Г.
Урок 17 (9 класс)
Тема. Закон Ома для участка цепи. Удельное сопротивление проводника. Реостаты
Закон Ома для участка цепи
Перечислим основные величины, характеризующие электрические цепи.
(Сила тока, напряжение, сопротивление).
Сегодня мы перед собой поставим основную цель: раскрыть взаимозависимость силы тока, напряжения и сопротивления на участке электрической цепи. Они связаны между собой законом, носящим имя Ома.
Мы постараемся выяснить, как зависит сила тока от напряжения в участке цепи при постоянном сопротивлении этого участка и как сила тока зависит от сопротивления проводника, при постоянном напряжении на его концах.
Для этого разобьёмся на две группы: первая будет находить зависимость силы тока от напряжения на участке цепи при постоянном сопротивлении, вторая - зависимость сила тока от сопротивления проводника, при постоянном напряжении на его концах.
На столах у вас есть все необходимое оборудование, а также схемы эксперимента и таблицы, которые необходимо заполнить.
1 группа:
| U, B | I, A | R, Ом |
| const | ||
| const | ||
| const |
Меняя сопротивление: 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом
2 группа:
| U, B | I, A | R, Ом |
| const | ||
| const | ||
| const |
Через ____ минут вы должны ответить на вопросы:
1. Как зависит сила тока в цепи от напряжения при постоянном сопротивлении?
2. Как зависит сила тока в цепи от сопротивления при постоянном напряжении?
Внимательно следите за правильностью подключения измерительных приборов!
Выводы: С увеличением напряжения сила тока в проводнике возрастает при постоянном сопротивлении, т.е. при
R = const, I~ U.
С увеличением сопротивления проводника сила тока уменьшается, т.е. при
U = const, I ~ 1/R.
Тогда сможем записать:
Это выражение называется законом Ома для участка цепи.
Закон Ома читается так: “сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению”
Данный закон немецкий физик Георг Ом открыл в 1827 году.
Историческая справка:
Георг Ом (1787-1854) - немецкий физик-экспериментатор. Он родился 16 марта 1787 года в семье слесаря. Отец придавал большое значение образованию детей. Хотя семья постоянно нуждалась, Георг учился сначала в гимназии, а потом в университете. Сначала он преподавал математику в одной из частных школ Швейцарии. Физикой Георг Ом стал интересоваться позже. Свою научную деятельность начал с ремонта приборов и изучения научной литературы. Создание первого гальванического элемента открыло перед физиками новую область исследований, и Ом сделал важнейший шаг на пути создания теории электрических цепей. В 1825 году он представил научному миру плоды своего труда в виде статьи, которую озаглавил “Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят электричество”. Сейчас это сообщение мы называем законом его имени. В честь этого ученого также названа единица сопротивления.
Для запоминания формулы закона Ома и последующего его применения для решения задач лучше пользоваться треугольником.
Графическая зависимость силы тока от напряжения называется ВАХ (вольт – амперная характеристика) проводника.
 |
2. Реостат как элемент управления
На предыдущих уроках мы говорили, что существуют не только потребители и источники электрического тока, но еще и так называемые элементы управления. Одним из важных элементов управления является реостат или любой другой прибор, основанный на его действии. В реостате используется проводник из заранее известного материала с определенной длиной и сечением, а значит, мы можем узнать его сопротивление. Принцип работы реостата основан на том, что мы можем изменять это сопротивление, следовательно, можем регулировать силу тока и напряжение в электрических цепях.
3. Устройство реостата
На рисунке 1 представлен реостат без оболочки. Это сделано для того, чтобы можно было посмотреть все его части. На керамическую трубу (1) намотан провод (2). Его концы выведены к двум контактам (3а). Также имеется штанга, в конце которой расположен контакт (3б). По этой штанге движется скользящий контакт (4), так называемый «ползун».
Если расположить скользящий контакт посередине (рис. 2а), то будет задействована только половина проводника. Если передвинуть этот скользящий контакт дальше (рис. 2б), то будет задействовано больше витков провода, следовательно, его длина возрастет, сопротивление увеличится, а сила тока уменьшится. Если же передвинуть «ползун» в другую сторону (рис. 2в), то, наоборот, сопротивление уменьшится, и сила тока в цепи возрастет.
Рис. 1. Устройство реостата
Рис. 2. Реостат
Внутри реостат полый. Это необходимо, поскольку при протекании тока реостат нагревается, а эта полость обеспечивает быстрое охлаждение.
4. Изображения реостата на схемах
Когда мы изображаем схему (рисунок электрической цепи), то каждый элемент обозначается определенным символом. Реостат обозначается следующим образом (рис. 3):
Рис. 3. Изображение реостата
Красный прямоугольник соответствует сопротивлению, синий контакт – подводящий к реостату провод, зеленый – скользящий контакт. При таком обозначении легко понять, что при движении ползунка влево сопротивление реостата уменьшится, а при движении вправо – увеличится. Также может использоваться следующее изображение реостата (рис. 4):
Рис. 4. Еще одно изображение реостата
Прямоугольник обозначает сопротивление, а стрелка – то, что его можно изменять.
