УРОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ТЕМЕ «ПРОИЗВОДСТВО И ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ» В ФОРМЕ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ
«АПШЕРОНСКИЙ ЛЕСХОЗ-ТЕХНИКУМ»
Автор:
Зюзина Е.В.преподаватель физики
высшей квалификационной категории.
УРОК ПО ТЕМЕ
«ПРОИЗВОДСТВО И ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ»
В ФОРМЕ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ-
Цель урока: изучить процесс производства и передачи электроэнергии.
Задачи
Образовательные: закрепить знания об особенностях передачи электроэнергии, обобщить и систематизировать знания о производстве электроэнергии, дать понятие о необходимости передачи электрической энергии на большие расстояния; ознакомить обучающихся с решением научно-технических и экономических проблем при осуществлении передачи электроэнергии;
Развивающие: продолжить формирование умений сравнивать, обобщать, делать выводы, структурировать изученный материал, развивать умения обучающихся работать самостоятельно и в группах, объективно оценивать знания.
Воспитательные: воспитывать культуру общения, чувство ответственности за результаты своего труда, бережного отношения к природе экономить и электроэнергию.
Форма организации познавательной деятельности: парно –групповая, групповая, коллективная, индивидуальная.
Оборудование:
Ноутбук, мультимедийный проектор, письменные и чертежные принадлежности, лабораторное оборудование по электродинамике.
Форма урока: урок научно-практическая конференция с элементами мозгового штурма
Межпредметные связи: Экология, математика.
Внутрипредметные связи: Трансформатор, генератор переменного тока, ХОД УРОКА
I. Организационный момент (2 мин).
II. Регистрация участников (Актуализация знаний) (10 мин.).III. Мозговой штурм (20 мин)
3.1Первичная проверка знаний и способов деятельности учащихся.
3.2Применение знаний и способов деятельности.
IV. Обобщение и систематизация знаний. (10 мин).
V. Подведение итогов. Задание на дом (2 мин)
VI. Рефлексия (1 мин)
Организационный момент.
Дидактическая задача: настроить обучающихся к работе на уроке.
Здравствуйте, рада нашей новой встрече
Мы собрались на трёхстороннюю встречу ,чтобы найти решение научно-технических и экономических проблем при осуществлении передачи электроэнергии;
«Мы с вами будем думать, предлагать и рассуждать,и с собой возьмем внимание, знания, интерес, старание».
Слайд № 1 Регистрация участников (Актуализация знаний, проверка остаточных знаний) Преподаватель предлагает вытянуть карточку и выстроить логическую цепочку по теме: «Постоянный и переменный ток» на доске закрепив карточку магнитиком
ЭЙ АР ГАЙД (Anticipation-Reaction Guide «Руководство предположения/реакции») - обучающая структура, в которой сравниваются знания и точки зрения учеников по теме до и после выполнения «упражнения-раздражителя» для активизации мышления (видео, картинка, рассказ и т.д.)
Давайте зарегистрируемся, применив структуру ЭЙ АР  ГАЙД  ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ:
1.Преподаватель предлагает выбрать карточку любого цвета.
2.Преподаватель начинает логическую цепочку в виде схемы
2.Студенты думают над поставленной задачей: продолжают достраивать логическую цепочку, чтобы ответ был в виде схемы
3. Обосновывают короткими ответами свое решение по данной поставленной проблеме.
4.Время работы – 2 мин.
Определяем тему урока и цель встречи
Тимбилдинг (объединение команды) при помощи решения одной общей задачи.
III.Мозговой штурм. (автор метода Алекс Озборн )Ознакомиться с техникой безопасности при работе с электрическим током. Прошу расписаться в листах по технике безопасности. Работать будем в группах Работа на уроке будет оцениваться как отличная идея. хорошая работа, удовлетворительная выступление.
КАКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМЫ НА ЭКРАНЕ ВЫ ЗНАЕТЕ? ПЕРЕЧИСЛИТЕ НА ЛИСТОЧКЕ
РАУНД ТЭЙБЛ (Round Table) - обучающая структура, в которой учащиеся по очереди выполняют письменную работу по кругу на одном (на команду) листе бумаги.
ИНТСТРУКЦИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
На одном листочке по кругу каждый записывает один элемент, который определили на картинке
(КАК ВЫ ДУМАЕТЕ – КАКОЙ ПРОЦЕСС ИЗОБРАЖЕН НА ЭКРАНЕ ? создание проблемной ситуации) Преподаватель задает вопрос и дает время подумать.
ДАВАЙТЕ ОПРЕДЕЛИМ ТЕМУ НАШЕЙ ВСТРЕЧИ И ЦЕЛЬ
ЗУМ ИН (Zoom In) - «увеличивать» - обучающая структура, помогающая более подробно и детально рассмотреть материал по чтению или видеоматериал, останавливаясь и отвечая на вопросы для генерирования интереса к определенной теме.
Обучающиеся определяют тему и цель урока по картинке на слайде. Лидер зачитывает результат обсуждения :тему урока и цель.
1. Дается время на запись и обмен ответами
2.Устный опрос представителя группы.
- Конструктивный вопрос: Какая тема и цель нашей встречи?
Метод « мозговой-штурм»
ТЕОРЕТИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАТОРЫ
Обучающиеся из числа представителей по производству электроэнергии дают характеристику генератору переменного тока
Параллельно проводят подготовку к демонстрации эксперимента и декларации вывода по теме электромагнитная индукция
Обучающиеся из числа представителей по транспорту электроэнергии дают характеристику трансформатору:
Параллельно проводят подготовку к демонстрации эксперимента и декларации вывода по теме трансформатор
-Обучающиеся из числа представителей потребителей электроэнергии дают характеристику электроприборов:
Параллельно проводят подготовку к демонстрации эксперимента и декларации вывода по теме зависимость мощности от силы тока.
Решение задач по карточкам в группе потребителей
1.Электроплита мощностью 2 кВт за 15 минут потребит из электросети и отдаст в окружающую среду энергию, равную 2 кВт ⋅ 0,25 ч = 0,5 кВт⋅ч;
2.Электролампа мощностью 100 Вт, включаемая ежедневно на 8 часов, за месяц потребляет 0,1 кВт ⋅ 8 ч/день ⋅ 30 дней = 24 кВт⋅ч.
3.Энергосберегающая лампа мощностью 20 Вт, включаемая ежедневно на 8 часов, за месяц потребляет 0,02 кВт ⋅ 8 ч/день ⋅ 30 дней = 4,8 кВт⋅ч. Постановка проблемы:
Электрический ток нагревает провода. При этом, естественно, неизбежны энергетические потери. Как можно уменьшить энергетические потери?
Решение проблемы
Q=I2Rt. Закон Джоуля-Ленца Количество теплоты пропорционально силе тока, при увеличении силы тока увеличивается количество теплоты
Р =U1I1
Необходимо увеличивать напряжение.
ВНИМАНИЕ
(Сигнал тишины) Итак, мы видим на экране Электростанция производит ток подает на повышающий трансформатор затем продолжите предложение ,
а как можно уменьшить энергетические потери во внешнюю среду? Обобщение и систематизация знаний.
IV. Общий итог Каждая группа озвучивает
Зашифруйте схему и определите напряжение после каждого этапа преобразования( обучающей структуре раунд тэйбл (round table) ) РАУНД ТЭЙБЛ (Round Table) - обучающая структура, в которой учащиеся по очереди выполняют письменную работу по кругу на одном (на команду) листе бумаги.
V. Задание на дом
VI. Рефлексия (необходимо проанализировать свою деятельность на уроке, выбрав одно из высказываний великих мыслителей)
Технологическая карта урока физики 1 курс по теме: «Производство и передача электроэнергии».
Этапы урока Цель данного этапа Содержание учебного материала Деятельность учителя Деятельность
учащихся Время
1.Организационный момент Создать эмоционально-психологическую готовность обучающихся к общению и предстоящей учебно-познавательной деятельности. Настрой на работу : Сегодня мы свами собрались на трёхстороннюю встречу ,чтобы найти решение научно-технических и экономических проблем при осуществлении передачи электроэнергии «Мы с вами будем думать, предлагать и рассуждать,и с собой возьмем внимание, знания, интерес, старание».
