Тема: «Последовательное и параллельное соединение потребителей электрического тока»

Цель работы: закрепить умение применять законы параллельного и последовательного соединения проводников при решении задач.

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Студент должен

уметь:

- описывать и объяснять правильность соединения проводников;

- Делать выводы на основе экспериментальных данных.

 

  знать:

- смысл понятий понятия электрическая цепь;

- законы параллельного и последовательного соединения проводников

Оборудование и оснащение:

1.Учебно-методическая литература:

- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2013.

- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб.пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М.,2013.

- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Лабораторный практикум: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева, А. В. Коржуев, О. В. Муртазина. — М., 2014.

 

2.Справочная литература:

- Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика. М. Просвещение. 2010.;

 

3.Калькулятор инженерный или простой.

 

4.Ручка.

 

5.Карандаш простой (при необходимости, цветные карандаши – для построения графиков, диаграмм, проекций точек на поверхности детали).

 

6.Чертежные принадлежности: линейка.

 

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практической работы

 

Основные законы и формулы

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Сила постоянного электрического тока:

I =

где q- заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за время t.

Закон Ома для участка цепи, не содержащего ЭДС:

                                                                 

где I – сила тока, U –напряжение на этом участке; R –сопротивление.

Электрическое сопротивление проводника длиной l c постоянной площадью поперечного сечения S

                                                             R = ,

где ρ – удельное сопротивление проводника.

Последовательным называется такое соединение резисторов, когда конец одного проводника соединяется с началом другого и т.д. При последовательном соединении сила тока на любом участке электрической цепи одинакова

                                                                I=

Напряжение при последовательном соединении равно сумме напряжений на отдельных участках цепи

Общее сопротивление при последовательном соединении проводников

                                                             R = R + R₂ + …+ Rn,

где R, R₂, … Rn - сопротивления отдельных проводников.

Если R = R₂ = … = Rn, то R = n·R

Параллельным называется такое соединение резисторов, когда одни концы всех резисторов соединены в один узел, другие концы – в другой узел. Узлом называется точка разветвлённой цепи, в которой сходятся более двух проводников.

При параллельном соединении

,

Общее сопротивление при параллельном соединения проводников удовлетворяет соотношению

Если R = R₂= … = Rn, то R = R₁ / n.

Задание 1. Ответьте на вопросы.

1. Что называют электрическим током? Что принимают за направление электрического тока?
2. Что такое сила тока? Назовите единицу измерения силы тока.
3. От чего зависит электрическое сопротивление проводника?
4. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
5. Какое соединение называется последовательным? параллельным?
6. Как найти общее сопротивление двух резисторов, соединённых последовательно? параллельно?

Методические указания

При решении задач рекомендуется:

1) начертить схему и указать на ней все элементы цепи: источники тока, резисторы и др., установить предварительно, о какой цепи говорится в условии задачи: замкнутой илии о каком-либо участке цепи;

2) установить, какие элементы цепи включены последовательно, какие параллельно;

3) на каждом участке цепи определить направления токов и записать для каждой точки разветвления (если они есть), уравнения токов и уравнения, связывающие напряжения на участках цепи;

4) используя закон Ома, установить связь между токами, напряжениями;

5) решить полученную систему уравнений относительно искомой величины.

 

Примеры решения задач

 

Задача 1. Два проводника сопротивлением R₁=2 Ом, R₂=3 Ом соединены последовательно. Сила тока в цепи 1 А. Определить сопротивление цепи, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение всего участка цепи.

 

 

Дано:	Решение:
R1=2 Ом	Сила тока во всех последовательно соединенных проводниках одна и
R2=3 Ом	та же и равна силе тока в цепи, т.е.: I1=I2=I=1 A.
I=1 A	Общее сопротивление цепи: R=R1+R2, R=2 Ом+3 Ом=5 Ом.
Найти:	Напряжение на каждом из проводников найдем по закону Ома:
R -?	U1=IR1;               U1=1 A ·2 Ом=2 B;
U1 -?	U2=IR2;               U2=1 A ·3 Ом=3 B.
U2 -?	Полное напряжение в цепи:
U -?	U=U1+U2, или U=IR
	U=2 B+3 B=5 B, или U=1 A · 5Ом=5 В.
Ответ:	R=5 Ом, U1=2 B, U2=3 B, U=5 B.

