Урок 31 Тема: «Активное сопротивление в цепи переменного тока»

Тема: «Активное сопротивление в цепи переменного тока».п.32 Тип урока: обучающий. Цель урока:

образовательная :Получение и вывод формулы переменного тока. Изучение влияния активного сопротивления на переменный ток, вывод формулы мощности активной нагрузки и действующих значений тока и напряжения. развивающая: формировать у учащихся умение выделять главное и существенное в излагаемом разными способами материале, развитие познавательных интересов и способностей школьников при выявлении сути процессов . воспитательная: воспитывать сам- ть, трудолюбие, точность и четкость при ответе, умение видеть физику вокруг себя.

Ход урока: 1. Организационный момент. 2 . Проверка домашнего задания. Опрос учащихся по вопросам у доски:1. Дайте определение колебательного контура. Начертите его схему.

2. В каких единицах измеряется частота переменного тока? Циклическая (круговая) частота?

3. Уравнение гармонических колебаний заряда.

4. Формула связи периода и частоты колебаний.

5. Формула Томсона

6. Уравнение гармонических колебаний напряжения.

7. Формула, по которой можно вычислить амплитудное значение силы тока1. В каких единицах измеряется напряжение? ЭДС?

2. Уравнение гармонических колебаний силы тока.

3. Формула связи частоты (или периода) с циклической частотой колебаний.

4. Уравнение гармонических колебаний ЭДС

5. Связь колебаний силы тока и напряжения в цепи с катушкой.

6. Закон электромагнитной индукции

7. Формула, по которой можно вычислить амплитудное значение ЕДС

Решение задачи: Упр.4 № 4.

ω = 2πn ε max = B·S·2πn

ε max = 0,2 · 10 -2 · 2 · 3,14 · 50 = 0,628 В

Ответ: амплитуда ЭДС ε max = 0,628 В.

3. Объяснение нового материала. Лекция учителя. Тема: «Активное сопротивление в цепи переменного тока» 1. Активное сопротивление

R– активное сопротивление, оно поглощает энергию идущую от генератора, превращая ее в тепловую.u=U max Cosωt

Закон Ома запишется:

,где - амплитуда силы тока.

Сила тока в цепи с активным сопротивлением совпадает по фазе с напряжением.

2. Мощность P = I 2 · R - мощность в цепи постоянного тока.Для переменного тока:

Построим график мощности

Среднее значение Cos 2ωt за период T равно нулю, поэтому среднее значение мощности, потребляемой электрической цепью с активным сопротивлением равно:

3. Действующие значения тока и напряжения Если среднее значение мощности ,

то - среднее значение квадрата тока.Значит среднее (действующее) значение тока равно:

Аналогично среднее (действующее) значение напряжения равно:

Действующее значение переменного тока равно постоянному току, выделяющему в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

Амперметр и вольтметр показывают действующие значения тока и напряжения. 4.Закрепление . работа с уч. Стр95( вопросы) устно 5.Итог урока Д/З § 32.

Тема урока: Конденсатор в цепи переменного тока.п.33

Цель урока: Образовательная :Раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при протекании переменного тока через конденсатор. Рассмотреть основные особенности емкостного сопротивления и научить учащихся произво­дить простейшие расчеты емкостного сопротивления и в ходе компьютерной лабораторной работы исследовать его зависимость от частоты и электроемкости. Обратить внимание на энергетические превращения, фазовые соотношений меж­ду током и напряжением, выполнение закона Ома. развивающая: формировать у учащихся умение выделять главное и существенное в излагаемом разными способами материале, развитие познавательных интересов и способностей школьников при выявлении сути процессов . воспитательная: воспитывать сам- ть, трудолюбие, точность и четкость при ответе, умение видеть физику вокруг себя

1. Действующее значение напряжения в цепи переменного тока 127 В . Амплитудное значение напряжения равно: 1) 127В 2) 180В 3) 220в 4) 90В

