Практическая работа № 4
Тема: «Последовательное и параллельное соединение потребителей электрического тока»
Цель работы: закрепить умение применять законы параллельного и последовательного соединения проводников при решении задач.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:
Студент должен
уметь:
- описывать и объяснять правильность соединения проводников;
- Делать выводы на основе экспериментальных данных.
знать:
- смысл понятий понятия электрическая цепь;
- законы параллельного и последовательного соединения проводников
Оборудование и оснащение:
1.Учебно-методическая литература:
- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2013.
- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб.пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М.,2013.
- Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Лабораторный практикум: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева, А. В. Коржуев, О. В. Муртазина. — М., 2014.
2.Справочная литература:
- Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика. М. Просвещение. 2010.;
3.Калькулятор инженерный или простой.
4.Ручка.
5.Карандаш простой (при необходимости, цветные карандаши – для построения графиков, диаграмм, проекций точек на поверхности детали).
6.Чертежные принадлежности: линейка.
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практической работы
Основные законы и формулы
Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.
|
|
Сила постоянного электрического тока:
I = 
где q- заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за время t.
Закон Ома для участка цепи, не содержащего ЭДС:
где I – сила тока, U –напряжение на этом участке; R –сопротивление.
Электрическое сопротивление проводника длиной l c постоянной площадью поперечного сечения S
R = 
,
где ρ – удельное сопротивление проводника.
Последовательным называется такое соединение резисторов, когда конец одного проводника соединяется с началом другого и т.д. При последовательном соединении сила тока на любом участке электрической цепи одинакова
I= 
Напряжение при последовательном соединении равно сумме напряжений на отдельных участках цепи
Общее сопротивление при последовательном соединении проводников
R = R1+ R2 + …+ Rn,
где R1, R2, … Rn - сопротивления отдельных проводников.
Если R1 = R2 = … = Rn, то R = n·R1
Параллельным называется такое соединение резисторов, когда одни концы всех резисторов соединены в один узел, другие концы – в другой узел. Узлом называется точка разветвлённой цепи, в которой сходятся более двух проводников.
При параллельном соединении
, 
Общее сопротивление при параллельном соединения проводников удовлетворяет соотношению
Если R1 = R2= … = Rn, то R = R1 / n.
Задание 1. Ответьте на вопросы.
- Что называют электрическим током? Что принимают за направление электрического тока?
- Что такое сила тока? Назовите единицу измерения силы тока.
- От чего зависит электрическое сопротивление проводника?
- Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
- Какое соединение называется последовательным? параллельным?
- Как найти общее сопротивление двух резисторов, соединённых последовательно? параллельно?
Методические указания
|
|
При решении задач рекомендуется:
1) начертить схему и указать на ней все элементы цепи: источники тока, резисторы и др., установить предварительно, о какой цепи говорится в условии задачи: замкнутой илии о каком-либо участке цепи;
2) установить, какие элементы цепи включены последовательно, какие параллельно;
3) на каждом участке цепи определить направления токов и записать для каждой точки разветвления (если они есть), уравнения токов и уравнения, связывающие напряжения на участках цепи;
4) используя закон Ома, установить связь между токами, напряжениями;
5) решить полученную систему уравнений относительно искомой величины.
Примеры решения задач
Задача 1. Два проводника сопротивлением R1=2 Ом, R2=3 Ом соединены последовательно. Сила тока в цепи 1 А. Определить сопротивление цепи, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение всего участка цепи.
