Зависимость силы тока от напряжения. Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления. 8-й класс
Разделы: Физика
Класс: 8
1. Образовательные.
- закрепить знания по предыдущим темам,
- показать зависимость силы тока от напряжения,
- сформулировать понятие сопротивления,
- научить практически применять знания, полученные на уроках физики.
- расширить межпредметные связи.
2. Воспитательные.
- формировать интерес к предмету, учебе,
- воспитывать инициативу, творческое отношение.
3. Развивающие.
- развивать физическое мышление учащихся, их творческие способности, умение самостоятельно формулировать выводы,
- расширить познавательный интерес.
- развивать речевые навыки.
Оборудование к уроку: Демонстрационный амперметр — 1 шт, демонстрационный вольтметр — 1 шт, демонстрационный ключ — 1 шт, магазин сопротивлений — 1 шт, штатив, кодоскоп. соединительные провода — по 6 шт на парту, амперметр — на парту, вольтметр — на парту, ключ, резистор — на парту, источник тока (аккумулятор) — 3 шт, выпрямитель — на парту, кодопозитивы.
2. Повторение предыдущих тем
3. Объяснение нового материала
4. Практическая работа
5. Решение задач. Закрепление
6. Подведение итогов урока
7. Домашнее задание
Учитель. Здравствуйте, дети, садитесь. Запишите в тетрадях число и месяц.
Прежде чем записать тему нашего урока, давайте вспомним, что вы прошли на предыдущих уроках, так как ваши знания будут нужны для изучения нашей темы.
На ваших столах лежат два прибора. Кто из вас сможет назвать эти приборы? Для чего они предназначены? Чем отличаются?
Ученик. Амперметр для определения силы тока, буква А. Вольтметр для измерения напряжения, буква V.
Учитель. Об амперметре даже есть стихотворение:
Я прибор известный,
Включаюсь интересно.
В любой цепи мне рады.
Я для зарядов не преграда.
Услугу я вам окажу:
Силу тока покажу.
Чем отличается подключение к цепи амперметра и вольтметра?
Ученик. Амперметр подключают последовательно, вольтметр — параллельно.
Чтобы все верно подключить,
Надо быстро повторить
Твердо знать всем, следовательно.
Амперметр включается последовательно,
А вольтметр — параллельно.
Определите цену деления амперметра и вольтметра.
Ученик. Берем два ближайших числа и находим их разность. Эту разность делим на число делений между этими числами.
На столе у каждого ученика лежит листок с фамилией, на листок они записывают цену деления амперметра и вольтметра.
Учитель. А теперь, внимание на экран (включается кодоскоп). На экране схемы .
Найдите ошибки в схемах.
Ученик. В 1 схеме указано неправильно направление электрического тока, вольтметр подключен последовательно, нужно параллельно к лампам. Во 2 схеме вольтметр с амперметром поменять местами. В 3 схеме нет источника тока.
Учитель. А теперь, вопрос (высвечивается на кодоскопе). Напишите около каждой физической величины: слева буквенное обозначение, а справа единицу её измерения.
— сила тока –
— напряжение –
— заряд —
Ученики продолжают записывать на листочках ответы.
Учитель. Мы знаем, что электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц в электрическом поле. И чем сильнее действие электрического поля на эти частицы, тем больше сила тока. Но действие электрического поля характеризуется физической величиной — напряжением. Поэтому можно предположить, что сила тока зависит от напряжения. Запишите тему урока (можно задать вопросы об I и U).
А теперь рассмотрим такой опыт: перед вами электрическая цепь из амперметра, вольтметра, ключа, спирали, соединительных проводов, аккумулятора. Определите цену деления вольтметра и амперметра. Замыкаем цепь и отмечаем показания приборов.
Ученики сами говорят показания амперметра и вольтметра.
Учитель. Как вы думаете, что произойдет если мы подключим еще один аккумулятор? (подключение).
Ученик. Напряжение увеличилось и сила тока увеличилась во столько же раз.
Учитель. (Все показания записываются на доске). А если мы подключим еще один аккумулятор.
Ученик. Напряжение и сила тока увеличились в одинаковое число раз.
Учитель. Какой вывод можно сделать?
Ученик. Во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько раз увеличивается сила тока в нем.
