Реостаты. Лабораторная работа: «Регулирование силы тока реостатом» - презентация

Урок

Реостаты. Лабораторная работа №5

«Регулирование силы тока реостатом»

Цель урока:

Учащиеся должны оценить свои умения применять знания о резисторе; познакомиться с реостатом (на уровне практического применения); научиться применять знания об элементах электрической цепи и правилах ее сборки; применять знания и умения, полученные на уроках физики, к решению практических задач.

Задачи урока:

Образовательные:

Выделить значение средств экспериментального исследования (приборов) в процессе познания. Выявить уровень усвоения теоре­тических знаний. Научить работать с физическими приборами. Позна­комить с основными этапами деятельности при использовании экспе­риментального метода; с методами определения сопротивления.

Продолжить работу по формированию умений работать с из­мерительными приборами; составлять таблицы при оформлении ре­зультатов измерений. Проконтролировать уровень усвоения основных навыков пользования измерительными приборами.

Воспитательные:

Подчеркнуть взаимосвязь теории и практики как пример проявления одного из признаков метода диалектического познания явлений.

Познакомить учащихся с взаимосвязанностью и обусловленно­стью явлений окружающего мира. Раскрыть значение накопления фак­тов и их уточнения при изучении явлений. Содействовать формирова­нию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окру­жающего мира.

Развития мышления:

Продолжить работу по формированию умений делать выводы из наблюдений. Работать над формированием умений выделять глав­ную причину, влияющую на результат (формировать "зоркость" в по­исках).

Работать над формированием умений сравнивать явления, де­лать выводы и обобщения; развертывать доказательство на основе экс­периментальных данных.

Основное содержание:

Работа с паспортными данными реостата. Сборка электрической цепи. Наблюдение изменения показания амперметра при движении ползунка реостата вправо, влево. Вычерчивание схем различных вари­антов расположения ползунка реостата. Анализ действий, оформление результатов работы в отчете.

Оборудование:

Источник питания,

резистор,

амперметр,

вольтметр,

Проблемы:

1) Как устроен ползунковый реостат?

2) Схематическое изображение.

3) Для чего служит?

4)Почему используют проволоку с большим удельным сопротивлением?

Спроектировать лабораторную работу

Оборудование:

Основная идея:

Результат:

Предложите проект устройства, позволяющего определять со­противление резистора методом сравнения с эталоном.

1. Сформулируйте гипотезу. ,

2. Предложите ее доказательства (физические обоснования).

3. Опишите модель процесса сравнения сопротивления резисторов.

4. Покажите ее плюсы и минусы.

Домашнее задание: А, Б) Самоконтроль знаний по перечню ос­новных вопросов к пройденному учебному материалу в тетради.

В) А + собственный проект лабораторной работы.

На практике часто приходится менять силу тока в цепи, делая ее то больше, то меньше. Так, изменяя силу тока в динамике радиоприемника, мы регулируем громкость звука. Изменением силы тока в электродвигателе швейной машины можно регулировать скорость его вращения.

Во многих случаях для регулирования силы тока в цепи применяют специальные приборы - реостаты.

Простейшим реостатом может служить проволока из материала с большим удельным сопротивлением, например, никелиновая или нихромовая. Включив такую проволочку в цепь источника электрического тока через контакты А и С и передвигая подвижный контакт С, можно уменьшать или увеличивать длину включенного в цепь участка АС. При этом будет меняться сопротивление цепи, а, следовательно, и сила тока в ней, это покажет амперметр.

Реостатам, применяемым на практике, придают более удобную и компактную форму. Для этой цели используют проволоку с большим удельным сопротивлением, а для того чтобы длинная проволока не мешала ее наматывают спиралью.

Один из реостатов (ползунковый реостат) изображен на рисунке а), а его условное обозначение в схемах - на рисунке б).

В этом реостате никелиновая проволока намотана на керамический цилиндр. Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок. Своими контактами он прижат к виткам обмотки.

