Последовательное и параллельное соединение проводников
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока научиться различать последовательное и параллельное соединение проводников, изображать схемы таких цепей и применять основные законы и формулы для расчёта силы тока, напряжения и сопротивления в простых цепях.
- Сформировать представление о закономерностях распределения силы тока и напряжения при последовательном соединении проводников.
- Сформировать представление о закономерностях распределения силы тока и напряжения при параллельном соединении проводников.
- Научить анализировать электрические схемы и выбирать формулу для решения расчётной задачи, в том числе в формате ОГЭ.
- Развивать навыки самоконтроля, аргументации ответа и сотрудничества при работе с электрическими схемами.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическую значимость правил соединения проводников для устройства бытовых электрических цепей.
- Проявляют ответственное отношение к соблюдению правил электробезопасности.
- Снижают тревожность перед заданиями ОГЭ благодаря освоению понятного алгоритма анализа электрических схем.
- Развивают мотивацию к применению физических знаний при объяснении работы электроприборов.
Метапредметные
- Выделяют существенные признаки последовательного и параллельного соединения по электрической схеме.
- Работают с формулами, таблицей данных и условием расчётной задачи.
- Планируют последовательность решения и проверяют результат по единицам измерения и физическому смыслу.
- Аргументируют выбор формулы и формулируют вывод по результатам анализа схемы.
- Используют цифровую демонстрацию или изображение схемы для извлечения необходимой информации.
Предметные
- Знать определения последовательного и параллельного соединения проводников.
- Знать законы распределения силы тока и напряжения при последовательном и параллельном соединении.
- Знать формулы $R=R_1+R_2$ и $\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$ для двух резисторов.
- Уметь определять вид соединения по электрической схеме и находить общее сопротивление цепи.
- Уметь решать простые задачи на закон Ома для участка цепи и объяснять примеры применения соединений в быту.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают значение изучаемых законов для безопасного использования электрических приборов.
- Формируют учебную мотивацию через связь темы с бытовой электропроводкой и заданиями ОГЭ.
- Оценивают собственную готовность применять формулы в новой ситуации.
- Проявляют познавательный интерес к объяснению различий в работе электрических цепей.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель урока после выявления затруднения при анализе электрической схемы.
- Планируют решение задачи: определяют вид соединения, записывают закон, подставляют данные, проверяют ответ.
- Осуществляют самопроверку по эталону и исправляют ошибки.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и билета на выход.
Познавательные УУД
- Сравнивают последовательное и параллельное соединения по нескольким признакам.
- Устанавливают причинно-следственные связи между строением цепи и распределением физических величин.
- Преобразуют текстовое условие задачи в электрическую схему и математическую модель.
- Применяют анализ, сравнение, обобщение и моделирование при решении задач.
Коммуникативные УУД
- Работают в парах, распределяя роли при анализе схемы.
- Формулируют полный устный ответ с использованием физических терминов.
- Задают уточняющие вопросы и аргументируют выбор вида соединения.
- Сверяют решение с решением одноклассника и корректно указывают на неточности.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или изображения двух схем: двух ламп, соединённых последовательно, и двух ламп, соединённых параллельно.
- Распечатать карточки с тремя схемами электрических цепей — по одной карточке на пару, всего 15 карточек.
- Распечатать индивидуальные задания трёх уровней — по одному комплекту на каждого ученика, всего 30 комплектов.
- Подготовить лист самооценки с пунктами «Я различаю соединения», «Я применяю законы», «Я решаю задачу по схеме».
- Записать на доске или вывести на экран обозначения силы тока $I$, напряжения $U$, сопротивления $R$ и закона Ома $I=\frac{U}{R}$.
- Подготовить таблицу для заполнения: вид соединения, сила тока, напряжение, общее сопротивление.
- Подготовить набор низковольтного оборудования: источник тока, ключ, два резистора или лампы, соединительные провода, амперметр и вольтметр; при отсутствии оборудования использовать виртуальную схему.
- Подготовить слайд с бытовым примером: лампы в квартире соединены параллельно, а элементы простой гирлянды могут быть соединены последовательно.