2. Амплитудное значение силы тока в цепи переменного тока 2 А Действующее значение силы тока равно 1) 2,8А 2) 3А 3) 1,4А 4) 1,2А

6. Изменение силы тока в зависимости от времени задано (в единицах СИ) уравнением i =20 cos (100  t) . Определите :

амплитуду силы тока ______________

действующее значение силы тока _______________

циклическую частоту _______________

частоту колебаний _______________

период колебаний _______________

7. Средняя мощность, выделяющаяся в резисторе в цепи переменного тока при амплитудном значении силы тока 2 А и амплитудном значении напряжения 30 В равна ________________________________

2 . Решение задачи : От генератора переменного тока питается электропечь сопротивлением 22 Ом. Найти количество теплоты Q, выделяемое печью за время равное 1 часу, если амплитуда тока равняется 10 Ампер.

3. Актуализация знаний: Что такое конденсатор? Протекает ли постоянный ток через конденсатор?

Изучение нового материала ( презентация к уроку 31)

2. Используя таблицу, вводят представление о сдвиге фаз между током и напряжением и вводят понятие емкостного сопротивления.

4.Закрепление нового материала:

К зажимам генератора присоединён конденсатор ёмкость 0,1 мкФ. Найти амплитуду напряжения на зажимах если амплитуда, тока 2,2 А, период колебаний тока 0,2 мс.

Проверку решения осуществляют при помощи компьютерного «Решебника по физике»

5.Подведение итогов урока. Домашнее задание * § 33;

Тема: Катушка индуктивности в цепи переменного тока.п.34

Дидактическая цель: создание условий для восприятия, осмысления и первичного закрепления новой учебной информации.

познавательная – знать понятие индуктивного сопротивления, его влияние на силу тока в цепи, уметь объяснять зависимость индуктивного сопротивления от частоты переменного тока и индуктивности; строить графики зависимости силы тока и напряжения от времени;

воспитательная – создание ситуации для самостоятельного решения проблемных ситуаций;

развивающая – развитие мышления через решение качественных и экспериментальных задач.

"Незнающие пусть научатся, а знающие вспомнят еще раз." Античный афоризм.

Этот афоризм выбран мной не случайно. Дело в том, что сегодня при изучении нового материала нам все время придется вспоминать старый материал, который мы изучали с начала года. Вы имеете представление о переменном токе, трансформаторе, ферромагнетиках, индуктивности, законе электромагнитной индукции, самоиндукции и так далее. Сегодня все это мы вспомним еще раз.

3. Новый материал.

На прошлом уроке мы на опыте убедились, что конденсатор влияет на силу переменного тока. Чем больше емкость, тем больше сила тока. Сегодня на опыте мы убедимся, что катушка индуктивности, включенная в сеть переменного тока, тоже влияет на силу тока в ней.

Рассмотрим поведение катушки индуктивности в цепи переменного тока.

- Что такое индуктивность и от чего она зависит?

Физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать изменению тока в нем численно равная ЭДС самоиндукции возникающей в проводнике при изменении силы тока на 1А за 1 с.

- От чего зависит индуктивность?

От размеров и форм проводника, и магнитных свойств среды в которой находится проводник.

Подключим катушку индуктивности последовательно с лампочкой к источнику синусоидального напряжения. Сопротивление катушки переменному току называют индуктивным сопротивлением и обозначают X L

- Как провести исследование зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока?

Необходимо изменять частоту подаваемого напряжения и следить за яркостью горения лампочки.

Проделаем это.(Учитель проводит демонстрацию)

- Какой вывод из опыта мы можем сделать?

При увеличении частоты приложенного напряжения яркость горения лампочки уменьшилась, значит, уменьшилась сила тока. А т.к. амплитуда колебаний напряжения постоянна, то из закона Ома следует, что причиной уменьшения силы тока было увеличение сопротивления катушки. Следовательно, при увеличении частоты переменного тока индуктивное сопротивление увеличивается.

