Урок физики в 8 классе
Большакова Анна Александровна
Учитель физики МАОУ СОШ №40 г. Томск
Расчет сопротивления проводника.
Удельное сопротивление.
Что вам известно об электрическом сопротивлении проводника?
В чём его причина?
Как можно определить сопротивление проводника опытным путём?
Как вы думаете, зависит ли сопротивление проводника от его длины?
Как изменить длину данного вам проводника?
Как на опыте проверить зависимость сопротивления проводника от его длины?
Опыт №1
R 1
R 2
Вывод:
Длина проводника увеличилась в 2 раза и сопротивление проводника увеличилось в 2 раза.
Как вы думаете, зависит ли сопротивление проводника от его толщины?
Как изменить толщину данного вам проводника?
Как на опыте проверить зависимость сопротивления проводника от его толщины?
Опыт №2
R 1
Вывод:
R 2
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения
Как вы думаете, одинаково ли сопротивление проводников одинаковой длины и толщины, но сделанных из разного материала?
Как проверить ваши предположения на опыте?
Опыт №3
Нихром
Сталь
R 1
R 2
Сопротивление проводника зависит от материала, из которого изготовлен проводник.
Вывод:
Сопротивление проводника из данного вещества длиной 1 м и площадью поперечного сечения называется удельным сопротивлением этого вещества.
Удельное сопротивление
Единица измерения
Решение задач
Задача №1
Задача №2
Задача №3
Задача №4
Решение задач
У какого из медных проводников сопротивление больше и во сколько раз, если:
А). Площадь сечения проводов одинакова, а длина одного провода в 3 раза больше другого?
Б) Длина проводов одинакова, а площадь сечения второго больше первого в 2,5 раза?
Проволоку согнули пополам и включили в сеть. Как изменилось сопротивление проводника?
Длина медного провода 200 м, площадь поперечного сечения 2 мм 2 . Чему равно сопротивление такого проводника?
Никелиновый провод длиной 50 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм 2 включён в электрическую цепь с напряжением 220 В. Определите силу тока в этой цепи?
Творческое задание:
ФИО составителя задачи
Условие задачи
ФИО решающего задачу
Решение задачи
Какова была тема урока?
А проблема?
Что нового о сопротивлении вы сегодня узнали?
Для чего нужно уметь определять сопротивление проводника?
Поставьте метку в графе таблицы, соответствующей вашей оценки урока
Мне урок понравился
Тема урока меня очень заинтересовала, и я постараюсь найти дополнительный материал
Понравилось проводить исследование
На уроке было скучно и неинтересно.
На уроке я ничего не понял.
Урок был обычным…
Домашнее задание:
§ 45, упр. 20 (1,2,3)
Мы знаем, что причиной электрического сопротивления проводника является взаимодействие электронов с ионами кристаллической решётки металла (§ 43). Поэтому можно предположить, что сопротивление проводника зависит от его длины и площади поперечного сечения, а также от вещества, из которого он изготовлен.
На рисунке 74 изображена установка для проведения такого опыта. В цепь источника тока по очереди включают различные проводники, например:
- никелиновые проволоки одинаковой толщины, но разной длины;
- никелиновые проволоки одинаковой длины, но разной толщины (разной площади поперечного сечения);
- никелиновую и нихромовую проволоки одинаковой длины и толщины.
Силу тока в цепи измеряют амперметром, напряжение - вольтметром.
Зная напряжение на концах проводника и силу тока в нём, по закону Ома можно определить сопротивление каждого из проводников.
Рис. 74. Зависимость сопротивления проводника от его размеров и рода вещества
Выполнив указанные опыты, мы установим, что:
- из двух никелиновых проволок одинаковой толщины более длинная проволока имеет большее сопротивление;
- из двух никелиновых проволок одинаковой длины большее сопротивление имеет проволока, поперечное сечение которой меньше;
- никелиновая и нихромовая проволоки одинаковых размеров имеют разное сопротивление.
Зависимость сопротивления проводника от его размеров и вещества, из которого изготовлен проводник, впервые на опытах изучил Ом. Он установил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника .
Как учесть зависимость сопротивления от вещества, из которого изготовляют проводник? Для этого вычисляют так называемое удельное сопротивление вещества .
Удельное сопротивление - это физическая величина, которая определяет сопротивление проводника из данного вещества длиной 1 м, площадью поперечного сечения 1 м 2 .
