Учебно методическое пособие по теме: «Постоянный ток» для создания индивидуального образовательного маршрута для студентов очной формы обучения

Автономное учреждение

профессионального образования

Ханты-Мансийского автономного округа – Югры

«Сургутский политехнический колледж»

Учебно - методическое пособие

по теме: «Постоянный ток»

для создания индивидуального образовательного маршрута

для студентов очной формы обучения

по специальности: 22.02.06 Сварочное производство

Сургут, 2024

Учебно-методическое пособие по теме: «Постоянный ток» для создания индивидуального образовательного маршрута для студентов очной формы обучения по специальности: 22.02.06 Сварочное производство

Сургутский политехнический колледж, 2024 год

Составитель: Ф.Р. Коновалова, преподаватель

Учебно - методическое пособие составлено для студентов по программе подготовки специалистов среднего звена технических специальностей.

Данное пособие содержит десять учебных элементов по теме: «Постоянный ток», в которые входят тестовые задания, задачи, таблицы для заполнения, указания к выполнению лабораторных работ, приложения, которые, позволяют обеспечить обучающихся дополнительными возможностями для овладения изучаемой темой.

В пособии выстроен индивидуальный образовательный маршрут для студентов по изучению темы: «Постоянный ток», последовательно предлагаются задания, после выполнения, которых учебный материал будет усвоен.

Одобрено на заседании профессионально-методического объединения

«Металлообработка»,

протокол № 3от «23» ноября 2024 г.

Рекомендовано к печати Методическим советом Сургутского профессионального колледжа.

Пояснительная записка

Индивидуальный образовательный маршрут (ИОМ)– структурированная программа действий студента на некотором фиксированном этапе обучения.

Индивидуальная образовательная траектория отражает идеи индивидуализации (учет в процессе обучения индивидуальных особенностей обучающихся во всех формах и методах обучения) и дифференциации (учет индивидуальных особенностей в форме, предполагающей группировку обучающихся на основании выделения определенных особенностей)

Данное методическое пособие по теме: «Постоянный ток» разработано для студентов по программе подготовки специалистов среднего звена технических специальностей, с учетом в процессе обучения их индивидуальных особенностей.В рамках ИОМ студент имеет право сочетать очную и заочную формы обучения, выбирать оптимальный темп обучения.

Назначение данного пособия.

Учебное пособие может быть использовано во внеаудиторной и аудиторной работе со обучающимися с целью изучения нового материала или ликвидации пробелов в знаниях, умениях.

Целевая аудитория

Обучающиеся имеющие индивидуальные особенности, не имеющие возможности обучаться по обычной классно-урочной системе; не имеющие возможность посещать учебные занятия в период спортивных соревнований, творческих конкурсов, особых обстоятельств жизни в семье.

Описание методик

При использовании данного пособия применяется личностно ориентированное обучение (индивидуальный подход). Технология индивидуальных образовательных траекторий - один из вариантов реализации личностно­ ориентированного обучения. Личностно ориентированное обучение направлено на развитие у обучающихся устойчивого интереса к познанию, желания и умения самостоятельно учиться; преодоление трудностей, вызванных различиями в уровне развития обучающихся, формирование основ базовых знаний по дисциплине «Электротехника».

Процессуально - содержательный аспект данной технологии позволяет организовать процесс обучения всей группы обучающихся на основании принципа индивидуализации, лежащего в основе построения индивидуальных образовательных траекторий. В данном пособии есть возможность обучающимся выбирать: уровень, объем содержания предметного знания (не ниже стандартного); информационные источники для его усвоения из списка литературы или приложений к пособию; способ учения (в соответствии с индивидуально-личностными характеристиками (тип мышления, особенности памяти и.т.д.); форму, вид и время контроля по согласованию с преподавателем.