Запишем результаты эксперимента:

U max = const, L = const .  => I , так как X L

Вывод X L прямо зависит от  .

Исследуем зависимость индуктивного сопротивления от индуктивности катушки.

- Как провести такое исследование?

Необходимо изменять индуктивность катушки и следить за яркостью горения лампочки.

Проделаем это.(Учитель проводит демонстрацию)

- Какой вывод из опыта мы можем сделать?

При увеличении индуктивности катушки яркость горения лампочки уменьшилась, значит, уменьшилась сила тока. А т.к. амплитуда напряжения постоянна, то из закона Ома следует, что причиной уменьшения силы тока было увеличение сопротивления катушки. Следовательно, при увеличении индуктивности катушки ее сопротивление переменному току увеличивается.

Запишем результаты эксперимента:

U max = const,  = const . L => I , так как X L

Вывод X L прямо зависит от L .

Сформулируем вывод, от чего зависит сопротивление катушки переменному току.

Сопротивление катушки прямо зависит от частоты переменного тока и индуктивности катушки.

Как выводится формула для индуктивного сопротивления, чему равен сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения на катушке вы прочитаете в учебнике и самостоятельно заполните оставшуюся часть таблицы. (Учащимся отводится на эту работу 10 - 15 минут. При заполнении таблицы учитель строит вместе с учащимися графики зависимости индуктивного сопротивления от индуктивности катушки и частоты приложенного переменного напряжения)

- Чему равен сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения в цепи с катушкой индуктивности?

Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения в цепи с катушкой индуктивности равен /2. Причем колебания силы тока отстают от колебаний напряжения.

- Чему равна средняя за период мощность в цепи с катушкой индуктивности?

Средняя за период мощность в цепи с катушкой индуктивности равна нулю.

- От чего и как зависит индуктивное сопротивление катушки индуктивности?

Индуктивное сопротивление катушки индуктивности прямо пропорционально индуктивности катушки и частоте колебаний напряжения, приложенного к катушке индуктивности.

- Как выглядит график прямо пропорциональной зависимости?

Прямая, проходящая через начало координат.

4. Совершенствование знаний при решении задач

А.П. Рымкевич Физика. Задачник. 10 – 11 класс (2001г.), № 979 (969).

Задача 1: Амплитуда переменного напряжения на концах катушки равна 628 В, амплитуда силы тока 1 А, частота тока 50 Гц. Чему равна индуктивность катушки?

Задача 2 : Катушка с индуктивностью 0,08 Гн присоединена к источнику переменного тока частотой 1000 Гц. При этом вольтметр показывает 100 В. Определить амплитуду тока в цепи.

5. Подведение итогов урока

Что мы изучили на сегодняшнем уроке?

С какими новыми величинами мы познакомились?

От чего и как зависит емкостное сопротивление?

От чего и как зависит индуктивное сопротивление?

Каков вид закона Ома для цепи переменного тока с конденсатором? С катушкой индуктивности?

Каков сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения в цепи с конденсатором? С катушкой индуктивности?

Итог урока: мы убедились в том, что в цепи переменного тока существуют три различных сопротивления: активное, индуктивное и емкостное. Каждое из этих сопротивлений по-своему влияет на силу тока в цепи. Это влияние необходимо учитывать в технике при расчете цепей переменного тока.

Домашнее задание: §33, повторить §30-32

Тема: решение задач

Цель: отработать методику решения типовых задач этой темы; развивать самостоятельность; умение работать коллективно; воспитывать аккураmность в записях, воспитывать трудолюбие, точность и четкость при ответе, умение видеть физику вокруг себя.

2.фронтальная работа с классом- устно

При изменении силы тока в катушке изменяется магнитный поток и возникает ЭДС самоиндукции.

Индуктивное сопротивление катушки равно

Колебания силы тока в катушке индуктивности по фазе отстают на π/2 от колебаний напряжения на ней.

