Podstawy metrologii w elektronice – pomiary prądu, napięcia i oporu – Karta pracy
Karta pracy podsumowująca opanowanie treści zajęć realizowanych zgodnie z metodologią STEM w oparciu o zasoby Zintegrowanej Platformy Edukacyjnej, opracowana w ramach rządowego programu wspierania organów prowadzących szkoły i placówki w rozwijaniu umiejętności cyfrowych dzieci i młodzieży na lata 2025‑2029 – „Cyfrowy Uczeń” (Dz.U.2025.1254)
Imię i nazwisko autora:
Roman Frąckowiak
Karta pracy
Wprowadzenie do karty pracy
Niniejsze karty pracy stanowią wsparcie dla scenariusza zajęć wprowadzających uczniów w podstawy metrologii elektrycznej. W trakcie lekcji uczniowie poznają zasady działania multimetru, uczą się poprawnie mierzyć prąd, napięcie i opór oraz budować proste obwody elektryczne na płytkach stykowych. Dzięki pracy z mikrokontrolerami opartymi na zestawach Arduino zyskują możliwość obserwacji zarówno klasycznych pomiarów przy użyciu aparatury, jak i odczytów cyfrowych. Karty pracy prowadzą uczniów krok po kroku przez część teoretyczną i praktyczną, pomagają utrwalić podstawowe pojęcia oraz przygotowują do samodzielnego wykonywania pomiarów w bezpieczny i świadomy sposób.
Ćwiczenia lub polecenia
Zapoznaj się z grafiką i wykonaj ćwiczenie.

2 rezystory połączone szeregowo, każdy o rezystancji 100 Ohm;.
Jakie nastawienie przełącznika głównego jest właściwe dla pomiaru natężenia prądu zmiennego?
Jaką wartość wskazuje multimetr?

Symulacja interaktywna pozwala wybrać do badania różne obwody rozgałęzione oraz wartości oporów połączonych oporników i sprawdzić słuszność I prawa Kirchhoffa. Odzwierciedla ona układ doświadczalny, jakim można się posłużyć wykonując taki eksperyment. Przejmujesz część odpowiedzialności za prawidłowy przebieg eksperymentu, obliczając samodzielnie sumę wskazań mierników oraz decydując, które pomiary mają być wzięte pod uwagę do obliczenia wyniku końcowego.
Twoim zadaniem jest sprawdzenie, ile wynosi suma prądów wpływających i wypływających z węzła obwodu elektrycznego, zaznaczonego niebieską kropką. Wszystkie amperomierze połączone są z nim tym samym, ujemnym stykiem, wobec tego dodatnie wskazanie urządzenia oznacza, że prąd wpływa do węzła a ujemne, że wypływa z niego.
Zalecane jest korzystanie z trybu pełnoekranowego.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D7H5879Z9
Etap 1. Budowanie obwodu
Zdecyduj, z których gałęzi będzie się składał badany przez Ciebie obwód, i zatwierdź przyciskiem WŁĄCZ. Po kliknięciu na gałąź (opornik z amperomierzem) jej kolor zmienia się z szarego na czarny. Musisz wybrać co najmniej jedną gałąź po lewej i jedną po prawej stronie węzła.
Etap 2. Ustalanie wartości oporników
Zdecyduj, jaką wartość będą miały poszczególne oporniki. Sposób ustalania oporów jest możliwy za pomocą suwaka (lub wpisania liczby w okienku), w zakresie od 1 omega do 10 omega.
Etap 3. Pomiary
Kliknij przycisk WYKONAJ POMIAR i zsumuj wskazania amperomierzy. Wynik pojawi się w okienku z napisem SUMA. Sprawdź, czy nie popełniasz błędu w dodawaniu!
Po zakończeniu pomiaru możesz:
Zmienić wartości oporów
Zbudować nowy obwód
Zobaczyć wyniki
Na ekranie symulacji widoczny jest schemat obwodu elektrycznego do zbadania słuszności pierwszego prawa Kirchhoffa. Schemat układu narysowany jest czarnymi liniami. Po lewej stronie układu widać równoległe połączenie trzech oporników, w którym oporniki narysowane są jeden nad drugim. Oporniki narysowano w postaci poziomych prostokątów. Na każdej gałęzi obwodu elektrycznego po prawej stronie obornika widnieje symbol amperomierza. Symbol amperomierza widoczny jest w postaci okręgu o czarnych krawędziach z wielką literą A w środku. Obok symboli amperomierza zaznaczono potencjały elektryczne. Po lewej stronie amperomierza od strony opornika widoczny jest symbol plus oznaczający wyższy potencjał elektryczny. Po prawej stronie amperomierza widoczny jest symbol minus oznaczający niższy potencjał elektryczny. Po prawej stronie ilustracji widzimy również równoległe połączenie trzech oporników. Gałęzie elektryczne, na których zamontowano oporniki, widoczne są jedna nad drugą. Na gałęziach elektrycznych, na których widoczne są oporniki po lewej stronie od oporników widoczne są symbole amperomierza. Obok symboli amperomierzem zaznaczono potencjały elektryczne. Po lewej stronie amperomierzy od strony oporników widoczne są znaki plus oznaczający wyższy potencjał elektryczny. Po prawej stronie amperomierzy widoczny jest znak minus oznaczający niższy potencjał elektryczny. Układy oporników widocznym po prawej i lewej stronie połączone są przewodem elektrycznym. Obwód zasilany jest źródłem napięcia, w taki sposób że lewy i dolny róg układu oporników po lewej stronie jest połączony z prawym i dolnym rogiem układu oporników po prawej stronie a na linii symbolizującej połączenie widoczny jest symbol źródła napięcia. Źródło napięcia widoczne jest w postaci dwóch pionowych odcinków narysowanych czarnymi liniami. Odcinki są równoległe do siebie i narysowane jeden obok drugiego. Lewy odcinek narysowany jest cienką czarną linią, która jest dłuższa od odcinka prawego. Oznacza to, że z tej strony źródła napięcia potencjał elektryczny jest większy. Prawy odcinek jest krótszy i narysowane grubszą linią. Oznacza to, że z tej strony źródła napięcia potencjał elektryczny jest niższy. Poniżej schematu widoczny jest panel, za pomocą którego użytkownik może włączyć układ oraz zadać wartość każdego z oporników widocznych w układzie z osobna. Początkowo rezystancja wszystkich oporników jest taka sama i jest równa nieskończoności. Użytkownik może zmieniać wartość oporników w zakresie od jednego do omów Ohmów, z rozdzielczością co jedna dziesiąta Ohma. Użytkownik może również pozostawić wartość oporu każdego z rezystorów jako nieskończoność. Po zadaniu przez użytkownika rezystancji poszczególnych oporników w włączonym układzie na amperomierza pojawia się wartość natężenia prądu płynącego przez poszczególne gałęzie układu elektrycznego.
Obwód elektryczny składa się z dwóch identycznych źródeł o napięciu oraz dwóch takich samych żarówek o oporze . Na rysunku zaznaczono kierunki prądów w tym obwodzie. Wiadomo, że natężenie prądu jest 3 razy większe, niż natężenie prądu . Która z żarówek będzie świeciła jaśniej?

