«Я иду на урок»

Г.И.Николаева (учитель физики), Л.В.Калякина (учитель информатики),
школа № 20, г. Энгельс, Саратовская обл.

Законы постоянного тока

Интегрированный урок иследований и открытий: Физика + Информатика. 10-й класс

Человек должен верить, что непостижимое постижимо; иначе он не стал бы исследовать.
И.Гёте

Задачи урока: совершенствовать умения планировать и проводить физический эксперимент, обрабатывать результаты эксперимента, делать выводы, оценивать погрешности измерений, обрабатывать результаты с помощью табличного процессора MS Excel на компьютерах, планировать модель опыта, использовать программные средства компьютера (MS Power Point) для демонстрации опыта.

Оборудование: источник тока, реостаты, реохорды, амперметры, вольтметры, омметр, мензурка, весы, моток проволоки; справочная литература.

Подготовка к уроку, действия учащихся. Учитывая учебные возможности каждого ученика, их интерес к учебным дисциплинам, формируются группы, которые на уроке занимаются исследовательской работой либо через эксперимент («Экспериментаторы»), либо через компьютер («Программисты»). Каждая группа «Экспериментаторов», получив задание, сама моделирует опыт и после одобрения своих планов учителем физики приступает к выполнению работы. «Программисты» работают с электронными таблицами под руководством учителя информатики.

План урока

Ход урока

I. Учитель. Я хочу напомнить слова английского философа и математика Пирсона: «Человек без всякого воображения может собирать факты, но никогда не сделает великого открытия, а русский физик-теоретик академик Л.Д.Ландау говорил: “Самые изобретательные и тонкие экспериментаторы <…> те, которые дают простор своему необузданному воображению и отыскивают связь между самыми отдалёнными понятиями. Даже и тогда, когда эти сопоставления отдалённых понятий грубы и химеричны, они могут доставить другим счастливый случай для великих и важных открытий, до которых никогда не додумались бы рассудительные, медлительные и трусливые “умы”».

Одна из групп «Программистов»

Сегодня мы займёмся исследованиями и открытиями. (На момент проведения урока учащиеся не были знакомы с зависимостью сопротивления от температуры. Поэтому в названии урока и появилось слово «открытия»). Цель нашего урока – исследовать зависимости между электрическими величинами, а именно:

• зависимость силы тока I от напряжения U на участке цепи;
• зависимость силы тока в проводнике I от его сопротивления R;
• зависимость сопротивления проводника R от температуры t° и т.д.

Прежде чем вы получите задания, проверьте, как вы усвоили тему «Законы постоянного тока». Вам сейчас придётся измерять силу тока, напряжение, рассчитывать сопротивление проводника. Как? Какими приборами? Проведём тестирование.

Тестирование за компьютерами

Пример заданий для группы

1. Как называется электроизмерительный прибор для измерения силы тока через резистор и как он включается в электрическую цепь?

A) Амперметр, последовательно;
Б) амперметр, параллельно;
В) вольтметр, последовательно;
Г) вольтметр, параллельно.

2. Как называется прибор для измерения напряжения на резисторе и как он включается в электрическую цепь?

А) Амперметр, последовательно;
Б) амперметр, параллельно;
В) вольтметр, последовательно;
Г) вольтметр, параллельно.

3. На графике представлена зависимость силы тока в проводнике от напряжения. Определите по графику сопротивление проводника.

4. Сопротивление металлической проволоки зависит:

A) только от длины;
Б) только от площади её поперечного сечения;
В) от вещества, из которого она изготовлена;
Г) от всех перечисленных в А–В параметров.

Учитель физики (фронтальный опрос):

1. Назовите электрические величины и укажите способы их измерений и вычислений. (Указывается единица измеряемой физической величины, называется прибор, способ его включения в электрическую цепь и т.д.)

2. Какой закон устанавливает связь между этими тремя величинами?

3. От чего зависит сопротивление проводника? В чём причины сопротивления?

Группы получают задания (см. с. 19). Перед началом их выполнения учитель информатики проводит фронтальный опрос:

1. Как запустить табличный процессор?

2. Что такое ячейка? Как задать адрес ячейки?

3. Что такое диапазон ячеек? Как задать адрес диапазона ячеек?

4. Как ввести в ячейку формулу?

5. Как скопировать формулу в заданный диапазон ячеек?

6. Как вставить диаграмму?

7. Как выбрать тип диаграммы «график»?

8. Как подписать оси графика?

9. Как задать название графика?

10. Как вывести график и таблицу на печать?

II. Учитель напоминает ученикам правила безопасной работы за компьютерами и с электрическим током. «Экспериментаторы» и «Программисты» приступают к выполнению заданий. По окончании работы группы все вместе обсуждают результаты. Находят расхождения в вычислениях, объясняют это погрешностью измерений и вычислений, делают записи в тетрадях.

  

Отчёты лидеров групп

III. Лидеры отчитываются об исследовательской деятельности групп, чётко излагают выводы, подтверждают их результатами опытов. Подводится общий итог урока.

IV. Домашнее задание. Составьте модель опыта и алгоритм его выполнения:

1. Определите сопротивление резистора.

Оборудование: источник тока, амперметр, резистор сопротивлением 4 Ом, исследуемый резистор, соединительные провода, ключ.