Среднее значение за период мощности переменного тока в катушке индуктивности равно нулю.

Элементы цепи, для которых среднее значение мощности переменного тока равно 0, обладают реактивным сопротивлением. Поэтому индуктивное сопротивление катушки является реактивным.

Вчера пришла домой после акробатики. Включила свет, компьютер. Как вдруг лампочки замигали. Чуть не погасли и тут же компьютер и котел отключились…Такое часто бывает. Почему?

^ В осветительную сеть был включен потребитель с большой мощностью, например, сварочный аппарат, что привело к резкому падению напряжения

«учите постоянный ток а в основном везде подводится переменный» Как, а 220 В?» Что ему сказать?

Это среднее напряжение в цепи переменного тока, представляет собой такое напряжение постоянного тока, при котором мощность в данной цепи была бы такой же, как при данном переменном токе в течение одного периода Какой ток в вашей осветительной сети? Что это значит?

( переменный: ток меняющий 100 раз в секунду свое направление, причем меняется сила тока и напряжение)

^ Как узнать ток постоянный или переменный?

(Один из способов, не требующий никаких приборов. Надо взять какой-нибудь тонкий блестящий предмет – ножницы, нож, вязальную спицу и, став спиной к зажженной электрической лампе, держать его на вытянутой руке на расстоянии 50 см от глаз. Затем привести предмет в быстрые колебания и наблюдать отраженный свет. Если при этом видна равномерно светящаяся полоса, то ток, идущий через лампу постоянный (рис 2). Если полоса распадается на ряд чередующихся светлых и темных участков, то сеть питается переменным током)

^ Какова стандартная частота тока? Почему именно такая?

(Частота – число периодов в секунду - 50 Гц. Такая частота обеспечивает возможность применения переменного тока для освещения. Раскаленный волосок электрической лампочки не успевает сильно остыть за то время, в течение которого сила тока равна или почти равна нулю. Кроме того, и наш глаз не может подметить быстро следующих колебаний освещенности.)

^ Почему нельзя прибор, в паспорте которого указано, что он предназначен для переменного тока, включать в сеть постоянного тока?

(Выйдет из строя, произойдет перегорание проводящих частей.)

^ Почему нельзя заряжать аккумулятор переменным током?

(Зарядка не возможна, так как химическая реакция будет протекать, изменяя направление с частотой тока и перераспределение зарядов не произойдет)

^ Будет ли электромагнит работать от переменного тока так же, как от постоянного?

Да. Проверим на опыте.

Фронтальная работа с классом письменно( можно с интерактивной доской)

Вам предлагается задание по моему указанию вы отвечаете на вопрос, поднимая карточку с выбранным номером ответа. (Сторона карточки обращенная к учителю, может быть окрашена в определенный цвет) Задание 6 В рамке, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле, вследствие изменения потока магнитной индукции через рамку возникает гармоническая ЭДС. Пусть за время t рамка поворачивается.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея в рамке возникает ЭДС индукции, равная…

Потока магнитной индукции, пронизывающий рамку, равен…

Угол поворота рамки определяется как произведение…

На примере механических гармонических колебаний мы видели, что скорость изменения колеблющейся величины опережает по фазе на π/2 изменение самой величины, следовательно, ЭДС индукции в момент t равна…

Амплитудное значение ЭДС индукции равно…

1.BScosα. 2. ωt. 3. – ΔΦ/ Δt. 4. E m sinωt. 5. BSω.

Ответ: I – 3; II – 1; II – 2; I IV – 4; V – 5.

Напряжение на участке цепи при постоянной силе тока численно равно работе, которую совершает источник при прохождении по этому участку единицы количества электричества.

Следовательно, при прохождении по участку количества электричества q совершается работа…

Количество электричества, прошедшее по участку за время t, равно…

Используя полученные ранее соотношения, получаем выражние для работы постоянного электрического тока…

Мощность в цепи постоянного тока равна…

Цепи переменного тока характеризуются действующими значениями силы тока и напряжения и средней ( за период) мощностью, которая равна…

1.IU. 2. Uq. 3. It. 4. IUt. 5. IUcosωt.