Учитель. Другими словами, сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника. Запишите это. И зарисуйте электрическую схему этого опыта.
Учитель. А теперь рассмотрим опыт: замкнем ключ. Каковы показания амперметра и вольтметра. А теперь в магазине сопротивлений поменяем проводник. И подключим. Что мы видим?
Ученик. Сила тока изменилась. Напряжение — нет
Учитель. Продолжим менять проводники. Что мы видим?
Ученик. При разных проводниках показания амперметра — различны, сила тока различна. А вольтметр показывает одинаковое напряжение.
Учитель. Значит сила тока в цепи зависит не только от напряжения, но и от проводника, включенного в цепь. Зависимость силы тока от свойств проводника объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением. Сопротивление — это характеристика проводника. Сопротивление обозначается буквой R.
За единицу сопротивления принимают 1 Ом — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1В сила тока равна 1А.
Эта физическая величина, единица измерения названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома, впервые введшего в физику понятие сопротивление и установившего основной закон электрических цепей, с которым вы познакомитесь позже.
Применяют и другие единицы сопротивления
1мОм = 0.001 Ом 1 кОм = 1000 Ом, 1МОм = 1000000 Ом
В чем же причина сопротивления? Вы знаете, что в узлах кристаллической решетки металла расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны. Но они не могут двигаться неограниченно долго, так как взаимодействуют с ионами кристаллической решетки металла, отталкиваются с ионами. То есть, ионы мешают движению электронам в металлах, как бы оказывают сопротивление.
Итак, причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решетки.
Для сравнения Сопротивление 1 Ом обладает 5 км контактного трамвайного провода или 114м проводки в электрической сети.
У утюга спираль — 50 Ом, лампочка карманного фонаря — 12 Ом.
Физкультминутка. (Ученики встают).
Учитель. Представьте, что вы – заряженные частицы, которые пока нет электрического тока, колеблются около своих мест (ученики колеблются). Возникает электрический ток и заряженные частицы придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Пусть доска заряжена отрицательно, противоположная стена ей – положительно (ученики начинают двигаться от стены к доске медленно с вытянутыми руками). Направление тока меняется от доски к стене (дети поворачиваются и движутся к своему месту).
Учитель. А теперь сделаем небольшую практическую работу. Соберите электрическую цепь, состоящую из приборов, находящихся на столах. Запишите показания амперметра и вольтметра. Но для начала вспомним о технике безопасности:
Если, скажем, ты заметил,
Что какой-нибудь прибор
Невредим и цел и даже
Может что-то показать —
Смело бей его об стенку,
И лупи его ногами,
И роняй его (случайно)
Прямо на пол со стола.
А когда приборов в классе
Не останется совсем
То представь, как будут рады
Сразу все ученики,
Потому что ваш учитель
Жить не сможет без приборов,
И тогда придется в школе
Конечно, всё наоборот, с приборами нужно обращаться осторожно.
Ученики собирают цепь, показывают учителю. Записывают показания амперметра и вольтметра.
Цепь сейчас мы соберем,
Выпрямитель все берём,
Провода и амперметр,
Ключ резистор и вольтметр.
В круг приборы разместите.
Вольтметр подключаем параллельно.
А теперь всю цепь проверьте,
Силу тока, напряжение измерьте,
Показание снимите.
Не забудьте единицы измерения указать.
Схему тоже начертите,
Потом цепи разберите,
Аккуратно все сложите.
Учитель. Решим задачу. Упр. 19 (1)
Учитель. А теперь представьте на мгновенье, что произошло бы, если бы человечество не открыло электричества. Мы бы остались без освещения, бытовой техники, телевизоров, компьютеров, не смогли бы слушать музыку. К счастью, благодаря работам великих ученых 19 века в мире произошла электрическая революция, и мы с вами сейчас пользуемся ее плодами: электрическим током, напряжением.
К дальним селам, городам
Что идет по проводам?
Светлое величество –
Это (все вместе) электричество.
Мы с вами заслужили минутку отдыха. Спасибо за внимание и урок.
Подвести итоги урока: Итак, сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника. Сила тока зависит не только от напряжения и от электрического сопротивления. Разные проводники обладают разным сопротивлением. Измеряется в Омах.
Источник
Сопротивление тока.