- Проверить исправность проектора, интерактивной доски и безопасного низковольтного источника тока.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: организовать класс, вызвать интерес к теме и показать её практическую значимость.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность: "Здравствуйте, ребята. Сегодня нам понадобятся тетради, ручки и внимательный взгляд на электрические схемы. Проверьте, что на столе нет лишних предметов, а рабочая тетрадь открыта. Напомните, какие величины мы используем при описании электрической цепи: силу тока, напряжение и сопротивление." | Проверяют готовность, записывают дату, называют физические величины: "Сила тока, напряжение, сопротивление". |
2 мин | Учитель показывает на экране две схемы с одинаковыми лампами и спрашивает: "Почему в одной цепи при неисправности одной лампы может погаснуть другая, а в домашней сети остальные приборы обычно продолжают работать? Как связаны эти наблюдения со способом соединения проводников? Сегодня мы найдём ответ и потренируемся решать такие задачи в формате ОГЭ." | Рассматривают схемы, выдвигают предположения: "Лампы соединены по-разному", "В одной цепи ток проходит через обе лампы", "В другой есть отдельные ветви". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что внешний вид цепи связан с её работой. Теперь вспомним закон Ома и свойства электрической цепи, которые помогут нам открыть новые правила."
Этап 2. Актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия силы тока, напряжения, сопротивления и закона Ома.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Самостоятельно вспомните, что показывает сила тока, напряжение и сопротивление. Запишите по одному короткому определению, затем сравните формулировки с соседом." | Записывают определения, обсуждают их в парах, предлагают формулировки: "Сила тока показывает заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени"; "Напряжение характеризует работу электрического поля". |
2 мин | Учитель записывает на доске закон Ома: $I=\frac{U}{R}$ и задаёт вопросы: "Как найти напряжение? Как найти сопротивление? Какие единицы измерения у этих величин? Обратите внимание: прежде чем подставлять числа, нужно понять, к какому участку цепи относятся данные." | Преобразуют формулу: $U=IR$, $R=\frac{U}{I}$; называют единицы: ампер, вольт, ом. |
2 мин | Учитель показывает простую цепь с одним резистором и спрашивает: "Где в этой цепи можно измерить силу тока амперметром? Где подключают вольтметр? Почему приборы подключаются именно так?" | Отвечают: "Амперметр включают последовательно, вольтметр — параллельно участку, напряжение на котором измеряют"; показывают места подключения на схеме. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что закон Ома связывает три основные величины. Но если в цепи несколько проводников, нужно сначала определить, как они соединены и какие величины одинаковы или складываются."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение и совместно сформулировать учебную задачу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предъявляет схему с двумя резисторами, соединёнными последовательно, и задачу: "К источнику напряжением 12 В подключены последовательно два резистора сопротивлениями 2 Ом и 4 Ом. Не выполняя расчёт, предположите, одинаковы ли силы тока в резисторах и чему равно общее сопротивление. Обоснуйте ответ." | Рассматривают схему, обсуждают в парах. Одни предполагают: "Сила тока одинаковая, потому что заряд проходит через оба резистора"; другие затрудняются определить общее сопротивление. |
2 мин | Учитель фиксирует затруднение на доске: "Мы умеем использовать закон Ома для одного проводника, но ещё не сформулировали правила для нескольких проводников. Сформулируйте цель урока: что нужно выяснить, чтобы решать такие задачи?" | Формулируют цель: "Нужно узнать законы последовательного и параллельного соединения, научиться находить общее сопротивление и решать задачи по схемам". |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определена: сегодня мы не просто запомним две формулы, а выведем их из устройства цепи и проверим на конкретных примерах. Начнём с последовательного соединения."
