Интегрированный урок (физика + математика) "Практическое применение закона Ома для участка цепи"

Разделы: Математика, Физика

Эпиграф:

“Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением”.

М. Ломоносов.

Цель урока: Формирование компетентного гражданина Земли на основе понимания явлений и законов физики.

Основные идеи:

  1. Применение на практике закона Ома для участка цепи.
  2. “Физика” человека. Электрические параметры человека. Заземление.
  3. Меры безопасности при работе с электроприборами.
  4. Применение формул для расчета последовательного и параллельного соединения к решению задач.

Задачи урока:

1. Развитие способностей.

Умение использовать изученный материал для решения расчетных и практических задач. Уметь применять математические знания к физическим законам.

2. Формирование ценностей.

Тело человека является проводником, поэтому человек, стоящий на земле будет проводить в нее электрические заряды. Контакт человека с землей в этих условиях является заземлением.

3. Разумное поведение в окружающей среде.

Меры безопасности при работе с электроприборами. Электрические параметры человека.

Структура урока:

I. Применение изученного материала для решения задач и практических работ. Просмотр в/ф “Зависимость силы тока от напряжения”. Построение графической зависимости I (U).

II. Выполнение практической работы “Изучение зависимости силы тока от сопротивления”.

III. Сообщение учащихся “Историческая справка о законе Ома для участка цепи”.

IV. Электрические параметры человека. Работа учащихся с таблицей “Электрические параметры человека”. Заземление. Заземление человека. Просмотр в/ф “Для чего служит заземление”.

V. Меры безопасности при работе с электроприборами. Повторение правил по ТБ. Работа учащихся с инструкциями по ТБ.

VI. Подведение итогов урока. Задание дифференцированного домашнего задания по теме “Применение закона Ома к смешенному соединению проводников”.

Цели урока:

Образовательные:

Повторить формулы, изученные на предыдущих уроках, применять математические знания к построению графиков физических процессов и расчетных задач. Научить использовать изученный материал при решении задач и выполнении практических работ. Разобрать понятие – заземление, познакомить учащихся с электрическими параметрами человеческого тела, повторить меры по ТБ при работе с электрооборудованием.

Развивающие:

Развивать познавательный интерес учащихся, умение логически мыслить и обобщать. Развивать мотивы учения и интерес к физике и математике. Развивать умение видеть связь между физикой и математикой.

Воспитательные

Воспитывать любовь к ученическому труду, умение работать в парах. Воспитывать культуру математических расчетов.

Ход урока

Учитель физики Хромова Н. Э.

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний, полученных на предыдущих уроках.

1. О связи каких физических величин идет речь в законе Ома для участка цепи?

(В законе Ома для участка цепи идет речь о связи силы тока, напряжения, электрического сопротивления. )

2. Как формулируется закон Ома для участка цепи?

(Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого, участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

I= U/R)

Учитель математики Уланова Е. В.

Просмотр фрагмента “Зависимость силы тока от напряжения”[1]

Работа по построению графика зависимости I (U)

- По результатам опыта заполните таблицу:

I, А U, В R, Ом

- Каково сопротивление резистора в этом опыте?

R=U/I

R=2В/0,4А R=5 Ом

- По таблице мы видим: во сколько раз увеличивается напряжение (U), во столько же раз увеличивается и сила тока (I), значит I и U прямо пропорциональные величины и графиком их зависимости является_______________ (т. е. часть прямой). Постройте ее.

- Еще раз посмотрите на закон Ома для участка цепи I= U/R, мы выяснили, что при постоянном сопротивлении (R) сила тока (I) и напряжение (U) прямо пропорциональные величины.

- А если постоянным будет напряжение (U)?

R находится в знаменатели дроби, поэтому чем больше сопротивление (R), тем сила тока (I) будет___________.

И во сколько раз больше сопротивление (R), во столько же раз будет меньше сила тока (I), т. е. это какие величины? (обратно пропорциональные)

А что является графиком обратной пропорциональности?

Гипербола (или. ее часть).

А теперь проведите опыт и постройте по своим результатам график зависимости силы тока от сопротивления.

Схема опыта дана на карточках практического задания № 1. .

Рисунок 1.

Практическое задание № 1. [2]

Тема: “Изучение зависимости силы тока от сопротивления”.