Контроль учебной деятельности обучающихся происходит путем устных опросов в классе и путем оценки письменных работ, за каждое правильно выполненное задание обучающийся получает баллы. Отметка в итоге получается более объективной, чем при обычном опросе. Это также заставляет обучающихся более внимательно и полноценно относиться к выполнению каждого задания. При этом преподавателю не надо «ломать голову» над тем, поставить за работу оценку «3» или все-таки «натянуть» на «4». Пересчет баллов в оценку и уровень обучения сообщается студенту заранее. Если обучающийся пропустил работу или хочет повысить баллы за самостоятельные или контрольные работы, он может выполнить их после занятий. Рабочая тетрадь проверяется по требованию преподавателя. Ответы обучающихся по теме занятия заслушиваются по их желанию, чтобы не тратить время на неподготовленные ответы.

По пособию может быть организовано групповое выполнение отдельного модуля и самостоятельное выполнение - студент получает консультации в процессе выполнения заданий.

Критерии оценивания задач (начисляетсямаксимальное количество баллов)

Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы:

1) правильно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – выражения для силы тока, напряжения,правило расчета сопротивления при последовательном и параллельном соединении проводников);

2) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ; при этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями).

Критерии оценивания лабораторной работы

3) выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;

б) самостоятельно и рационально выбрал и подготовил для опыта необходимое оборудование, все опыты провел в условиях и режимах, обеспечивающих получение результатов и выводов с наибольшей точностью;

в) в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы;

г) соблюдал требования безопасности труда

ЛИСТ ИНДИВИДУАЛЬНОГО МАРШРУТА ОБУЧЕНИЯ

ПО ТЕМЕ«ПОСТОЯННЫЙ ТОК»

Фамилия____________ Имя______________ Группа___________

Мы ничему не можем научить человека.

Мы можем только помочь ему открыть это в себе.

Галилео Галилей

МодульМ.1.Постоянный ток

Информационный блок

Постоянный ток

Проводником называют ве­щество, в котором под действием электрического поля возникает упорядоченное движение заряженных частиц (вещество «проводит» ток). Для этого в веществе должно быть достаточное количество заряженных частиц, способных перемещаться вдоль всего проводника их называют свободными зарядами. В металлах, например, носителями свободных зарядов являются электроны.

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Т акими частицами являются: в металлах - электроны, в электролитах- ионы (катионы и анионы), в газах - ионыи электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках - электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

Электрический ток имеет следующие проявления:

нагревание проводников;изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников).

Причинанагревания проводников или тепловое действие тока. Направленное движение зарядов возникает под действием электрического поля (Е)За счет «трения» этих зарядов о кристаллическую решетку (т.е. многочисленных соударений с ионами) энергия, полученная электронами от этого поля, переходит во внутреннюю (тепловую) энергию проводника. Проводник нагревается и отдает эту энергию в виде теплоты окружающему воздуху. В установившемся режиме температура проводника не меняется, и вся полученная от электронов энергия теряется в виде теплоты.

Э лектрический ток имеет направление.Направление эл. тока - условно принято считать направление движения положительно заряженных частиц ( от + к - ).

Условия существования электрического тока в проводнике:

1. Наличиесвободных заряженныхчастиц ( в металлическом проводнике - свободных электронов),

2. наличиеэлектрического поляв проводнике (электрическое поле в проводнике создается источниками тока.).

Сила тока (I)показывает,какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.Единицаизмерениясилы тока в системе СИ: [I] = 1 A (ампер)

Сила тока одинакова на всех участках неразветвленной цепи (иначе происходило бы накопление заряда). I=q / t

Силу тока измеряют амперметром, прибор последовательно присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить силу тока.

На рисунке: явление взаимодействия двух проводников с током (при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях отталкиваются).

Это интересно!!!

Электрические токи в природе. Мы живем в океане электрических разрядов, создаваемых машинами, станками и людьми. Эти разряды - кратковременные электрические токи не так мощны, и мы их часто не замечаем. Но они все-таки существуют.

Что такое молния? В результате движения и трения друг о друга воздушные слои в атмосфере электризуются. В облаках с течением времени скапливаются большие заряды. Они-то и являются причиной молний. В момент, когда заряд облака станет большим, между его частями, имеющими противоположные по знаку заряды, проскакивает мощная электрическая искра – молния. Молния может образовываться между двумя соседними облаками и между облаком и поверхностью Земли. В этом случае под действием электрического поля отрицательного заряда нижней части облака поверхность Земли под облаком электризуется положительно. В результате молния ударяет в землю.