Электрический ток в цепи проходит от витков проволоки к ползунку, а через него в стержень, имеющий на конце зажим 1. С помощью этого зажима и зажима 2, соединенного с одним из концов обмотки и расположенного на корпусе реостата, реостат подсоединяют в цепь.

Стрелками указано как протекает электрический ток через реостат

Перемещая ползунок по стержню, можно увеличивать или уменьшать сопротивление реостата, включенного в цепь. То есть мы увеличиваем или уменьшаем количество витков по которым протекает электрический ток (чем больше витков, тем больше сопротивление).

Каждый реостат рассчитан на определенное сопротивление (чем больше проволоки намотано, тем большее сопротивление может дать такой реостат) и на наибольшую допустимую силу тока, превышать которую не следует, так как обмотка реостата накаляется и может перегореть. Сопротивление реостата и наибольшее допустимое значение силы тока указаны на реостате (см. рисунок а ).

[Значения 6Ω и 3 А означают что данный реостат способен изменять свое сопротивление с 0 до 6 Ом, и ток с силой больше чем 3 Ампера пропускать по нему не стоит. ]

Теперь самое время перейти от теории к практике!

Часть 1. Регулировка силы тока в лампочке.

На видео видно, как передвигая ползунок реостата вправо и влево, лампочка горит ярче или тусклее.

Понять принцип опыта можно взглянув на схему (см. рисунок 4).

На рисунке указана схема цепи, которую мы собирали в видео. Полное сопротивление цепи состоит из сопротивления R л лампочки и сопротивления включенной в цепь части проволоки (на рисунке заштрихована) реостата. Незаштрихованная часть проволоки в цепь не включена. Если изменить положение ползунка, то изменится длина включенной в цепь части проволоки, что приведет к изменению силы тока.

Так, если передвинуть ползунок в крайнее правое положение (точка С), то в цепь будет включена вся проволока, сопротивление цепи станет наибольшим, а сила тока — наименьшей, поэтому нить лампочки будет гореть тускло или совсем не будет гореть (так как эл. ток такой силы не может разогреть спираль лампочки до свечения).

Если же передвинуть ползунок реостата в положение А, то электрический ток совсем не будет идти по проволоке реостата и, следовательно, сопротивление реостата будет равно нулю. Весь ток будет расходоваться на горение лампы, и она будет светить максимально ярко.

Часть 2. Включение лампочки от карманного фонаря в сеть 220 В.

Внимание! Не повторяйте этот опыт самостоятельно. Напоминаем, что поражение электрическим током осветительной сети может привести к смерти.

Что произойдет, если включить лампочку от фонарика в осветительную сеть напряжением 220 В? Понятно, что лампочка, рассчитанная на работу от батареек с суммарным напряжением 3,5 Вольт (3 пальчиковых батарейки), не способна выдержать напряжение в 63 раза большее - она сразу перегорит (может и взорваться).

Как тогда это сделать? На помощь придет уже известный нам прибор - реостат.

Нам нужен такой реостат, который способен был задержать бурный поток электрического тока, идущего от осветительной сети, и превратить его в тоненький ручеек электричества, который будет питать нашу хрупкую лампочку не нанося ей вреда.

Мы взяли реостат с сопротивлением 1000 (Ом). Это значит, что если эл. ток будет проходить по всей проволоке этого реостата, то на выходе из него получится ток с силой всего лишь 0,22 Ампер.

I=U/R=220 В / 1000 (Ом) = 0, 22 А

Для питания же нашей лампочки нужно даже более сильное электричество (0,28 А). То есть реостат не пропустит достаточное количество тока, чтобы зажечь нашу маленькую лампочку.

Это мы и наблюдаем во второй части видео, где в крайнем положении ползунка лампочка не горит, а при передвижении его вправо лампочка начинает загораться все ярче и ярче (подвигая ползунок мы запускаем все больше тока).

В определенный момент (на определенном положении ползунка реостата) лампочка перегорает, потому что реостат (при данном положении ползунка) пропустил слишком много электричества, которое и пережгло нить накаливания лампочки.