Для начала рассмотрим вопрос, как же в своё время исследователи пришли к пониманию величины, получившей название «сопротивление тока». При рассмотрении основ электростатики уже затрагивались вопросы электропроводимости, в том числе то, что разные вещества обладают разной проводимостью (способностью пропускать свободные заряженные частицы). Например, металлы характеризуются хорошей проводимостью (из-за чего их и называют проводниками), а пластмасса и дерево – плохой (диэлектрики или непроводники). Такие различия связаны с особенностями молекулярного строения разных веществ.
Наиболее результативными работами по исследованию проводимости разных веществ стали опыты, которые проводил Георг Ом (1789-1854) (рис. 1).
Суть работы Ома была следующая. Ученый использовал электрическую схему, состоящую из источника тока, проводника, а так же специального прибора для отслеживания силы тока. Изменяя в схеме проводники, Ом отследил следующую закономерность: сила тока в цепи увеличивалась при увеличении напряжения. Следующим открытием Ома стало то, что при замене проводников так же изменялась степень увеличения силы тока при увеличении напряжения. Пример такой зависимости изображен на рисунке 2.
Ось Х демонстрирует напряжение, а ось Y – силу тока. На графике представлены две прямые, демонстрирующие различную скорость увеличения силы тока с увеличением напряжения в зависимости от проводника, входящего в состав цепи.
Результатом исследований Ома стал следующий вывод: «Разные проводники обладают разными свойствами проводимости», в результате чего появилось понятие сопротивления тока.
Электрическое сопротивление тока.
Электрическое сопротивление – физическая величина, которая характеризует способность проводника влиять на электрический ток, протекающий в проводнике.
- Обозначение величины: R
- Единица измерения: Ом
Результатом проведения экспериментов с проводниками было определено, что взаимосвязь между силой тока и напряжением в электрической цепи зависит так же от размеров используемого проводника, а не только от вещества. Детальнее влияние размеров проводника будет рассмотрено на отдельном уроке.
За счет чего же появляется сопротивление тока? Во время движения свободных электронов происходит постоянное взаимодействие между ионами, входящими в строение кристаллической решетки, и электронами. В результате данного взаимодействия и происходит замедление движения электронов (фактически, из-за столкновения электронов с атомами – узлами кристаллической решетки), благодаря чему и создается сопротивление тока.
С электрическим сопротивлением также связана другая физическая величина – проводимость тока, обратная величина относительно сопротивления.
Формулы сопротивления тока.
Рассмотрим зависимость между изученными на последних уроках величинами. Как было сказано, с увеличением напряжения увеличивается в цепи и сила тока, эти величины пропорциональны: I
Увеличение сопротивления проводника приводит к уменьшению силы тока в цепи, таким образом, данные величины обратно пропорциональны между собой: I
В результате исследований была выявлена следующая закономерность: R=U/I
Расписываем получение единицы сопротивления тока: 1Ом=1В/1А
Таким образом 1 Ом являет собой такое сопротивление тока, при котором сила тока в проводнике равняется 1 А, а напряжение на концах проводника 1 В.
Фактически, сопротивление тока в 1 Ом слишком маленькое и на практике используются проводники, которые характеризуются более высоким сопротивлением (1 КОм, 1 МОм и т.д.).
Сопротивление тока, сила тока и напряжение являются взаимосвязанными величинами, которые оказывают влияние друг на друга. Детальнее это будет рассмотрено уже на следующем уроке.
Источник
Физика. 10 класс
Конспект урока
Физика, 10 класс
Урок 29. Закон Ома для участка цепи. Соединения проводников
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
- условия, необходимые для существования электрического тока;
- постоянный электрический ток;
- закон Ома для участка цепи;
- формула расчета сопротивления проводника с учетом свойств материала проводника и его геометрических размеров;
- типы соединений проводников и формулы расчета параметров электрической цепи для каждого типа.
Глоссарий по теме.
Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t, в течение которого шёл ток.
Постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся со временем.
Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.
Параллельное соединение проводников. При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной и той же паре точек.
Смешанное соединение проводников — это такое соединение, когда в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.
Узел – это точка электрической цепи, где сходится не менее трех ветвей.
Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, то есть противодействовать электрическому току, называют электрическим сопротивлением проводника.
