Емкостное и индуктивное сопротивления в цепи переменного тока.

Тема урока: Емкостное и индуктивное сопротивление в цепи переменного тока.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Цель образовательная: сформировать понятие о реактивном сопротивлении в цепи переменного тока, выяснить причины его появления.

Цель развивающая: учить рассчитывать параметры простейших цепей переменного тока.

Используемые образовательные технологии :информационная (работа с обучающей программой, исследовательская деятельность), коммуникативно-ориентированная (дифференцированный подход, создание проблемной ситуации, рефлексия), здоровьесберегающая ( своевременное чередование различных видов деятельности учащихся, решение задач направленных на сохранение жизни и здоровья в чрезвычайных ситуациях, создание благоприятного эмоционально-психологического климата во время урока, проветривание кабинета перед уроком)

Оборудование: компьютер, экран, проектор, программа «Начала электроники», карточки с задачами,

План урока:

1. Орг. момент. – 1 мин.

2. Актуализация ранее полученных знаний - 5 мин.

3. Изучение нового материала - 25 мин.

4. Закрепление изученного материала – 5 мин.

5. Проверка усвоения изученного материала – 7мин

6. Подведение итогов. Инструктаж по выполнению домашней работы - 2мин.

Ход урока:

Актуализация ранее полученных знаний. – 5 мин.

1. Что называют переменным электрическим током? (незатухающие электромагнитные колебания, возникающие под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС)

2. Как создать переменный электрический ток? (переменное напряжение создается генераторами на электростанциях)

3. Как вы представляете себе простейшую модель генератора? (проволочная рамка, вращающаяся в постоянном однородном магнитном поле)

4. Напряжение меняется с частотой  по закону косинуса. Как найти мгновенное значение силы тока в любой момент времени? (i=I_msin(t+))

5. Какое сопротивление называют активным? (электрическое сопротивление, вычисляемое по формуле R=l/S)

6. Почему его называют активным? (при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию: электрическая энергия преобразуется во внутреннюю)

7. Как связаны сила переменного тока и напряжение в цепи с резистором? (мгновенное значение силы тока пропорционально мгновенному значению напряжения и совпадает по фазе)

8. Что называется действующим значением силы тока? (действующее значение силы тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за это же время?)

9. Как вычислить действующее значение силы тока и напряжения? (I=I_m/ 2 U=U_m/ 2 )

Изучение нового материала:

Создание проблемной ситуации – 3 мин

Вопрос классу: Может ли в цепи существовать постоянный ток, если в неё включен конденсатор?

Примерный ответ: Нет, так как конденсатор размыкает электрическую цепь.

Может ли в цепи существовать переменный ток, если в неё включен конденсатор?

Может, так как переменный ток - это электромагнитные колебания, возникающие при разрядке и зарядке конденсатора.

Как вы считаете, будет ли конденсатор оказывать сопротивление электрическому току? Давайте попробуем предположить, от каких величин оно должно зависеть. Предполагают: от ёмкости конденсатора и от частоты переменного тока.

Исследуем, как именно зависит ёмкостное сопротивление от ёмкости конденсатора и от частоты переменного тока.

Учащиеся работают в группах (парами или по 3 человека) за компьютерами. – (7 мин исследовательская деятельность по группам)

1. Запустите программу

2. Соберите электрическую цепь: последовательно источник переменного тока, конденсатор, лампочка, ключ.

3. Задайте первоначальные значения для источника: напряжение 220 В, частота 50 Гц; для лампочки: напряжение 220 В, мощность 100 Вт; для конденсатора напряжение 400 В, ёмкость 10 мкФ.

4. Замкните цепь. Пронаблюдайте яркость лампочки.

5. Не меняя значения частоты переменного тока, увеличьте ёмкость конденсатора в 2 раза Как изменилась яркость лампочки? Сделайте вывод, как изменилось сопротивление конденсатора.

6. Повторите эксперимент, уменьшив ёмкость конденсатора в 2 раза от первоначального

7. Не меняя значения ёмкости конденсатора аналогично исследуйте зависимость сопротивления от частоты переменного тока.

8. Объясните полученный результат.