Приборы и материалы: источник тока, амперметр, вольтметр, реостат ползунковый, набор сопротивлений, ключ, провода с наконечниками.

Ход работы:

  1. Соберите цепь по рисунку 1 и вычертите в тетради соответствующую ей схему. В качестве исследуемого участка R включите сначала проволочную спираль сопротивлением 4 Ом.
  2. Замкните цепь и при помощи реостата изменяйте в цепи силу тока до тех пор, пока вольтметр, подключенный к исследуемому участку, покажет напряжение 1,4 В. Измерьте силу тока в цепи. Результаты измерения запишите в таблицу.
  3. Замените в электрической цепи спираль 4 Ом на спираль сопротивлением 2 Ом, а затем на сопротивление 1 Ом. Вновь добейтесь на зажимах спирали напряжения 1,4 В. Измерьте силу тока в цепи. Результаты запишите в таблицу. Сделайте вывод о зависимости силы тока от сопротивления участка цепи.
  4. Постройте график зависимости I (R). Сделайте вывод.

Учитель физики Хромова Н. Э.

3. - Какое устройство используется для регулировки силы тока в электрической цепи?

(Для регулировки силы тока в цепи используется устройство называемое реостатом?)

4. - Какие параметры проводника надо изменять, чтобы изменилось сопротивление, а следовательно, и сила тока в цепи?

(R=pl/R, менять надо длину проводника - l или площадь поперечного сечения - S)

5. Сообщение учащихся о физических величинах, входящих в закон Ома. [3]

III. Ноосферная часть.

- Электрическое соединение какого-либо предмета с землей называют заземлением. Заряды, образованные на телах, изолированы от земли, при соединении с ней уходят в землю, т. к. благодаря своим большим размерам, по сравнению с другими телами, Земля обладает способностью накапливать на себе больший электрический заряд. Человек ходит по Земле, следовательно, соединен с ней.

- Как вы думаете можно ли говорить о заземлении человека? Прежде, чем ответить на этот вопрос, давайте познакомимся с электрическими параметрами человека.

Электрические параметры человека. [4]

1). Удельное сопротивление тканей тела:

  • Мышцы – 1,5 Омкм (0,0015 Ом м);
  • Крови – 1,8 Омкм (0,0018 Ом м);
  • Верхний слой кожи (сухой) – 0,033 Омм;
  • Кость (без надкостницы) 0,002 Омм

2). Электрическое сопротивление человеческого тела определяется, в основном, сопротивлением поверхностного слоя кожи (эпидермиса). Сопротивление человека от одной руки до конца другой при сухой неповрежденной коже рук = 15 кОм (15000 Ом).

3). Сила тока через тело человека, считающаяся безопасной – до 1мА (0,001А)

4). Сила тока через тело человека, приводящая к серьезным поражениям организма 100мА.

5). Безопасное электрическое напряжение в сыром помещении – 12В.

6). Безопасное электрическое напряжение в сухом помещении - 36В.

- Убедимся на опыте, что человеческое тело проводит электрический ток.

Опыт с чувствительным тестером. При замыкании тестера с двух концов пальцами рук лампочка на индикаторе начинает мигать, это говорит о том, что цепь замкнута и по ней идет электрический ток.

- Ну, а теперь попробуем ответить на вопрос: “Можно ли говорить о заземлении человека?” - - Ток, протекающей по телу человека определяется законом Ома, а следовательно, зависит от приложенного напряжения и от сопротивления тела: сопротивление кожи при точечном контакте является определяющем фактором, который ограничивает ток. В большинстве случаев ток, протекающий через тело человека, в основном зависит от состояния тела в точке контакта. Сухая кожа имеет высокое сопротивление, а сырая или мокрая кожа будет обладать низким сопротивлением. При сухой коже сопротивление между крайними точками тела, например, от одной руки до другой может быть до 100000 Ом. Полное сопротивление тела между обычными потными руками равно 1500 Ом.

- Тело человека в целом является проводником, поэтому человек, стоящий на земле будет проводить в нее электрические заряды, с которыми он может придти в соприкосновение. Контакт человека с землей в этих условиях называют заземлением. Если через человека будут проходить значительные электрические заряды (или значительный электрический ток) это может иметь опасные последствия для здоровья.

