Temat

Wyznaczanie oporu elektrycznego i mocy wydzielanej w oporniku zasilanym przez baterię. Niepewności pomiarów

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VI. Elektryczność. Uczeń:

16) doświadczalnie:
e) wyznacza opór przewodnika przez pomiary napięcia na jego końcach oraz natężenia prądu przez niego płynącego.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyznaczenie oporu przewodnika oraz mocy na nim wydzielonej.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Łączenie obwodów zgodnie ze schematem.

2. Wykonywanie pomiaru napięcia oraz natężenia prądu elektrycznego.

3. Wyznaczanie oporu i mocy oraz szacowanie niepewności pomiarowych.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- konstruuje obwód elektryczny zgodnie ze schematem,

- wyznacza opór i moc oraz szacuje niepewności pomiarowe.

Metody kształcenia

1. Formułowanie problemów i pomysłów ich rozwiązywania.

2. Porządkowanie i stosowanie uzyskanych wyników w nowych zadaniach o charakterze praktycznym lub teoretycznym.

Formy pracy

1. Eksperymentowanie w grupach.

2. Praca w grupach nad uzyskanymi wynikami.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Odpowiedz na pytania wprowadzające do lekcji.

1. Co to jest napięcie i jakim przyrządem go mierzymy?
2. Co to jest natężenie prądu elektrycznego i jakim przyrządem go mierzymy?
3. Zdefiniuj opór elektryczny?
4. W jaki sposób łączymy amperomierz w obwodzie prądu elektrycznego?
5. W jaki sposób łączymy woltomierz w obwodzie prądu elektrycznego?

Realizacja lekcji

[Grafika interaktywna]

Doświadczenie

Wyznaczenie wartości oporu elektrycznego i mocy wydzielonej przy pomocy amperomierza i woltomierza.

Hipoteza badawcza: 
Używając amperomierza i woltomierza można z akceptowalną dokładnością wyznaczyć opór opornika oraz moc na nim wydzieloną.

1. Skonstruuj układ doświadczalny zgodnie ze schematem.

[Ilustracja 1]

2. Zmierz natężenie prądu w układzie z użyciem amperomierza.
3. Zmierz napięcie na oporniku z wykorzystaniem woltomierza.
4. Zmień baterię zasilającą obwód na inną i powtórz pomiary.
5. Wyniki zapisuj w tabeli pomiarowej.

[Tabela 1]

6. Powtórz czynności od 1 do 5 dla obwodu zbudowanego zgodnie z poniższym schematem.

[Ilutracja 2]

7. Wyniki zapisz w tabeli pomiarowej.

[Tabela 2]

Opracowanie wyników:

1. Na podstawie wykonanych pomiarów dla obydwu tabel pomiarowych wyznacz wartości oporu oraz moc wydzieloną na oporze.

Uwagi:

- Jeżeli pomiary zostały wykonane poprawnie, to wyniki dla tabeli pomiarowej nr 1 i nr 2 różnią się.
- Różnice wynikają z faktu, że zarówno amperomierz jaki woltomierz nie są przyrządami idealnymi.
- Na wyniki pomiarów wpływ mają opory wewnętrzne przyrządów pomiarowych.

2. Wyznacz wartość średnią oporu $R_{\mathrm{śred}}$ oraz mocy $P_{\mathrm{śred}}$ na nim wydzielonej w oparciu o wszystkie pomiary zarówno z tabeli pomiarowej nr 1 jak i nr 2.

3. Wyznacz wartość najmniejszą $R_{\min }$ oporu oraz wartość największą $R_{\max }$ w oparciu o wszystkie pomiary zarówno z tabeli pomiarowej nr 1 jak i nr 2.

4. Wyznacz niepewność wyznaczenia $R_{\mathrm{śred}}$ ze wzoru $∆R_{\mathrm{śred}}=\frac{1}{2}(R_{\max }-R_{\min }).$

5. Postępując w analogiczny sposób jak w przypadku oporu wyznacz niepewność wyznaczenia mocy średniej $P_{\mathrm{śred}}$.

6. Zapisz poprawnie wynik pomiaru oporu wraz z niepewnością pomiarową.

7. Zapisz poprawnie wynik pomiaru mocy wraz z niepewnością pomiarową.

Podsumowanie lekcji

- Aby wyznaczyć opór elektryczny i moc opornika, trzeba zbudować obwód elektryczny składający się z: przewodów elektrycznych, baterii, opornika, amperomierza i woltomierza.

- Następnie należy dokonać pomiaru napięcia i natężenia prądu.

- Na podstawie uzyskanych wyników doświadczalnych wyznaczymy opór i moc.