wie, jak skonstruować prosty obwód elektryczny przydatny do wyznaczania oporu elektrycznego opornika

SCENARIUSZ LEKCJI

III ETAP EDUKACYJNY

Temat: Opornik na stole operacyjnym fizyka.

TREŚCI KSZTAŁCENIA

 Fizyka, 9.8: [Uczeń] wyznacza opór elektryczny opornika lub żarówki za pomocą woltomierza i amperomierza;

 Informatyka, 6.1: [Uczeń] wykorzystuje programy komputerowe, w tym edukacyjne, wspomagające i wzbogacające naukę różnych przedmiotów.

CELE ZOPERACJONALIZOWANE:

Cel ogólny: zrozumienie prawa Ohma Uczeń:

 wie jaka jest zależność natężenia prądu płynącego w przewodniku (rezystorze) od napięcia przyłożonego do końców tego przewodnika,

 wie, że stosunek napięcia miedzy końcami przewodnika do natężenia płynącego w nim prądu ma wartość stałą R, którą nazywamy oporem tego przewodnika,

 wie jaka jest treść prawa Ohma, wie, co to jest 1 ohm,

 wie jakie przyrządy pomiarowe, symbole, jednostki, wzory i zależności związane są z wielkościami opisującymi natężenie oraz napięcie,

 wie, jak skonstruować prosty obwód elektryczny przydatny do wyznaczania oporu elektrycznego opornika.

1

NABYWANE UMIEJĘTNOŚCI:

Uczeń:

 umie wyciągnąć wnioski z obserwacji,

 potrafi zaprojektować oraz wykonać prosty obwód elektryczny służący do badania oporu elektrycznego opornika,

 umie przeprowadzić doświadczenie w celu zbadania zależności natężenia prądu płynącego przez przewodnik (opornik, rezystor) od przyłożonego do niego napięcia, potrafi obliczyć iloraz U/I,

 nabywa umiejętności samodzielnej pracy, obserwacji zjawisk fizycznych, stawiania pytań i poszukiwania odpowiedzi na nie,

 potrafi zainstalować program użytkowy i znaleźć instrukcje dotyczące jego obsługi.

Etap y lekcji

Przedm iot naucza

nia

Kompetencje

kluczowe Przebieg zajęć

Środki dydakty

czne

Metody nauczania

Formy pracy

Etap wstęp ny

Fizyka Porozumiewanie się w języku ojczystym;

myślenie

matematyczne i podstawowe

Pogadanka na temat obserwacji i doświadczeń uczniów z życia codziennego dotyczących wiedzy o zjawisku oporu elektrycznego. Nauczyciel dyskutuje z uczniami na temat zawodów, których przedstawiciele stykają się zawodowo z pojęciem oporu (inżynier,

Dyskusja Problemow a:

aktywizując a

Zbiorowa, jednolita

kompetencje naukowo- techniczne;

umiejętność uczenia się

elektronik, serwis RTV, elektryk, ...)

Etap realiz acji

Fizyka Porozumiewanie się w języku ojczystym;

myślenie

matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo- techniczne;

umiejętność uczenia się

Przypomnienie wiadomości na temat:

a) definicji napięcia elektrycznego, jego symbolu oraz jednostki,

b) sposobu pomiaru napięcia prądu elektrycznego, c) definicji natężenia prądu, jego symbolu oraz jednostki,

d) sposobu pomiaru natężenia prądu elektrycznego, d) pojęcia oporu elektrycznego

Notatki z poprzedni ch zajęć

Podająca:

wykład informacyjn y

Zbiorowa, jednolita

Fizyka Myślenie

matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo- techniczne;

umiejętność uczenia się

Arkusz kalkulacyjny:

- nauczyciel przedstawia schemat wykonania arkusza kalkulacyjnego i prosi uczniów o postępowanie zgodne z jego wskazówkami albo nauczyciel udostępnia uczniom arkusz kalkulacyjny i prosi o wprowadzenie właściwych danych.

Celem pracy uczniów jest wprowadzenie danych pomiarowych do arkusza kalkulacyjnego a następnie obliczenie właściwych zależności – oporu

Arkusz kalkulacyj ny (animacja )

„Obliczani e

oporności opornika w Excelu

Eksponując a: pokaz połączony z przeżyciem

Zbiorowa, zróżnicow ana

3

elektrycznego opornika.