В/фрагмент “Для чего служит заземление”.

(на экране показана работа шлифовальных и токарных станков. Учащиеся 11 класса, проходящие производственную практику, в условиях завода, показывают наличие заземления у станков)

Вопрос: Станки, которые вы видите на экране, обслуживаются людьми. Корпусы станков заземлены. Почему станкам необходимо заземление? Какие материалы используют для заземления?

(Во время работы корпус станков электризуется и скапливает на себе электрические заряды, а также некоторые части станков, работающие от электричества, могут соприкасаться с его корпусом. Для того чтобы эти заряды уходили в землю используют проводники, обладающие меньшим удельным сопротивлением, чем человеческое тело. При соприкосновении человека со станиной он становится частью электрической цепи, если бы проводник, используемый для заземления, имел большее удельное сопротивление, то ток пошел бы в землю через тело человека, а это могло бы привести к трагическим последствиям. Проводники, которые используют для заземления, изготавливают из меди. )

- Итак, сопротивление человека велико. Оно колеблется от 100 до нескольких тысяч Ом и зависит от многих причин, предусмотреть которые невозможно: от влажности, размеров тела, даже нашего настроения, поэтому безвредное сегодня оно может оказаться смертельным завтра.

Вывод: Человеческое тело – проводник. Если случайно человек окажется “включенным в цепь”, то в большинстве случаев он не избежит тяжелейшей травмы и даже смерти. Поэтому любому человеку, имеющему дело с электричеством, надо помнить следующие положения:

  • Очень опасно одновременное прикосновение двумя руками к двум оголенным проводам.
  • Очень опасно прикосновение к оголенному проводу, стоя на земле, на сыром или цементном полу.
  • Опасно пользоваться неисправными электрическими приборами.
  • Нельзя собирать, разбирать и исправлять что- либо в электрической цепи не отключив ее от источника тока.

Это надо помнить каждому из нас, чтобы избежать опасности.

IV. Практическая часть.

1. Какие типы соединений вы знаете? (составить таблицу из отдельных карточек на доске)

(Соединения проводников бывают двух типов: последовательное и параллельное соединение. )

2. В таблице представлены два типа соединений, охарактеризуйте их.

Тип соединения Схема Сила тока Напряжение Сопротивление
Последовательное   I1=I2=I U1+U2=U R1+R2=R
Параллельное   I1+I2=I U1=U2=U 1/R1+1/R2=1/R

Таблица заполняется учащимися.

Практическое задание № 2. [5]

На рисунке изображена электрическая цепь.

Рисунок 2.

1. Назовите приборы, включенные в электрическую цепь на рисунке 2.

2. Используя показания амперметра и вольтметра, рассчитайте сопротивление лампочки.

V. Итоги урока.

- Сегодня на уроке мы повторили применение закона Ома к решению практических задач, познакомились с понятием заземление, узнали об электрических параметрах человека и даже выяснили, что человек может быть проводником электрического тока. Поэтому как итог урока вам я оставляю памятки с наиболее важными этапами урока.

И закончить урок я хочу словами:
“Рождаются великие творенья
Не потому ли, что порою где-то
Обычным удивляются явленьям
Ученые, художники, поэты”.

К. Кулиев.

Используемая литература:

  1. Собрание демонстрационных опытов “Школьный физический эксперимент. Постоянный электрический ток”, СГУ.
  2. Буров В. А., Кабанов С. Ф., Свиридов В. И. Фронтальные экспериментальные задания по физике. М: Просвещение. 1981
  3. Бублейников Ф. Д., Веселовский И. Н. Физика и опыт. М: Просвещение. 1970
  4. Хуторской А. В., Хуторская Л. Н. “Увлекательная физика” сборник заданий и опытов для школьников и абитуриентов – М: АРКТИ, 2001.
  5. Приложение “Первое сентября”. Физика № 26/01
  6. Перышкин А. В. Учебник “Физика – 8”.
  7. Низамов И. М. Задачи по физике с техническим содержанием”. М: Просвещение 1980.
  8. Пинский А. А.,Разумовский В. Г. “Физика и астрономия – 8*, М: Просвещение 1995.
  9. Юфанова И. Л. Занимательные вечера по физике в средней школе. М: Просвещение. 1990.