Моделирование колебательных процессов в цепях переменного электрического тока. Интегрированный урок (физика + информатика) с элементами исследовательской работы

Разделы: Физика, Информатика

Тип урока: урок практического применения знаний.

Обучающая цель по физике:

  • закрепление знаний по теме “Цепь переменного тока”;
  • формирование навыков практического применения теоретических знаний при работе с цепями переменного тока различной конфигурации.

Обучающая цель по информатике:

  • обучение навыкам построения графиков физических процессов в программе Visual Basic и исследование их при разных значениях;
  • обучение навыкам составления отчета по лабораторной работе в программе MS Word;
  • закрепление навыков передачи данных по сети и печати документов.

Воспитательная цель: развитие коммуникативных навыков общения при работе в группе.

Развивающая цель:

развитие умений анализировать полученные в ходе практической работы данные, делать обобщения.

Оборудование: ПК Celeron 950, принтер Laser Shot LBP-1120, медиапроектор Panasonic.

Программное обеспечение:MS Windows XP, MS Excel 2003, MS Word 2003.

Ход урока

  1. Орг. момент: Сообщение темы урока, цели.
  2. Повторение изученного материала по физике и первичный инструктаж по выполнению работы;

Учитель физики: для достижения заявленной цели урока нам необходимо вспомнить:

I. Активное сопротивление в цепи переменного тока.

Учитель физики, вопрос к классу: прокомментируйте схему и графики зависимости u(t) и i(t);

Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями.

Рисунок 1

img1.JPG (3460 bytes)

~ R = l?/s; [R] = 1Ом

1. Мгновенное значение напряжения меняется по гармоническому закону

2. Мгновенное значение силы тока меняется по гармоническому закону

В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.

График зависимости напряжения U(t) и силы тока I(t) от времени

Рисунок 3

img2.JPG (24244 bytes)

II. Емкость в цепи переменного тока.

Учитель физики, вопрос к классу: прокомментируйте схему и графики зависимости u(t) и i(t);

Рисунок 4

1. Мгновенное значение напряжения меняется по гармоническому закону

    Рисунок 5

2. Мгновенное значение силы тока меняется по гармоническому закону

Рисунок 6

3. Емкостное сопротивление (Рисунок 7)

График зависимости напряжения U(t) и силы тока I(t) от времени

Колебания силы тока на конденсаторе опережают колебания напряжения на img0.gif (149 bytes)/2. Рисунок 8

III. Индуктивность в цепи переменного тока

Учитель физики, вопрос к классу: прокомментируйте схему и графики зависимости u(t) и i(t); Рисунок 9

~

1. Мгновенное значение напряжения меняется по гармоническому закону (Рисунок 5)

2. Мгновенное значение силы тока меняется по гармоническому закону (Рисунок 10)

3. Индуктивное сопротивление (Рисунок16) s

График зависимости напряжения U(t) и силы тока I(t) от времени.

Колебания силы тока на катушке отстают от колебаний напряжения на /2.

Рисунок11

IV. Мощность в цепи переменного тока.

Учитель физики, вопрос к классу: прокомментируйте схему и график зависимости p(t);

Рисунок12

Мгновенное значение мощности:

Рисунок13

Среднее значение мощности за период

Рисунок14

График зависимости средней мощности от времени

3. Инструктаж по выполнению практической работы учителя информатики.

Учитель информатики: формирование групп по два человека.

1. Роль первого ученика в группе – аналитическая - заключается в формировании отчета группы:

  • в программе MS Word открыть шаблон отчета;
  • записать темы, нарисовать схемы при помощи векторной панели рисования, сгруппировать их;
  • при помощи меню Вставка\Объект\MS Equation 3.0 записать формулы;
  • вставить рисунки графиков Вставка\Рисунок\Из Файла, построенные 2 –ым учеником в группе;
  • проанализировать графики и вписать выводы;
  • записать фамилии участников группы на титульном листе;
  • передать отчет по локальной сети и сохранить в Admin31\Открытый урок\1 ГР\Группа N\Отчет.doc.

2. Роль второго ученика в группе – практическая – заключается в расчетах по формулам и построении графиков в программе Visual Basic:

  • формализация задачи, написание программы и построение графика, т.е. моделирование в Visual Basic задач:
  • "Активное сопротивление в цепи переменного тока”;
  • "Емкость в цепи переменного тока";
  • "Индуктивность в цепи переменного тока";
  • "Мощность в цепи переменного тока".

со следующими параметрами:

Um =5 В; Im =3 А; =50 Гц; t = 0,01 с

Um =3 В; Im =1 А; =50 Гц; t = 0,001 с

Um =2 В; Im =0,5 А; =50 Гц; t = 0,0001 с

  • на рисунке15 представлена форма в процессе выполнения программы для расчета активного сопротивления - интерфейс программы;

Рисунок15

  • на рисунке17представлена форма в процессе выполнения программы для расчета емкости в цепи переменного тока - интерфейс программы;

Рисунок17

  • на рисунке18 представлена форма в процессе выполнения программы для расчета индуктивности в цепи переменного тока - интерфейс программы;

Рисунок 18

  • на рисунке19 представлена форма в процессе выполнения программы для расчета мощности в цепи переменного тока - интерфейс программы;

Рисунок19

4. Практическая работа

Моделирование колебательных процессов в цепях переменного электрического тока

Ученики: выполняют практическую работу (раздаточный материал в Приложении 1)

Учитель физики и информатики: консультируют по вопросам индивидуальных затруднений.

Итогом работы группы являются полученные отчеты, которые сдают учителю физики (Приложение 2).

Контроль со стороны учителей:

физики: правильность построения электрической цепи;
знание формул;
построение графиков;
анализ и обобщение.

информатики: грамотность оформление отчетов в программе MS Word;
составление программы в Visual Basic;
правильность работы в локальной сети.

Выставляются оценки по физике и информатике.

Домашнее задание по физике:

Д/З. §§ 2.6; 2.7; 2.8; 2.10.

Домашнее задание по информатике:

1. Выписать в тетрадь и отработать на компьютере стандартные функции Visual Bаsic.