Dane wejściowe do wykonania arkusza oraz opcjonalnie do wytworzenia wykresu będą wynikały z konkretnych pomiarów w doświadczeniu klasowym, zorganizowanym przez nauczyciela.

- We wstępie do tego zasobu opisano propozycję przeprowadzenia jednego doświadczenia klasowego w celu wyznaczania oporu elektrycznego opornika.

Dane pomiarowe z tego doświadczenia stanowią dane wejściowe arkusza kalkulacyjnego jako dane praktyczne. Mogą być wprowadzane do arkuszy kalkulacyjnych kilku komputerów w kilku grupach uczniowskich lub do arkusza kalkulacyjnego jednego komputera podłączonego do rzutnika multimedialnego, wówczas przebieg pracy w arkuszu oraz wartości danych są widoczne przez wszystkich uczniów. W takim układzie kolejne dane do komputera będą wprowadzały za każdym razem inne osoby, chętne lub zapraszane przez nauczyciela.

Decyzja co do wykorzystania arkusza kalkulacyjnego:

centralnie lub grupowo należy do nauczyciela.

to łatwe!”

(zasób nr QWE0620 2),

Załącznik nr 2 – do arkusza kalkulacyj nego – (opis doświadcz enia klasowego )

Fizyka Myślenie

matematyczne i podstawowe kompetencje

Nauczyciel z pomocą ucznia uruchamia komputer oraz rzutnik multimedialny, wgrywa do komputera Ilustrację Interaktywną oraz uruchamia ją.

Ilustracja interakty wna

„Dotykam

Eksponując a: pokaz połączony z

Zbiorowa, jednolita

naukowo- techniczne;

umiejętność uczenia się

y obwodu do

badania oporu elektryczn ego opornika”

(zasób nr QWE0620 3)

przeżyciem

Etap końco wy

Fizyka Myślenie

matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo- techniczne;

umiejętność uczenia się

Podsumowanie lekcji. Nauczyciel podsumowuje poznane wiadomości temat oporu elektrycznego:

- Jaka jest zależność między napięciem i natężeniem prądu? Odp: Liniowa, są to wartości wprost proporcjonalne.

- Jaki jest wzór na oporność elektryczną? Odp:

I RU

- Jak inaczej nazywany opór elektryczny? Odp:

rezystancja

- Podaj wzór charakteryzujący prawo Ohma. Odp:

Podająca:

pogadanka

Zbiorowa, jednolita

5

ZAŁĄCZNIKI DO SCENARIUSZA

ZAŁĄCZNIK NR 2 – DO ARKUSZA KALKULACYJNEGO – OPIS DOŚWIADCZENIA KLASOWEGO (DO ZASOBU NR QWE06202)

OPORNIK NA STOLE OPERACYJNYM FIZYKA

1. Cel ćwiczenia – wykonanie pomiarów umożliwiających wyznaczenie oporu elektrycznego opornika w arkuszu kalkulacyjnym Excel 2. Materiały niezbędne do wykonania ćwiczenia: zasilacz szkolny prądu stałego regulowany, woltomierz, amperomierz, dwa oporniki

np. 10 Ohm oraz 47 Ohm (uczniowie nie powinni znać wartości oporności oporników), omomierz, przewody łączące, 3. Schemat obwodu pomiarowego

4. Kolejność czynności

a. Zmontować obwód wg rysunku

b. Włączyć pierwszy badany opornik, włączyć zasilanie obwodu wyłącznikiem

c. Gałką zasilacza regulowanego ustalić napięcie zasilające na wartość np. 1,5 V (w badaniu drugiego opornika na 5V) i zwiększać potem jego wartość za każdym pomiarem (U oraz I) o 1,5 V

d. Odczytać wartość prądu płynącego przez opornik (ustawić przedtem amperomierza na zakres mA) e. Pary zmierzonych wartości: napięcie, natężenie prądu wpisywać do

dwóch tabeli na tablicy, oddzielnie dla każdego opornika, potem

zwiększać napięcie o 1,5 V. Przykładowy wzór tabelek wyników zawiera 7

Lp .

U [V] I [A]

R=U/

I [Oh m]

Rśr [Oh m]

1 5 0,11 47

47,2

2 6,5 0,14 47,2

3 8 0,17 47,1

4 9,5 0,20 47,5

5 11 0,23 47,3

poniższy rysunek:

L p.

