Перейти к содержанию

Последовательное соединение проводников. Решение задач

Практикум по § 24: прямые и обратные задачи, напряжения частей, график U(I), настройка реостата и проверка ответа.

Открыт · Презентация · Методичка

Конспект урока

Последовательное соединение проводников. Решение задач

Как найти неизвестное сопротивление, если известен ток? Какое напряжение подставлять в закон Ома: всего участка или одного резистора? Разберём способ решения, который помогает не путать эти величины.

Опора: учебник «Физика», 8 класс, Исаченкова и др., 2024, § 24, пример на с. 96 и упражнение 16 на с. 97. Последовательное соединение уже изучено, а лабораторная работа 37 помогает связать расчёт с измерениями. Здесь — практикум, не замена лабораторной.

Сначала обозначь участок

У двух последовательных резисторов общий ток, а напряжения и сопротивления складываются:

I=I1=I2,U=U1+U2,R=R1+R2.I = I_1 = I_2, \qquad U = U_1 + U_2, \qquad R = R_1 + R_2.

В формуле I=U/RI = U/R напряжение и сопротивление должны относиться к одному и тому же участку. Для всей цепи берут полное сопротивление. Для одного резистора — напряжение именно на нём.

Все новые данные ниже — расчётная модель: постоянные сопротивления, идеальные приборы, пренебрежимо малое сопротивление проводов. Не нужно собирать эти цепи дома.

Обратная задача: неизвестно сопротивление

Последовательно соединены известный резистор 12 Ом и неизвестный; для всего участка заданы 9 В и ток 0,25 А Напряжение 9 В относится ко всему изображённому участку, а не отдельно к неизвестному резистору.

Прежде чем смотреть решение, составь план. Можно ли сразу вычесть 12 Ом12\ \text{Ом} из напряжения? Нет: это разные физические величины. Сначала нужно найти сопротивление всего участка.

R=UI=90,25=36 Ом.R = \frac{U}{I} = \frac{9}{0{,}25} = 36\ \text{Ом}.

Теперь R2=RR1=3612=24 ОмR_2 = R - R_1 = 36 - 12 = 24\ \text{Ом}. Проверим через напряжения: U1=0,2512=3 ВU_1 = 0{,}25\cdot12 = 3\ \text{В}, U2=0,2524=6 ВU_2 = 0{,}25\cdot24 = 6\ \text{В}. Сумма 9 В9\ \text{В} совпала с условием.

Если при положительных сопротивлениях получается отрицательное R2R_2, нужно проверить условие, единицы и выбранный участок, а не принимать результат без объяснения.

Известно напряжение одной части

Последовательные резисторы 10 Ом и 30 Ом; на первом задано 2 В, напряжение второго неизвестно Через оба резистора проходит один ток. Это связь между известным и неизвестным участками.

Попробуй найти ток по первому резистору. После этого вычисли напряжение на втором.

I=U1/R1=2/10=0,20 АI = U_1/R_1 = 2/10 = 0{,}20\ \text{А}. Тогда U2=IR2=0,2030=6 ВU_2 = IR_2 = 0{,}20\cdot30 = 6\ \text{В}, а U=2+6=8 ВU = 2 + 6 = 8\ \text{В}.

Есть короткая проверка: второй резистор имеет втрое большее сопротивление, значит, при том же токе его напряжение втрое больше. Это следствие закона Ома, а не правило «на глаз» по рисунку.

Реостат: проверь, достижим ли результат

Постоянный резистор 20 Ом последовательно с реостатом 0–100 Ом; при 6 В требуется ток 0,10 А Подключены левый конец обмотки и ползунок; правый конец свободен. В расчёте используется включённая часть обмотки.

Допустимый ток реостата — 0,20 А0{,}20\ \text{А}. Сначала найди нужное полное сопротивление, затем вычти постоянные 20 Ом20\ \text{Ом}.

R=6/0,10=60 ОмR = 6/0{,}10 = 60\ \text{Ом}; Rрео=6020=40 ОмR_\text{рео} = 60 - 20 = 40\ \text{Ом}. Полученное значение входит в диапазон 00100 Ом100\ \text{Ом}, а нужный ток меньше допустимого. Значит, настройка возможна в этой модели.

Но не всякое положение ползунка допустимо: при Rрео=0R_\text{рео} = 0 ток был бы 6/20=0,30 А6/20 = 0{,}30\ \text{А} — больше разрешённого. Для ограничения I0,20 АI\leq0{,}20\ \text{А} нужно полное сопротивление не меньше 30 Ом30\ \text{Ом}, то есть включённое сопротивление реостата не меньше 10 Ом10\ \text{Ом}.