Так можно ли включить низковольтную лампочку в осветительную сеть? Можно! Только следует задержать все лишнее электричество реостатом с достаточно большим сопротивлением.

Часть 3. Включение лампы на 3,5 В вместе с лампой 60 Вт в сеть 220 В.

Мы взяли лампу мощностью 60 Вт, рассчитанную на напряжение 220 В, и лампочку от карманного фонарика на 3,5 В и силу тока 0,28 А.

Что произойдет, если включить эти лампочки в осветительную сеть напряжением 220 В? Понятно, что 60-ти ваттная лампочка будет гореть нормально (она на это и предназначена), а вот лампочка от карманного фонарика немедленно перегорит при включении ее в сеть (т.к. рассчитана работать от батареек только на 3,5 Вольта).

Но в опыте видно, как при подключении лампочек друг за другом (последовательно) и включении их в сеть 220 В обе лампы горят нормальным накалом и даже не думают перегорать. Даже когда ползунок реостата в крайнем положении (т.е. он не создает никакого сопротивления току) маленькая лампочка не перегорает.

Почему так? Почему даже при выключенном реостате (при его нулевом сопротивлении) лампа не перегорает? Что не дает ей перегореть при таком большом напряжении? И действительно ли напряжение на маленькой лампочке такое большое? Будет ли работать маленькая лампа если заменить лампу мощностью 60 Вт на стоваттную лампочку (100 Вт)?

Вы уже сможете ответить на большинство вопросов, если внимательно следили за ходом рассуждений в предыдущей части статьи. В этом опыте маленькой лампочке не дает перегорать большая лампочка. Она выступает в роли реостата с большим сопротивлением и берет на себя почти всю нагрузку.

Давайте попробуем разобраться как такое может происходить, что маленькая лампочка не перегорает благодаря лампочке в 60 Вт и доказать расчетным методом, что для нормального накала обеих лампочек необходимо одна и та же сила тока.

На помощь в решении этого вопроса нам придет физика, а конкретно ее раздел электричество (изучается в 8 классе).

Цели урока:

1. Научить учащихся определять сопротивление проводника, используя закон Ома.
2. Научить пользоваться реостатом для регулирования силы тока в электрической цепи.
3. Формировать умение собирать электрические цепи, измерять в них силу тока и напряжение при помощи амперметра и вольтметра.
4. Техника безопасности.

Оборудование:

• Источник питания, исследуемые проводники, ползунковый реостат, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.
• Компьютеры – 12.
• Ноутбуки – 2.
• Проектор – 1.
• Экран.
• Электронные мультимедийные карточки (ресурсы взяты в сети Интернет):
  1. Ползунковый реостат – Приложение 1 ;
  2. Закон Ома – Приложение 2 ;
  3. Тест сопротивление проводника – Приложение 3 .

План урока:

1. Орг. Момент.
2. Техника безопасности.
3. Напоминаю основные элементы электрической цепи и представляю реостат (Ползунковый реостат).
4. Повторяем закон Ома – слайд оставляю на экране (Закон Ома). Использую проектор и экран.
5. Готовим тетради для контрольных и лабораторных работ к записям лабораторных результатов (дата, лабораторная работа №5, №6, название лабораторной работы, цель работы, приборы и материалы, таблицу для измерения результатов опытов).
6. Выполняем лабораторные работы №5, 6.

Ход урока

I. Орг момент (2 минуты).

II. Техника безопасности (2 минуты).

III. Подготовка контрольной тетради для записей измерений лабораторной работы №5.

Провожу на одном уроке две лабораторные работы. На предыдущих лабораторных работах (№3 и №4) обучающиеся уже научились пользоваться амперметрами и вольтметрами, выяснили правила включения их в цепь, определяли цену деления амперметра и вольтметра. Но все, же еще раз необходимо напомнить учащимся правила техники безопасности, когда необходимо делать различные переключения в цепи, особенно при изменении положения вольтметра в схеме.

