика
21.11.2023 10:46
Просмотр содержимого документа
«Использование комплексных чисел при расчете силы переменного тока в полупроводниковых приборах»
Использование комплексных чисел при расчете
силы переменного тока в полупроводниковых приборах
Теоретическое занятие
Специальность: 15.02.09 Аддитивные технологии
МАТЕМАТИКА
ОП.02 Электротехника и электроника
Тема: Полупроводниковые приборы
Преподаватель: Брусьянина С.В.
2023
Технологическая карта занятия
Информация о разработчике(ах)содержательного описания
| ФИО разработчика(ов) | Брусьянина Светлана Владимировна |
| Место работы/регалии разработчика(ов) | ГАПОУ НСО«Новосибирский машиностроительный колледж» |
Формирование темы занятия общеобразовательной дисциплины с профессионально-ориентированным содержанием, интегрированным с содержанием общепрофессиональной дисциплиной
|
| Общеобразовательная дисциплина | Общепрофессиональная дисциплина |
| Наименование дисциплины | Математика | Электротехника |
| Наименование раздела | Развитие понятия о числе | Полупроводновые приборы |
| Наименование темы | Комплексные числа | Расчет силы тока в полупроводниковых приборах |
| Тема интегрированного занятия
| Использование комплексных чисел при расчете силы переменного тока в полупроводниковых приборах | |
| Продолжительность занятия (от 2 до 6 часов) | Продолжительность занятия 2 часа
| |
| Тема занятия рассмотрена и утверждена на заседании методического объединения преподавателей профессиональных дисциплин (ПЦК) | Тема занятия рассмотрена и утверждена на заседании методического объединения преподавателей профессиональных дисциплин (ПЦК) | |
3.Общая информация по занятию
| ФГОС СПО |
|
| Тип занятий и форма проведения (возможен выбор нескольких вариантов) | ☐ Усвоение новых знаний и ☐ лекция способов действия ☐практическое занятие Актуализация знаний и ☐ лабораторное занятие способов действия (закрепление) ☐ семинар Систематизация и обобщение ☐ консультация знаний и способов действия ☐ контрольная работа Комбинированное занятие ☐ другой (дискуссия, Контроль знаний и способов конференция, круглый стол, действия деловая игра, имитационно- ролевое моделирование и др.) |
| Уровень изучения | 1 –ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств); 2–репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством); 3–продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач). |
| Адаптация для студентовсОВЗ | Да/нет |
| Учебник, Информационные источники | Гриффитс, Д. Иван. "Введение в электродинамику", 3-е издание. Курс лекций по электротехнике, Московский физико-технический институт (МФТИ). Базовый учебник: Алгебра и начала математического анализа 10 класс. Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений (профильный уровень) / А. Г. Мордкович, П.В.Семенов – М.: |
| Ключевые слова | Комплексные числа ,импеданс(сопротивление переменного тока),сопротивление,индуктивность,переменный ток в полупроводниковых приборах,диоды,транзисторы,расчет силы тока в полупроводниковых приборах. |
| Базовые понятия | 1. Переменный ток (AC): Ток, который меняется со временем и имеет периодические изменения направления и амплитуды. В отличие от постоянного тока, переменный ток используется для передачи энергии на большие расстояния и во многих электронных устройствах. 2. Комплексные числа: Числа, состоящие из действительной и мнимой частей. В контексте переменного тока комплексные числа используются для представления амплитуды и фазы тока или напряжения. 3.Реактивные элементы: Элементы электрической цепи, которые создают реактивное сопротивление и накапливают энергию в электрическом или магнитном поле. Реактивные элементы включают индуктивности (катушки) и емкости (конденсаторы). 4. Импеданс: Общее сопротивление переменному току в электрической цепи, включающее активное сопротивление и реактивное сопротивление. Импеданс измеряется в Омах и представляется комплексным числом. 5. Комплексный импеданс: Представление импеданса в виде комплексного числа, которое включает активное и реактивное сопротивления. Комплексный импеданс позволяет учесть фазу и амплитуду переменного тока или напряжения при расчетах в электрической цепи. 6. Активное и реактивное сопротивление: Активное сопротивление представляет действительную часть комплексного импеданса и обусловлено активной потерей энергии в цепи. Реактивное сопротивление представляет мнимую часть комплексного импеданса и обусловлено накоплением или высвобождением энергии в электрическом или магнитном поле. 7. Расчет силы переменного тока в полупроводниковых приборах: Использование комплексного импеданса и фазорной нотации для определения силы переменного тока в полупроводниковых приборах, таких как диоды, транзисторы и тиристоры. Расчеты включают определение амплитуды и фазы тока, напряжения и мощности, а также влияние комплексного импеданса на работу полупроводниковых приборов |