Приветствие,
информационный настрой на урок (стих).
Приветствие.
В тетради запись числа . 1 мин.
2.Регистрация участников (Актуализация знаний, проверка остаточных знаний) Развивать умение структурировать материал.
Электрический ток Предложение преподавателя вытянуть карточку и выстроить логическую цепочку по теме постоянный и переменный ток на доске закрепив карточку магнитиком
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ИНСТРУКЦИЕЙ:
1.Преподаватель предлагает выбрать карточку любого цвета.
2.Преподаватель начинает логическую цепочку в виде схемы
3.Студенты думают над поставленной задачей: продолжают достраивать логическую цепочку, чтобы ответ был в виде схемы
4.Обосновывают короткими ответами свое решение по данной поставленной проблеме.
5.Время работы – 2 мин.
тимбилдинга (объединение команды) при помощи ЭЙ АР ГАЙД (Anticipation-Reaction Guide «Руководство предположения/реакции») - обучающая структура, в которой сравниваются знания и точки зрения учеников по теме до и после выполнения «упражнения-раздражителя» для активизации мышления (видео, картинка, табличка, рассказ и т.д.)
1.Студенты думают над поставленной задачей: продолжают достраивать логическую цепочку, чтобы ответ был в виде схемы
2.Обосновывают короткими ответами свое решение по данной поставленной проблеме.
3.Время работы – 2 мин.
5 мин.
3.Мотивация.
Подготовить учащихся к восприятию нового материала, вызвать интерес к изучению новой темы.
Тема урока:
Производство и передача электроэнергии Посмотрите на слайд
«подумайте-запишите-обсудите  в  команде»
КАКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМЫ ВЫ ЗНАЕТЕ?
ПЕРЕЧИСЛИТЕ
НА ЛИСТОЧКЕ
ВНИМАНИЕ (сигнал тишины)
-1.Учитель задает вопрос и дает время подумать (КАК ВЫ ДУМАЕТЕ – КАКОЙ ПРОЦЕСС ИЗОБРАЖЕН НА ЭКРАНЕ ?создание проблемной ситуации)
2. Дается время на запись и обмен ответами
3.Устный опрос представителя группы.
- Конструктивный вопрос: Какая тема нашего занятия? ЗУМ ИН (Zoom In) - «увеличивать» - обучающая структура, помогающая более подробно и детально рассмотреть материал по чтению или видеоматериал, останавливаясь и отвечая на вопросы для генерирования интереса к определенной теме.
ИНСТРУКЦИЯ
Обучающиеся перечисляют по картинке на слайде , ГЭС,ЛЭП, Трансформатор(повышающий) (понижающий)
Лидер зачитывает результат обсуждения :тему урока и цель.
Структура ФИНК РАЙТ РАУНД РОБИН (подумай, запиши, обсуди)
ИНСТРУКЦИЯ
Обучающиеся определяют тему и цель урока по картинке на слайде.
Лидер зачитывает результат обсуждения :тему урока и цель.
- Формулируют тему и цель урока.
1 мин.
2 мин.
4.Проверка знаний и способов деятельности обучающихся.
5.Применение знаний и способов деятельности.
Развивать умение структурировать материал.
Развить умение проводить эксперимент и делать выводы
Перенос теоретических знаний на практические действия через групповую деятельность: обмен информацией посредством взаимоконтроля.
Понятия:
Генератор
Трансформатор
Потребители электрической энергии Принцип работы генератора переменного тока
(индивидуальный опрос).
Продемонстрируйте на каком физическом явлении основана работа генератора?
Продемонстрируйте работу трансформатора
Продемонстрируйте как зависит мощность от силы тока -Обучающие из числа представителей по производству электроэнергии дают характеристику генератору переменного тока
Параллельно проводят подготовку к демонстрации эксперимента и декларации вывода по теме электромагнитная индукция
-Обучающие из числа представителей по транспорту электроэнергии дают характеристику трансформатору:
Параллельно проводят подготовку к демонстрации эксперимента и декларации вывода по теме трансформатор
-Обучающие из числа представителей потребителей электроэнергии дают характеристику электроприборов:
Параллельно проводят подготовку к демонстрации эксперимента и декларации вывода по теме зависимость мощности от силы тока.