Резистор или проводник — элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 335 – 340.
2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009. – С. 105 – 109.
3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 томах под редакцией академика Ландсберга Г.С.: Т.2. Электричество и магнетизм. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 110 – 115.
4. Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. и доп. М. «Просвещение», 1972. С. 83 – 87.
5. Савельев И.В. Курс общей физики, том II. Электричество. М.: Изд. «Наука», 1970 г. С. 108.
Открытые электронные ресурсы:
Теоретический материал для дополнительного изучения
Сложно представить нашу жизнь без электрического тока. Каждый день, не задумываясь, мы используем различные электрические приборы, в основе работы которых лежат простые и сложные электрические цепи. Какому закону подчиняются основные параметры электрических цепей? Как рассчитать эти цепи, чтобы приборы работали исправно?
Вы уже знаете, электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Для возникновения и существования электрического тока в проводнике необходимо:
- наличие свободных заряженных частиц;
- сила, действующая на них в определённом направлении, то есть наличие электрического поля в проводнике.
Различают следующие действия электрического тока:
- тепловое ;
- химическое ;
- магнитное .
Постоянный ток — электрический ток, у которого сила тока и направление не изменяются со временем.
Сила тока I равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t:
За направление электрического тока условно выбрано направление движения положительно заряженных частиц, то есть в сторону, противоположную направлению движения электронов.
Для каждого проводника – твердого, жидкого и газообразного – существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов (напряжения) на концах проводника. Эту зависимость выражает, так называемая, вольт-амперная характеристика проводника.
Для широкого класса проводников (в т. ч. металлов ) при неизменной температуре справедлив закон Ома для участка цепи:
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка цепи:
Закон имеет простую форму, но доказать экспериментально его справедливость довольно трудно.
Закон Ома является основой всей электротехники постоянных токов. Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно.
Основная электрическая характеристика проводника – сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. Причиной электрического сопротивления является взаимодействие электронов при их движении по проводнику с ионами кристаллической решетки. Сопротивление проводника зависит от свойств материала проводника и его геометрических размеров.
Электрическое сопротивление металлов прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения:
где величина ρ – удельное сопротивление проводника — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь). Удельное сопротивление веществ приводятся в справочных таблицах.
Омметр – прибор для измерения сопротивления.
От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию. Для этого составляют электрические цепи различной сложности. Различают последовательное, параллельное, смешанное соединения проводников.
Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом. Главная особенность последовательного соединения заключается в том, что через все проводники протекает одинаковый ток. Если через один проводник протекает ток определенной величины, то такой же ток протекает и через все остальные. Если хотя бы в одном проводнике отсутствует ток, то он обязательно отсутствует и во всех остальных. Напряжение на концах последовательно соединенных проводников складывается. Полное сопротивление всего участка цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений всех проводников.
Последовательное соединение
Источник
Постоянный электрический ток. Сила тока. Напряжение. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи
1. Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц.
Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимы два условия: наличие свободных заряженных частиц и электрического поля, которое создаёт их направленное движение.
При существовании тока в разных средах: в металлах, жидкостях, газах — электрический заряд переносится разными частицами. В металлах этими частицами являются электроны, в жидкостях заряд переносится ионами, в газах — электронами, положительными и отрицательными ионами.
Дистиллированная вода не проводит электрический ток, поскольку она не содержит свободных зарядов. Если в воду добавить поваренную соль или медный купорос, то в ней появятся свободные заряды, и она станет проводником электрического тока. В растворе поваренной соли в воде происходит электролитическая диссоциация — процесс разложения молекулы поваренной соли на положительный ион натрия и отрицательный ион хлора. Если в сосуд с раствором поваренной соли поместить две металлические пластины, соединённые с источником тока (рис. 79), то положительный ион натрия в электрическом поле будет двигаться к пластине, соединенной с отрицательным полюсом источника тока, называемым катодом, а отрицательный ион хлора — с положительным полюсом источника тока, называемым анодом.