 

Задача 2. В осветительную сеть комнаты включены две электрические лампы, сопротивления которых 200 и 300 Ом. Напряжение в сети 120 В. Определить силу тока в каждой лампе, силу тока в подводящих проводах (т.е. силу тока до разветвления), общее сопротивление участка, состоящего из двух ламп.

Дано:	Решение:
R1=200 Ом	Напряжение на каждой лампе равно напряжению в сети, так
R2=300 Ом	как лампы соединены параллельно, т.е. U1=U2=120 B. Силу тока в
U=120 B	B каждой лампе определяем, пользуясь законом Ома: .
Найти:	=
I1 -?	=
I2-?	Сила тока в подводящих проводах равна сумме сил тока в лампах:
R -?	I=I1+I2, I=0.6 A+0.4 A=1 A.
	Общее сопротивление участка цепи, состоящего из двух параллельно
	соединенных ламп, находим по закону Ома:
	R=U/I, R=120 B/1 A=120 Ом.
Ответ:	I1=0.6 A, I2=0.4 A, I=1 A, R=120 Ом.

Задание 2. Решите количественные задачи:

Задача 1. Три резистора сопротивлениями R₁, R₂, R₃ соединены последовательно так, что общее сопротивление данного участка цепи составляет R, а значения напряжения на резисторах и силы тока в них равны U₁, U₂, U₃ и I₁, I₂, I₃ соответственно. Определите значения величин, обозначенных «?».

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
R1,кОм	2	4	6	?	3	5	7	?	11	12
R2,кОм	?	6	8	10	?	7	9	11	?	15
R3,кОм	6	?	10	12	7	?	11	12	15	?
R, кОм	10	18	?	30	15	21	?	32	38	47
U1, В	?	?	?	?	12	?	?	?	?	?
U2, В	?	?	16	?	?	?	?	?	24	?
U3, В	3	?	?	?	?	?	10,5	?	?	?
I1, мА	?	?	?	3	?	?	?	?	?	3
I2, мА	?	1	?	?	?	?	?	1	?	?
I3, мА	?	?	?	?	?	5	?	?	?	?

 

Задача 2. Три резистора сопротивлениями R₁, R₂, R₃ соединены параллельно так, что общее сопротивление данного участка цепи составляет R, а значения напряжения на резисторах и силы тока в них равны U₁, U₂, U₃ и I₁, I₂, I₃ соответственно. Определите значения величин, обозначенных «?».

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
R1,кОм	4	8	2	?	6	8	20	?	6	6
R2,кОм	6	6	?	20	10	10	?	4	4	4
R3,кОм	6	?	6	10	4	?	10	6	8	?
R, кОм	?	1,85	1	4	?	2,55	2,86	1,71	?	1,09
U1, В	?	?	?	?	?	16	?	?	?	?
U2, В	?	?	?	10	?	?	?	?	?	24
U3, В	?	6	?	?	?	?	?	12	?	?
I1, мА	?	?	1	?	?	?	?	?	0,4	?
I2, мА	?	?	?	?	1,2	?	?	?	?	?
I3, мА	2	?	?	?	?	?	1,5	?	?	?

 

Задача 3.

В данной схеме R1, R2 и R3 – сопротивления соответствующих резисторов, a I1, I2 и I3; U1, U2 и U3 – силы токов и напряжения на соответствующих участках. Определите значения величин, обозначенных «?».

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

R1, Ом

?

1

?

2

?

1

?

2

?

?

R2, Ом

?

2

?

2

?

2

?

3

?

4

R3, Ом

6

?

1

?

?

3

?

1

2

?

I1, А

?

?

1

?

1

?

1

?

1

?

I2, А

0,1

?

?

?

?

?

2

?

?

1

I3, А

?

?

5

?

2

?

?

?

?

?

U1, В

?

?

?

?

5

?

?

2

4

?

U2, В

?

?

2

?

?

?

1

?

?

?

U3, В

3

2

?

?

?

?

1

?

?

?

Rобщ, Ом

?

?

?

3

?

?

?

?

?

2

Iобщ,А

?

1,3

?

1

?

3

?

?

3

?

Uобщ, В

6

?

?

?

7

?

?

?

?

6

Лабораторная работа №4