Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Потужність електричного струму - це фізична величина, що дорівнює спожитій енергії за проміжок часу. Наскільки великою є потужність електричного пристрою, можна зробити якісний висновок із того, наскільки великою є яскравість/сила світла, теплове випромінювання, рівень гучності тощо.
Одиницею потужності в СІ є 1 Ват - .
.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
попередні знання
Учні повинні вміти збирати просте електричне коло. Вони також повинні бути знайомі з такими поняттями, як електричний струм, напруга і опір або навантаження. В ідеалі, поняття "потужність" має обговорюватися заздалегідь.
Принцип
Потужність електричного струму можна обчислити за формулою:
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
У цьому експерименті яскравість ламп розжарювання використовується як міра електричної потужності. Наприклад, учні легко розуміють, що дві однакові лампи, з'єднані послідовно, мають удвічі більшу потужність, якщо вони світять з однаковою яскравістю.
У ході експерименту учні можуть установити зв'язок між потужністю і силою струму та напругою.
для и для
Завдання
Використовуючи паралельне та послідовне підключення ламп розжарювання, учні досліджують залежність електричної потужності від сили струму та напруги.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Як і очікувалося, значення опору ламп розжарювання мають певний розкид. Тому бажано, щоб кожна група учнів отримала дві лампи розжарювання з максимально схожими характеристиками (наприклад, напруга 4,0 В).
Примітки
На запитання про те, від чого залежить потужність електричного струму, більшість учнів зазвичай спонтанно відповідають, що від сили струму.
Перевірка залежності потужності від напруги потребує великих дидактичних зусиль. Можна зазначити, наприклад, що через лампу розжарювання 6 В/ 0,5 А і лампу розжарювання 100 Вт, розраховану на мережеву напругу, протікають струми порівнянної сили струму (0,5 А і 0,43 А відповідно), але мають дуже різні (світлові) потужності.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Зарядіть свій смартфон
Потужність зазвичай описує кількість енергії, отриманої за одиницю часу.
Нові смартфони можна заряджати все швидше і швидше. Це означає, що вони здатні поглинати більше енергії за один і той самий проміжок часу. Отже, вихідна потужність буде більшою, хоча в кінцевому підсумку накопичується та сама енергія.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся, від яких величин залежить електрична потужність і як вони впливають на величину потужності.
Завдання
Від яких фізичних величин залежить потужність і робота електричного струму?
Дослідіть залежність потужності від сили струму та напруги в електричному колі при паралельному та послідовному підключенні ламп розжарювання.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 2 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 2 |
| 3 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль SB | 05601-03 | 2 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 1 |
| 5 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 6 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 7 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 8 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 2 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 13 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
| 14 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
| 15 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка
- Зберіть електричне коло, як показано на рисунках. Спочатку вимикач розімкнений. Виберіть діапазон вимірювання 10 В - для вимірювання напруги і 300 мА - для вимірювання сили струму. Підключіть лампочки на 4 В до цоколів ламп.
Виконання роботи (1/2)
Встановіть на блоці живлення напругу 0 В / 2 А та увімкніть його. Плавно збільшуйте напругу на блоці живлення приблизно до 4 В. Тепер обережно регулюйте напругу до тих пір, поки вольтметр над лампочкою не покаже 4 В-. Виміряйте силу струму і запишіть виміряні значення в таблицю.
Замкніть вимикач і, таким чином, увімкніть лампочку паралельно лампочці . Знову відрегулюйте напругу точно на 4 В, виміряйте силу струму ще раз і запишіть виміряні значення в таблицю.
Спостерігайте за яскравістю випромінювання обох ламп при вмиканні та вимиканні лампи . Встановіть на блоці живлення напругу 0 В.
Виконання роботи (2/2)
- Змініть експериментальну установку, як показано на рисунках, і з'єднайте обидві лампочки послідовно.
- Підключіть джерело живлення та вимірювальні прилади з однаковими діапазонами вимірювання.
- Збільшуйте напругу на джерелі живлення доти, доки сила струму не дорівнюватиме силі струму під час першого вимірювання (одна лампочка) (приблизно 0,04 А). Виміряйте напругу і запишіть значення сили струму та напруги в протокол.
- Встановіть джерело живлення на 0 В і вимкніть його.
Протокол
Таблиця
Запишіть виміряні значення в таблицю. Обчисліть потужність за формулою: .
1 лампа розжарювання: U [V]:
1 лампа розжарювання: I [A]:
1 лампа розжарювання: P [VA]:
Кількість лампочок
1
2 (паралельно)
2 (послідовно)
2 лампи розжарювання (паралельно): U [V]:
2 лампи розжарювання (паралельно): I [A]:
2 лампи розжарювання (паралельно): P [VA]:
2 лампи розжарювання (послідовно): U [V]:
2 лампи розжарювання (послідовно): I [A]:
2 лампи розжарювання (послідовно): P [VA]:
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Вставте слова в тексті При ____ трьох або чотирьох ламп розжарювання з однаковою ____ виміряна ____ буде в ____або ____рази ____, ніж сила струму однієї лампи розжарювання.
Завдання 4
Вставте слова в тексті При ____ трьох або чотирьох ламп розжарювання при однаковій ____, виміряна ____ буде ____ або ____ вищою порівняно з однією лампою розжарювання.
Завдання 5
Ці залежності можна підсумувати таким чином: .
Одиницею вимірювання електричної потужності є так званий Ват: .
Якщо лампа розжарювання потужністю світить протягом певного проміжку часу , то електрична робота дорівнює .
Ця робота, розрахована на основі стандартної одиниці у , потім сплачується постачальнику електроенергії згідно з тарифом.
Обчисліть електричну роботу для однієї лампочки, що використовується в експерименті, якщо вона горить протягом 5 хвилин.
.
.