Scenariusz

Temat

Połączenie szeregowe odbiorników

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VI. Elektryczność. Uczeń:

13) rysuje schematy obwodów elektrycznych składających się z jednego źródła energii, jednego odbiornika, mierników i wyłączników; posługuje się symbolami graficznymi tych elementów.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyprowadzenie wzoru na opór zastępczy w połączeniu szeregowym.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Zdefiniowane oporu zastępczego.

2. Doświadczalne badanie napięć na opornikach połączonych szeregowo.

3. Doświadczalna weryfikacja wzoru na opór całkowity w połączeniu szeregowym.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- definiuje pojęcie oporu zastępczego,

- zna i stosuje wzór na opór zastępczy w połączeniu szeregowym.

Metody kształcenia

1. Dyskusja rozwijająca się w toku wspólnego rozwiązywania problemu przez klasę lub grupę.

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

Formy pracy

1. Praca w grupach podczas wykonywania eksperymentu.

2. Praca w grupach nad formułowaniem i weryfikacją hipotezy badawczej.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Przygotuj odpowiedzi na pytania wprowadzające do lekcji.

1. Co to jest prąd elektryczny?

2. Przedstaw prawo Ohma.

3. Zdefiniuj opór przewodnika.

4. Jak/Czy zmieni się wartość oporu przewodnika, gdy zwiększymy napięcie do niego przyłożone?

Realizacja lekcji

Kiedy oporniki połączone są ze sobą szeregowo?

[Ilustracja 1]

Połączenie szeregowe wymusza takie samo natężenie prądu płynącego przez wszystkie oporniki połączone szeregowo. Nie ma możliwości, aby przez wybrane dwa oporniki płynął prąd o innym natężeniu. Byłoby to sprzeczne z zasadą zachowania ładunku.

[Slideshow]

Doświadczenie 1

Hipoteza badawcza:

W połączeniu szeregowym oporników suma napięć na poszczególnych opornikach jest równa napięciu zasilającemu układ.

1. Do wykonania doświadczenia będziesz potrzebował kilku różnych oporników, amperomierza, woltomierza i źródła napięcia.

2. Zbuduj układ zgodnie ze schematem poniżej.

[Ilustracja 2]

3. Wykonuj pomiary napięcia panującego na poszczególnych opornikach oraz napięcia zasilającego

4. Pomiary wpisuj do tabeli pomiarowej.

[Tabela 1]

5. W celu wyeliminowania błędów podczas wykonywania doświadczenia wykonaj po kilka pomiarów, najlepiej za każdym razem przestawiając kolejność oporników.

6. Po przeprowadzeniu doświadczenia wyciągnij odpowiednie wnioski.

Wniosek:

W połączenie szeregowym oporników suma napięć na poszczególnych opornikach jest równa napięciu zasilającemu:

U_{1} + U_{2} + U_{3} + U_{4} + U_{5} = U_{zasilania}

Definicja oporu zastępczego.

Oporem zastępczym układu oporników nazywamy opór takiego opornika, który użyty zamiast układu oporników nie zmieni natężenia prądu wypływającego ze źródła napięcia.

Wyprowadzenie wzoru na opór zastępczy w połączeniu szeregowym.

Rozpatrzmy układ szeregowo połączonych ze sobą oporników.

[Ilustracja 3]

Niech napięcia na opornikach wynoszą odpowiednio: $U_{1}, U_{2}, U_{3}, U_{4}, U_{z}$ . W układzie płynie prąd o natężeniu I. Na mocy prawa Ohma mamy:

U_{1} = I \cdot R_{1}

U_{2} = I \cdot R_{2}

U_{3} = I \cdot R_{3}

U_{4} = I \cdot R_{4}

U_{5} = I \cdot R_{5}

Jeżeli zamiast wszystkich oporników użyjemy oporu zastępczego, to:

U_{zasilania} = I \cdot R_{zastępczy}

Wstawiając powyższe zależności do wzoru:

U_{1} + U_{2} + U_{3} + U_{4} + U_{5} = U_{zasilania}

otrzymamy:

I \cdot R_{1} + I \cdot R_{2} + I \cdot R_{3} + I \cdot R_{4} + I \cdot R_{5} = I \cdot R_{zastępczy}

po uproszczeniu prowadzi to do wyniku końcowego:

R_{1} + R_{2} + R_{3} + R_{4} + R_{5} = R_{zastępczy}

Wniosek końcowy:

W połączeniu szeregowym oporników opór zastępczy jest sumą oporów poszczególnych oporników.

Doświadczenie 2

Hipoteza badawcza:

W połączeniu szeregowym oporników opór zastępczy jest sumą oporów poszczególnych oporników.

1. Do wykonania doświadczenia będziesz potrzebował kilku różnych oporników, amperomierza, woltomierza i źródła napięcia.

2. Zbuduj układ zgodnie ze schematem poniżej.

[Ilustracja 4]

3. W znany Tobie sposób wyznacz opory poszczególnych oporników.

4. Wyznacz opór całkowity układu oporników.

5. Wyniki wpisuj do tabeli pomiarowej.

[Tabela 2]

6. W celu wyeliminowania błędów podczas wykonywania doświadczenia wykonaj po kilka pomiarów, najlepiej za każdym razem przestawiając kolejność oporników.

7. Po przeprowadzeniu doświadczenia wyciągnij odpowiednie wnioski.

Wniosek:

Jeżeli doświadczenie zostało wykonane poprawnie to w granicach błędów pomiarowych:

R_{1} + R_{2} + R_{3} + R_{4} + R_{5} = R_{całkowity} = R_{zastępczy}

Jest to więc potwierdzenie wzoru wyprowadzonego teoretycznie.

Podsumowanie lekcji

- W połączeniu szeregowym przez zamknięty obwód elektryczny płynie prąd o natężeniu I. Jest ono jednakowe w każdym miejscu układu szeregowego.

- Napięcie między końcami układu szeregowego oporników jest równe sumie napięć między końcami każdego z nich.

- Opór całkowity (zastępczy) w połączeniu szeregowym jest sumą oporów poszczególnych odbiorników:

R = R_{1} + R_{2} + R_{3} + . . .

Electrical receivers connected in series

Lesson plan

Temat

Etapy lekcji