2. Постройте график зависимости мощности электролампочки от напряжения.

Оборудование: лампочка на 3,5 В, батарейка для карманного фонарика, вольтметр, магазин сопротивлений, ключ, соединительные провода.

3. Определите мощность, выделяющуюся на резисторе неизвестного сопротивления, если его соединить последовательно с известным.

Оборудование: источник тока, резисторы, вольтметр, ключ, соединительные провода.

4. Снимите вольт-амперную характеристику лампочки и объясните полученный результат. Зная, что температурный коэффициент сопротивления вольфрама a = 4,8 • 10^–3 К^–1, оцените температуру нити накала лампочки.

Оборудование: лампочка на 3,5 В, батарейка от карманного фонарика, амперметр, магазин резисторов, ключ, соединительные провода.

Урок заканчивается цитатой: «Мало знать – надо уметь применять!» (Р.Декарт)

Задания для «Программистов»

1. Определите температуру накала нити лампы в рабочем состоянии, если: U = 3,5 В; I = 0,26 А; R = 2 Ом при t = 0 °С. Постройте график сопротивления нити от температуры, определив его для 10, 20, 30, 40, 50, 60 °С.

Результат работы

2. Исследуйте зависимость сопротивления от параметров проводника.

а) Исследуйте зависимость сопротивления константановой проволоки диаметром 0,5 мм от её длины: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 м.

Результат работы

  б) Исследуйте зависимость сопротивления константановой проволоки длиной 50 см от площади её поперечного сечения, если её диаметр равен 10^–3 м и 0,5 • 10^–3 м.

Результат работы

в) Исследуйте зависимость сопротивления проводника от рода вещества, из которого изготовлен проводник (медь и константан), если d = 10^–3м; l = 0,5 м;

Результат работы

3. Смоделируйте опыт по определению сопротивления мотка медной проволоки. Рассмотрите различные варианты. Подготовьте презентацию в Power Point. (Это задание было дано ученику заранее.)

4. Исследуйте зависимость силы тока в цепи от напряжения на участке цепи; от его сопротивления.

а) Исследуйте зависимость силы тока от сопротивления при U = 4 В. R = 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7 Ом. Постройте график.

Результат работы

б) Исследуйте зависимость силы тока от напряжения при R = 2 Ом; U = 0; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 В. Постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте обобщение.

Результат работы

Задания для «Экспериментаторов»

1. Определите температуру нити лампы накаливания.

Оборудование: источник тока, ключ соединительные провода, лампа накаливания на 3,5 В, амперметр, вольтметр, реостат.

а) Начертите схему. Омметром измерьте сопротивление нити накаливания при комнатной температуре. Считайте, что это значение примерно равно R₀ – сопротивлению нити лампы при 0 °С.

б) Подключите лампу к источнику тока. Измерьте силу тока в цепи при напряжении 3,5 В на концах нити лампы. Вычислите сопротивление нити в нагретом состоянии.

в) Используя формулу зависимости сопротивления от температуры, рассчитайте температуру нити лампы.

г) Оцените погрешность измерения.

2. Исследуйте зависимость сопротивления проводника от его геометрических размеров и материала, из которого он изготовлен.

Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, реохорды (провода из разного материала и различного сечения), ключ, соединительные провода.

а) Начертите схему. Выясните зависимость сопротивления константановой проволоки от её длины при неизменной площади поперечного сечения.

Одна из групп «Экспериментаторов»

б) Исследуйте зависимость сопротивления константановой проволоки неизменной длины от поперечного сечения.

в) Исследуйте зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он изготовлен, при прочих равных условиях.

3. Определите сопротивление и длину мотка медной проволоки, не разматывая её.

Оборудование: мензурка, весы, набор гирь, линейка, штангенциркуль, справочники.

Предложите все возможные варианты выполнения этой работы. В зависимости от этого сами выберите оборудование.

4. Исследуйте зависимость силы тока в цепи от напряжения на участке цепи и от его сопротивления.

Оборудование: источник тока, магазин сопротивлений, амперметр, вольтметр, ключ, реостат, соединительные провода.

а) Начертите схему. Исследуйте зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении 2 Ом. Постройте график зависимости силы тока от напряжения. Оцените границы погрешностей измерений для первого и последнего опытов.

б) Исследуйте зависимость силы тока от сопротивления при постоянном напряжении. Постройте график.

в) Сделайте обобщения.

Литература

Бутырский Г.А., Сауров Ю.А. Экспериментальные задачи по физике. 10–11 классы общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 1998.
Довнар Э.А., Курочкин Ю.А., Сидорович П.Н. Экспериментальные олимпиадные задачи по физике. – Минск: Народна асвета, 1981.
Макарова Н.В., Кузнецова И.Н., Нилова Ю.Н. и др. Практикум по информационным технологиям. – СПб.: Питер, 2003.
Мякишев Г.А., Буховцев Б.Б. Физика-10. – М.: Просвещение.
Слободецкий И.Ш., Орлов В.А. Всесоюзные олимпиады по физике: Пособие для учащихся средних школ. – М.: Просвещение, 1982.

Галина Ивановна Николаева – учитель физики высшей квалификационной категории

Людмила Владимировна Калякина – уитель информатики высшей квалификационной категории