Лабораторную работу провожу двумя способами: виртуальный (на компьютере) и реальный (лаборант готовит лабораторное оборудование: источник постоянного тока, ключ, амперметр, проволочный резистор и ползунковый реостат). Урок провожу в кабинете информатики (12 стационарных компьютеров и 2 ноутбука). 14 обучающихся выполняют лабораторную работу индивидуально, а оставшиеся 11 человек делю на группы (5 групп по два человека), данные группы получают лабораторное оборудование.

Обучающиеся класса готовят записи для выполнения лабораторной работы №5

Лабораторная работа №5 «Регулирование силы тока реостатом».

Цель работы: научиться пользоваться реостатом для изменения силы тока в цепи.

Приборы и материалы: источник питания, ползунковый реостат, амперметр, ключ, соединительные провода.

Указание к работе с физическим оборудованием (с указанием к лабораторной работе подробно знакомятся дома).

Указание к работе на компьютере.

В группах и на компьютерах ребята выполняют работу 15 минут. Ребята, выполнявшие лабораторную работу на компьютере садятся, за парты и оформляют лабораторную работу в тетради.

На оформление работы (вывод выполненной работы №5) отводится 3 минуты.

Переходим к выполнению лабораторной работы №6 (ребята делаю записи в тетрадях).

IV. Лабораторная работы №6. «Измерение сопротивления проводника при помощи амперметра и вольтметра».

Цель работы: научиться измерять сопротивление проводника при помощи амперметра и вольтметра. Убедиться на опыте, что сопротивление проводника не зависит от силы тока в нем и напряжения на его концах.

На основании полученных данных в лабораторной работе №5 можно рассчитать значения сопротивлений реостата при нахождении ползунка в разных положениях:

R 1 =U 1 /I 1 R 2 =U 2 /I 2 R 3 =U 3 /I 3

Ученики должны записать значения силы тока в цепи при максимальном сопротивлении реостата (Imin) и максимальное значение напряжения на нем Umax . Затем можно уменьшать сопротивление реостата до тех пор, пока сила тока в цепи не будет равна 1A, записывая при этом значение напряжения на реостате. На основании полученных данных можно рассчитать значение сопротивления реостата и сопротивление его активной части.

Результаты всех измерений и вычислений заносятся в таблицу.

Оформление лабораторной работы (расчёт сопротивлений, вывод) 10 минут.

Для контроля качества выполнения работы слежу за работой учащихся на всех этапах выполнения лабораторных работ. Наиболее способным учащимся в ходе работы можно предлагать творческие задания:

Те ребята, которые делали, работу за компьютером выполняют следующее творческое задание:

а) предложите способ определения длины медного проводника площадью поперечного сечения 1мм 2 , используя амперметр и вольтметр;
б) имея кусок провода, изготовьте реостат.

Ребята, работающие в группах выполняют вычислительную работу с помощью электронной карточки «Тест сопротивление проводника» на компьютере.

На выполнение творческой работы (на компьютере или в тетрадях) – 10 минут.

V. Домашнее задание (2 минуты).

1. Повторить материал по теме «Закон Ома для участка цепи»;
2. Сборник задач В.И. Лукашика, Е.В. Ивановой: №1319, 1320, 1328, 1330.

Задачи урока Образовательная: Познакомить учащихся с реостатом и сформировать практические навыки его использования. Образовательная: Познакомить учащихся с реостатом и сформировать практические навыки его использования. Воспитательная: Продолжить работу по развитию самостоятельности и внимания учащихся. Воспитательная: Продолжить работу по развитию самостоятельности и внимания учащихся. Развивающая: Продолжить работу по формированию умения выделять причину, влияющую на результат, умения логически мыслить. Развивающая: Продолжить работу по формированию умения выделять причину, влияющую на результат, умения логически мыслить. 3