Решение задач
ИНСТРУКЦИЯ №5
Ели вы решите три задачи правильно ,то получаете оценку «5», 2 задачи на оценку «4» или 1задачу на оценку «3»
. Поменяйтесь с соседом листочками проверьте друг у друга решение (но не переписывайте чужие мысли, вдруг ваши лучше)
Занесите ответы в таблицу
Сдайте табличку преподавателю на проверку.
ЗАДАЧИ
1.Электроплита мощностью 2 кВт за 15 минут потребит из электросети и отдаст в окружающую среду энергию, равную
А) 0,5 кВт⋅ч;Б) 0,5 кВт⋅с;В) 0,5 Вт⋅ч;
2.Электролампа мощностью 100 Вт, включаемая ежедневно на 8 часов, за месяц потребляет
А)24 кВт⋅ч.Б)20 Вт⋅ч.В)10 ВТ
3.Энергосберегающая лампа мощностью 20 Вт, включаемая ежедневно на 8 часов, за месяц потребляет
А)4,8 кВт⋅ч. Б) 10 В В)48 кВт⋅ч.
13 мин.
Перенос теоретических знаний на практические действия через групповую деятельность: обмен информацией
МЕТОД МОЗГОВОГО ШТУРМА Закон
Джоуля –Ленца
Постановка проблемы:
Электрический ток нагревает провода. При этом, естественно, неизбежны энергетические потери. Как можно уменьшить энергетические потери во внешнюю среду?
ВНИМАНИЕ
(сигнал тишины)
Решение проблемы
Q=I2Rt. Закон Джоуля-Ленца
Количество теплоты пропорционально силе тока, при увеличении силы тока увеличивается количество теплоты
Р =U1I1
Необходимо увеличивать напряжение.
5 мин.
6. Обобщение и систематизация знаний. Закрепление и систематизация знаний.
Итак, мы видим на экране Постройте схему производства и передачи электроэнергии
Учитель демонстрирует верную схему.
ОЦЕНИВАНИЕ ВЫСТУПЛЕНИЙ ОБУЧАЮЩИХСЯ
ОТЛИЧНАЯ РАБОТА.
ОТЛИЧНАЯ ИДЕЯХОРОШАЯ ИДЕЯУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ИДЕЯ Самопроверка по эталону на экране.
РАУНД ТЭЙБЛ (Round Table) - обучающая структура, в которой учащиеся по очереди выполняют письменную работу по кругу на одном (на команду) листе бумаги.
Пишут схему в тетради:
ГЭС-ПТ↑-Высоковольтные ЛЭП-ПТ↓-Низковольтные ЛЭП-ПТ↓-потребитель
Анализируют, рассуждают.
Записывают выводы в тетрадь.
. 5 мин
7.Подведение итогов, домашнее задание. Обеспечить понимание личностно – значимых знаний в жизни обучающихся. Воздействие человека на природу. Предлагает прокомментировать выражение: Как Вы понимаете её смысл?
Ваше домашнее задание написать эссе на тему: Ничто в природе не исчезает бесследно, кроме окружающей нас среды Рассуждают, делают выводы по уроку.
Необходимо беречь электроэнергию ,тем самым сбережем природу.
Запись домашнего задания .2 мин.
8. Рефлексия
Выставление оценок Формирование способности рефлексировать свою деятельность. Выставление оценок.
Необходимо выбрать одно из высказываний великих людей соответствующие вашей деятельности на уроке Как приятно знать, что ты что-то узнал
Мальер
(Мещанин во дворянстве главный герой Журден за три дня изучал этикет делал все сразу и быстро)
Я знаю, что ничего не знаю
Сократ
Познание начинается с удивления.
Аристотель
Скажи мне - и я забуду.Покажи мне - и я запомню.Дай мне действовать самому - и я научусь. Конфуций
2мин.
Слайд №1

Слайд № 2: Потребление электроэнергии
Среди различных видов энергии наиболее удобной для использования является электроэнергия, поскольку её достаточно легко и дёшево можно доставить от места производства к потребителю и превращать в любые другие виды энергии.