Ответ: I – 2; II – 3; III – 4; IV – 1; V – 5.

В сеть переменного тока напряжением 110 В включен последовательно конденсатор емкостью 50 мкФ и катушка индуктивностью 20 мГн с активным сопротивлением 4 Ом. Определите:

Максимальное значение напряжения в цепи (В);

Собственную частоту колебательного контура (Гц);

Индуктивное сопротивление (Ом);

Полное сопротивление при резонансе (Ом);

Максимальное значение силы тока при резонансе (А).

1.20. 2) 155. 3) 38,8. 4) 4. 5) 160.

Ответ: I - 2; II – 5; III – 1; IV – 4; V – 3.

Решение: U m = U√2 = 110*1,4 = 155 В;

I m = U m /R = 38,8 А

Д/З Вольтметр на щетках электродвигателя показывает напряжение 120 В, амперметр 450 А. Определите:

Общее сопротивление (Ом);

Индуктивное сопротивление, если активное сопротивление обмотки двигателя 0,247 Ом;

Полную мощность источника тока (кВт);

Количество теплоты, которое выделяется каждую секунду в цепи (кДж).

1.0,1. 2) 0,267. 3) 54. 4) 50.

Решение; Z = U m / I m = 0,267 Ом;

X l = √Z 2 - R 2 = 0,1 Ом;

Q = I 2 Rt = 50 кДж.3.Решение задач( вместе)

1. Максимальный заряд на обкладках конденсатора колебательного контура q m = 10 -6 Кл. Амплитудное значение силы тока и контуре I m = 10 -3 А. Определите период колебаний. (Потерями па нагревание проводников можно пренебречь.)

Решение. Амплитудные значения силы тока и заряда связаны соотношением:

2. Рамка площадью S = 3000 см 2 имеет N = 200 витков и вращается в однородном магнитном поле с индукцией В = 1,5 • 10 - 2 Тл. Максимальная ЭДС в рамке m = 1,5 В. Определите время одного оборота.

Решение. Магнитный поток, пронизывающий рамку, равен:

Согласно закону электромагнитной индукции:

е = - Ф' = BSN sin t.

Амплитуда ЭДС индукции

3. В цепь переменного тока с частотой v = 500 Гц включена катушка индуктивностью L = 10 мГн. Определите емкость конденсатора, который надо включить в эту цепь, чтобы наступил резонанс.

Решение. Электрическая цепь согласно условию задачи представляет собой колебательный контур. Резонанс в этой цепи наступит, когда частота переменного тока будет равна собственной частоте колебательного контура (v = v 0 ).

4.Решение задач сам-но( не решенные задачи закончить дома- карточки) УПРАЖНЕНИЕ 4

1. После того как конденсатору колебательного контура был сообщен заряд q = 10 -5 Кл, в контуре возникли затухающие колебания . Какое количество теплоты выделится в контуре к тому времени, когда колебания в нем полностью затухнут? Емкость конденсатора С = 0,01 мкФ.

2. Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью L = 0,003 Гн и плоского конденсатора емкостью С = 13,4 пФ. Определите период свободных колебаний в контуре.

3. В каких пределах должна изменяться индуктивность катушки колебательного контура, чтобы частота колебаний изменялась от 400 до 500 Гц? Емкость конденсатора 10 мкФ.

4. Определите амплитуду ЭДС, наводимой в рамке, вращающейся в однородном магнитном поле, если частота вращения составляет 50 об/с, площадь рамки 100 см 2 и магнитная индукция 0,2 Тл.

5. Катушка индуктивностью L = 0,08 Гн присоединена к точнику переменного напряжения с частотой v = 1000 Гц. Действующее значение напряжения U = 100 В. Определите амплитуду силы тока I m в цепи.