Тип урока: урок формирования новых знаний.
Цели урока:
- формирование представлений об элементах электрической цепи;
-формирование понятия о 1 и 2 правилах Кирхгофа;
-применение законов Кирхгофа для расчёта разветвлённых цепей;
- формирование чувства взаимопомощи, умения работать в парах;
- развитие самостоятельности мышления
-развитие творческих способностей
Оборудование: проектор, компьютер, презентация преподавателя.
Ход урока
1.
Мотивация
Демонстрируется слайд №1 (Приложение №1)
Учитель: Знакомы ли нам такие цепи? Можем ли мы их рассчитать?
Ученики: Да.
Учитель: А такие схемы мы можем рассчитывать? Демонстрируется слайд
№2.
Учащиеся сравнивают предложенные схемы и делают вывод о
необходимости дополнительных знаний для расчёта сложных электрических
цепей.
2. Актуализация знаний и изучение нового материала.
Учитель: Для расчёта сложных электрических цепей применяют правила
Кирхгофа.
Пока учащиеся записывают тему урока, учитель даёт краткую справку о
Кирхгофе (слайд № 3)
Карьера Густава Кирхгофа во многом типична для немецкого физика
XIX столетия. Германия позже своих западных соседей подошла к
индустриальной революции и потому сильнее нуждалась в передовых
технологиях, которые способствовали бы ускоренному развитию
промышленности. В результате ученые, прежде всего естественники,
ценились в Германии очень высоко. В возрасте двадцати одного года, он
сформулировал основные законы для расчета токов и напряжений
в электрических цепях, которые теперь носят его имя.
Середина XIX века как раз стала временем активных исследований свойств
электрических цепей, и результаты этих исследований быстро находили
практические применения. Базовые правила расчета простых цепей, такие
как закон Ома, были уже достаточно хорошо проработаны. Проблема
состояла в том, что из проводов и различных элементов электрических цепей
технически уже можно было изготовлять весьма сложные и разветвленные
сети. Кирхгофу удалось сформулировать правила, позволяющие достаточно
просто анализировать самые сложные цепи, и законы Кирхгофа до сих пор
остаются важным рабочим инструментом специалистов в области
электронной инженерии и электротехники.
Кирхгофа правила- правила, устанавливающие соотношения для токов и
напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока.
Сформулированы Кирхгофом в 1847.
Учитель: Для формулировки законов Кирхгофа, в электрической
цепи выделяются узлы — точки соединения проводников и контуры —
замкнутые пути из проводников. При этом каждый проводник может входить
в несколько контуров (слайд № 4). Учащиеся записывают определения в
тетрадь.
Электрическая цепь – совокупность электротехнических устройств,
образующих путь для электрического тока.
Ветвь - участок электрической цепи, по которому проходит ток одного
значения и направления.
Контур - замкнутая электрическая цепь, образуемая одной или
несколькими ветвями.
Узел - место соединения нескольких ветвей.
Учитель : (слайд №5) Давайте на предложенной схеме назовём узлы,
ветви, контуры.
(слайд № 6) Первое правило Кирхгофа вытекает из закона сохранения
заряда и состоит в том, что алгебраическая сумма сил токов для каждого
узла в разветвленной цепи равна нулю:
n
k
k
I
1
0
I
1
+ I
2
+ I
3
+ ... + I
n
= 0.
Токи, которые вытекают из узла, берутся с отрицательным знаком, а токи
входящие в узел – берут со знаком +. Физический смысл этого закона прост:
если бы он
не выполнялся, в узле непрерывно накапливался бы
электрический заряд, а этого никогда не происходит.
Учитель: (слайд № 7) Для объяснения правил нам
потребуется рисунок на проекторе, зарисуйте его к
себе в
тетрадь.
Учащиеся
записывают на доске 1 правило Кирхгофа для узлов
А,В,С,Д.