Устройства, превращающие электрическую энергию в другие виды, встречаются повсюду. Например, в домашних условиях используются электрочайник, превращающий электроэнергию в тепло, пылесос, преобразующий электрическую энергию в механическую, лампы, которые излучают свет за счёт электроэнергии, и другие приборы, работающие за счёт электричества.

Обучающихся разделяем на три команды:
Потребители;
транспортировщики электроэнергии (услуги транспорта электроэнергии от производителей до потребителей);
потребители электроэнергии;
Слайд № 3: Производство электроэнергии. (Сотрудничество преподавателя со студентами)
12058652961640Как известно, электроэнергию получают на электростанциях. В зависимости от источников первичной энергии различают тепловые электро-станции (ТЭС), атомные электростанции (АЭС), гидроэлектростанции (ГЭС) и другие электростанции. На гидроэлектростанциях используется потенциальная энергия падающей воды. Малую долю электростанция сегодня составляют те, что используют нетрадиционные источники энергии, например, энергию морских приливов или ветра. Создание электростанций, использующих нетрадиционные источники энергии, например, силу ветра, очень перспективно, поскольку они дают наиболее дешёвую энергию и отвечают требованиям экологической безопасности.
Слайд № 4: Устройство генератора.
Команда производителей презентует свою компанию
При всём многообразии типов электростанций, главные устройства на любой из них – генераторы.
Генератор – это устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в электроэнергию. На большинстве электростанций используются различные модификации электромеханических индукционных генераторов переменного тока. В таких генераторах механическая энергия, за счёт которой вращается вал, превращается в электроэнергию. Устройства, вращающие вал генератора, на электростанциях различного типа различны.
Основные части индукционного генератора – это подвижный ротор и неподвижный статор. Насаженный на вал генератора ротор представляет собой электромагнит, который вращается внутри статора. В пазах статора уложены проводящие «контуры – обмотки», в которых при вращении ротора переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, вследствие чего в обмотках возникает индукционный ток. Этот ток передаётся от генератора во внешнюю цепь.

Слайд № 5: Передача энергии.
Команда транспортировщика презентует свою компанию
Производимую на электростанциях электроэнергию передают по проводам - линиям электропередач (ЛЭП) – на значительные расстояния.
Постановка проблемы
Электрический ток нагревает провода. При этом, естественно, неизбежны энергетические потери. Как можно уменьшить энергетические потери.
Решение проблемы
Эти тепловые потери, согласно закону Джоуля – Ленца, пропорциональны квадрату силы тока, текущего по проводам, и сопротивлению проводов ЛЭП:
Q=I2Rt.
Количество теплоты пропорционально силе тока, при увеличении силы тока увеличивается количество теплоты
Р =U1I1
Необходимо увеличивать напряжение.

Слайд № 6: Устройство трансформатора (транспортировщики презентуют свою компанию)
Разнообразные потребители электроэнергии рассчитаны на разные напряжения, как правило меньшие, чем напряжение, вырабатываемое на электростанциях.
Для преобразования переменного напряжения используют трансформаторы. Трансформатор представляет собой две (в некоторых случаях – больше) индуктивно связанные катушки с обмотками. Одна из этих обмоток – первичная – подключена к источнику переменного напряжения.
К вторичной обмотке подключаются потребители. Катушки трансформатора надеты на общий замкнутый сердечник, изготовленный из специальной трансформаторной стали.

Слайд № 7: Принцип действия трансформатора.
В основе действия трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Когда переменный ток проходит через первичную обмотку
i=imcosωt ,
в сердечнике трансформатора появляется изменяющийся магнитный поток:
Ф=Фmcosωt.
Этот поток возбуждает ЭДС индукции в обеих обмотках. Особенности трансформаторного сердечника таковы, что почти весь магнитный поток локализован внутри него. При этом магнитный поток одинаков во всех сечениях сердечника.
Ф1= Ф2 =…=Фn .Слайд № 9: Коэффициент трансформации.
Активное сопротивление обмоток трансформатора делают малым. В этом случае, значение ЭДС будет примерно равно напряжению на зажимах катушки. Поскольку мгновенные значения ЭДС индукции на обеих обмотках изменяются в одинаковой фазе, то их отношение можно заменить отношением соответствующих действующих значений:
U1U2=N1N2=k .
