Методическая разработка урока «Правила Кирхгофа»

Разработка урока по электротехнике по теме

«Правила Кирхгофа»

Разработал преподаватель ГБПОУ Псковской области «Псковский политехнический колледж» С.П.Чашина

г. Псков

Тип урока: урок формирования новых знаний.

Цели урока:

- формирование представлений об элементах электрической цепи;

-формирование понятия о 1 и 2 правилах Кирхгофа;

-применение законов Кирхгофа для расчёта разветвлённых цепей;

- формирование чувства взаимопомощи, умения работать в парах;

- развитие самостоятельности мышления

-развитие творческих способностей

Оборудование: проектор, компьютер, презентация преподавателя.

Ход урока

Мотивация

Демонстрируется слайд №1 (Приложение №1)

Учитель: Знакомы ли нам такие цепи? Можем ли мы их рассчитать?

Ученики: Да.

Учитель: А такие схемы мы можем рассчитывать? Демонстрируется слайд №2.

Учащиеся сравнивают предложенные схемы и делают вывод о необходимости дополнительных знаний для расчёта сложных электрических цепей.

2. Актуализация знаний и изучение нового материала.

Учитель: Для расчёта сложных электрических цепей применяют правила Кирхгофа.

Пока учащиеся записывают тему урока, учитель даёт краткую справку о Кирхгофе (слайд № 3)

Карьера Густава Кирхгофа во многом типична для немецкого физика XIX столетия. Германия позже своих западных соседей подошла к индустриальной революции и потому сильнее нуждалась в передовых технологиях, которые способствовали бы ускоренному развитию промышленности. В результате ученые, прежде всего естественники, ценились в Германии очень высоко. В возрасте двадцати одного года, он сформулировал основные законы для расчета токов и напряжений в электрических цепях, которые теперь носят его имя.

Середина XIX века как раз стала временем активных исследований свойств электрических цепей, и результаты этих исследований быстро находили практические применения. Базовые правила расчета простых цепей, такие как закон Ома, были уже достаточно хорошо проработаны. Проблема состояла в том, что из проводов и различных элементов электрических цепей технически уже можно было изготовлять весьма сложные и разветвленные сети. Кирхгофу удалось сформулировать правила, позволяющие достаточно просто анализировать самые сложные цепи, и законы Кирхгофа до сих пор остаются важным рабочим инструментом специалистов в области электронной инженерии и электротехники.

Кирхгофа правила- правила, устанавливающие соотношения для токов и напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока. Сформулированы  Кирхгофом в 1847.

Учитель: Для формулировки законов Кирхгофа, в электрической цепи выделяются узлы — точки соединения проводников и контуры — замкнутые пути из проводников. При этом каждый проводник может входить в несколько контуров (слайд № 4). Учащиеся записывают определения в тетрадь.

Электрическая цепь – совокупность электротехнических устройств, образующих путь для электрического тока.

Ветвь - участок электрической цепи, по которому проходит ток одного значения и направления.

Контур - замкнутая электрическая цепь, образуемая одной или несколькими ветвями.

Узел - место соединения нескольких ветвей.

Учитель: (слайд №5) Давайте на предложенной схеме назовём узлы, ветви, контуры.

(слайд № 6) Первое правило Кирхгофа вытекает из закона сохранения заряда и состоит в том, что алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю:

Токи, которые вытекают из узла, берутся с отрицательным знаком, а токи входящие в узел – берут со знаком +. Физический смысл этого закона прост: если бы он не выполнялся, в узле непрерывно накапливался бы электрический заряд, а этого никогда не происходит.

Учитель: (слайд № 7) Для объяснения правил нам потребуется рисунок на проекторе, зарисуйте его к себе в тетрадь.

Учащиеся записывают на доске 1 правило Кирхгофа для узлов А,В,С,Д.

Задание 1.Напишите 1 закон Кирхгофа для всех узлов. Для приведённой на рисунке цепи, в соответствии с первым законом выполняются следующие соотношения:

А: I1- I2- I6=0

B: I2- I3- I4=0

С: I3- I5=0

Д: I4+ I5- I7+ I6=0

Правила Кирхгофа позволяют рассчитывать сложные электрические цепи, например, определять силу и направление тока в любой части разветвленной системы проводников.

Задание 2. (слайд № 8) Учитель: Сформулируйте задание к рисунку

Решение.

Предположим, что ток в шестой ветви притекает к точке А. Используя первый закон Кирхгофа, составим уравнение

 Отсюда

 Знак минус означает, что принятое нами направление тока в шестой ветви неправильное, В действительности ток в этой ветви вытекает из точки А.

Задание 3. (Слайд №9). Учитель: Нарисуйте узел цепи, для которого справедлива формула
1 правила Кирхгофа I1 + I2 + I3 – I4 – I5 + I6 =0

Учитель: (Слайд № 10) Второе правило Кирхгофа можно сформулировать так: алгебраическая сумма падений напряжений по замкнутому контуру равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.

(Слайд №11) Если направление тока совпадает с направлением обхода контура (которое выбирается произвольно), перепад напряжения считается положительным, в противном случае — отрицательным.

В соответствии со вторым законом, справедливы соотношения: (слайд № 12)

Этот закон также имеет простую физическую интерпретацию. Если бы это было не так, всякий раз, проходя через замкнутый контур, электроны приобретали или теряли бы энергию, и ток бы непрерывно возрастал или убывал. В первом случае можно было бы получить вечный двигатель, а это запрещено первым началом термодинамики; во втором — любые токи в электрических цепях затухали бы, а этого мы не наблюдаем.

Учитель: (слайд №13) Давайте теперь вернёмся к первой схеме, которая вас напугала в начале урока.

Задание 4. Записать 1 и 2 правила Кирхгофа для узлов и контуров (можно часть проговорить устно)

Самое распространенное применение законов Кирхгофа мы наблюдаем в последовательных и параллельных цепях. В последовательной цепи (яркий пример такой цепи — елочная гирлянда, состоящая из последовательно соединенных между собой лампочек) электроны от источника питания по серии проводов последовательно проходят через все лампочки, и на сопротивлении каждой из них напряжение падает согласно закону Ома.

В параллельной цепи провода, напротив, соединены таким образом, что на каждый элемент цепи подается равное напряжение от источника питания, а это означает, что в каждом элементе цепи сила тока своя, в зависимости от его сопротивления. Примером параллельной цепи является соединение ламп «лесенкой»: напряжение подается на шины, а лампы смонтированы на поперечинах. Токи, проходящие через каждый узел такой цепи, определяются по первому закону Кирхгофа.

3.Закрепление материала проходит в виде задач. Задачи разбираются у доски.

В конце урока учащиеся выполняют самостоятельную работу. (Слайды №14, 15)

1. Нарисуйте произвольный узел и для него запишите 1 правило Кирхгофа.

2. Запишите произвольную формулу 1 правила Кирхгофа и для неё нарисуйте узел цепи.

3. Выберите произвольный контур на рисунке и для него запишите второе

правило Кирхгофа. 

4. Итоги урока.

В результате работы на уроке преподаватель выставляет общую оценку.

5. Домашнее задание. Всем выучить правила Кирхгофа. Желающие находят материал о Кирхгофе и его работах в области электротехники (можно сделать сообщение, реферат, приготовить презентацию)

презентация к уроку
PPT / 820 Кб