VY_52_INOVACE_2NOV39 Autor: Mgr. Jakub Novák Datum: 9. 10. 2012 Ročník: 8. a 9. Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Fyzika Tematický okruh: Elektromagnetické a světelné děje Téma: Závislost příkonu žárovky na napětí Metodický list: Žáci si připomenou pojem příkon elektrického spotřebiče, změří závislost příkonu na napětí, vytvoří graf této závislosti (v programu Excel nebo jej ručně narýsují). Připomenou si také použití potenciometru jako děliče napětí a práci s měřicími přístroji. Vytvoření grafu je možné provést ručním narýsováním, nebo na počítači v programu Excel případně jiném tabulkovém procesoru. Laboratorní práce odpovídá dvěma vyučovacím hodinám (v první hodině žáci sestavují obvod a měří, ve druhé hodině zpracují naměřené hodnoty a vytvoří graf). Žáci pracují ve skupinách po dvou. Pomůcky používají ze soupravy pro žákovské pokusy s elektřinou, víceúčelové měřicí přístroje, sady izolovaných vodičů opatřených banánky a školní zdroj stejnosměrného elektrického napětí, které je přivedeno do terminálů v jednotlivých lavicích. Při volbě velikosti nastaveného napětí musí vyučující zohlednit jmenovité napětí použitých žárovek a nastavená hodnota nesmí překročit bezpečné napětí 24 V. Výuka probíhá frontálně za dodržení všech bezpečnostních zásad podle přiloženého pracovního postupu. Žáci průběžně s pomocí vyučujícího vyplňují přiložený pracovní list, který odevzdají ke kontrole na konci hodiny. Nejprve si v části zvané příprava připomenou veličinu příkon spotřebiče, vzorec na její výpočet a rozhodnou, jaké elektrické veličiny musí změřit. Poté sami nebo za pomoci vyučujícího navrhnou schéma zapojení elektrického obvodu. Zapojí jej a po kontrole správného zapojení vyučujícím provedou měření. Naměřené hodnoty velikosti elektrického proudu a napětí zaznamenají do tabulky. Poslední řádek tabulky je nutné dopočítat jako součin velikosti napětí a proudu v odpovídajícím sloupci tabulky. Tento výpočet buď provedou žáci pomocí kalkulačky, nebo automaticky v programu Excel. Graf závislosti příkonu na napětí mohou narýsovat ručně do volného místa pracovního listu, nebo jej vytvořit v programu Excel. Vyučující potom vytvořené grafy vytiskne a žáci je na pracovní list přilepí. Správné řešení je uvedeno v přiložené kopii pracovního listu červenou barvou. Vytvořený graf by měl mít přibližně tvar paraboly, která odpovídá (ne zcela přesně, protože se mění také elektrický odpor) kvadratické funkci =. Pracovní postup: Zapojte elektrický obvod podle navrženého schématu. Při sestavování obvodu začněte u kladného pólu zdroje elektrického napětí, postupujte podle schématu směrem k zápornému pólu zdroje. Před závěrečným připojením k zápornému pólu zdroje přepněte vypínač do polohy vypnuto a požádejte vyučujícího o kontrolu zapojení. Až po této kontrole připojte do obvodu i záporný pól zdroje. Ujistěte se, že na měřicích přístrojích jsou
nastaveny správné rozsahy, jezdec potenciometru nastavte přibližně do poloviny jeho dráhy a sepněte spínač. Pomocí potenciometru nastavujte postupně velikost elektrického napětí na žárovce co nejblíže hodnotám 0V, 1V, 2V, 3V, 4V, 5V, 6V, 7V, 8V a 9V. Při každém nastavení zaznamenejte do tabulky naměřené hodnoty elektrického napětí a proudu. Dopočítejte velikost příkonu žárovky při každém nastavení. Na závěr vytvořte graf závislosti příkonu žárovky na elektrickém napětí a pokuste se vysvětlit jeho tvar. Veškerý obsah materiálu je vlastní tvorbou autora.
LABORATORNÍ PRÁCE Jméno: Třída: Škola: ZŠ Schulzovy sady Datum: Zadání: Příprava: Změřte příkon žárovky a zjistěte, jak se mění velikost příkonu žárovky se změnou napětí mezi svorkami žárovky. Závislost příkonu na napětí zaznamenejte do grafu. Příkon určíme podle vztahu: K jeho určení tedy musíme změřit tyto dvě veličiny: 1... 2... Pomůcky: Školní zdroj elektrického napětí, sada vodičů, spínač, potenciometr, žárovka, ampérmetr, voltmetr. Provedení: Zapojíme jednoduchý elektrický obvod obsahující zdroj el. napětí, spínač potenciometr sloužící jako dělič napětí a žárovku. Do obvodu zapojíme ampérmetr (měřící proud žárovkou) a voltmetr (měřící napětí na žárovce). Postupně budeme potenciometrem měnit napětí na žárovce a vždy změříme tuto velikost napětí a velikost proudu, který jí prochází. Naměřené hodnoty zaznamenáme do tabulky, pro každou hodnotu napětí vypočítáme příkon žárovky. Zaznamenanou tabulku hodnot poté zpracujeme pomocí programu Excel a pomocí něj také vytvoříme graf závislosti příkonu žárovky na napětí. Schéma zapojení:
Naměřené hodnoty: Graf: Závěr:
LABORATORNÍ PRÁCE Jméno: Třída: Škola: ZŠ Schulzovy sady Datum: Zadání: Příprava: Změřte příkon žárovky a zjistěte, jak se mění velikost příkonu žárovky se změnou napětí mezi svorkami žárovky. Závislost příkonu na napětí zaznamenejte do grafu. Příkon určíme podle vztahu: P = U. I K jeho určení tedy musíme změřit tyto dvě veličiny: 1. U Elektrické napětí 2. I Elektrický proud Pomůcky: Školní zdroj elektrického napětí, sada vodičů, spínač, potenciometr, žárovka, ampérmetr, voltmetr. Provedení: Zapojíme jednoduchý elektrický obvod obsahující zdroj el. napětí, spínač potenciometr sloužící jako dělič napětí a žárovku. Do obvodu zapojíme ampérmetr (měřící proud žárovkou) a voltmetr (měřící napětí na žárovce). Postupně budeme potenciometrem měnit napětí na žárovce a vždy změříme tuto velikost napětí a velikost proudu, který jí prochází. Naměřené hodnoty zaznamenáme do tabulky, pro každou hodnotu napětí vypočítáme příkon žárovky. Zaznamenanou tabulku hodnot poté zpracujeme pomocí programu Excel a pomocí něj také vytvoříme graf závislosti příkonu žárovky na napětí. Schéma zapojení:
Naměřené hodnoty: 0 1 2,02 3 4 5,01 6 7,04 8 9 0 0,0183 0,0269 0,0335 0,0394 0,0446 0,0493 0,054 0,0578 0,0617 0 0,0183 0,0543 0,101 0,158 0,223 0,296 0,380 0,462 0,555 Graf: 0,6 P/W 0,5 0,4 0,3 0,2 P/W 0,1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Závěr: Měření prokázalo, že příkon žárovky stoupá s rostoucím elektrickým napětím. Tvar grafu podobající se parabole ukazuje, že nejde o přímou úměrnost, ale podobá se spíše kvadratické funkci.