9. Выведите формулу, по которой вычисляют емкостное сопротивление.

Далее следует обсуждение результатов. Выступают представители нескольких групп и результаты обобщаются. – 5 мин

Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд на обкладках накапливается и больший ток перезарядки возникает, следовательно (согласно закону Ома), сопротивление меньше.

Вывод: зависимость между емкостью конденсатора и ёмкостным сопротивлением обратно пропорциональная.

Чем больше частота переменного тока (меньше период), тем за более короткое время заряд будет проходить по проводам, следовательно сила тока больше, сопротивление меньше.

Вывод: зависимость между частотой переменного тока и ёмкостным сопротивлением обратно пропорциональная.

Формула: X_c=1/C

Выведем эту формулу теоретически (слайд №1) - 3 мин

u=U_mcost u= q/C

q/C=U_mcost

q=CU_mcost

i= q= -CU_msint= CU_mcos(t+/2)

I_m= U_mC I_m=U_m/X_c X_c=1/C

Вывод: колебания силы тока опережают колебания напряжения на конденсаторе на /2. Это означает, когда конденсатор разряжен (u=0) и начинает заряжаться, сила тока в цепи максимальна.

Причины появления ёмкостного сопротивления: изменению переменного тока в любое мгновение противодействует электрическое поле между обкладками конденсатора.

Мы выяснили, что конденсатор, включенный в электрическую цепь оказывает сопротивление переменному току. Как вы считаете, если включить в электрическую цепь катушку индуктивности, то она будет оказывать сопротивление переменному току?

Предполагаемый ответ: Да, будет. Объясняется явлением самоиндукции. При нарастании электрического поля вихревое поле тормозит движение электронов.

Задание: Предположить, от каких величин зависит индуктивное сопротивление. Собрать схему. Провести эксперимент (по аналогии с ёмкостным сопротивлением). Вывести формулу, по которой вычисляют индуктивное сопротивление. (5 минут исследовательская деятельность по группам)

Далее следует обсуждение результатов. Выступают представители нескольких групп и результаты обобщаются. – 3 мин

Вывод: Индуктивное сопротивление зависит от индуктивности катушки и от частоты переменного тока. Обе зависимости прямо пропорциональны. Формула: X_L=L.

Закрепление изученного материала.

Решение задачи №976.(задачник Рымкевич А.П)

Конденсатор включен в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение в сети 220 В. Сила тока в цепи 2,5 А. Какова емкость конденсатора?

Как можно найти емкость конденсатора? Из формулы для расчета емкостного сопротивления: X_c=1/C  С=1/X_c (слайд №2).

Как можно найти емкостное сопротивление? Из закона Ома: I=U/X_c ;

X_c= U/ I=220В/2,5А=88 Ом. (слайд №3).

Как найти циклическую частоту?

= 2  С=1/(2 X_c)=1/( 2·50 Гц·88 Ом)=3,6·10^-5 Ф=36 мкФ (слайд №4).

Проверка усвоения изученного материала

Закройте тетради. Возьмите листочки. Работа по вариантам. (слайд №5).

I вариант

1. Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока стандартной частоты. Сила тока в цепи 2 А. Определить напряжение на катушке, если её индуктивность 0,2Гн.

2. Как изменится емкостное сопротивление воздушного конденсатора, если пространство между пластинами заполнить диэлектриком ε=2?

II вариант

1. Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение на катушке 120В. Определить силу тока в катушке, если её индуктивность 0,3Гн.

2. Как изменится емкостное сопротивление воздушного конденсатора, если расстояние между пластинами увеличить в 2 раза?

Подведение итогов.

Сегодня на уроке мы узнали, что в цепи переменного тока( в отличие от цепи постоянного тока), кроме активного существует индуктивное и емкостное сопротивления. Выяснили причины их появления. Получили формулы для их вычисления.

Особенно активно и с высоким качеством сегодня работали (объявляются фамилии). Оценки получают (фамилии).

Инструктаж по выполнению домашней работы

Вывести теоретически формулу для расчета индуктивного сопротивления. (разобрать вывод в §34), №979. Дополнительно для желающих - №977,981 (качественные задачи).

Всем спасибо! Урок закончен. До свидания.