| Краткое описание | На этом уроке мы рассмотрим применение комплексных чисел при расчете силы переменного тока в полупроводниковых приборах. Мы начнем с обзора базовых понятий, таких как переменный ток, комплексные числа. Затем мы изучим реактивные элементы в электрических цепях, такие как индуктивность и емкости, и их влияние на переменный ток. Мы узнаем о комплексном импедансе и его использовании для анализа переменного тока в цепях. Далее мы рассмотрим основные полупроводниковые приборы, такие как диоды, транзисторы и тиристоры, и изучим их работу в переменном токе. Мы узнаем, как использовать комплексный импеданс и фазорную нотацию для расчета силы тока, напряжения и мощности в полупроводниковых приборах В конце урока мы сделаем выводы о применении комплексных чисел в расчетах переменного тока в полупроводниковых приборах и обсудим практические примеры и применение полученных знаний. Урок будет включать объяснения основных концепций, примеры иллюстрирующие концепции, а также возможности для задавания вопросов и обсуждения |
Врезультатепроведениязанятияобучающийсядолженосвоитьосновнойвид/ы деятельности:
1. Активное слушание: Студент должен активно слушать преподавателя и следить за основными концепциями и принципами, которые объясняются. Важно участвовать в диалоге, задавать вопросы и высказывать свои мысли, чтобы лучше понять материал.
2. Участие в дискуссии: В течение урока преподаватель может предлагать возможности для обсуждения и анализа концепций. Студентам рекомендуется активно участвовать в таких дискуссиях, высказывать свои точки зрения и слушать мнения других.
3. Решение практических задач: Важным аспектом урока является решение практических задач, связанных с расчетами силы переменного тока в полупроводниковых приборах. Студент должен уметь применять изученные концепции и формулы для выполнения таких задач.
4. Работа с примерами: Предоставление примеров и иллюстраций является хорошей практикой для закрепления материала. Студентам рекомендуется участвовать в анализе примеров, задавать вопросы и понимать, как концепции применяются на практике.
5. Создание связей с реальным миром: Преподаватель может помочь студентам установить связь между изучаемыми концепциями и их применением в реальной жизни. Студентам рекомендуется анализировать, как можно применить знания, полученные на уроке, в решении реальных проблем, связанных с полупроводниковыми приборами и электрическими цепями.
6. Задания для самостоятельной работы: Урок может включать задания для самостоятельной работы, чтобы студенты могли закрепить изученный материал и применить его в новых ситуациях. Важно выполнить такие задания и проверить свои знания и навыки.
Разнообразные виды деятельности на уроке помогут студенту более полно усвоить материал и развить практические навыки применения комплексных чисел при расчете силы переменного тока в полупроводниковых приборах исоответствующиеему/имобщиеипрофессиональные компетенции:
и соответствующие ему/им общие и профессиональные компетенции:
Переченьобщих компетенций (код и наименование):
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.
ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.
ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.
ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности
Перечень профессиональных компетенций (код и наименование):
ПК 2.2. Анализировать электрические схемы радиоэлектронных изделий.
ПК 4.1. Составлять электрические схемы и рассчитывать параметры радиоэлектронных устройств в соответствии с техническим заданием.
ПК 4.4. Анализировать результаты разработки и моделирования.
Описание основных этапов занятия| Этапы занятия, Продолжительность в мин. | Деятельность преподавателя | Деятельность студентов | Планируемые образовательные результаты | Типы оценочных мероприятий | Дидактические материалы, МТО |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1. Организационный этап занятия | |||||
| Введение в новую тему и создание условий для осознанного восприятия нового материала, 15 мин | Проверяет готовность к уроку. Создаёт положительный эмоциональный настрой на учебную деятельность. Объяснение целей и значимости изучения использования комплексных чисел при расчете переменного тока в полупроводниковых приборах Приветствие учащихся и краткое объяснение темы урока. Установление связи между темой урока и предыдущими знаниями учащихся о токах и полупроводниках. Предоставление общей картины того, что описывает тема урока. | Включаются в деловой ритм урока, обосновывают важность данной темы в системе профессиональных знаний, участвуют в формулировке целей и задач | ОК 1, ОК 2, ОК 8 | | Доска, мел |
| 2. Основной этап занятия | |||||
| Освоение нового материала, 30 мин | Объяснение основных понятий Объяснение мнимой и действительной частей комплексных чисел. Понятие комплексного сопряжения и его роли в анализе тока. Определение модуля и аргумента комплексного числа. Примеры и иллюстрации для лучшего понимания учащимися. Свойства комплексных чисел Объяснение основных операций над комплексными числами: сложение, вычитание, умножение и деление. Приведение примеров и практических задач для закрепления знаний. Объяснение свойств сопряженных и обратных комплексных чисел. Использование комплексных чисел при расчёте силы переменного тока в полупроводниковых приборах Краткое обсуждение применения комплексных чисел в полупроводниковых приборах. Объяснение концепции импеданса и его связи с комплексными числами. Рассмотрение примеров задач, в которых импеданс используется для расчёта силы переменного тока. | Участвуют в объяснении, фиксируют выводы в тетрадях, отвечают на вопросы преподавателя, уточняют полученную информацию.
