Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 11 клас
АКАДЕМІЧНИЙ РІВЕНЬ

1-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

2. Електричний струм

УРОК 7/18

Тема. Коефіцієнт корисної дії джерела струму

 

Мета уроку: ознайомити учнів з методикою розв'язання завдань на роботу й потужність електричного струму, розрахунок кількості теплоти, що виділилася в провіднику.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань

4 хв.

1. Робота електричного струму.

2. Закон Джоуля-Ленца.

3. Потужність електричного струму.

Вивчення нового матеріалу

29 хв.

1. У якому випадку на зовнішній частині кола виділяється максимальна потужність?

2. Коефіцієнт корисної дії джерела струму.

3. Розв’язування задач.

Закріплення вивченого матеріалу

12 хв.

1. Якісні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі.

 

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. У якому випадку на зовнішній частині кола виділяється максимальна потужність?

Для визначення залежності P(I) — потужності, споживаною зовнішньою частиною кола, — від сили струму розглянемо електричне коло, що складається із джерела струму із внутрішнім опором r і ЕРС , замкнутого на зовнішнє навантаження з опором R.

Помножимо обидві частини формули  на значення сили струму I:  — повна потужність, яку розвиває джерело струму; I2R = P — потужність, споживана зовнішньою частиною кола; I2r = Рв — потужність, споживана внутрішньою частиною кола. Отже, потужність, споживана зовнішньою частиною кола, дорівнює:

Графік залежності P(I) — парабола.

 

 

Аналіз отриманої залежності показує, що потужність, споживана зовнішньою частиною кола, за сил струму I1 = 0 й  дорівнює нулю (Р = 0), а за сили струму  має максимальне значення

Після підстановки  у формулу, що виражає закон Ома для повного кола, одержуємо:  Звідси випливає, що максимальну потужність споживає зовнішнє навантаження у випадку, коли R = r.

2. Коефіцієнт корисної дії джерела струму

ККД джерела струму визначають як відношення потужності P, споживаної зовнішньою частиною кола (корисна потужність), до повної потужності Pn, яку розвиває джерело струму:

Після підстановки  одержуємо:

Якщо в зовнішній частині кола вся енергія перетворюється тільки у внутрішню, то, підставивши U = IR й  = I(R + r), одержуємо:  Розділивши чисельник і знаменник на R, маємо:

image165

Графік залежності η(R) при r = const зображений на рисунку:

 

 

Аналіз формули й графіка показує, що η  1, коли r/R << 1. Тобто для збільшення ККД джерела необхідно за можливості зменшувати його внутрішній опір.

У випадку короткого замикання (R  0) η  0, тобто вся потужність споживається усередині джерела струму. Це може призвести не тільки до перегрівання внутрішніх частин джерела й виходу його з ладу, але й до пожежі. Тому короткі замикання недопустимі.

 

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. У мережу паралельно увімкнені дві лампи. Опір однієї з ламп більший від іншої. У якій з ламп виділиться більша кількість теплоти за однаковий час?

2. Як треба з’єднати обмотки двох нагрівачів, опущених у склянку з водою, щоб вода скоріше закипіла?

3. Чому електричні лампи накалювання частіше перегоряють під час вмикання й дуже рідко за вимикання?

Розв'язання. Під час увімкнення, коли нитка лампи ще не нагрівся, її опір набагато менший від опору в робочому режимі. Тому сила струму дуже значна й ділянки нитки, товщина яких найменша, нагріваються до температури, що перевищує робочу: адже в цих ділянок більший електричний опір і менша площа поверхні.

2). Навчаємося розв'язувати задачі

1. У випадку підключення електромотора до джерела електричного струму з ЕРС 120 В напруга на клемах джерела дорівнює 96 В. Загальний опір підвідних проводів і джерела струму дорівнює 14 Ом. Яку корисну потужність розвиває електромотор, якщо його ККД становить 65 %? Втрату потужності на обмотках електромотора можна не враховувати.

Розв'язання. Повна потужність Pn, яку розвиває джерело струму, дорівнює сумі механічної потужності P й потужності PH, яка витрачається на нагрівання провідників: Pn = P + PH.

З урахуванням того, що  одержуємо:

Оскільки ККД двигуна дорівнює  де Pnoл — корисна потужність, яку розвиває електромотор, то

image167

Із закону Ома маємо:  Звідси:

Після підстановки вираження для сили струму (1) з урахуванням (2) одержуємо: Визначаємо шукану величину:

image168

2. Визначте ККД електричного двигуна, що за напруги 220 В і сили струму 2 А за 30 с піднімає вантаж масою 100 кг на висоту 10 м.

3. З якого матеріалу може бути виготовлена спіраль нагрівального елемента потужністю 480 Вт, якщо довжина проводу 15 м, площа його поперечного перерізу 0,21 мм2 , а напруга в мережі 120 В?

4. У нагрівальному приладі дві обмотки. Під час увімкнення тільки першої обмотки потужність приладу дорівнює 100 Вт, а в разі увімкнення тільки другої — 300 Вт. Якою буде потужність приладу у разі увімкнення двох обмоток: а) паралельно; б) послідовно?

 

Домашнє завдання

1. Підр-1: § 12 (п. 3, 4, 5); підр-2: § 6 (п. 3).

2. Зб.:

Рів1 № 5.13; 5.14; 5.16; 5.17.

Рів2 № 5.28; 5.29; 5.30; 5.31.

Рів3 № 5.32; 5.33; 5.62; 5.64.

3. Д: підготуватися до самостійної роботи № 3.

 

ЗАВДАННЯ ІЗ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ № 3 «ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ»

Завдання 1 (1,5 бала)

На рисунку наведені графіки залежності сили струму від напруги для двох провідників.

 

 

А Опір провідника І більше від 8 Ом.

Б Опір провідника ІІ менше від 6 Ом.

В Опір провідника І менше, ніж опір провідника ІІ.

Г Опори обох провідників однакові.

Завдання 2 (2,5 бала)

На рисунку наведена схема електричного кола. Якщо ключ замкнено, показання амперметра дорівнюють 2 А.

 

 

А У разі замкнутого ключа показання вольтметра дорівнює 9 В.

Б У разі розімкнутого ключа показання вольтметра більше ЕРС джерела.

В Внутрішній опір джерела струму менше від 1 Ом.

Г У разі короткого замикання сила струму через джерело більша від 5 А.

Завдання 3 (3 бали)

Завдання 3 має на меті встановити відповідність (логічну пару). До кожного рядка, позначеного буквою, підберіть твердження, позначене цифрою.

А Робота струму.

Б Потужність струму.

В Закон Джоуля-Ленца.

Г Електрорушійна сила джерела.

1 Фізична величина, що дорівнює відношенню роботи струму до часу, протягом якого вона відбувалася.

2 Фізична величина, що дорівнює відношенню роботи сторонніх сил з переміщення заряду уздовж контуру до величини цього заряду.

3 Фізична величина, що дорівнює добутку сили струму, напруги й часу, протягом якого відбувалася робота.

4 Фізична величина, що дорівнює відношенню ЕРС джерела до повного опору кола.

5 Кількість тепла, що виділяється в провіднику під час проходження через нього електричного струму, пропорційна опору провідника, квадрату сили струму в колі й часу проходження струму.

Завдання 4 (5 балів)

ЕРС батарейки від кишенькового ліхтаря дорівнює 3,7 В, внутрішній опір — 1,5 Ом. Батарейка замкнута на опір 11,7 Ом. Яка напруга на затискачах батарейки?









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.