Введём буквенные обозначения: ρ - удельное сопротивление проводника, I - длина проводника, S - площадь его поперечного сечения. Тогда сопротивление проводника R выразится формулой
Из неё получим, что:
Из последней формулы можно определить единицу удельного сопротивления. Так как единицей сопротивления является 1 Ом, единицей площади поперечного сечения - 1 м2, а единицей длины - 1 м, то единицей удельного сопротивления будет:
Удобнее выражать площадь поперечного сечения проводника в квадратных миллиметpax, так как она чаще всего бывает небольшой. Тогда единицей удельного сопротивления будет:
В таблице 8 приведены значения удельных сопротивлений некоторых веществ при 20 °С. Удельное сопротивление с изменением температуры меняется. Опытным путём было установлено, что у металлов, например, удельное сопротивление с повышением температуры увеличивается.
Таблица 8. Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ (при t = 20 °С)
Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. Следовательно, серебро и медь - лучшие проводники электричества.
При проводке электрических цепей используют алюминиевые, медные и железные провода.
Во многих случаях бывают нужны приборы, имеющие большое сопротивление. Их изготавливают из специально созданных сплавов - веществ с большим удельным сопротивлением. Например, как видно из таблицы 8, сплав нихром имеет удельное сопротивление почти в 40 раз большее, чем алюминий.
Фарфор и эбонит имеют такое большое удельное сопротивление, что почти совсем не проводят электрический ток, их используют в качестве изоляторов.
Вопросы
- Как зависит сопротивление проводника от его длины и от площади поперечного сечения?
- Как показать на опыте зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен?
- Что называется удельным сопротивлением проводника?
- По какой формуле можно рассчитывать сопротивление проводников?
- каких единицах выражается удельное сопротивление проводника?
- Из каких веществ изготавливают проводники, применяемые на практике?
Предварительный просмотр:
Разработка урока по теме
«Расчет сопротивление проводника. Удельное сопротивление»
Физика, 8 класс.
Разработала: Беловол Людмила Викторовна
Учитель физики МБОУ СОШ № 42
Город Краснодар
Наука начинается с тех пор, как начинают измерять.
Точная наука немыслима без меры.
Д.И.Менделеев
Цели урока :
Обучающая: Создать условия, побуждающие самообразовательную активность
Учащихся, применять свои знания в новой ситуации, формировать умение решать
Расчетные задачи. Установить зависимость сопротивления проводника от его длины,
Площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен.
Развивающая: Развивать элементы творческого поиска на основе приема обобщения знаний, умение анализировать, наблюдать, собирать электрические цепи, чертить схемы, развивать навыки практической работы, интерес к предмету путём выполнения разных заданий.
Воспитательная : Воспитание мировоззренческих понятий; познаваемость окружающего мира; воспитание чувства товарищеской взаимовыручки, взаимопонимание, чувство ответственности, этики работы в парах.
Оборудование : источник тока, амперметр, вольтметр, линейка, ключ, исследуемые
Проводники, соединительные провода, компьютер, проектор.
Ход урока
I. Организационный этап. Определение целей урока . (1 мин.)
II. Этап актуализации опорных знаний (10 мин.) – работа со всем классом
1. Что такое сила тока? Кокой буквой она обозначается?
2. По какой формуле рассчитывается сила тока?
3. Как называется единица измерения силы тока? Как она обозначается?
4. Как называется прибор для измерения силы тока? Как он обозначается на схемах?
5. По какой формуле находится электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, если известны сила тока и время его прохождения?
6. Что такое электрическое напряжение? Кокой буквой оно обозначается?
7. По какой формуле рассчитывается электрическое напряжение?
8. Как называется единица измерения напряжения? Как она обозначается?
9. Как называется прибор для измерения электрического напряжения? Как он обозначается на схемах?
10. Какими правилами следует руководствоваться при включении вольтметра в цепь?
11. Какова зависимость силы тока от напряжения?
12. Как обозначается электрическое сопротивление?
13. Как зависит сила тока от сопротивления?
14. Сформулируйте закон Ома для участка цепи
III. Объяснение материала. (10 мин)
На предыдущем уроке мы выяснили, что причиной сопротивления проводника является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решетки.
Разные проводники обладают различным сопротивлением из – за различия в строении их кристаллической решетки, из – за разной длины и площади поперечного сечения.
Значит можно предположить, что сопротивление проводника зависит от его длины и площади поперечного сечения, и от вещества, из которого он изготовлен.
Проведем опыт : Силу тока в цепи измеряют амперметром, напряжение – вольтметром. Зная эти параметры и используя закон Ома можно определить сопротивление каждого из проводников. В цепь источника тока по очереди включают различные проводники:
Никелиновые проволоки одинаковой толщины, но разной длины;
Никелиновые проволоки одинаковой длины, но разной толщины (разной площади поперечного сечения);
Никелиновую и нихромовую проволоки одинаковой длины и толщины.