5. Включение реостата в электрическую цепь
В электрическую цепь реостат включается последовательно. Ниже приведена одна из схем включения (рис. 5):
Рис. 5. Включение реостата в цепь с лампой накаливания
Зажимы 1 и 2 подключаются к источнику тока (это может быть гальванический элемент или подключение к розетке). Стоит обратить внимание, что второй контакт должен быть подключен к движущейся части реостата, которая позволяет менять сопротивление. Если увеличивать сопротивление реостата, то накал лампочки (3) будет уменьшаться, а значит, ток в цепи тоже уменьшается. И, наоборот, при уменьшении сопротивления реостата лампочка будет гореть ярче. Этот метод часто используется в выключателях для регулировки интенсивности освещения.
Реостат также можно использовать для регулировки напряжения. Ниже представлены две схемы (рис. 6):
| 
|
Рис. 6. Включение резистора в цепь с вольтметром
В случае использования двух сопротивлений (рис. 6а) мы снимаем определенное напряжение со второго резистора (устройство, которое основано на сопротивлении проводника), и таким образом, как бы регулируем напряжение. При этом надо точно знать все параметры проводника для правильной регулировки напряжения. В случае с реостатом (рис. 6б) ситуация заметно упрощается, поскольку мы можем непрерывно регулировать его сопротивление, а значит, и изменять снимаемое напряжение.
6. Применение реостата
Реостат – достаточно универсальный прибор. Кроме регулировки силы тока и напряжения, он также может использоваться в различных бытовых приборах. Например, в телевизорах регулировка громкости происходит с помощью реостатов, переключение каналов в телевизоре также неким образом связано с использованием реостатов. Также стоит обратить внимание, что для безопасности лучше использовать реостаты, снабженные защитным кожухом (рис. 7).
Рис. 7. Реостат в защитном кожухе
На этом уроке мы рассмотрели строение и применение такого элемента управления, как реостат. На следующих уроках будут решаться задачи, связанные с проводниками, реостатами и законом Ома.
Закрепление знаний
Решим задачу:
| На рисунке изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и В. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением? |
По закону Ома для участка цепи, сила тока обратно пропорциональна сопротивлению проводника при постоянном напряжении. Т.к. при напряжении 6В сила тока проводника В, 1А, а сила тока проводника А, 3А. Таким образом, сила тока проводника В меньше, значит сопротивление больше.
Докажите это расчетами.
Общий ответ: 6 Ом > 2 Ом Rв > Ra.
Домашнее задание
1. Ф.Я.Божинова, Н.М.Кирюхин, Е.А.Кирюхина. Физика, 9 класс, «Ранок», Харьков, 2009. § 11 (с.57-60), §12 (с.61-65) читать.
2. Упражнение 11, задача 3,4 (решить).
3. Решить задачи:
3.1. Длина и площадь поперечного сечения алюминиевого и железного проводов одинаковые. Какой из проводников имеет большее сопротивление?
3.2. Какое сопротивление имеет медный провод длиной 10 м и площадью поперечного сечения 0,17 мм2?
3.3. Какой из сплошных железных стержней разного диаметра имеет большее электрическое сопротивление? Массы стержней одинаковые.
4. Выполнить тестовое задание:
Вариант 1
1. Как зависит сила тока от сопротивления проводника?
А. Сила тока прямо пропорциональна сопротивлению.
Б. Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.
В.. Сила тока равна сопротивлению
Г. Этой зависимости нет
2. Математическая запись закона Ома
А. 
Б. 
В. I= UR Г. 
3. В электрической цепи амперметр показывает 3 А, а вольтметр 6 В. Чему равно сопротивление резистора?
А. 2 Ом. Б. 0,5 Ом. В. 18 Ом Г. 3 Ом.
4. Напряжение на концах проводника увеличилось вдвое. Как изменилась сила тока, протекающего в проводнике?
А. Уменьшилась в 2 раза В. Увеличилась в 2 раза
Б. Не изменилась Г. Уменьшилась в 1,5 раза
5. Можно лиэлектрическую лампу, рассчитанную на напряжение
127 В, включать в цепь с напряжением 220 В?
А. Нельзя. Сила тока в цепи превысит допустимое значение, и лампа перегорит
Б. Можно. Ничего не произойдет
В. Можно, но только в цепях с постоянным током.
Вариант 2
1. Как зависит сила тока от напряжения проводника?
А. Сила тока пропорциональна напряжению.
Б. Сила тока обратно пропорциональна напряжению.
В. Этой зависимости нет. Г. Сила тока равна напряжению
2. Формулировка закона Ома.
А. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна его сопротив лению и обратно пропорциональна напряжению на этом участке.
Б. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
В. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна его сопротивлению и напряжению на этом участке.
Г. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна произведению его сопротивления и напряжения на этом участке.
3. Сила тока электрической лампы 0,5 А, сопротивление спирали 10 Ом. Найти напряжение на концах спирали.
А. 8,5 В Б. 20 В. В. 0,05 В Г. 5 В.
4. Необходимо вдвоеуменьшить силу тока в данном проводнике. Что для этого нужно сделать?
А. Увеличить напряжение в 2 раза
Б. Вдвое уменьшить сопротивление.
В. Уменьшить напряжение в 2раза Г. Ничего не делать.
5. Зависит ли сопротивление проводника от силы тока в нем и напряжения на его концах?
А. Сопротивление зависит от силы тока и напряжения
Б. Зависит от напряжения.
В. Не зависит.
Г. Зависит от силы тока.
