План конспект на тему «Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа» 10 класс

10-й класс

Тема урока:« Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа»

ФИО: Беккожин Марат Нурланович.

Предмет: физика

Класс: 10 "А"

Цели урока:

• Образовательная цель - разъяснить закон Ома для участка цепи и для полной цепи постоянного тока, виды соединений источников электрической энергии в батареи и сформировать умения применять формулы в решении задач.

• Развивающая цель - развивать у обучающихся умения наблюдать, анализировать, обобщать, сравнивать познавательные объекты, осуществлять самооценку и самокоррекцию учебной деятельности;

• Воспитательная цель - развивать у обучающихся ответственность, трудолюбие, помочь им осознать ценность совместной деятельности.
  
  
  
  Тип урока: урок изучения нового материала.
  
  
  
  Форма проведения: фронтальная, индивидуальная.
  
  
  
  Оборудование: ТСО - компьютер, проектор, экран.

Презентация - «Решение задач на закон Ома и соединение проводников».

Ход урока:

1. Организационный момент.(2 мин.)

Проверка готовности к уроку. Подготовка учащихся к работе на занятии.

2. Актуализация знаний.(2 мин.)

1. Какие тела называются проводниками? Приведите примеры проводников. (Это тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженных тел к незаряженным, Металлы, почва, водные растворы солей.)

2. Что такое диэлектрики? Приведите примеры диэлектриков. ((Это тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженных тел к незаряженным. Резина, воздух, пластмасса и т.д.)

3. Что такое электрический ток?( упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил)

4. Постоянный электрический ток? (Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени)

5. Что такое сила тока?(скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел.)

6. Что такое плотность тока?(векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.)

7. Что такое электрическое сопротивление (физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи )

8. Закон Ома для однородного участка цепи. (сила тока для однородного проводника на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.)

9. Закон Ома для полной цепи.(Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи )

10. Формула короткого замыкания.

3.Изучение нового материала.

Расчет разветвлённых цепей, например нахождение токов в отдельных ветвях, значительно упрощается, при пользовании правилами Кирхгофа.

Узлом разветвлённой цепи называется точка, в которой сходятся три или более проводника. Ток текущий к узлу считается имеющим знак (+I), из узла - знак (-I).

Ветвью электрической цепи - называется участок цепи вдоль которого проходит один и тот же ток.

Первое правило Кирхгофа относится к узлам разветвлённых цепей.

.

(23.1)

Алгебраическая сумма токов сходящихся в узле равна 0.

Первое правило Кирхгофа вытекает из уравнения непрерывности, т.е. в конечном счёте, из закона сохранения заряда.

Первое правило Кирхгофа можно написать для каждого из N узлов цепи, но независимыми являются только (N - 1) уравнения, N-е будет следствием из них.

Второе правило Кирхгофа относится к любому, выделенному в разветвленной цепи замкнутому контуру.

Контур - любой замкнутый путь, который можно обойти, перемещаясь по любым ветвям цепи.

Алгебраическая сумма произведений сил токов в отдельных участках произвольного замкнутого контура на их сопротивления равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом контуре.

.

(23.2)

Таким образом, второе правило Кирхгофа является следствием закона Ома для неоднородного участка цепи.

Составление системы уравнений

Правила Кирхгофа в каждом конкретном случае позволяют написать полную систему уравнений, из которых могут быть найдены, например, все неизвестные токи.

По 1 и 2 правилам Кирхгофа уравнений нужно составлять столько, сколько неизвестных величин, но надо следить, чтобы одни уравнения не являлись следствием других.

По 1 правилу Кирхгофа следует для цепи из N узлов записать (N - 1) независимых уравнений. По второму правилу Кирхгофа составлять уравнения только для независимых контуров.

Независимыми контурами являются те, которые нельзя составить наложением уже рассмотренных контуров. Число независимых уравнений по второму правилу Кирхгофа оказывается равным числу наименьших разрывов, которые нужно сделать, чтобы нарушить все контуры. Для такого контура (рис. 23.2) число независимых уравнений, составленных по 2-ому правилу Кирхгофа - 3.

При составлении уравнений по правилам Кирхгофа необходимо поступать так:

1. Произвольным образом выбрать направление токов на всех участках цепи; действительное направление токов определяется при решении задачи. Если при расчётах искомый ток получается отрицательным, то его истинное направление противоположно выбранному.

2. Выбрать направление обхода контура. Произведение I_i×R_iсчитается положительным, если направление обхода и направление тока на данном участке совпадает, и считается отрицательным (-I_i×R_i), если направление обхода и направление тока на данном участке не совпадают.
   
   ЭДС берётся со знаком (+) если она действует в направлении обхода, или со знаком (-) если против.

3. Составить столько уравнений по 1 и 2 правилам Кирхгофа, сколько неизвестных, и решить систему уравнений.

Пример №1

Определить силу токов, текущих в ветвях, если ε₁ = 1 В, ε ₂ = 2 В, ε ₃ = 3 В, r₁ = 1 Ом, r₂ = 0,5 Ом, r₃ = Ом, R₄ = 1 Ом, R₅ = Ом.

Решение:

I₁ - ?; I₂ - ?; I₃ - ?

Физическая система - электрическая цепь, в которой имеется несколько различных источников тока. Найти результирующую ЭДС невозможно и, следовательно, нельзя применить закон Ома для замкнутой цепи. В этом случае электрическая цепь может быть рассчитана с помощью правил Кирхгофа.

Сначала необходимо выбрать (произвольно) направления тока в ветвях (см. рис.). Если направление выбрано неверно, то в окончательном решении величина этого тока получиться отрицательной, а если верно - то положительной.

Применим первое правило Кирхгофа. Оно справедливо для узлов электрической цепи. В данной схеме узлов два: т. А и т. С.

Для узла А: Для узла С первое правило Кирхгофа ничего нового не дает. Применим второе правило Кирхгофа, оно справедливо только для замкнутых контуров. В данной схеме их три: АВСА, ACDA,ABCDA.

Рассмотрим контур ABCA: e₁ и e₂; r₁, r₂, R₄; I₁ и I₂.

Для применения второго правила Кирхгофа необходимо выбрать (произвольно) условно-положительное направление обхода контура. Оно необходимо для определения знаков ЭДС и токов. Если направление ЭДС или тока совпадают с направлением обхода контура, то их считают положительными. В противном случае ЭДС или ток считают отрицательными. Следовательно: (если выбрать направление обхода против часовой стрелки)Для контура ACDA: (направление обхода против часовой стрелки): Система уравнений (1 - 3) являются замкнутой, решая эту систему находим:

; ; .

Токи I₁ и I₂ получились отрицательными, это значит, что направления их случайно были выбраны ошибочно. Ток I₃ положителен, следовательно, его направление выбрано правильно.

Ответ:; ; .

4. Решение задач.

Задача 1.

Определить общее сопротивление цепи.

Задача 2.

Чему равна длина железного провода, имеющего площадь поперечного сечения 0,8мм², если при прохождении по нему тока 1 А напряжение на его концах равно 12 В?

Задача 3.

Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 25 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм², если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

Задача №4. В схеме представленной на рисунке e₁ = 2,1 В, e₂ = 1,9 В, R₁ = 45 Ом, R₂ = 10 Ом, R₃ = 10 Ом. Найти силу тока во всех участках цепи. Внутренним сопротивлением элементов пренебречь.

Задача №5. Три источника тока с ЭДС e₁ = 11 В, e₂ = 4 В и e₃ = 6 В и три реостата с сопротивлениями R₁ = 5 Ом, R₂ = 10 Ом, R₃ = 20 Ом соединены как показано на схеме. Определить силы токов I в реостатах. Внутреннее сопротивление источника пренебрежимо мало.

5. Подведение итогов

Что нового вы узнали на уроке? Что вызвало затруднение?

Подведение итогов. Выставление оценок за работу на уроке.



6. Домашнее задание.

§9.6, Упр.19 №4,5