Газы в обычных условиях тоже не проводят электрический ток, так как в них нет свободных зарядов. Однако если в воздушный промежуток между двумя металлическими пластинами, соединёнными с источником тока, внести зажжённую спичку или спиртовку, то газ станет проводником и гальванометр зафиксирует протекание тока но цепи. При внесении пламени в воздушный промежуток между пластинами происходит ионизация газа (рис. 80). При этом от атома «отрываются» электроны и образуется положительный ион. Во время движения электрон может присоединиться к нейтральному атому и образовать отрицательный ион. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду, а отрицательные ионы и электроны — к положительному электроду.
2. Направленное движение зарядов обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается источником тока. В источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы накапливаются на полюсах источника тока. Один полюс источника заряжается положительно, другой — отрицательно. Между полюсами источника образуется электрическое поле, под действием которого заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно.
В источнике тока совершается работа при разделении заряженных частиц. При этом различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия, в гальваническом элементе — химическая.
3. Электрический ток, проходя по цепи, производит различные действия. Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при его прохождении по проводнику в нём выделяется некоторое количество теплоты. Пример применения теплового действия тока — электронагревательные элементы чайников, электроплит, утюгов и пр. В ряде случаев температура проводника нагревается настолько сильно, что можно наблюдать его свечение. Это происходит в электрических лампочках накаливания.
Магнитное действие электрического тока проявляется в том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, действуя на магнитную стрелку, расположенную рядом с проводником, заставляет её поворачиваться (рис. 81).
Благодаря магнитному действию тока можно превратить железный гвоздь в электромагнит, намотав на него провод, соединённый с источником тока. При пропускании по проводу электрического тока гвоздь будет притягивать железные предметы.
Химическое действие электрического тока проявляется в том, что при его прохождении в жидкости на электроде выделяется вещество. Если в стакан с раствором медного купороса поместить угольные электроды и присоединить их к источнику тока, то, вынув через некоторое время эти электроды из раствора, можно обнаружить на электроде, присоединённом к отрицательному полюсу источника (на катоде), слой чистой меди.
Это происходит потому, что между электродами существует электрическое поле, в котором ионы (положительно заряженные ионы меди и отрицательно заряженные ионы кислотного остатка) движутся к соответствующим электродам. Достигнув отрицательного электрода, ионы меди получают недостающие электроны, при этом восстанавливается чистая медь.
4. Характеристикой тока в цепи служит величина, называемая силой тока \( (I) \) . Силой тока называют физическую величину, равную отношению заряда \( q \) , проходящего через поперечное сечение проводника за промежуток времени \( t \) , к этому промежутку времени: \( I=q/t \) .
Определение единицы силы тока основано на магнитном действии тока, в частности на взаимодействии параллельных проводников, по которым идёт электрический ток. Такие проводники притягиваются, если ток по ним идёт в одном направлении, и отталкиваются, если направление тока в них противоположное.
За единицу силы тока принимают такую силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 2·10 -7 Н.
Эта единица называется ампером (1 А).
Зная формулу силы тока, можно получить единицу электрического заряда: 1 Кл = 1 А · 1 с.
5. Прибор, с помощью которого измеряют силу тока в цепи, называется амперметром. Его работа основана на магнитном действии тока. Основные части амперметра магнит и катушка. При прохождении по катушке электрического тока она в результате взаимодействия с магнитом, поворачивается и поворачивает соединённую с ней стрелку. Чем больше сила тока, проходящего через катушку, тем сильнее она взаимодействует с магнитом, тем больше угол поворота стрелки. Амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить (рис. 82), и потому он имеет малое внутреннее сопротивление, которое практически не влияет на сопротивление цепи и на силу тока в цепи.
У клемм амперметра стоят знаки «+» и «-», при включении амперметра в цепь клемма со знаком «+» присоединяется к положительному полюсу источника тока, а клемма со знаком «-» к отрицательному полюсу источника тока.
6. Источник тока создаёт электрическое поле, которое приводит в движение электрические заряды. Характеристикой источника тока служит величина, называемая напряжением. Чем оно больше, тем сильнее созданное им поле. Напряжение характеризует работу, которую совершает электрическое поле по перемещению электрического заряда, равного 1 Кл.
Напряжением \( U \) называют физическую величину, равную отношению работы \( (A) \) электрического поля по перемещению электрического заряда к заряду \( (q) \) : \( U=A/q \) .
