Φύλλο Εργασίας Πειράματος: ΚΑΤΑ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ...

Λάμπρος Αδάμ www.lam-lab.com [email protected]

Φύλλο Εργασίας Πειράματος:

ΚΑΤΑ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΤΩΝ


Φύλλο Εργασίας Πειράματος : ΚΑΤΑ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΤΩΝ

1


Φύλλο Εργασίας Πειράματος: ΚΑΤΑ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΤΩΝ

A. Στόχοι της δραστηριότητας:

Να εξοικειωθεί ο μαθητής με τις νέες τεχνολογίες στην εκπαίδευση.

Να γίνει συνείδηση ότι ρεύμα περνάει σε ένα κύκλωμα με καταναλωτές και γεννήτριες, μόνο όταν αυτό είναι κλειστό.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που αποτελούν το ρεύμα στο κλειστό κύκλωμα, προϋπάρχουν στους αγωγούς του κυκλώματος και δεν τα γεννάει η πηγή-μπαταρία.

Να διαφοροποιηθεί η συμβατική από την πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος.

Να αποδειχθεί πειραματικά ότι τις κατά σειρά συνδεδεμένες αντιστάσεις τις διαρρέει το ίδιο ρεύμα.

Να αποδειχθεί πειραματικά ότι η τάση της μπαταρίας μοιράζεται μεταξύ των αντιστάσεων που συνδέονται κατά σειρά ή αλλιώς να ανακαλυφθεί ο 2ος Κανόνας Κίρχωφ.

Να φανεί ότι όταν μια λάμπα καίγεται τότε οι υπόλοιπες λάμπες σβήνουν, στην κατά σειρά σύνδεση.

Να φανεί ότι στο σπίτι μας δεν μπορεί να έχουμε κατά σειρά σύνδεση.

Να αποδειχθεί η αρχή διατήρησης της ενέργειας στο κλειστό κύκλωμα.

Να βρεθεί πειραματικά η σχέση που συνδέει τις αντιστάσεις στην κατά σύνδεσή τους και την ισοδύναμη αυτών αντίσταση.

Να γίνει εμφανές ότι όταν προσθέτουμε αντιστάσεις κατά σειρά τότε το ρεύμα του κυκλώματος ελαττώνεται και κατά συνέπεια ελαττώνεται και η φωτοβολία κάθε ενός λαμπτήρα.

Να φανεί ότι ενώ η μπαταρία έχει τάση ακόμα και αν δεν είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα, οι καταναλωτές αποκτούν τάση στα άκρα τους μόνο αν βρεθούν σε κλειστό κύκλωμα, το οποίο διαθέτει και πηγή.

B. Διευθέτηση Τάξης: Οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες των 3 ή 4 ατόμων το πολύ. Το πείραμα μπορεί να πραγματο-ποιηθεί: ή σε εργαστήριο φυσικών επιστημών με τουλάχιστον 6 υπολογιστές στο διαδίκτυο(!) ή σε εργαστήριο πληροφορικής ή σε εργαστήριο φυσικών επιστημών όπου οι μαθητές θα έχουν φέρει από το σπίτι τους τα

laptop τους ή τα tablet τους, στα οποία θα έχουν ήδη κατεβάσει την προσομοίωση από την προηγούμενη μέρα, διότι αποκλείεται να υπάρχει ασύρματη σύνδεση στο διαδίκτυο, στο σχολείο.

C. Πλοήγηση στον Η/Υ: Μεταβαίνουμε στην ιστοσελίδα μου: www.lam-lab.com και ακολουθούμε την πορεία: Αρχική Σελίδα / ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ-ΣΧΟΛΕΙΟ-PROJECTS / Β΄ ΛΥΚΕΙΟΥ-ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / ΣΥΝΕΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ / ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΤΑ ΣΕΙΡΑΣ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΤΩΝ ΜΕΣΩ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΤΟΥ ΚΟΛΟΡΑΝΤΟ (PhET):

http://www.lam-lab.com/

http://www.lam-lab.com/

http://www.lam-lab.com/kataskeyes-sxoleio-projects/

http://www.lam-lab.com/kataskeyes-sxoleio-projects/v-lykeioy-fysiki-genikis-paideias/


2


D. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ 1. Ανοίξτε τους υπολογιστές και ενεργοποιήστε από την επιφάνεια εργασίας την εφαρμογή

«Εργαστήριο κατασκευής κυκλωμάτων συνεχούς ρεύματος» 2. Θα εμφανιστεί η εξής οθόνη :

3. Κατασκευάστε το παρακάτω κύκλωμα «κατά σειρά σύνδεση 2 λαμπτήρων σε κύκλωμα με

1 μπαταρία, 3 αμπερόμετρα, 1 βολτόμετρο και 1 διακόπτη». Με δεξί κλικ πάνω στη λάμπα Λ2 επιλέξτε τιμή αντίστασης 20Ω, ενώ επιβεβαιώστε ότι η λάμπα Λ1 έχει αντίσταση 10Ω.


