Предлагаемая методика изучения темы

Выдвинем гипотезу: раз сила тока, напряжение и сопротивление являются основными характеристиками цепи, значит есть непосредственная связь между ними. При этом подойдём к этой проблеме так: попробуем это проверить экспериментально, а затем логическим анализом докажем, что данные эксперимента полностью подтверждают теорию либо опровергнем это.

Для проведения эксперимента соберём цепь, состоящую из источника питания, ключа, магазина сопротивлений. С помощью магазина сопротивлений будем изменять активное сопротивление участка цепи. Силу тока в цепи и напряжение на зажимах магазина сопротивлений будем измерять с помощью цифровых измерителей тока и напряжения “L-MICRO”. Собираем цепь, согласно рисунку 3. Отсоединяем от цепи вольтметр. Изменяя напряжение на зажимах источника тока, снимаем зависимость силы тока от напряжения на магазине сопротивлений (вольт-амперная характеристика проводника). При этом обращаем внимание учащихся на то, что сопротивление необходимо оставлять неизменным.

Отключаем вольтметр от цепи. При неизменном напряжении (рекомендую его установить на максимум) начинаем увеличивать сопротивление. При этом сила тока уменьшается. Таким образом мы снимаем зависимость силы тока от сопротивления.

Результаты экспериментов заносим в таблицы:

Строим вольт-амперную характеристику и график зависимости силы тока от активного сопротивления. При этом обращаем внимание учащихся на то, что имеют место погрешности измерений. Таким образом, мы не можем соединять точки на графике. Тогда, проводим прямую и гиперболу максимально близко к экспериментальным точкам. Графики строятся на масштабно-миллиметровой бумаге, и затем вклеиваются в тетради учащихся. Обсуждаются возможные причины появления погрешностей.

Если у учителя в кабинете нет магазина сопротивлений, то можно воспользоваться установкой, изображённой на рис. 3.

Рис. 3

Но, на мой взгляд, эту работу лучше провести в качестве работы специального физического практикума (СФП) (особенно, если количество учащихся не превышает 10 чел) или на кружковых либо факультативных занятиях после изучения темы «Последовательное и параллельное соединение проводников», поскольку при объяснении методики проведения этого эксперимента данный материал используется.

Сопоставляем результаты эксперимента с теорией. К сожалению, математический вывод закона Ома требует знания связи силы тока со средней скоростью движения зарядов, и, самое главное — знания 2-го закона Ньютона. Правомерно этот вывод проводить в 10–11 классах. Я предлагаю заменить математический вывод логическим. Для этого необходимо вспомнить, что:

1. напряжение на участке цепи определяется работой сил электрического поля по перемещению пробного единичного заряда между двумя этими точками, т.е. U = A / q
2. сопротивление участка цепи определяется способностью этого участка препятствовать прохождению по нему зарядов.

На основании определения напряжения проводим цепочку рассуждений.

1. Напряжение — это работа по перемещению зарядов. Чем больше напряжение между двумя точками цепи, тем очевидно большую работу совершают силы электрического поля по переносу зарядов, а значит тем большее число зарядов переносится за одинаковое количество времени. Поскольку сила тока — это величина, которая показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени, т.е. I = Δq / Δt значит, чем больше напряжение, тем больше и сила тока.
2. сопротивление участка цепи определяется способностью этого участка препятствовать прохождению по нему зарядов. Значит, чем больше сопротивление, тем меньше зарядов смогут пройти через поперечное сечение проводника за единицу времени, а значит и меньше сила тока.

Необходимо обратить внимание учащихся на то, что сопротивление проводника НЕ ЗАВИСИТ от силы тока и напряжения, поскольку оно является ХАРАКТЕРИСТИКОЙ САМОГО ПРОВОДНИКА. Величина, обратная сопротивлению называется проводимостью данного проводника.

Закрепляется материал практически также, как и в традиционной методике, только я ещё предлагаю добавить работу СФП «Экспериментальная проверка закона Ома для участка цепи постоянного тока» с использованием различных установок и компьютерных моделей.

6. «Плюсы» и «минусы» предлагаемой методики.

«Плюсы» могу отметить следующие.

1. Присутствует наглядность, то есть наличие чувственного восприятия.
2. Обучение учащихся работе с масштабом и с графиками экспериментальных зависимостей. Учащиеся могут проанализировать опираясь на графики каждую построенную точку, выявить допущенные недочёты при проведении эксперимента.
3. Наличие поисковых методов формирования знаний, а не передача их готовыми».
4. Использование ранее изученного материала.
5. Обучение графическому представлению информации
6. Обучение методики экспериментального получения (или проверки) зависимостей одной величины от другой.
7. Наличие как экспериментальных, так и теоретических методов изучения природы.

К «минусам» можно отнести следующее:

1. Такой подход слишком затруднителен для учащихся с низкой учебной мотивацией.
2. Необходимо большое количество учебных часов для того, чтобы уложиться в план.
3. Проведение урока затруднительно для учителя, работающего не в кабинете физики, либо если кабинет со слабым оснащением.
4. Очень много времени уходит на подготовку к такому уроку.
5. Мы не можем отметить погрешности на графиках в соответствии с требованиями к оформлению результатов измерений, поскольку расчёт таких погрешностей учащиеся не изучали. Необходимо класс либо заранее к этому уроку подготовить, либо просто «прикинуть» погрешности на графике, не отмечая их.