Буквой k в формуле обозначен коэффициент трансформации, который определяется как отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках.
Если коэффициент трансформации меньше единицы, трансформатор повышающий, если больше единицы - понижающий.
Слайд № 10: Токи в трансформаторе обратно пропорциональны напряжениям.
Потери энергии на нагревание обмоток, сердечника, на перемагничивание сердечника обычно незначительны. Современные технологии позволяют производить трансформаторы, коэффициент полезного действия которых достигает 97 – 98 %.
По этой причине мощность в цепи первичной обмотки приблизительно равна мощности в цепи вторичной обмотки, при условии, что в цепь вторичной обмотки включена нагрузка, близкая к номинальной для данного трансформатора.
P1=P2 или U1I1=U2I2.
Преобразовав, получим отношение
U1U2=I2I1из которого следует, во сколько раз трансформатор повышает напряжение, во столько же раз он уменьшает силу тока. В случае понижающего трансформатора при уменьшении напряжения во столько же раз увеличивается сила тока.
Слайд № 11: Применение трансформаторов.
Одна из задач, требующих решения, – передача электрической энергии от электростанций с наименьшими потерями.
Для того чтобы передать электроэнергию на большие расстояния, необходимо уменьшить силу тока в линии передачи, и, следовательно, увеличить напряжение.
Изменить напряжение можно при помощи трансформаторов, применяемых на высоковольтных линиях передач. Коэффициент полезного действия таких линий не превышает 90%. Обычно линии передач электроэнергии от электростанции потребителю рассчитаны на напряжение 400 – 500 кВ, в них используется трехфазный ток
Вопрос потребителям
Знаете ли вы частоту тока в сети? ( 50 Гц. )
Однако при повышении напряжения в линиях передачи может происходить утечка энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линий возникают коронные разряды, сопровождающиеся характерным потрескиванием.

Слайд № 14: Выводы.
На этой встречи мы узнали, что:
электроэнергию получают на электростанциях. Наиболее распространенными являются тепловые и гидроэлектростанции. На всех электростанциях используются генераторы – устройства, преобразующие какой-либо вид энергии в электроэнергию;
для преобразования переменного электрического тока используют трансформаторы – электротехнические устройства, позволяющие в несколько раз увеличивать или уменьшать переменное напряжение, практически без потери мощности;
отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках называют коэффициентом трансформации. Если коэффициент трансформации меньше единицы, трансформатор повышающий, если больше единицы – понижающий.
Приложение №1
Проведение эксперимента 1 командой производителей
Изучение принципа действия трансформатораЦель работы: сборка и испытание действующей модели трансформатора.
Оборудование: выпрямитель ВС-4,5, вольтметр, катушка с выводами (2 шт.), болт с гайкой (2 шт.), подставка, пластина с отверстиями (2 шт.), соединительные провода, элементы планшета№2: ключ, резистор, выпрямительный диод.
-3606803183890Испытание трансформатора сводится в данной работе к определению влияния конструкции сердечника и значения силы тока во вторичной обмотке на его характеристики.
Во вводной беседе необходимо повторить назначение и принцип действия трансформаторов, указать на конструктивные особенности той модели прибора, которую ученикам предстоит собрать из деталей, входящих в комплект мини лаборатории по электродинамике.
Модель трансформатора собирают на подставке, используя две катушки с болтами и две стальные пластины с отверстиями. Конструкция трансформатора в сборе показана на рисунке 31.
1 — подставка; 2 — пластины с отверстиями (верхняя и нижняя); 3 — катушки; 4 — гайки; 5 — болты.
Кроме того, ученикам необходимо объяснить способ измерения переменного напряжения, которым пользуются при поведении испытаний прибора. Так как в состав минилаборатории входит вольтметр, предназначенный для измерения постоянного напряжения, то последовательно с ним подключают диод, выполняющий роль простейшего преобразователя переменного напряжения в постоянное. Схема подключения диода показана на рисунке 32.