Выводы :
- Из двух никелиновых проволок одинаковой толщины более длинная проволока имеет большее сопротивление;
- Из двух никелиновых проволок одинаковой длины большее сопротивление имеет проволока с меньшим поперечным сечением;
- Никелиновая и нихромовая проволоки одинаковых размеров имеют разное сопротивление.
Зависимость сопротивления проводника от его размеров и вещества, из которого изготовлен проводник, впервые на опытах изучил Ом .
Он установил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от его вещества проводника.
Как учесть зависимость сопротивления от вещества, из которого изготовляют проводник?
Для этого вычисляют так называемое удельное сопротивление вещества.
Удельное сопротивление – это физическая величина, которая определяет сопротивление проводника из данного вещества длиной 1 м, площадью поперечного сечения 1 м2.
Единица удельного сопротивления в системе СИ является 1 Ом *м, или
Значения удельного сопротивления проводника приведены в таблице 8 (стр.105 учебник физика 8 класс, автор А.В.Пёрышкин).
Опытным путем было установлено, что у металлов удельное сопротивление с повышением температуры увеличивается.
Из всех металлов наименьшим удельным сопротивление обладают серебро и медь. Следовательно, серебро и медь – лучшие проводники электричества. При проводке электрических цепей используют алюминиевые, медные и железные провода.
Во многих случаях бывают нужны приборы, имеющие большое сопротивление. Их изготавливают из специально созданных сплавов – веществ с большим удельным сопротивлением.
Например, как видно из таблицы 8, сплав нихром имеет удельное сопротивление почти в 40 раз больше, чем алюминий.
Фарфор и эбонит имеют такое большое удельное сопротивление, что почти совсем не проводят электрический ток, их используют в качестве изоляторов.
IV. Закрепление материала. (15 мин.)
Учащимся предлагается вариант заданий, составленный в соответствии с КИМами ГИА. Задания обсуждаются коллективно, у доски поочередно решаются задания №3, 4, 6.
Часть 1
- Сопротивление проводника зависит от
- приложенного к нему напряжения
- от силы тока и приложенного напряжения
- от материала проводника
- от длины, площади поперечного сечения и материала проводника
- сопротивление никелинового проводника длиной 0,4 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм 2 равно 1 Ом
- сопротивление никелинового проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 равно 0,4 Ом
- сопротивление никелинового проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 0,4 мм 2 равно 1 Ом
- сопротивление никелинового проводника длиной 0,1 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм 2 равно 0,4 Ом
- Как изменится сопротивление проводника, если его длину увеличить в 2 раза?
- увеличится в 2 раза 3) не изменится
- уменьшится в 2 раза 4) станет равным нулю
- Медный провод имеет длину 240 см и площадь поперечного сечения 0,2 мм 2 . Вычислите сопротивление этого провода.
1) 0,204 Ом 2) 0,816 Ом 3) 2,04 Ом 4) 28,23 Ом
- Для плавного изменения силы тока нужно использовать
- Выключатель 3) рычажный реостат
- ползунковый реостат 4) амперметр
- Какой длины нужно взять никелиновую проволоку сечением 0,2 мм 2 для изготовления реостата сопротивлением 20 Ом?