Обычно молнию рисуют бьющей сверху вниз. Между тем в действительности свечениеначинается снизу и только затем распространяется по вертикальному каналу.Молния – точнее ее видимая фаза, оказывается, бьет снизу вверх!

Домашняя молния.На столе разложить большой полиэтиленовый пакет. На него поставить противень. На середину противня положить большой кусок пластилина, такой чтобы, вместе с пластилином поднимался и противень. Взявшись за пластилин, как за ручку, круговыми движениямипотеретьпротивень о полиэтилен. Потом, держасьтолькоза пластилин, приподнять противень, а другой рукой поднестик краю противнямонету.С противня в монету ударит искра, так как противень, потёртый о полиэтилен, приобрёл отрицательный заряд. Между заряженным противнем и монетой происходит разряд.Так жеобразуется молния в природе!

Электрический ток, протекающийчерез телочеловека, оказывает следующие воздействия:менее 0,01 А- не ощущаетсяили ощущается очень слабо;0,02 А – вызываетболезненныеощущения;0,03 А –нарушаетдыхание;0,1 А - вызывает фибрилляцию сердца, что нередкоприводит к смерти(самый опасный ток);более 0,2 А - вызывает сильный ожог и останавливает дыхание.

Примерно6 тысяч миллионов миллиардовэлектронов проходит за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока в1 Ампер.

Напряжение характеризует электрическое поле, создаваемое током.

Н апряжение (U)  - это физическая величина, характеризующая электрическое поле, которое создаёт ток. Напряжением (разностью потенциалов) на данном участке называют работу всех сил по переносу единичного заряда,равного 1 Кл.вдоль участка цепи.

Напряжением называется величина равная отношению работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку:U=A/q/

За единицу напряжения принимают вольт (1 В = 1Дж / Кл).

В осветительной сети используют напряжение (220 В)

Напряжение измеряют вольтметром, прибор параллельно присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение.

Это интересно !!!

В1979 г. в США было получено в лабораторных условиях самое высокое напряжение. Оно составило 32 ± 1,5 млн В.

Напряжение, считающееся  безопасным для человека в сухом помещении, составляет до 36 В, для сырого помещения это значение опускается до 12 В.

Это надо знать всем !

Что будет с человеком, который окажется рядом с упавшим оголенным кабелем, находящимся под высоким напряжением? Так как земля является проводником электрического тока, вокруг упавшего оголенного кабеля, находящегося под напряжением, может возникнуть опасное для человека шаговое напряжение. Шаговое напряжение, обусловленное электрическим током, протекающим в этом случае в земле, равно разности потенциалов между двумя точками поверхности земли, находящимися на расстоянии одного шага человека. Возникает замкнутаяэлектрическая цепь в теле человека по пути нога-нога.Поражение электрическим током по этому пути считается наименее опасным, т.к. в этом случае через сердце проходит не более 0,04 от общего тока, однако не пытайтесь выбегать оттуда огромными шагами, шаговое напряжение при этом только увеличится! Выходить надо обязательно быстро, но очень мелкими шагами или скачками на одной ноге! Если же рефлекторное действие тока всё-таки успевает проявиться, то человек падает на землю, и возникает более тяжелая ситуация: образуется более опасный путь тока от рук к ногам, и создается угроза смертельного поражения.

К огда человек касается провода, находящегося под напряжением выше 240 В,ток пробивает кожу. Если по проводу течет ток, величина которого еще не смертельна, но достаточна для того, чтобы вызватьнепроизвольное сокращение мышц руки (рука как бы “прилипает” к проводу), то сопротивление кожи постепенно уменьшается, и в конце концов ток достигает смертельной для человека величины в 0,1 А. Человеку, попавшему в такуюопасную ситуацию, нужно как можно скорее помочь, стараясь “оторвать” его от провода, не подвергая при этом опасности себя.

Сопротивление проводников (R). В проводнике направленному движению свободных зарядов (электрическому току) оказывают сопротивление атомы кристаллической решетки. Для поддержания тока на за­ряды должна постоянно действовать силаF = q₀•E в направлении тока. Как только эта сила исчезает, ток быстро обращается в ноль за счет столкновений зарядов с атомами решеткой.

ВеличинуR называютсопротивлением проводника и выражают в омах (Ом = В/А).

Сопротивление проводника равно 1 Ом, если при разности потенциалов на его концах в 1 В,по нему протекает ток силой 1 А.

Сопротивление зависит как от материала про­водника, так и от его формы.

R= p , гдеƖ - длина проводника ( м ), S - площадь поперечного сечения (кв.м ),
p(Ом-м) - удельное сопротивление материала проводника.

Например, для меди р = 1,75 • 10⁸Ом • м, для никеля р =10 • 10 ⁸ Ом • м (при 20°С).

Существует физическая величина обратная сопротивлению - электрическая проводимость:G= 1/R - это электрическая проводимость проводника 

Зависимость сопротивления от температуры. Удельное сопротивлениер и сопротивление проводникаR зависят от темпе­ратуры по закону: р = р₀(1 + at),

R = R₀(1 +at).

зависимость от температуры весьма существенна:

Это интересно !!!

• с опротивления кожи человека обычно изменяется от 1 кОм ( для влажной кожи ) до 500 кОм ( для сухой кожи ),

• сопротивление других тканей тела равно от 100 до 500 Ом,

• соединительные провода, из которых собираются электрические цепи, обладают сопротивлением. Согласно закону Ома на проводах теряется часть напряжения, поэтому, выгодно ставить провода с наименьшим удельным сопротивлением,

• сопротивление проводника зависит от температуры,

• при повышении температуры металлического проводника его сопротивление увеличивается (при нагрева­нии металлического сопротивления до 300°С его сопротивление удваивается),

• при увеличении температурыэлектролита(жидкого проводника) его сопротивлениеуменьшается,

• если взять в качестве проводника уголь (обычную таблетку активированногоугля из аптечки),то его сопротивление при надавливании на уголь уменьшается!

Закон Ома для участка цепи: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. I = U/R.

Работая с формулой закона Ома,легко написать формулу для любой входящей величины с помощью треугольника!

Пользоваться им проще простого! Нужно закрыть пальцем ту величину, которую ты хочешь определить.Если две оставшиеся величины находятся на одном уровне – значит надо их перемножить.Если одна над другой – значит надо разделить верхнюю на нижнюю.

Задача: найти сопротивление участка цепи.

Закон Ома для полной цепи

Н а рисунке: замкнутая цепь состоит из двух частей – внутреннейивнешней. Внутренняя часть - источник тока, обладающий внутренним сопротивлениемr; внешняя — различные потребители, соединительные провода, приборы и т.д. Общее сопротивление внешней части обозначается R. Тогда полное сопротивление цепи равноr + R.

Закон Ома для полной цепи: Сила тока в цепи постоянного тока прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.I = ɛ/R +r.

Р оль источника тока: разделить заряды за счет совершения работы сторонними силами. Любые силы, действующие на заряд, за исключением потенциальных сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских) называют сторонними силами. Сто­ронние силы не электростатической природы должны действовать на свободные заряды для поддержания постоянного тока в замкнутой цепи.

Работа источника тока пропорциональна q, а не зависящая от qвеличина является его характеристикой. Ее называют электродвижущей си­лой (ЭДС) и выражают в вольтах. ЭДС (ɛ) – энергетическая характеристика источника тока. ЭДС- это физическая величина, равная отношению работы -A, совершенной сторонними силами при перемещении электрического заряда-q по замкнутой цепи, к этому заряду:ɛ=A/q

На рисунке: разделение зарядов за счет совершения работы сторонними силами (аналогично работает насос, разделяя потоки воды).

Опорный конспект «Законы постоянного тока»

Соединение проводников

Электрические цепи- состоят из источника, потребителя электрического тока, проводов, выключателя.

Два проводника можно соединить последовательно или параллельно.

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

И ТАК:I = I₁ + I₂,

U₁ = U₂ = U,

Замечание.Сопротивление N последовательно соединенных сопротивлений величиной R каждое равно NR, если же их соединить параллельно, то получим сопротивление R/N.

Лабораторная работа №1

Тема: «Изучение последовательного и параллельного соединений проводников»

Цель: экспериментальная проверка законов последовательного и параллельного соединений проводников, расчет сопротивления при последовательном и параллельном соединении резисторов.

Приборы и материалы: источник тока, два резистора, амперметр, вольтметр, ключ замыкания, соединительные провода

Ход работы

1 часть: изучение последовательного соединения резисторов

1. Заполните пропуски в формулах последовательного соединения

U=U₁…U₂ R=R₁….R₂

2 Соберите цепь для изучения последовательного соединения по схеме:

3 Измерьте силу тока. Поочерёдно включая вольтметр к первому резистору, ко второму резистору и ко всему участку, измерьте напряжение. Результаты измерений занесите в таблицу

4 Вычислите сопротивления и занесите результаты в таблицу

R₁= =….Ом R₂= R=

5 Проверьте формулы (см пункт 1) последовательного соединения по данным таблицы

6 Посмотрите на резисторы и запишите: R₁=….Ом R₂=….Ом

7 Вычислите рассчитанное сопротивление при последовательном соединенииR=R₁+R₂=….Ом

8 Сравните измеренное и рассчитанное сопротивления при последовательном соединении

2 часть: изучение параллельного соединения

1 Заполните пропуски в формулах параллельного соединения

I=I₁….I₂

2Cоберите цепь для изучения параллельного соединения

3 Замкните цепь и измерьте силу тока и напряжение на участке при параллельном соединении

Запишите: I= ….….A U=………B

4 Пользуясь измеренными данными вычислите сопротивление участка при параллельном соединении

R= ………Ом (измеренное сопротивление)

5 Посмотрите на резисторы и запишите R₁=…….Ом R₂=………Ом

6 Вычислите по формуле (см пункт1) сопротивление при параллельном соединении

……….Ом (рассчитанное сопротивление)

7 Сравните рассчитанное и измеренное сопротивления при параллельном соединении

Лабораторная работа№2.

Тема: « Измерение мощностилампы накаливания».

Цель: научиться пользоваться техническими электроизмерительными приборами (амперметром и вольтметром) для измерения мощности потребителей энергии.

Оборудование: электрическая лампа на подставке; ключ; 4)амперметр;

вольтметр ; соединительные провода.

Ответить на вопросы:

1.Как узнать сопротивление нити электрической лампы с помощью амперметра и вольтметра?

2.В каких единицах измеряется электрическая мощность?

3.Как узнать мощность тока посредством амперметра и вольтметра?

Порядок выполнения работы.

1.Соберите электрическую цепь.

2.Измерьте падение напряжения ‍U на лампе.

3.Измерьте ток I.

4.Определите сопротивление раскаленной нити электрической лампы.R=U/I.

5.Определите мощность лампы. Р= IU.

6.Сравните величину мощности лампы, указанную на цоколе, с найденной.

Задание

Определить общее сопротивление цепи, токи во всех ветвях и напряжения на каждом сопротивлении, если напряжение U=120 В.

Алгоритм проведения расчета электрической цепи

1. Рассчитать последовательное соединение R₁-R₄.

2. Рассчитать параллельное соединение R₁₄-R₃.

3. Рассчитать последовательное соединение R₂-R₅.

4. Рассчитать параллельное соединение R₁₃₄-R₂₅.

5. Найти эквивалентное сопротивление, рассчитав последовательное соединение R₁₂₃₄₅-R₇₈.

6. Найти общий ток в цепи.

7. Найти токи на сопротивлениях R₇ и R₈.

8. Найти напряжения на сопротивлениях R₇ и R₈.

9. Найти напряжение между точками а и б.

10. Найти ток на сопротивлениях R₁ и R₄; R₂ и R₅.

11. Найти ток на сопротивлении R₃.

12. Сделайте проверку I=I1+I2+I3

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/611424-uchebnometodicheskoe-posobie-po-teme-postoja