Исходя из этого, для проведения количественных измерений напряжения необходимо заново отградуировать шкалу вольтметра (показания вольтметра надо умножать примерно на 2), однако в данной работе измерения носят качественный характер, поэтому показания снимают пользуясь прежней шкалой.
Экспериментальная часть работы проводится в следующей последовательности. В первом опыте испытывают трансформатор с разомкнутым сердечником. При этом верхнюю стальную пластину (см. рис. 1) не устанавливают на катушки. Приступают к испытанию собранной модели.
Схема экспериментальной установки для проведения опыта показана на рисунке 33.
Для подачи переменного напряжения используют задние гнезда выпрямителя ВС-4,5. Резистор R является нагрузкой вторичной обмотки. Вначале испытывают трансформатор с разомкнутым сердечником на холостом ходу. При этом резистор R временно отключают. Измеряют напряжение U2 хх на вторичной обмотке. Затем резистор подключают и повторяют измерение напряжения U2 н под нагрузкой.
Данные измерений удобнее заносить в таблицу.
29457652181860
Состояние сердечника U1 U2 ххU2 н k
Разомкнут Замкнут Вольтметр переключают к выводам первичной обмотки и измеряют напряжение U1, поданное на нее от источника электропитания.
После этого замыкают сердечник, установив на катушки вторую пластину. Снова измеряют напряжение холостого хода, под нагрузкой и на первичной обмотке. По данным измерений вычисляют коэффициент трансформации, который имел трансформатор при замкнутом и разомкнутом сердечнике.
В итоге делают вывод о том, как и почему конструкция сердечника и режим работы трансформатора влияют на величину напряжения на выводах вторичной обмотки и на коэффициент трансформации.
Проведение эксперимента 2 командой транспортировщиков
Изучение явления электромагнитной индукции
Цель работы: исследовать зависимость величины и направления индукционного тока в катушке от характера изменения магнитного потока, пронизывающего ее витки.
Оборудование: выпрямитель ВС-4,5, катушка с выводами (2 шт.), цилиндрический металлический сердечник, подставка, крепежный болт, постоянный маркированный магнит, миллиамперметр, соединительные провода, элементы планшета № 1: ключ, гнезда.
Работа проводится в два этапа. В начале индукционный ток в катушке возбуждается постоянным магнитом, который приближают и удаляют от нее разными полюсами и с разной скоростью. Затем опыт повторяют, используя для создания в витках исследуемой катушки изменяющегося магнитного потока вторую проволочную катушку, подключенную к источнику электропитания.
Перед проведением экспериментов ученикам рассказывают о конструктивных особенностях деталей, которые они будут использовать. Проволочные катушки с выводами намотаны на каркас так, что при взгляде на них с торца, откуда выходят соединительные провода, направление намотки будет по часовой стрелке. К началу обмотки подключен провод желтого цвета, к концу — синего.
В качестве индикатора индукционного тока в опытах используют миллиамперметр с пределом измерений 5-0-5 мА. Учеников просят внимательно рассмотреть этот прибор и определить клеммы, к которым должна подключаться внешняя цепь, чтобы обеспечить нужные пределы измерения. Знак «-» рядом с одной из клемм указывает на то, как надо подключать исследуемую цепь, чтобы стрелка прибора отклонялась вправо от нулевого деления шкалы.
Для проведения первого этапа эксперимента на откидной площадке корпуса размещают миллиамперметр и одну из катушек, которую предварительно закрепили на подставке из оргстекла с помощью крепежного болта. Для подключения катушки к миллиамперметру используют гнезда, расположенные на планшете № 1 справа.
-297815-52705Опыт начинают с того, что к торцу катушки подносят один из полюсов магнита. Магнитом касаются крепежного болта и фиксируют его в этом положении. Затем взгляд переводят на стрелку миллиамперметра. Резко удаляя магнит от катушки, замечают направление отклонения стрелки прибора. Опыт повторяют несколько раз и убеждаются в том, что всякий раз стрелка отклоняется в одну и туже сторону. Потом выполняют еще одну серию опытов, удаляя от катушки другой полюс магнита. Затем исследуют, как влияет на направление отклонения стрелки приближение магнита разными полюсами. Обобщая результаты наблюдений, делают вывод о зависимости направления индукционного тока в катушке от направления внешнего магнитного поля и характера его изменения. Далее выясняют, как сила индукционного тока зависит от скорости изменения внешнего магнитного поля в витках катушки. Для этого исследуют, как изменяется максимальный угол отклонения стрелки миллиамперметра при изменении скорости, с которой магнит подносят к катушке и удаляют от нее.