« Физика » человека (электрические параметры) Удельное сопротивление тканей тела, мышцы,5*10 4 Ом*мм 2 /м мышцы,5*10 4 Ом*мм 2 /м кровь,8*10 4 Ом*мм 2 /м кровь,8*10 4 Ом*мм 2 /м верхний слой кожи (сухой) 3,3*10 9 Ом*мм 2 /м верхний слой кожи (сухой) 3,3*10 9 Ом*мм 2 /м кость (без надкостницы) 2*10 10 Ом*мм 2 /м кость (без надкостницы) 2*10 10 Ом*мм 2 /м Сопротивление тела человека от конца одной Сопротивление тела человека от конца одной руки до конца другой(при сухой руки до конца другой(при сухой неповрежденной коже рук), кОм неповрежденной коже рук), кОм 9

«Физика » человека (электрические параметры) Сила тока через тело человека, Сила тока через тело человека, считающаяся безопасной,...до 1мА считающаяся безопасной,...до 1мА Сила тока через тело человека, Сила тока через тело человека, приводящая к серьезным поражениям организма, мА приводящая к серьезным поражениям организма, мА Безопасное электрическое напряжение Безопасное электрическое напряжение (сырое по­мещение), В (сырое по­мещение), В Безопасное электрическое напряжение Безопасное электрическое напряжение (сухое по­мещение), В (сухое по­мещение), В 10

Цель работы: научиться пользоваться реостатом для измерения силы тока в цепи.

Приборы и материалы: источник питания, ползунковый реостат, амперметр, ключ, соединительные провода.

Указания к работе:

1. Рассмотрите внимательно устройство реостата и установите, при каком положении ползунка сопротивление реостата наибольшее.

2. Составьте цепь, включив в нее последовательно амперметр, реостат на полное сопротивление, источник питания и ключ.

3. Замкните цепь и отметьте показания амперметра.

4. Уменьшайте сопротивление реостата, плавно и медленно передвигая его ползунок (но не до конца!). Наблюдайте за показаниями амперметра.

5. После этого увеличивайте сопротивление реостата, передвигая ползунок в противоположную сторону. Наблюдайте за показаниями амперметра.

Вывод:

Тема урока: Реостаты.

Цели:

1. Добиться усвоения учащимися нового материала (устройство и принцип действия реостата).

2. Отработать навыки работы с реостатом.

3. Развивать у учащихся внимание, мышления в ходе наблюдения демонстрационного эксперимента, при формулировке фактов и опытных суждений и при формулировке выводов к наблюдаемому опыту.

Метод: иллюстративный.

Ход урока:

Регулирование силы тока реостатом.

Цель работы: _____________________________________________________

Приборы и материалы: ____________________________________________

__________________________________________________________________

Таблица.

Вывод:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Упражнения.

1. В цепь включены: источник тока, ключ, электрическая лампа и ползунковый реостат. Нарисуйте в тетради схему этой цепи. Куда надо передвинуть ползунок реостата, чтобы лампа светилась ярче.

2. Никелиновая проволока длиной 120 м и площадью поперечного сечения 0,5 включена в цепь с напряжением 127 В. Определить силу тока в проводнике.

3. Требуется изготовить реостат на 20 Ом из никелевой проволоки площадью сечения 3 https://pandia.ru/text/80/130/images/image011_91.gif" width="99" height="21">)

Техника безопасности.

1. Будьте внимательны, дисциплинированны, осторожны, точно выполняйте указания учителя.

2. Не оставляйте рабочее место без разрешения учителя.

3. Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном учителем.

4. Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнение задания.

5. Производите сборку электрических цепей, переключение в них, монтаж и ремонт электрических устройств только при отключенном источнике питания.

6. Не включайте источники электропитания без разрешения учителя.

7. Следите, чтобы изоляция проводов была исправлена, а на концах проводов были наконечники, при сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно зажимайте клеммами. Выполняйте наблюдения и измерения, соблюдая осторожность, чтобы случайно не прикоснуться к оголенным проводам.

8. По окончанию работы отключите источники электропитания, после чего разберите электрическую цепь.

9. Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источники электропитания и сообщите об этом учителю.