| Дано: | Решение: |
| R1=2 Ом | Сила тока во всех последовательно соединенных проводниках одна и |
| R2=3 Ом | та же и равна силе тока в цепи, т.е.: I1=I2=I=1 A. |
| I=1 A | Общее сопротивление цепи: R=R1+R2, R=2 Ом+3 Ом=5 Ом. |
| Найти: | Напряжение на каждом из проводников найдем по закону Ома: |
| R -? | U1=IR1; U1=1 A ·2 Ом=2 B; |
| U1 -? | U2=IR2; U2=1 A ·3 Ом=3 B. |
| U2 -? | Полное напряжение в цепи: |
| U -? | U=U1+U2, или U=IR |
| U=2 B+3 B=5 B, или U=1 A · 5Ом=5 В. | |
| Ответ: | R=5 Ом, U1=2 B, U2=3 B, U=5 B. |
|
|
Задача 2. В осветительную сеть комнаты включены две электрические лампы, сопротивления которых 200 и 300 Ом. Напряжение в сети 120 В. Определить силу тока в каждой лампе, силу тока в подводящих проводах (т.е. силу тока до разветвления), общее сопротивление участка, состоящего из двух ламп.
| Дано: | Решение: |
| R1=200 Ом | Напряжение на каждой лампе равно напряжению в сети, так |
| R2=300 Ом | как лампы соединены параллельно, т.е. U1=U2=120 B. Силу тока в |
| U=120 B | B каждой лампе определяем, пользуясь законом Ома: .
|
| Найти: |  = 
|
| I1 -? |  = 
|
| I2-? | Сила тока в подводящих проводах равна сумме сил тока в лампах: |
| R -? | I=I1+I2, I=0.6 A+0.4 A=1 A. |
| Общее сопротивление участка цепи, состоящего из двух параллельно | |
| соединенных ламп, находим по закону Ома: | |
| R=U/I, R=120 B/1 A=120 Ом. | |
| Ответ: | I1=0.6 A, I2=0.4 A, I=1 A, R=120 Ом. |
Задание 2. Решите количественные задачи:
Задача 1. Три резистора сопротивлениями R1, R2, R3 соединены последовательно так, что общее сопротивление данного участка цепи составляет R, а значения напряжения на резисторах и силы тока в них равны U1, U2, U3 и I1, I2, I3 соответственно. Определите значения величин, обозначенных «?».
| Вариант | ||||||||||
| R1,кОм | ? | ? | ||||||||
| R2,кОм | ? | ? | ? | |||||||
| R3,кОм | ? | ? | ? | |||||||
| R, кОм | ? | ? | ||||||||
| U1, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |
| U2, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||
| U3, В | ? | ? | ? | ? | ? | 10,5 | ? | ? | ? | |
| I1, мА | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||
| I2, мА | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||
| I3, мА | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
Задача 2. Три резистора сопротивлениями R1, R2, R3 соединены параллельно так, что общее сопротивление данного участка цепи составляет R, а значения напряжения на резисторах и силы тока в них равны U1, U2, U3 и I1, I2, I3 соответственно. Определите значения величин, обозначенных «?».
| Вариант | ||||||||||
| R1,кОм | ? | ? | ||||||||
| R2,кОм | ? | ? | ||||||||
| R3,кОм | ? | ? | ? | |||||||
| R, кОм | ? | 1,85 | ? | 2,55 | 2,86 | 1,71 | ? | 1,09 | ||
| U1, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |
| U2, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||
| U3, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||
| I1, мА | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | 0,4 | ? | |
| I2, мА | ? | ? | ? | ? | 1,2 | ? | ? | ? | ? | ? |
| I3, мА | ? | ? | ? | ? | ? | 1,5 | ? | ? | ? |
| Задача 3. | В данной схеме R1, R2 и R3 – сопротивления соответствующих резисторов, a I1, I2 и I3; U1, U2 и U3 – силы токов и напряжения на соответствующих участках. Определите значения величин, обозначенных «?». | 
| |||||||||||
| Вариант | |||||||||||||
| R1, Ом | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |||||||
| R2, Ом | ? | ? | ? | ? | ? | ||||||||
| R3, Ом | ? | ? | ? | ? | ? | ||||||||
| I1, А | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |||||||
| I2, А | 0,1 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |||||
| I3, А | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |||||
| U1, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||||||
| U2, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |||||
| U3, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||||||
| Rобщ, Ом | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | |||||
| Iобщ,А | ? | 1,3 | ? | ? | ? | ? | ? | ||||||
| Uобщ, В | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ||||||