U [V] I [A]

R=U/

I [Oh m]

Rśr [Oh m]

1 1,5 0,15 10

10,3

2 3 0,28 10,7

3 4,3 0,42 10,2

4 5 0,48 10,4

5 6,5 0,63 10,3

Tabela wyników opornika pierwszego [10 Ohm] Tabela wyników opornika drugiego [47 Ohm]

f. Powtórzyć 5-razy czynności od c) do e) zwiększając za każdym razem napięcie o tą samą wartość, np. o 1,5 V.

g. Wyłączyć wyłącznikiem zasilanie obwodu, wyjąć badany opornik, wstawić drugi (np. 47 Ohm), włączyć zasilanie obwodu h. Powtórzyć czynności od c) do f) zaczynając od napięcia 5 V

i. Uczniowie w grupach z komputerami wprowadzają zmierzone i zapisane na tablicy wartości do arkuszy kalkulacyjnych

j. Uczniowie tworzą wykres zależności natężenia prądu od napięcia mierzonego na końcach opornika. Jest to zależność liniowa, gdzie współczynnikiem proporcjonalności jest iloraz U/I, mający stałą wartość dla danego opornika. Liderzy grup informują klasę o wynikach – o wartości zbadanej oporności każdego opornika, wynikającej z obliczeń w arkuszu

5. Podsumowanie

a. Sprawdzenie za pomocą przyrządu zwanego omomierzem, czy wyznaczony doświadczalnie opór elektryczny 2 oporników badanych zgadza się z jego faktyczną wartością. Wykonują uczniowie chętni lub wyznaczeni przez nauczyciela

b. Uczniów zdolnych można zapytać o przyczyny odchyłek w wartościach oporności wyznaczonej z doświadczenia w stosunku do wartości oporności zmierzonej omomierzem

Wnioski:

c) ogólnie: dla danego przewodnika stosunek wartości napięcia do niego przyłożonego do wartości natężenia płynącego w nim prądu jest wielkością stałą

d) ta stała wielkość ilorazu U do I jest charakterystyczna dla danego przewodnika, oznaczamy ją literą R i nazywamy jego oporem. Jest to tzw. prawo Ohma

9

6. Wprowadzenie teoretyczne.

Georg Simon Ohm – twórca prawa Ohma (ur. 16 marca 1789, zm. 6 lipca 1854)

Matematyk niemiecki, profesor politechniki w Norymberdze i uniwersytetu w Monachium.

Nauczyciel matematyki. Po zainteresowaniu się fizyką napisał prace głównie z zakresu elektryczności i akustyki. Sformułował (1826) prawo opisujące związek pomiędzy natężeniem prądu elektrycznego a napięciem elektrycznym (tzw. Prawo Ohma).

Jego prace, pisane skomplikowanym matematycznym językiem, długo nie były uznawane przez współczesnych mu fizyków. Na jego cześć jednostce oporności (rezystancji) nadano nazwę om.

Prawo Ohma

R U I1

Prawo Ohma mówi nam, że natężenie płynącego przez przewodnik prądu dokładnie „nadąża” za zmianami napięcia. Gdy napięcie wzrasta 2-krotnie, wtedy wywołany tym napięciem przepływ prądu też osiągnie natężenie 2 razy większe, a gdy napięcie wzrośnie 5 krotnie, to natężenie prądu też powinno wzrosnąć 5 razy w stosunku do wartości początkowej.

Prawo Ohma jest spełniane głównie przez metale i materiały ceramiczne. Są jednak substancje, które prawa Ohma nie spełniają, czyli natężenie przepływającego przez nie prądu zmienia się w sposób nieproporcjonalny do napięcia - w sposób nieliniowy; są to np.: półprzewodniki czyli tranzystory, diody itd.

Wykresem funkcji liniowej jest linia prosta, pochylona pod odpowiednim kątem do osi. Kąt ten zależy od współczynnika proporcjonalności. Tu rolę tego współczynnika odgrywa liczba 1/R

Iloraz

I

U nazywam oporem elektrycznym (rezystancją). Oznaczam go literą R.

I

U = R Jednostką oporu elektrycznego jest 1 Ohm (1 Ω)

Opór elektryczny to jest wielkość określająca zdolność ciała do przeciwstawiania się przepływowi prądu. Każde ciało ma inny opór elektryczny.

11