1) 5 м 2) 10 м 3) 15 м 4) 20 М
Часть 2
- Установите соответствие между физическими величинами и формулами для их вычисления. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами
Физические величины Формула
А) сила тока 1)
Б) напряжение 2)
Конспект урока по теме «Расчет сопротивления проводников. Удельное сопротивление. Реостаты» Цель урока: Построение физической и математической модели сопротивления проводника и применение её для расчета характеристик электрического тока в цепи. Основной материал: Установление на опыте зависимости проводника от его длины, площади поперечного сечения и вещества, из которого он изготовлен. Удельное сопротивление. Единица удельного сопротивления. Формула для расчета сопротивления проводника. Назначение, устройство, действие и условное обозначение реостата. Эпиграф: Опыт – самый лучший наставник. Овидий (43 до н. э. – ок. 18 н. э.) Природа питает всю вселенную. Макробий (IV-V вв. н. э.) Модель урока 1.Актуализация познавательного опыта, лежащего в основе построения нового способа действия. Мотивация учебной деятельности. Вступление: «Все подчинено определенному закону» (Манилий). «Самой природой так заведено» (Тит Ливий). Не обращать внимания на законы природы глупо. Наши попытки изменить законы природы бессмысленны. Использовать их себе во благо и во вред врагам разумно. Но чтобы законы природы стали твоими союзниками, их надо знать и уметь применять для решения тех проблем, которые подкидывает тебе постоянно сама природа. 2.Изучение нового материала. Опыт №1: Между двумя штативами натянут провод, по которому пропускают электрический ток. Измеряют силу тока в цепи и напряжение на участке провода. Потом измеряют напряжение на участке провода, длина которого больше в 2 или 3 раза. В третий раз измеряют напряжение на всем участке провода. Вычисляют по закону Ома сопротивление во всех трех случаях. Примечание №1: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку спаянными последовательно одинаковыми резисторами (рис. №1). Вывод: Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине. Опыт №2: Между двумя штативами натянута проволока, по которой пропускают ток. Измеряют её Рис. №1 сопротивление по величине силы тока и напряжению на этом участке провода. Во втором случае, измеряют сопротивление 2 скрученных между собой таких же проволок. В 3 случае скручивают 3 проволоки и измеряют их сопротивление. Примечание №2: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку спаянными паралельно одинаковыми резисторами (рис. №1). Вывод: Сопротивление провода обратно пропорционально его площади поперечного сечения. Опыт №3: Измеряют сопротивление проволоки медной, стальной и алюминиевой одинаковой длины и одинаковой площади поперечного сечения. Примечание №3: При невозможности провести этот опыт на уроке, можно воспользоваться электронной лабораторной работой или заменить проволоку резисторами из разных материалов (рис. №2 и №3). Вывод: Сопротивление проводника зависит от рода вещества, из которого изготовлен проводник. Рис. №2 Вопрос №1: Как учесть род вещества при расчете сопротивления проводника используемого в электрической цепи? Ответ: Нужно измерить сопротивления проводников из различных веществ стандартной длины (1 м) и стандартной площадью поперечного сечения (1 м2). Данная величина называется удельным электрическим сопротивлением. Вопрос №2: Как теперь рассчитать сопротивление проводника имеющего стандартную площадь Рис. №3 поперечного сечения из материала, удельное электрическое сопротивление которого известно, но длина которого в 2, в 3 или 5,5 раз больше стандартной длины? Ответ: Нужно умножить удельное электрическое сопротивление на длину проводника (СИ). Вопрос №3: Как теперь рассчитать сопротивление проводника имеющего стандартную длину из материала, удельное электрическое сопротивление которого известно, но площадь которого в 3, в 3,5 или 0,3 раз больше стандартной длины? Ответ: Нужно удельное электрическое сопротивление разделить на площадь проводника (СИ). Вопрос №4: Как рассчитать сопротивление проводника произвольной длины и произвольной площади поперечного сечения, если известен материал из которого изготовлен этот проводник? Вывод: R =ρl/S Вопрос №5: Какое влияние на прохождение электрического тока оказывает сопротивление проводника, по которому идет электрический ток? Ответ: Сопротивление проводника мешает прохождению электрического тока в цепи. Как следует из закона Ома, чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила тока в нем при неизменном напряжении. Вопрос №6: Почему же в электрические цепи специально впаивают постоянные сопротивления Рис. №4 (резисторы) (рис. №4), если они мешают прохождению электрического тока в цепи? Ответ: С их помощью регулируют направление электрического тока и величину электрического тока на том или ином участке электрической цепи. Вопрос №7: Как при необходимости можно регулировать величину электрического тока в цепи? Ответ: Можно изменять напряжение на этом участке цепи при неизменном его сопротивлении или можно изменять сопротивление этого участка при неизменном напряжении на этом участке цепи. Эвристическая беседа: Устройство, с помощью которого можно регулировать силу тока в цепи, называется реостатом (рис. №5). Он представляет Рис. №5 собой керамический цилиндр, на который намотана в один слой нихромовая проволока покрытая в качестве изоляции окалиной. По этой проволоке может передвигаться скользящий контакт. В месте металлического контакта бегунка и проволоки изоляция истирается. Передвигая контакт, мы изменяем длину провода, по которому проходит Рис. №6 электрический ток, и этим самым изменяем силу тока в цепи (рис. №6). 3.Совокупная рефлексия учебной деятельности. Апробация полученной физической модели. На рисунке №7 изображены различные типы кристаллических решеток. Как объяснить сопротивление проводника с точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества свойства? Как объяснить зависимость величины сопротивления проводника от рода вещества, из которого он изготовлен? от его длины? от площади его поперечного сечения? Рис. №7 4.Домашнее задание. § 45, 46, 47.