График: назови оси до расчёта

График U от I: при токе 0,20 А напряжение всего последовательного участка 8 В, первого резистора — 2 В Модельные зависимости для постоянных сопротивлений. По вертикали напряжение, по горизонтали ток.

Возьми ненулевой ток 0,20 А0{,}20\ \text{А}. Прочитай оба напряжения, затем найди сопротивления.

Для всего участка R=8/0,20=40 ОмR = 8/0{,}20 = 40\ \text{Ом}; для первого резистора R1=2/0,20=10 ОмR_1 = 2/0{,}20 = 10\ \text{Ом}. Поэтому R2=4010=30 ОмR_2 = 40 - 10 = 30\ \text{Ом}.

На графике U(I)U(I) больший наклон означает большее сопротивление. Если оси поменять местами и построить I(U)I(U), правило наклона изменится. Начало координат не используют для расчёта R=U/IR = U/I: деление 0/00/0 не определено.

Разбор типичной ошибки

Для последовательных 10 Ом10\ \text{Ом} и 20 Ом20\ \text{Ом} при общих 6 В6\ \text{В} записали два разных тока: 6/106/10 и 6/206/20. Ошибка не в делении, а в выборе напряжения. Все 6 В6\ \text{В} приложены ко всему участку, поэтому ток один: I=6/(10+20)=0,20 АI = 6/(10+20) = 0{,}20\ \text{А}. Напряжения на частях — 22 и 4 В4\ \text{В}.

ОшибкаСледующий правильный шаг
Подставить полное U для одного RОбвести на схеме участок, к которому относится U
Вычесть сопротивление до нахождения полного RСначала найти R всего по U/I
Не перевести кОм или мАЗаписать рядом значения в омах и амперах
Получить R реостата и закончитьПроверить диапазон сопротивлений и допустимый ток
Судить о сопротивлении только по наклонуСначала прочитать подписи осей

Самостоятельная попытка

  1. Последовательно соединены 100 Ом100\ \text{Ом} и 0,20 кОм0{,}20\ \text{кОм}. На всём участке 9 В9\ \text{В}. Найди ток и напряжения частей.
  2. Последовательно соединены 15 Ом15\ \text{Ом} и неизвестное сопротивление. При 12 В12\ \text{В} ток 0,20 А0{,}20\ \text{А}. Найди неизвестное сопротивление и напряжение на нём.
  3. Резистор 30 Ом30\ \text{Ом} и реостат 00100 Ом100\ \text{Ом} соединены последовательно. При 6 В6\ \text{В} нужен ток 50 мА50\ \text{мА}. Найди настройку. Допустимый ток реостата 0,1 А0{,}1\ \text{А}.
  4. На графике U(I)U(I) для всего участка при 0,30 А0{,}30\ \text{А} получено 12 В12\ \text{В}, для первого резистора — 3 В3\ \text{В}. Найди второй резистор.
  5. Сопротивление всей цепи удвоилось, а напряжение выросло втрое. Во сколько раз изменился ток? Почему нельзя сказать просто «уменьшился»?

Что должно остаться в тетради

Для каждой задачи важны четыре вещи: выбранный участок, формула, согласованные единицы и проверка. Удобный путь — сначала найти общее сопротивление или общий ток, затем перейти к отдельному элементу. Ответ про реостат всегда проверяй по диапазону и допустимому току.

Дома: § 24, упражнение 16, № 3 и 4. В № 3 пригодится прежняя формула R=ρl/SR = \rho l/S: единицы длины и сечения должны соответствовать единице удельного сопротивления. Нужны только учебник и тетрадь, без электрических подключений.

Материалы урока

Скачать и открыть

Учителю

2 материала

Презентация · для учителей

Презентация «Последовательное соединение проводников. Решение задач»

§ 24: обратные задачи, напряжения частей, настройка реостата с проверкой диапазона, график U(I), самостоятельная работа и разбор ошибок. 16 слайдов.

Скачать PPTX

Методичка · для учителей

Поурочное планирование и рабочий лист (РБ)

Практикум на 45 минут по § 24: полные условия и разборы, график, расчёт реостата, рабочий лист, отдельные ключи и домашняя работа.

Скачать DOCX

Поурочное планирование и рабочий лист (РБ)

DOCX

Ученикам

1 материал

Комментарии

Войдите, чтобы оставлять комментарии.

Пока нет комментариев. Будьте первым!