Физика 10 класс

13.04.2020г.

Физика 10 класс

І Тема: Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.

ІІ Образовательные задачи.

Познакомиться с источниками тока и их видами. Сформировать понятия «сторонних сил» и «электродвижущей силы». Ввести понятия внутренней и внешней частей цепи, работы сторонних сил внутри источника, изучить соотношение между параметрами замкнутой электрической цепи.

ІІІ Изучение нового материала.

Повторить вопрос об источниках тока, видах источников.

1. Любой источник тока характеризуется электродвижущей силой, или сокращенно ЭДС. Так, на круглой батарейке для карманного фонарика написано: 1,5 В. Что это значит?

Если соединить проводником два разноимённо заряженных шарика, то заряды быстро нейтрализуют друг друга, потенциалы шариков станут одинаковыми, и электрическое поле исчезнет (рис.1, а).

Сторонние силы. Для того чтобы ток был постоянным, Надо поддерживать постоянное напряжение между шариками. Для этого необходимо устройство (источник тока), которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков. В таком устройстве на заряды кроме электрических сил должны действовать силы неэлектростатического происхождения (рис.1, б). Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских), называют сторонними силами.

2. Электростатическое поле потенциально. Работа этого поля при перемещении в нём заряженных частиц по замкнутой электрической цепи равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии — проводник нагревается. Следовательно, в цепи должен быть какой-то источник энергии, поставляющий её в цепь. В нем, помимо кулоновских сил, обязательно должны действовать сторонние, непотенциальные силы. Работа этих сил вдоль замкнутого контура должна быть отлична от нуля.

3. Природа сторонних сил.

Природа сторонник сил может быть разнообразной. В генераторах электростанций сторонние силы — это силы, действующие со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике.

В гальваническом элементе, например в элементе Вольта, действуют химические силы.

4. Электродвижущая сила.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Электродвижущая сила источника тока равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда:

E .

Электродвижущую силу, как и напряжение, выражают в вольтах.

Разность потенциалов на клеммах батареи при разомкнутой цепи равна электродвижущей силе. ЭДС одного элемента батареи обычно 1-2 В.

Можно говорить также об электродвижущей силе и на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил (работа по перемещению единичного заряда) не во всём контуре, а только на данном участке.

5. Рассмотрим простейшую полную (т. е. замкнутую) цепь, состоящую из источника тока (гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора сопротивлением R (рис.2). Источник тока имеет ЭДС E и сопротивление r.

В генераторе r — это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе сопротивление раствора электролита и электродов.

Сопротивление источника называют внутренним сопротивлением в

отличие от внешнего сопротивления R цепи.

6. Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи R + r. Эта связь может быть установлена теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля-Ленца.

Пусть за время через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд . Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда можно записать так: E . Согласно определению силы тока . Поэтому

E .

При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых r и R, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля-Ленца оно равно:

По закону сохранения энергии , откуда получаем

E .

Произведение силы тока и сопротивления участка цепи называют падением напряжения на этом участке.

ЭДС равна сумме падений напряжения на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи.

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к полному сопротивлению цепи.

При коротком замыкании, когда , сила тока в цепи и определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большой.

Выучить §105-106, законспектировать, обратить внимание на §107, сдать решение задач 1,3,4 на странице 353.

ІV Домашнее задание.