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RN4stdLIpQLF0
Zapoznaj się z treścią samouczka.
Podaj przykład sytuacji, w której analiza wszystkich cyfr uzyskanych z dzielenia 4,759 : 3,28 za pomocą kalkulatora byłaby uzasadniona.
Podczas doświadczenia w szkolnej pracowni fizycznej wyznaczano opór elektryczny przewodnika. Odczytane z mierników wartości zebrano w tabeli poniżej.
Nr pomiaru | Napięcie na końcach przewodnika [V] | Natężenie prądu przepływającego przez przewodnik [A] |
|---|---|---|
1 | 11 | 0,5 |
2 | 18 | 1 |
3 | 27 | 1,5 |
4 | 30 | 15 |
5 | 55 | 2,5 |
6 | 60 | 3 |
Uwaga: na każdym z rysunków jedno z wyjść potencjometru jest zakończone krótkim, odgiętym, niepodłączonym nigdzie przewodem. Oznacza to, że dane wyprowadzenie potencjometru nie jest nigdzie podłączone.
Zbudowaliśmy układ do regulacji głośności głośnika, przedstawiony na rysunku powyżej. Udowodnij, że maksymalna średnia moc wydzielana na głośniku jest 4 razy większa niż średnia moc wydzielana na głośniku w sytuacji, gdy pokrętło potencjometru znajduje się w połowie swojego zakresu. Głośnik możesz potraktować jako opornik i przyjąć, że jego opór jest o wiele większy niż opór całkowity potencjometru.
Podsumowanie
Wykonując zadania ujęte w kartach pracy, uczniowie przechodzą przez proces budowania obwodów, rejestrowania wartości pomiarowych oraz ich analizy. Weryfikują prawo Ohma i prawa Kirchhoffa, porównują wyniki z przewidywaniami teoretycznymi oraz uczą się wyciągać poprawne wnioski na podstawie danych eksperymentalnych. Podsumowanie pracy pozwala uczniom ocenić stopień opanowania umiejętności metrologicznych, zrozumienie zależności panujących w obwodach elektrycznych oraz dokładność wykonywanych pomiarów. Karty pracy sprzyjają rozwijaniu logicznego myślenia, umiejętności współpracy i świadomego korzystania z aparatury pomiarowej, prowadząc do samodzielnego i poprawnego wykonywania podstawowych pomiarów elektrycznych wraz z ich interpretacją.