Возможно другое определение понятия напряжения. Если числитель и знаменатель в формуле напряжения умножить на время движения заряда \( (t) \) , то получим: \( U=At/qt \) . В числителе этой дроби стоит мощность тока \( (P) \) , а в знаменателе — сила тока \( (I) \) : \( U=P/I \) , т.е. напряжение — физическая величина, равная отношению мощности электрического тока к силе тока в цепи.
Единица напряжения: \( [U]=[A]/[q] \) ; \( [U] \) = 1 Дж/1 Кл = 1 В (один вольт).
Напряжение измеряют вольтметром. Он имеет такое же устройство, что и амперметр и такой же принцип действия, но он подключается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором хотят измерить (рис. 83). Внутреннее сопротивление вольтметра достаточно большое, соответственно проходящий через него ток мал по сравнению с током в цепи.
У клемм вольтметра стоят знаки «+» и «-», при включении вольтметра в цепь клемма со знаком «+» присоединяется к положительному полюсу источника тока, а клемма со знаком «-» к отрицательному полюсу источника тока.
7. Собрав электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора, амперметра, вольтметра, ключа (рис. 83), можно показать, что сила тока \( (I) \) , протекающего через резистор, прямо пропорциональна напряжению \( (U) \) на его концах: \( I\sim U \) . Отношение напряжения к силе тока \( U/I \) — есть величина постоянная. Если заменить резистор, включённый в цепь, другим резистором и повторить опыт, получим тот же результат: сила тока в резисторе прямо пропорциональна напряжению на его концах, а отношение напряжения к силе тока есть величина постоянная. Только в этом случае значение отношения напряжения к силе тока будет отличаться от отношения этих величин в первом опыте. Причиной этого является то, что в цепь включались разные резисторы. Следовательно, существует физическая величина, характеризующая свойства проводника (резистора), по которому течёт электрический ток. Эту величину называют электрическим сопротивлением проводника, или просто сопротивлением. Обозначается сопротивление буквой \( R \) .
Сопротивлением проводника \( (R) \) называют физическую величину, равную отношению напряжения \( (U) \) на концах проводника к силе тока \( (I) \) в нём. \( R=U/I \) .
За единицу сопротивления принимают Ом (1 Ом).
Один Ом — сопротивление такого проводника, в котором сила тока равна 1 А при напряжении на его концах 1 В: 1 Ом = 1 В/1 А.
Причина того, что проводник обладает сопротивлением, заключается в том, что направленному движению электрических зарядов в нём препятствуют ионы кристаллической решетки, совершающие беспорядочное движение. Соответственно, скорость направленного движения зарядов уменьшается.
8. Электрическое сопротивление \( R \) прямо пропорционально длине проводника \( (l) \) , обратно пропорционально площади его поперечного сечения \( (S) \) и зависит от материала проводника. Эта зависимость выражается формулой: \( R=\rho\frac\) . \( \rho \) — величина, характеризующая материал, из которого сделан проводник. Эта величина называется удельным сопротивлением проводника, её значение равно сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 .
Единицей удельного сопротивления проводника служит: \( [\rho]=\frac<[R][S]> <[l]>\) ; \( [\rho]=\frac<1Ом\cdot1м^2> <1м>\) . Часто площадь поперечного сечения измеряют в мм 2 , поэтому в справочниках значения удельного сопротивления проводника приводятся как в Ом·м, так и в \( \frac<Ом\cdotмм^2> <м>\) .
Изменяя длину проводника, а следовательно его сопротивление, можно регулировать силу тока в цепи. Прибор, с помощью которого это можно сделать, называется реостатом (рис. 84).
9. Как показано выше, сила тока в проводнике зависит от напряжения на его концах. Если в опыте менять проводники, оставляя напряжение на них неизменным, то можно показать, что при постоянном напряжении на концах проводника сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению. Объединив зависимость силы тока от напряжения и его зависимость от сопротивления проводника, можно записать: \( I=\frac
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
1. На рисунке приведена схема электрической цепи, состоящей из источника тока, ключа и двух параллельно соединённых резисторов. Для измерения напряжения на резисторе \( R_2 \) вольтметр можно включить между точками
1) только Б и В
2) только А и В
3) Б и Г или Б и В
4) А и Г или А и В
2. На рисунке представлена электрическая цепь, состоящая из источника тока, резистора и двух амперметров. Сила тока, показываемая амперметром А1, равна 0,5 А. Амперметр А2 покажет силу тока
1) меньше 0,5 А
2) больше 0,5 А
3) 0,5 А
4) 0 А
3. Ученик исследовал зависимость силы тока в электроплитке от приложенного напряжения и получил следующие данные.
