Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Послідовні електричні схеми використовуються в більшості електричних пристроїв, але їхні властивості найбільш наочно представлені на прикладі з новорічними гірляндами. Раніше лампи в гірляндах з'єднували послідовно. Однак це було великим недоліком, оскільки в разі виходу з ладу однієї лампочки весь ланцюжок лампочок згасав, тому в наші дні їх рідко з'єднують послідовно. Інший приклад, який використовується сьогодні, - це системи сигналізації.
При послідовному з'єднанні сила струму однакова у всіх точках електричного кола: .
Загальна напруга дорівнює сумі окремих напруг, а загальний опір дорівнює сумі окремих опорів: та .
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
попередні знання
Учні повинні вміти збирати прості електричні кола та бути знайомі з поняттями "напруга" і "сила струму". Крім того, слід розуміти фізичний зміст електричного опору і знати закон Ома: .
Мета навчання
Учні мають вивчити зв'язок між окремими струмами і загальним струмом при послідовному з'єднанні на основі визначених ними виміряних значень. Також вони мають визначити і співвідношення між окремими опорами і загальним опором при послідовному з'єднанні.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Завдання
Вивчіть зв'язок між загальним струмом і окремими струмами , а також між загальним опором і окремими опорами при послідовному з'єднанні в електричному колі.
Принцип
У першій частині експерименту лампи розжарювання вмикаються послідовно одна за одною і проводяться якісні спостереження за яскравістю ламп.
У другій частині експерименту спочатку вимірюється загальна сила струму для двох резисторів різних опорів, які потім об'єднуються. Потім вимірюються окремі струми перед, за і між двома резисторами.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Примітки
Перша частина експерименту призначена як і попередній експеримент для постановки проблеми та призначена для якісного ознайомлення з законами послідовного з'єднання.
У другій частині експерименту ці закономірності необхідно зафіксувати кількісно. Той факт, що в другій частині експерименту резистори та з'єднуються послідовно не відразу, а обидва значення опору спочатку визначаються експериментально, має ту перевагу, що вимірювання можна виконати аналогічно першій частині експерименту, а також, що можливе порівняння виміряних значень для і зі значенням для .
У другій частині експерименту прикладена напруга має залишатися постійною. Перед кожним вимірюванням сили струму учні мають перевіряти напругу та встановлювати її на 10 В.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Гірлянди - послідовне підключення ламп
Послідовні електричні схеми використовуються в більшості електричних пристроїв, але їхні властивості найбільш наочно представлені на прикладі з новорічними гірляндами. Раніше лампи в гірляндах з'єднували послідовно. Однак це було великим недоліком, оскільки в разі виходу з ладу однієї лампочки весь ланцюжок лампочок згасав, тому в наші дні їх рідко з'єднують послідовно.
Інший приклад, який використовується сьогодні, - це системи сигналізації. Тут різні перемикаючі контакти з'єднані послідовно й утворюють "сигнальну петлю". Щойно контакт переривається, спрацьовує сигналізація.
У цьому експерименті учні вивчають, як змінюється сила струму та опір при послідовному з'єднанні.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 4 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 1 |
| 4 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 7 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 2 |
| 8 | Опір 50 Ом, модуль SB | 05612-50 | 1 |
| 9 | Опір 100 Ом, модуль SB | 05613-10 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 12 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
| 13 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
| 14 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 15 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 16 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
Підготовка
Спочатку зберіть електричне коло, як показано на рисунках нижче.
Вимикач спочатку відкритий. Вставте лампочку 4 В у гніздо лампи.
Виконання роботи (1/4)
- Встановіть постійну напругу 4 В на джерелі живлення, а регулятор сили струму на 2 А (вправо до упору). Замкніть вимикач.
- Спостерігайте за яскравістю лампочки.
- Замість з'єднувального прямого модуля 1 встановіть у електричне коло другу лампочку, як показано на рисунку праворуч.
- Спостерігайте за яскравістю лампочок і порівняйте її з яскравістю однієї лампочки.
- Зробіть висновки на основі своїх спостережень.
Послідовне з'єднання двох ламп розжарювання
Виконання роботи (2/4)
- Тепер зберіть електричне коло з резистором 50 Ом , як показано на рисунку
- Виберіть діапазони вимірювання 10 В і 300 мА.
- Встановіть постійну напругу 10 В, виміряйте отриману силу струму і запишіть її в протокол.
Виконання роботи (3/4)
Замініть резистор на резистор 100 Ом (рис. посередині). Відрегулюйте напругу до 10 В і виміряйте силу струму. Замініть прямий з'єднувальний модуль 1 на резистор (рис. праворуч), знову встановіть напругу на 10 В і виміряйте силу струму. Запишіть обидва виміряні значення в протокол.
Виконання роботи (4/4)
- Змініть схему послідовного з'єднання, як показано на двох рисунках вище.
- Встановіть напругу постійного струму на 10 В.
- Виміряйте силу струму перед , між та і за і запишіть значення. Після першого вимірювання увімкніть амперметр у електричне коло, у якому спочатку були підключені прямі з'єднувальні модулі 1 і 2 (рис. внизу зліва, внизу справа).
- Запишіть свої виміряні значення в протокол і вимкніть джерело живлення.
Протокол
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
Запишіть виміряні значення для другої частини експерименту в таблицю.
Потім обчисліть значення для за виміряними значеннями напруги та сили струму і введіть їх у третій стовпець.
R_1 = 50 Ом: U [V]:
R_1 = 50 Ом: I [A]:
R_1 = 50 Ом: Р [Ом]:
Резистори
50 Ом
100 Ом
и
, В , А , Ом
R_2 = 100 Ом: U [V]:
R_2 = 100 Ом: I [A]:
R_2 = 100 Ом: Р [Ом]:
R_1 & R_2: U [V]:
R_1 & R_2: I[A]:
R_1 & R_2: R [Ом]:
Питання
Завдання 3
Введіть виміряні струми для різних положень вимірювання щодо резисторів и .
Позиція ()
, A
Питання
Яку формулу можна вивести за результатами вимірювань для сили струму при послідовному з'єднанні?
Поміркуйте, чому це так.