Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Усі електричні пристрої зазвичай заряджаються за допомогою кабелю або підключені кабелем до електромережі. Проте вони мають різні вимоги до значень сили струму та напруги. Ці параметри регулюються резисторами, які є і в кабелях, щоб електричні пристрої не були пошкоджені. Тут виконується співвідношення: де - довжина, - площа поперечного перерізу і - залежний від температури питомий опір. Проте учні спочатку зосереджуються на співвідношенні.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні повинні вміти скласти просте електричне коло і мати уявлення про те, що таке напруга й сила струму. Крім того, слід розуміти суть електричного опору і знати формулу .
Навчальна мета
На основі отриманих ними виміряних значень учні мають визначити залежності між опором дроту та його довжиною і поперечним перерізом .
Інша інформація для вчителя (2/3)
Завдання
З'ясуй, як значення опору дроту пов'язане з його довжиною і площею поперечного перерізу .
Принцип
За допомогою двох окремих серій дослідів можна встановити співвідношення .
У першій серії дослідів співвідношення визначають, змінюючи довжину дроту. У другій частині експерименту, змінюючи товщину дроту, встановлюють співвідношення .
Інша інформація для вчителя (3/3)
Примітки
Насамперед слід виявити співвідношення і . Для цього рекомендується, щоб кожна група учнів виконала лише один із двох дослідів, а наприкінці спільного обговорення було зроблено висновок .
У першому досліді, вставляючи дріт, слід стежити, щоб він не провисав, але й не був занадто туго натягнутий. У випадку найкоротшого дроту невеликі зміни довжини дають великі зміни сили струму, тож результати різних робочих груп можуть відрізнятися один від одного.
У досліді 2 використовують найбільшу довжину - тоді при встановленні різних дротів довжину найлегше втримати сталою.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Увага:Дріт може дуже сильно нагрітися, якщо через нього тече струм понад 1 А! Дроту не можна торкатися, колитече струм! Силу струму завжди слід повертати на нуль, а вимикач має бути розімкнений, коли вимірювання непроводяться!
Інформація для учнів
Мотивація
Зарядка смартфона
Щоб зарядити смартфон, потрібен струмопровідний кабель, яким струм може текти від розетки до смартфона для заряджання акумулятора. Наскільки добре струм тече через цей провідник, залежить від різних параметрів. Серед них - довжина і поперечний переріз кабелю. Якщо їх підібрано невдало, опір кабелю може виявитися надто малим або надто великим, і акумулятор телефона буде пошкоджено.
Як саме довжина і поперечний переріз кабелю пов'язані з його опором, ти дізнаєшся у цьому експерименті.
Обладнання
Складання (1/2)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/2)
- Склади установку відповідно до рисунків. Вимикач спочатку розімкнений.
- Затисни за допомогою 2 затискачів "крокодил" відрізок константанового дроту завдовжки близько 20 см (d = 0,2 мм) - не надто туго і без провисання. Правий затискач "крокодил" при цьому в положенні a.
Затискачі "крокодил" з дротом
Виконання
- Увімкни обидва датчики SMARTsense, довше натиснувши кнопку ввімкнення, і переконайся, що планшет може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.
- Відкрий застосунок PHYWE measure App і вибери датчики "Current" і "Voltage", як показано на зображенні.
- Після кожного з наступних вимірювань його можна зберегти. Для подальшого аналізу збережене вимірювання будь-коли можна знову відкрити в розділі "Мої вимірювання".
- Признач осі силу струму .
Виконання 1 (1/2)
Вимірювання напруги залежно від сили струму
- Виміряй довжину L затиснутого між клемами дроту і запиши її в протокол.
- Встанови на блоці живлення 0 В і потім увімкни його. Встанови регулятор сили струму на 1 А.
- Запусти вимірювання, замкни вимикач і обережно кілька разів підвищ напругу на блоці живлення приблизно до 4 В. Заверши і збережи вимірювання та розімкни вимикач.
- Встанови на блоці живлення 0 В.
- Визнач опір як нахил прямої, що проходить через початок координат, за допомогою інструмента побудови прямої. Запиши це значення теж у протокол.
Виконання 1 (1/2)
Виконання 1 (2/2)
Позиції для затискачів "крокодил"
- Повтори вимірювання отриманої довжини і сили струму для положень b і c затискача.
- Щоразу під час перестановки стеж, щоб напруга була відрегульована на 0 В, а вимикач розімкнений. Константановий дріт має бути завжди трохи натягнутий, але не надто туго.
- Запиши свої виміряні значення в таблицю завдання 1 протоколу.
- Для кожного вимірювання слід відрегулювати напругу і замкнути вимикач.
Увага: якщо довше течуть більші струми, дріт може нагрітися!
Виконання 2 (1/2)
Позиції для затискачів "крокодил"
- Постав затискач "крокодил" у положення c і затисни між клемами константановий дріт з d = 0,2 мм. Встанови на блоці живлення напругу 0 В, регулятор сили струму на 1 А (середнє положення) і потім увімкни його.
- Запусти вимірювання, замкни вимикач і обережно кілька разів підвищ напругу на блоці живлення приблизно до 4 В. Заверши і збережи вимірювання. Розімкни вимикач і встанови на блоці живлення 0 В.
- Визнач опір як нахил прямої, що проходить через початок координат, за допомогою інструмента побудови прямої. Запиши це значення в таблицю завдання 2 в протоколі.
Виконання 2 (2/2)
Константановий дріт
- Заміни дріт з d = 0,2 мм послідовно на дріт з d = 0,3 мм, а потім на дріт з d = 0,4 мм.
- Щоразу так само виміряй і запиши отриманий опір. Довжина щоразу має лишатися сталою.
- Перезатискаючи дроти, стеж, щоб напруга була відрегульована на 0 В, а вимикач розімкнений. Константановий дріт має бути завжди трохи натягнутий, але не надто туго.
- Після останнього вимірювання вимкни блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Внеси в таблицю виміряні значення для різних положень затискача "крокодил" з виконання 1. Обчисли і при .
Позиція a: L [см]:
Позиція b: L [см]:
Позиція c: L [см]:
Позиція a b c
Позиція a: R [Ом]:
Позиція b: R [Ом]:
Позиція c: R [Ом]:
Позиція a: R/L [Ом/см]:
Позиція b: R/L [Ом/см]:
Позиція c: R/L [Ом/см]:
Питання
Завдання 2
Внеси в таблицю виміряні значення для різних товщин дроту з виконання 2 і обчисли поперечний переріз відповідного дроту та добуток .
d = 0,2 мм: R [Ом]:
d = 0,3 мм: R [Ом]:
d = 0,4 мм: R [Ом]:
d = 0,2 мм: A [мм^2]:
d = 0,3 мм: A [мм^2]:
d = 0,4 мм: A [мм^2]:
d = 0,2 мм: R*A [Ом мм^2]:
d = 0,3 мм: R*A [Ом мм^2]:
d = 0,4 мм: R*A [Ом мм^2]:
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Перетягни слова у правильні поля й доповни текст. Опір металевого дроту прямо пропорційний до ____ й обернено пропорційний до ____. Це означає, зокрема, що для довшого дроту потрібна ____ напруга, щоб досягти тієї самої сили струму, а для товщого дроту потрібна ____ напруга, щоб досягти тієї самої сили струму.