Проанализировав полученные значения, он высказал предположения:
А. Закон Ома справедлив для первых трёх измерений.
Б. Закон Ома справедлив для последних трёх измерений.
Какая(-ие) из высказанных учеником гипотез верна(-ы)?
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
4. На рисунке изображён график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Чему равно сопротивление проводника?
1) 0,25 Ом
2) 2 Ом
3) 4 Ом
4) 8 Ом
5. На диаграммах изображены значения силы тока и напряжения на концах двух проводников. Сравните сопротивления этих проводников.
1) \( R_1=R_2 \)
2) \( R_1=2R_2 \)
3) \( R_1=4R_2 \)
4) \( 4R_1=R_2 \)
6. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения мощности тока для двух проводников (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения напряжения \( U_1 \) и \( U_2 \) на концах этих проводников.
1) \( U_2=\sqrt<3>U_1 \)
2) \( U_1=3U_2 \)
3) \( U_2=9U_1 \)
4) \( U_2=3U_1 \)
7. Необходимо экспериментально обнаружить зависимость электрического сопротивления круглого угольного стержня от его длины. Какую из указанных пар стержней можно использовать для этой цели?
1) А и Г
2) Б и В
3) Б и Г
4) В и Г
8. Два алюминиевых проводника одинаковой длины имеют разную площадь поперечного сечения: площадь поперечного сечения первого проводника 0,5 мм 2 , а второго проводника 4 мм 2 . Сопротивление какого из проводников больше и во сколько раз?
1) Сопротивление первого проводника в 64 раза больше, чем второго.
2) Сопротивление первого проводника в 8 раз больше, чем второго.
3) Сопротивление второго проводника в 64 раза больше, чем первого.
4) Сопротивление второго проводника в 8 раз больше, чем первого.
9. В течение 600 с через потребитель электрического тока проходит заряд 12 Кл. Чему равна сила тока в потребителе?
1) 0,02 А
2) 0,2 А
3) 5 А
4) 50 А
10. В таблице приведены результаты экспериментальных измерений площади поперечного сечения \( S \) , длины \( L \) и электрического сопротивления \( R \) для трёх проводников, изготовленных из железа или никелина.
На основании проведённых измерений можно утверждать, что электрическое сопротивление проводника
1) зависит от материала проводника
2) не зависит от материала проводника
3) увеличивается при увеличении его длины
4) уменьшается при увеличении его площади поперечного сечения
11. Для изготовления резисторов использовался рулон нихромовой проволоки. Поочередно в цепь (см. рисунок) включали отрезки проволоки длиной 4 м, 8 м и 12 м. Для каждого случая измерялись напряжение и сила тока (см. таблицу).
Какой вывод можно сделать на основании проведённых исследований?
1) сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения
2) сопротивление проводника прямо пропорционально его длине
3) сопротивление проводника зависит от силы тока в проводнике
4) сопротивление проводника зависит от напряжения на концах проводника
5) сила тока в проводнике обратно пропорциональна его сопротивлению
12. В справочнике физических свойств различных материалов представлена следующая таблица.
Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.
1) При равных размерах проводник из алюминия будет иметь меньшую массу и большее электрическое сопротивление по сравнению с проводником из меди.
2) Проводники из нихрома и латуни при одинаковых размерах будут иметь одинаковые электрические сопротивления.
3) Проводники из константана и никелина при одинаковых размерах будут иметь разные массы.
4) При замене никелиновой спирали электроплитки на нихромовую такого же размера электрическое сопротивление спирали уменьшится.
5) При равной площади поперечного сечения проводник из константана длиной 4 м будет иметь такое же электрическое сопротивление, что и проводник из никелина длиной 5 м.
Часть 2
13. Меняя электрическое напряжение на участке цепи, состоящем из никелинового проводника длиной 5 м, ученик полученные данные измерений силы тока и напряжения записал в таблицу. Чему равна площадь поперечного сечения проводника?
Источник