Второй этап эксперимента начинают с того, что собирают электрическую цепь, показанную на рисунке 10.
На цилиндрический сердечник надевают две катушки. Одну из них соединяют через ключ с источником электропитания, вторую с миллиамперметром. Замыкая и размыкая ключ, наблюдают за направлением отклонения стрелки миллиамперметра. Затем изменяют полярность подключения катушки к источнику и повторяют наблюдения. После этого опыт проделывают еще раз, изменив взаимную ориентацию катушек. Для этого одну из них снимают с сердечника, разворачивают на 180° и вновь возвращают на место.
Сравнивая результаты второго этапа эксперимента с результатами первого, делают вывод о том, что направление индукционного тока не зависит от природы источника магнитного поля (постоянный магнит или проволочная катушка), а определяется характером его изменения (увеличивается или убывает) и направлением относительно катушки.
Проведение эксперимента 3 командой потребителей
Измерение работы и мощности электрического токаЦель работы: сформировать умение определять работу и мощность постоянного электрического тока с помощью амперметра и вольтметра.
Оборудование: выпрямитель ВС-4,5, вольтметр, амперметр, соединительные провода, секундомер, элементы планшета № 1: резистор R,, переменный резистор Rn, электрическая лампочка, ключ.
Работу целесообразно проводить после того, как учениками будут усвоены понятия о работе электрического тока, мощности электрического тока, единицы, в которых эти величины измеряются, закон Джоуля — Ленца, а также устройство электрической лампы накаливания. Предлагаемая ниже последовательность выполнения эксперимента позволит закрепить и обобщить эти знания.
Во вводной беседе непосредственно перед проведением лабораторной работы повторяют, что для определения работы, совершаемой электрическим током на участке цепи, необходимо знать напряжение, приложенное к этому участку, силу тока в нем и время его протекания. Чтобы измерить мощность, достаточно знать только две первые величины. Если проводник, по которому течет ток, остается неподвижным, то работа тока идет на увеличение его внутренней энергии. Явление нагревания проводника электрическим током используется в устройстве ламы накаливания.
-655955-163830Начинают работу с того, что ученикам предлагают отыскать на планшете №1 электрическую лампочку, рассмотреть ее, обратить внимание на устройство ее основных частей: спирали, стеклянного баллона, цоколя. Ученикам ставят задачу определить работу и мощность электрического тока в лампе при трех различных режимах ее работы: когда накал лампы максимален, лампа горит в полнакала и едва светится. Для ее решения предлагается собрать цепь по схеме, показанной на рисунке 9.
После того, как цепь будет собрана, проверена учителем и подключена к электросети, замыкают ключ и переводят ручку переменного резистора в положение, при котором накал лампы будет максимальным. Как только необходимый режим будет установлен, включают секундомер и на протяжении одной минуты наблюдают за свечением лампы, а также записывают показания амперметра и вольтметра.
Через минуту уменьшают силу тока в цепи переменным резистором так, чтобы накал лампы уменьшился примерно наполовину, и повторяют измерения силы тока, напряжения и времени его протекания.
Завершают экспериментальную часть работы опытом, при котором накал нити лампы едва заметен.
Результаты наблюдений будет удобнее обобщать, если их свести в таблицу.
Режим работы Сила тока Напряжение Время Работа Мощность
лампы I, А U, В t,cА, Дж Р, Вт
Максимальный накал Средний накал Слабый накал После того, как ученики вычислят значение работы и мощности электрического тока для каждого режима работы, им следует предложить сопоставить результаты, полученные для каждого из этапов эксперимента с яркостью нити лампы. В итоге они должны подтвердить справедливость утверждения о том, что увеличение внутренней энергии неподвижного проводника при пропускании через него электрического тока происходит тем больше, чем большую работу совершает в этом проводнике электрический ток.