А
В
С
D
D
Задание 1 .Напишите 1 закон Кирхгофа для всех узлов. Для
приведённой на рисунке цепи, в соответствии с первым
законом выполняются следующие соотношения:
А: I
1
- I
2
- I
6
=0
B: I
2
- I
3
- I
4
=0
С: I
3
- I
5
=0
Д: I
4
+ I
5
- I
7
+ I
6
=0
Правила Кирхгофа позволяют рассчитывать сложные электрические цепи,
например, определять силу и направление тока в любой части разветвленной
системы проводников.
Задание 2. (слайд № 8) Учитель:
Сформулируйте задание к рисунку
Решение.
Предположим, что ток в шестой ветви притекает к
точке А. Используя первый закон Кирхгофа,
составим уравнение
Отсюда
Знак минус означает, что принятое нами направление тока в шестой ветви
неправильное, В действительности ток в этой ветви вытекает из точки А.
Задание 3. (Слайд №9). Учитель: Нарисуйте узел цепи, для которого
справедлива формула
1 правила Кирхгофа I
1
+ I
2
+ I
3
– I
4
– I
5
+ I
6
=0
Учитель: (Слайд № 10) Второе правило
Кирхгофа можно сформулировать так:
алгебраическая сумма падений напряжений по замкнутому контуру
равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура .
n
k
m
k
k
n
k
k
k
R
I
U
1
1
1
(Слайд №11) Если направление тока совпадает с направлением обхода
контура (которое выбирается произвольно), перепад напряжения считается
положительным, в противном случае — отрицательным.
В соответствии со вторым законом, справедливы соотношения: (слайд № 12)
Этот закон также имеет простую физическую
интерпретацию. Если бы это было не так, всякий раз,
проходя через замкнутый контур, электроны приобретали или
теряли
бы энергию, и ток бы непрерывно возрастал или убывал.
В первом случае можно было бы получить вечный двигатель, а это запрещено
первым началом термодинамики; во втором — любые токи в электрических
цепях затухали бы, а этого мы не наблюдаем.
А
В
С
D
А
АВДА
ВСДВ
Учитель: (слайд №13) Давайте теперь вернёмся к первой схеме, которая
вас напугала в начале урока.
Задание 4. Записать 1 и 2 правила Кирхгофа для узлов и контуров (можно
часть проговорить устно)
Самое распространенное применение законов Кирхгофа мы наблюдаем
в последовательных и параллельных цепях. В последовательной цепи (яркий
пример такой цепи — елочная гирлянда, состоящая из последовательно
соединенных между собой лампочек) электроны от источника питания по
серии проводов последовательно проходят через все лампочки, и на
сопротивлении каждой из них напряжение падает согласно закону Ома.
В параллельной цепи провода, напротив, соединены таким образом, что на
каждый элемент цепи подается равное напряжение от источника питания, а
это означает, что в каждом элементе цепи сила тока своя, в зависимости от
его сопротивления. Примером параллельной цепи является соединение ламп
«лесенкой»: напряжение подается на шины, а лампы смонтированы на
поперечинах. Токи, проходящие через каждый узел такой цепи, определяются
по первому закону Кирхгофа.
3.Закрепление материала проходит в виде задач. Задачи разбираются у
доски.
В конце урока учащиеся выполняют самостоятельную работу. (Слайды №14,
15)
1. Нарисуйте произвольный узел и для него запишите 1 правило
Кирхгофа.
2. Запишите произвольную формулу 1 правила Кирхгофа и для неё
нарисуйте узел цепи.
3. Выберите произвольный контур на рисунке и для него запишите
второе
правило Кирхгофа.
4. Итоги урока.
В результате работы на уроке преподаватель выставляет общую оценку.
5. Домашнее задание. Всем выучить правила Кирхгофа. Желающие находят
материал о Кирхгофе и его работах в области электротехники (можно сделать
сообщение, реферат, приготовить презентацию)
Слайд №1 Слайд №2
Слайд №3 Слайд №4
Слайд №5 Слайд №6
Слайд №7 Слайд №8
Слайд №9 Слайд №10
Слайд №11 Слайд №12
Слайд №13 Слайд №14
Слайд №15