3


4. Κλείστε το διακόπτη του κυκλώματος. Αμέσως βλέπετε ότι αρχίζει η κίνηση των ελευθέρων ηλεκτρονίων. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια τα οποία κινούνται: Α. τα γεννάει η μπαταρία ή Β. υπήρχαν μέσα στους αγωγούς του κυκλώματος ακόμα και πριν τα υποχρεώσει το

ηλεκτρικό πεδίο της μπαταρίας να κινηθούν; ΣΩΣΤΗ ΕΙΝΑΙ Η ΠΡΟΤΑΣΗ : ______

5. Πάνω στο σχήμα του φύλλου εργασίας σας, σημειώστε με ένα βελάκι, την ΣΥΜΒΑΤΙΚΗ

ΦΟΡΑ του ηλεκτρικού ρεύματος, που διαρρέει το κύκλωμα. Η ΣΥΜΒΑΤΙΚΗ ΦΟΡΑ του ηλεκτρικού ρεύματος: Α. Είναι αντίθετη από την πραγματική φορά κίνησης των ελευθέρων ηλεκτρονίων. Β. Ταυτίζεται με την πραγματική φορά κίνησης των ελευθέρων ηλεκτρονίων. ΣΩΣΤΗ ΕΙΝΑΙ Η ΠΡΟΤΑΣΗ : ______

6. Με δεξί κλικ του ποντικιού πάνω στους ακροδέκτες της 2η λάμπας, αποσυνδέστε την από το κύκλωμα. Τι παρατηρείτε; Α. Η 1η λάμπα εξακολουθεί να είναι αναμμένη. Β. Η 1η λάμπα σβήνει.

ΣΩΣΤΗ ΕΙΝΑΙ Η ΠΡΟΤΑΣΗ : ______ 7. Άρα στην κατά σειρά σύνδεση λαμπτήρων, αν καεί η μία η λάμπα, τότε οι άλλες λάμπες θα

___________________ 8. Οι συνδέσεις συσκευών στο σπίτι μας μπορεί να είναι κατά σειρά;

ΝΑΙ ΟΧΙ

9. Τοποθετήστε ξανά τη 2η λάμπα στο κύκλωμα, όπως ήταν αρχικά. Γράψτε την ένδειξη του 1ου αμπερομέτρου, δηλαδή την τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος που περνάει από την 1η λάμπα: Ι1=_______

10. Γράψτε την ένδειξη του 2ου αμπερομέτρου, δηλαδή την τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος που περνάει από την 2η λάμπα: Ι2=_______

11. Γράψτε την ένδειξη του 3ου αμπερομέτρου, δηλαδή την τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος που περνάει από τη μπαταρία: Ι =_______

12. Σημειώστε λοιπόν τη σχέση που συνδέει τα παραπάνω ρεύματα στην κατά σειρά σύνδεση αντιστάσεων:

13. Με το βολτόμετρο μετρήστε την τάση στα άκρα της 1ης λάμπας και σημειώστε την τιμή της :

V1=______ 14. Με το βολτόμετρο μετρήστε την τάση στα άκρα της 2ης λάμπας και σημειώστε την τιμή της :

V2=______ 15. Με το βολτόμετρο μετρήστε την τάση στα άκρα της μπαταρίας και σημειώστε την τιμή της :

V=______ 16. Γράψτε λοιπόν τη σχέση που συνδέει τις παραπάνω τάσεις στην κατά σειρά σύνδεση

αντιστάσεων:


4


17. Εφαρμόζοντας το νόμο του ΟΗΜ, υπολογίστε την αντίσταση της 1ης λάμπας: R1=_______________

18. Εφαρμόζοντας το νόμο του ΟΗΜ, υπολογίστε την αντίσταση της 2ης λάμπας: R2=_______________

19. Εφαρμόζοντας το νόμο του ΟΗΜ, υπολογίστε την αντίσταση RΟΛ ΜΙΑΣ άλλης λάμπας, η οποία αν έμπαινε στη θέση των κατά σειρά συνδεδεμένων λαμπτήρων Λ1 και Λ2, θα είχε στα άκρα της την ίδια τάση, που έχει η μπαταρίας του πειράματός μας: V=______ και θα διαρρεόταν από το ίδιο ρεύμα, που περνάει τώρα από τη μπαταρία Ι=_______ Δηλαδή:

RΟΛ=__________________ 20. Γράψτε τη σχέση που συνδέει τις παραπάνω αντιστάσεις R1, R2 και RΟΛ στην κατά σειρά

σύνδεση:

21. Κάθε φορά, που από τις λάμπες Λ1 και Λ2 αλλά και από τη μπαταρία, περνάει ηλεκτρικό φορτίο ίσο με q=1C, τότε: η μπαταρία θα δίνει στις λάμπες ενέργεια ίση με:

Εμπαταρίας=_________________________ Ενώ η ενέργεια που παίρνει η καθεμία λάμπα θα είναι:

ΕΛ1=_________________________ ΕΛ2=_________________________

22. Καταγράψτε τη σχέση που συνδέει τις παραπάνω ενέργειες:

23. Η παραπάνω σχέση εκφράζει την, πολύ σπουδαία για τη Φυσική, ΑΡΧΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ

ΤΗΣ _____________ ! 24. Η ισχύς Ρ που δίνει μια πηγή ή καταναλώνει μια αντίσταση ορίζεται ως ο ρυθμός

ανταλλαγής ενέργειας. Δηλαδή έχουμε:

IVt

qV

t

EP

Με βάση αυτόν τον τύπο της ισχύος συμπληρώστε με αριθμούς την παρακάτω κατανομή ισχύος στο κύκλωμα:

Τι παρατηρείτε; ___________________________________________________________________ 25. Ανοίξτε το διακόπτη του κυκλώματος και με τη βοήθεια του βολτομέτρου μετρήστε τις τάσεις

α) της 1ης λάμπας V1=____, β) της 2ης λάμπας V2=_____, αλλά και της μπαταρίας V=______. 26. Με βάση τις μετρήσεις σας στο ερώτημα 25, συμπληρώστε το παρακάτω κείμενο, επιλέγοντας

τη σωστή λέξη από αυτές που υπάρχουν μέσα στην παρένθεση σε πλάγια γραφή:

Ισχύς που δίνει

η πηγή είναι:

Pπηγής=

Ισχύς που παίρνει η

λάμπα Λ1 είναι:

Ρ1=



Ρ2=


5


«σε ένα κύκλωμα υπάρχουν: i) η γεννήτρια (μπαταρία) η οποία ________ (έχει/δεν έχει) τάση στα άκρα της,

ανεξάρτητα αν το κύκλωμα είναι κλειστό ή ανοιχτό και ii) ii) οι καταναλωτές (λάμπες) οι οποίες έχουν τάση στα άκρα τους ___________

(πάντα/μόνο) όταν το κύκλωμα είναι κλειστό και διαθέτει μπαταρία». 27. Προσθέστε και 3η λάμπα κατά σειρά με τις άλλες δύο, την αντίσταση της οποίας καθορίστε

στα 30Ω (με δεξί κλικ πάνω της). Η ένδειξη των αμπερομέτρων τώρα γίνεται: Ι΄=_______. Οι τάσεις στο κύκλωμα μετρούμενες με το βολτόμετρο βρέθηκαν ίσες με: Πηγής: V=_____, Λάμπας 1: V1=______, Λάμπας 2: V2=______, Λάμπας 3: V3=______, Τώρα νομίζω ότι άνετα μπορείτε να συμπληρώσετε το παρακάτω διάγραμμα κατανομής ισχύος στο κύκλωμα:

Δηλαδή όσο αυξάνουμε τις αντιστάσεις που είναι κατά σειρά συνδεδεμένες:

τόσο ______________ (αυξάνει/ελαττώνεται) η φωτοβολία της κάθε μιας λάμπας, αφού αντίστοιχα ______________ (αυξάνει/ελαττώνεται) η ισχύς που καταναλώνει η κάθε λάμπα.

τόσο ______________ (αυξάνει/ελαττώνεται) η ισχύς που παρέχει η πηγή στο κύκλωμα κι αυτό συμβαίνει διότι το ρεύμα __________________(αυξάνει/ελαττώνεται) και το τελευταίο συμβαίνει διότι η αντίσταση του κυκλώματος __________________(αυξάνει/ελαττώνεται).

28. Βραχυκυκλώνουμε την 3η λάμπα, συνδέοντας τα άκρα της με ένα καλώδιο (αγωγό χωρίς αντίσταση). Τότε τι παρατηρείτε; Η 3η λάμπα _______________________, ενώ οι άλλες δύο λάμπες φωτοβολούν ______________ (περισσότερο/λιγότερο/το ίδιο) κι αυτό διότι το ρεύμα __________________ (μεγάλωσε/μίκρυνε /έμεινε το ίδιο).

E. ΑΥΤΟΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ: Συζητήστε-δικαιολογήστε με την ομάδα σας την απάντηση στην παρακάτω ερώτηση: Τα διπλανά κυκλώματα έχουν όμοια λαμπάκια (R=3Ω) και όμοιες μπαταρίες (V=12V). Σε ποιο κύκλωμα θα τελειώσει χρονικά πρώτη η μπαταρία;

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________ (α) (β)

Ισχύς που δίνει

η πηγή είναι:

Pπηγής=



Ρ1=



Ρ2=



Ρ3=

Φύλλο Εργασίας Πειράματος: ΚΑΤΑ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ...

Education

Transcript of Φύλλο Εργασίας Πειράματος: ΚΑΤΑ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ...