Разработка урока в 11 классе Переменный ток.Сопротивления в цепи переменного тока

Конспект открытого урока по физике в 11 классе

на тему «Переменный ток. Сопротивление в цепи переменного тока. ( слайд 1)

Расчёт сопротивлений ».

У 49-50 Тип урока: комбинированный

11 кл Цели урока:(слайд 2)

2 часа Познавательные: продолжить формирование представлений о гармонических

электромагнитных колебаниях, о вынужденных электрических

колебаниях и видах сопротивлений в цепи переменного тока ;

Коммуникативные :развивать познавательные интересы учащихся по данной

теме через различные информационные ресурсы: учебник,

презентацию, таблицы.

Личностные: научиться находить полезное и необходимое в изучаемом материале;

Результаты урока:

Предметные: выделение нужной информации, решение творческих и поисковых

проблем;

Метапредметные: развитие монологической речи, формирование умения пользоваться информационными средствами и средствами наглядности, находить аналогию с историей, электротехникой;

Личностные: закрепление нравственных норм поведения.

Основные виды деятельности учеников:

· изучать по разным источникам: учебнику, дополнительной литературе, интернете всё о переменном токе, его особенностях, механизме работы генератора переменного тока;

Оборудование:

· экран

· мультимедийный проектор;

· персональный компьютер;

Место проведения урока - кабинет физики.

Этапы урока.

1. Организационный момент урока.

2. Актуализация проблемы урока учителем.

3. Вводное слово учителя.

4. Изучение новой темы урока.

5. Выходной контроль знаний.

6. Итог урока.

7. Рефлексия.

Информационные ресурсы.

Ход урока.

Презентации к уроку «Переменный ток и сопротивление в цепи переменного тока».

1 -ый этап: Организационный

2 -ой этап: Актуализация проблемы темы урока учителем;( слайд 3-4)

1.Какие колебания называются гармоническими?

Колебания, которые происходят по закону синуса или косинуса.

2.Дайте определение электромагнитных колебаний.

Процессы в электрических цепях, в которых периодически изменяются колебания заряда, силы тока, напряжения и ЭДС.

3.Почему свободные электромагнитные колебания затухают?

Свободные электромагнитные колебания затухают из-за сопротивления.

4.По какой формуле можно определить период электромагнитных колебаний?

5.Назовите систему, в которой происходят электромагнитные колебания.

Колебательный контур.

Решение задач на тему «Электромагнитные колебания»(слайд 5-6)

1. Заряд q на пластинах конденсатора колебательного контура изменяется с течением времени в соответствии с уравнением q=5·10^-4cos10³πt. Чему равна амплитуда колебаний заряда? Назовите фазу колебания заряда и начальную фазу колебания заряда.

3.Что их перечисленных приборов обязательно входит в состав цепи постоянного и колебательного контура? Подберите к позиции первого столбца нужную позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами:1.Амперметр

2.Источник тока

3.Конденсатор

4.Постоянный магнит

Б) Колебательный контур

3.Этап урока -Вводное слово учителя:(слайд 7 -10)

Вставка -слова Якова Быля: «Ток бежит по проводам, и не виден никогда. Лампочки он зажигает и приборы оживляет».

Но так ли много мы знаем о той силе, которую используем каждый день?

Многие знают, что ток в наших электрических сетях переменный. Он отличается

от постоянного, который есть в батарейках и аккумуляторах, тем, что меняет

направление с частотой 50 Гц (в некоторых странах - 60 Гц). Дело в том, что

такой ток проще производить и доставлять до потребителя. Переменным ток

становится, грубо говоря, из-за того, что генератор на электростанции вращается,

производя колеблющееся напряжение. Люди, конечно, без проблем могли бы

превратить его в постоянное, но выяснилось, что переменное проще

преобразовывать по величине, а полученный в результате ток проще передавать

по проводам.

В истории был период, который известен под условным названием «война токов».

Главными действующими лицами тогда были небезызвестные Никола Тесла и

Томас Эдисон. Первый увидел потенциал и удобство использования переменного

тока, второй настаивал на том, что следует пользоваться постоянным

электричеством (точка зрения, которая была тогда общепринятой). Эдисон даже

проводил публичные демонстрации, довольно жестокие. Дело в том, что

переменный ток, несмотря на свои преимущества, представляет большую

опасность для живых существ. Томас Эдисон использовал этот факт, чтобы

создать в народе страх и недоверие к идеям Теслы: он прилюдно убивал животных

с помощью переменного тока. Один раз даже провели демонстрацию на слоне:

огромное многотонное существо на глазах изумленной публики было помещено в

специальный корсет из электрических проводников, который подключили к

переменному напряжению. Пара секунд - и могучее животное упало замертво.

Первым источником электроэнергии уже нашей эры стал электростатический генератор, изобретённый в 1663 г мэром Магдебурга Отто фон Герике.

Что же такое переменный ток?( слайд 11)

Сила тока и напряжение меняются по гармоническому закону, частота колебаний определяется частотой подключённого в цепь источника напряжения.

Переменное напряжение в гнёздах розетки осветительной сети создается генераторами на электростанции.

Стандартная частота промышленного тока равна 50Гц - это значит, что за 1 с ток изменяет своё направление 50 раз.

Модель генератора переменного тока.( видео-слайд 12)

Что же происходит в генераторе переменного тока?(слайд 13-14)

Поток магнитной индукции меняется по гармоническому закону:

Ф = ВS cosωt

ЭДС индукции есть первая производная магнитного потока:

е = - Ф^'=ВS ω sin ωt = ξ_m sinωt

где ξ_{m =} BSω - амплитуда ЭДС индукции

мы дальше будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, меняющегося с циклической частотой ω по формуле синуса или косинуса:

u = U_m sin ωt или u = U_m cos ωt

где U_m - амплитуда напряжения, т.е. максимальное по модулю значение напряжения.