| ОК 2, ОК 5, ОК 8, ПК 2.2, ПК 4.4 | Опрос по основным изученным понятиям | Доска, мел, учебник (Алгебра и начала математического анализа 10 класс), презентация «Использование комплексных чисел» (https://docs.google.com/presentation/d/1VtyBnR2fLVQiz96c-7AlPWuKTLiDlnBhLP0225TBO-Q/edit?usp=sharing) |
| Первичное закрепление изученного материала, 30 мин. | Решение практических задач Предоставление учащимся нескольких практических задач, связанных с расчётом силы переменного тока в полупроводниковых приборах с использованием комплексных чисел. Организует выполнение практического задания. Контролирует работу, оказывает методическую помощь (при необходимости); выдаёт индивидуальное (бонусное) задание студентам, справившимся с работой раньше всех. Наблюдает за ходом работы, при необходимости консультирует. Помощь и обратная связь в ходе решения задач. | Решают задачи, выполняют практическое задание | ОК 2, ОК 3, ОК 4, ОК 6, ОК 7, ОК 8, ПК 4.1 | Оценка решения задач (20 минут на задачи и 10 минут на экспериментальную задачу). 1. Выполнены обе задачи без ошибок – оценка «отлично». Допущены небольшие ошибки – оценка «хорошо». Грубые ошибки или решена только одна задача – оценка «удовлетворительно». 2. Экспериментальная задача дает дополнительную оценку при наличии верного решения. | Раздаточный материал (Приложение 1, 2) |
| 3. Заключительный этап занятия | |||||
| Подведение итогов, домашнее задание, 15 мин | Выступает с заключительным словом, в котором проводит анализ достижения цели, выполнения учебных задач Подведение итогов урока и уточнение основных концепций и навыков, полученных учащимися. Ответы на вопросы учащихся и уточнение возможностей применения комплексных чисел в будущих задачах и профессиональной деятельности. Что такое полупроводники? Какими свойствами обладают проводники? Чем отличаются полупроводники от проводников? Какие существуют полупроводниковые приборы? Что дало вам это занятие для жизни? Пригодятся ли полученные знания при дальнейшем обучении? На каких дисциплинах? Пригодятся ли полученные знания в профессиональной деятельности? Выставляет отметки, комментирует их. Поблагодарить учащихся за активное участие и старание. | После выполнения всех этапов проверяют выполненные задания Осуществляют итоговую рефлексию. | ОК 1, ОК 6, ОК 7 | Рефлексия и опрос (Приложение 3) | |
5. Дополнительные источники информации
6. Приложение 1– дидактические материалы к этапам занятий
Экспериментальная задача
«Исследовать способы изменения силы тока в параллельных цепях»
Собрать электрическую цепь
Изменяя сопротивление в параллельных цепях с помощью реостата №2 и№3 определить изменение силы тока
Изменяя сопротивление резистора №1 определить изменение силы тока в его ветвях.
Заменить реостат №3 и№2 катушкой с сердечником. Оценить влияние катушки на силу тока в цепи с сердечником и без сердечника/
Таблица для записи результатов исследований
| №опыта | сопротивление | Сила тока |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод:
между какими величинами исследовалась зависимость?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
каков вид зависимости?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Можно ли использовать данный способ изменения силы тока в передачи и распределении электрической энергии на расстоянии
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оцените деятельность каждого в команде
|
| Оценка работы | Реплика к защите оценки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальная задача:
«Исследовать влияние ёмкости конденсатора на силу тока в цепи постоянного и переменного тока»
Собрать электрическую цепь
Схема 1. Вначале установить конденсатор с ёмкостью 1000мкФ, нажать на кнопку для зарядки конденсатора на 5-10с, опустить кнопку и по амперметру определить силу тока, а по секундомеру время свечения лампы. Заменить конденсатор на 2000мкФ и повторите эксперимент
Схема 2. Подключите к клеммам источник постоянного тока, подав напряжение12В, и сделайте вывод. Поменяйте источник постоянного тока на генератор низкочастотных колебаний и меняя конденсаторы сделайте вывод
Таблица для записи результатов исследований
| №опыта | Ёмкость конденсатора | Сила тока, А | Время свечения лампы, с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод:
Между какими величинами исследовалась зависимость?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Каков вид зависимости?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Какой способ использовали для изменения силы тока и насколько он эффективен?
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Оцените деятельность каждого в команде
|
| Оценка работы | Реплика к защите оценки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальная задача:
«Исследовать зависимость силы тока от частоты тока и индуктивности катушки»
Собрать электрическую цепь
Подключите генератор НЧ и используя ручку частота «грубо» посмотрите как меняется свечение лампы и силы тока при увеличении частоты. Попытайтесь доказать эту зависимость используя закон Ома для цепи переменного тока (наличие нелинейных элементов).
Установив ручку частоты на максимальное свечение пронаблюдайте изменение силы тока при изменении индуктивности катушки (достаньте из катушки и снова вставьте сердечник).
Таблиц для записи результатов исследований
| №опыта | Значение частоты | Яркость свечения лампы | Сила тока, А | индуктивность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод:
Между какими величинами исследовалась зависимость?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Каков вид зависимости?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Какой существует способ изменения силы тока в электрической цепи
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оцените деятельность каждого в команде.
|
| Оценка работы | Реплика к защите оценки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приложение 2. Задания для взаимопроверки:
1. Рассмотрим цепь, состоящую из резистора с сопротивлением R и катушки индуктивности с индуктивностью L. Найдите комплексное значение импеданса Z этой цепи, если сопротивление R = 10 Ом, индуктивность L = 0.5 Гн.
Решение:
Импеданс Z может быть выражен как Z = R + jωL, где ω = 2πf - угловая частота. Для данной цепи, используя данные: R = 10 Ом, L = 0.5 Гн, и предполагая, что у нас частота f = 50 Гц, мы можем найти значениe импеданса.
ω = 2π * 50 = 100π рад/с.
Z = 10 + j 100π 0.5 = 10 + j50π Ом.
Таким образом, комплексное значение импеданса Z этой цепи равно 10 + j50π Ом.
2. Рассмотрим схему, состоящую из параллельно соединенного резистора и конденсатора. Резистор имеет сопротивление R = 20 Ом, а конденсатор емкостью C = 100 мкФ. Найдите фазовый сдвиг между напряжением и током в этой схеме при частоте f = 1 кГц.
Решение:
Фазовый сдвиг между напряжением и током в этой схеме может быть вычислен с помощью формулы φ = arctan(-ωRC), где ω = 2πf - угловая частота, R = 20 Ом, C = 100 мкФ, и предполагая, что у нас частота f = 1 кГц, что соответствует ω = 2π * 1000 рад/с.
φ = arctan(-2π 1000 20 100 10^-6) ≈ arctan(-4π).
Таким образом, фазовый сдвиг между напряжением и током в этой схеме при частоте f = 1 кГц составляет примерно -4π радиан.
Приложение 3. Вопросы для рефлексии:
1. Какие основные концепции и понятия вам понравились или вызвали наибольший интерес в ходе этого урока? Почему?
2. Как вы можете применить знания о комплексных числах и их применениях в своей повседневной жизни или профессиональной деятельности?
3. Какие трудности или вопросы у вас возникли в процессе изучения материала об использовании комплексных чисел при расчете переменного тока в полупроводниковых приборах?
4. Что такое транзистор?
Ответ.
Транзистор– полупроводниковый прибор, который служит для усиления мощности. В основе работы транзистора лежит электронно-дырочный переход.
5. Что такое электронно-дырочный переход?
Ответ.
Электронно-дырочный переход, или p-n переход – это граница между двумя областями проводника с разными типами
Использование комплексных чисел при расчете силы переменного тока в полупроводниковых приборах
Теоретическое занятие
Специальность: 15.02.09 Аддитивные технологии
МАТЕМАТИКА
ОП.02 Электротехника и электроника
Тема: Полупроводниковые приборы
Преподаватель(и): Брусьянина С.В.
2023
Вебинар для учителей
Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!
Полезное для учителя
Реализация образовательных программ осуществляется с применением исключительно электронного обучения и ДОТ