Если напряжение меняется с циклической частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой. Но колебания силы тока могут не совпадать по фазе с колебаниями напряжения: мгновенное значение тока определяется по формуле:

i = I_m sin(ωt + φ_c)

I_m - амплитуда силы тока, φ_с - сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Какую же роль в цепи переменного тока играют сопротивления ?( слайд15)

В цепь переменного тока можно включить электрическое сопротивление - резисторы, индуктивное и ёмкостное сопротивления - колебательный контур.

Резисторы обладают сопротивлением R, сопротивление катушки индуктивности с индуктивностью L обозначим X_L , а сопротивление конденсатора с ёмкостью С - обозначим X_c .

Рассмотрим активное сопротивление в цепи переменного тока.( слайд-видео 16- 17)

По з-ну Ома: i = == I_mcosωt - для цепи с активным сопротивлением;

Для цепи с ёмкостным сопротивлением: (слайд 18 -19)

Напряжение на конденсаторе u = равно напряжению на концах цепи.

Следовательно = U_mcos ωt, тогда заряд конденсатора меняется по гармоническому закону:

q =CU_mcos ωt;

сила тока есть первая производная заряда по времени и равна:

i =q^'= - U_mCω sin ωt =U_mC cos (ωt + )

Колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе

на .

Амплитуда силы тока I_m = U_mCω; Вспомним закон Ома: I =

Обозначим величину = Х_с - эта величина называется ёмкостное сопротивление;

Т.е. I =

(слайд - видео 20)При подключении катушки индуктивности к источнику постоянного напряжения сила тока в цепи нарастает постепенно, лишь по прошествии некоторого времени сила тока достигнет наибольшего значения соответствующего данному постоянному напряжению. Отсюда следует, что если напряжение будет меняться быстро, то сила тока не успеет достигнуть тех значений, которые она бы достигла при постоянном напряжении.

(слайд 21)Т.Е.амплитуда силы тока ограничивается индуктивностью и будет тем меньше, чем больше индуктивность и частота приложенного напряжения.

При изменении силы тока по гармоническому закону i = I_msin ωt ЭДС самоиндукции e_i =- Li^' = - LωI_m cos ωt

Т.к. u = -e_i , то u = LωL_m cos ωt = U_m sin (ωt + );

Отсюда амплитуда напряжения U_m =LωL_m;

Колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания силы тока на

Амплитуда силы тока в катушке равна:

I_m = , если введём обозначение ωL = X_L , которое назовём индуктивное сопротивление, то закон Ома запишется

I =

Полное сопротивление цепи состоит из активного, индуктивного и ёмкостного сопротивлений и равно:(слайд 22)

Z = R²+(X_L-X_C)² = R²+(ωL- )²;

Выходной контроль знаний учащихся:(слайд 23-24)

Задача1. Почему не применяют для освещения переменный ток с частотой 10 - 15 Гц?

Ответ: 1.Будет мигание. Глаз 10 герц уже воспринимает как мельтешение .

2.Трансформаторные станции будут огромных габаритов и очень

шумные .Очень сложно будет строить ЛЭПы-.Бытовые приборы

будут иметь очень тяжелые трансформаторы.

Задача 2.В электрическую цепь включена катушка, по которой сначала пропускают постоянный ток, потом - переменный ток того же напряжения. В каком случае катушка нагреется сильнее?

Ответ: В первом. Катушка для переменного тока будет обладать еще и реактивным

сопротивлением. Поэтому во втором случае ток будет меньше. Соответственно и

выделение тепла - меньшим.

Задача3.Как изменится накал лампы, если конденсатор будет пробит и цепь в этом месте замкнётся?

Ответ: Каждый конденсатор имеет сопротивление (ёмкостное) . Т. е. если мы, можно так сказать,

уберём это сопротивление (в данном случае конденсатор станет обычным проводником),

то накал лампы увеличится. А сгорит она или не сгорит - это уже зависит от напряжения,

которое подаётся на неё.

Дополнительное задание:

Задача4. В цепи переменного тока включены резистор, конденсатор и катушка индуктивности. Чему равно полное сопротивление цепи, если R=5 Ом, X_C = 6 Ом и X_L = 11Ом.

Дано: Решение:

R = 5 Ом Z = R² + (X_L - X_C)² = 25 Ом² + (11 Ом - 6 Ом)² 7,07 Ом

X_L = 11 Ом

X_C = 6 Ом

--------------------------

Z -?

Подведём итог: Что мы узнали сегодня?( слайд 25)

e_i = ξ_m sin ωt - ЭДС индукции;

u = U_m cos ωt - напряжение на зажимах цепи;

i =I_m sin( ωt +φ_c) - мгновенное значение силы тока;

i = I_m cos ωt - сила тока в цепи с активным сопротивлением;

q = CU_m cos ωt - заряд на конденсаторе;

i = U_mC cos (ωt + ) - сила тока в цепи с ёмкостным сопротивлением;

X_C = - ёмкостное сопротивление;

u =U_m sin (ωt + ) - напряжение в цепи с индуктивным сопротивлением;

X_L = ωL - индуктивное сопротивление;

Z = R² +( X_L - X_C)² -полное сопротивление в цепи переменного тока.

Рефлексия.( слайд 26)

1.Сегодня я узнал…

2.Мне было интересно узнать, что…

3.Мне было трудно понять …

4.Меня удивили приведённые факты о…

Итог урока:

А) оценки за урок

Б) что успели?