Этап 4. Открытие нового знания (12 мин)
Цель этапа: сформулировать законы последовательного и параллельного соединения проводников через анализ схем и измеряемых величин.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель демонстрирует схему последовательного соединения или собирает её из двух резисторов: "Посмотрите на цепь. В последовательной цепи нет разветвлений: все проводники включены один за другим. Какой путь проходит заряд? Можно ли ему выбрать другой путь? Поэтому сила тока в каждом элементе одинакова: $I=I_1=I_2$. Напряжение источника распределяется между проводниками: $U=U_1+U_2$." | Находят участок без разветвлений, формулируют вывод: "Сила тока одинакова во всех элементах, а общее напряжение равно сумме напряжений"; записывают формулы. |
3 мин | Учитель выводит формулу общего сопротивления: "Используем закон Ома. Для всей цепи $U=IR$, для отдельных резисторов $U_1=IR_1$ и $U_2=IR_2$. Так как $U=U_1+U_2$, получаем $IR=IR_1+IR_2$, откуда $R=R_1+R_2$. Для нескольких резисторов правило записывается так: $R=R_1+R_2+...+R_n$." | Следят за выводом, записывают формулы и проговаривают: "При последовательном соединении общее сопротивление равно сумме сопротивлений". |
3 мин | Учитель показывает схему с параллельными ветвями: "Теперь рассмотрим параллельное соединение. Между одними и теми же двумя узлами находятся две ветви. Напряжение на ветвях одинаково: $U=U_1=U_2$. Общий ток разделяется: $I=I_1+I_2$. Для двух резисторов из закона Ома получаем $\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$, или $R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$." | Показывают узлы и ветви на схеме, записывают законы: одинаковое напряжение, сумма токов, формула общего сопротивления. |
2 мин | Учитель предлагает заполнить таблицу на доске: "Сравним соединения по трём признакам: наличие ветвлений, сила тока, напряжение, общее сопротивление. Заполните пропуски и объясните, почему при параллельном соединении общее сопротивление меньше сопротивления каждой ветви." | Заполняют таблицу, формулируют вывод: "При параллельном соединении ток получает дополнительные пути, поэтому общее сопротивление меньше каждого сопротивления ветви". |
Запись в тетрадях
- Последовательное соединение: $I=I_1=I_2$, $U=U_1+U_2$, $R=R_1+R_2$.
- Параллельное соединение: $U=U_1=U_2$, $I=I_1+I_2$, $\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$; для двух проводников $R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$.
- Алгоритм: определить вид соединения; записать закон; выбрать известные величины; выполнить расчёт; проверить единицы и физический смысл ответа.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть две системы правил. В последовательной цепи одинаков ток, а напряжения складываются; в параллельной цепи одинаково напряжение, а складываются токи. Проверим, умеем ли мы применять эти правила к реальным схемам."
Этап 5. Первичное закрепление: разбор электрических цепей (7 мин)
Цель этапа: научить определять вид соединения и применять формулы в совместном решении задач.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт парам карточки со схемами и даёт инструкцию: "В каждой схеме сначала обведите узлы. Затем определите, где последовательное соединение, а где параллельное. Не начинайте вычисления, пока не назовёте закон для силы тока и напряжения. На работу две минуты." | В парах обводят узлы, выделяют ветви, подписывают вид соединения и формулы. Для схемы без разветвлений пишут «последовательное», для схемы с двумя ветвями — «параллельное». |
4 мин | Учитель разбирает задачу: "Два резистора сопротивлениями 6 Ом и 3 Ом соединены параллельно и подключены к источнику напряжением 12 В. Найдите сопротивление участка и силу тока в каждой ветви." Учитель просит назвать план решения и фиксирует его на доске. | Называют шаги и решают. Записывают: $R=\frac{6\cdot3}{6+3}=2$ Ом; $I_1=\frac{12}{6}=2$ А; $I_2=\frac{12}{3}=4$ А. Формулируют: "Общий ток равен 6 А". |
Эталон решения
Дано: $R_1=6$ Ом, $R_2=3$ Ом, $U=12$ В. При параллельном соединении напряжение на каждой ветви равно напряжению источника: $U_1=U_2=12$ В. Общее сопротивление: $R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}=\frac{6\cdot3}{6+3}=2$ Ом. Сила тока в первой ветви: $I_1=\frac{U_1}{R_1}=\frac{12}{6}=2$ А. Сила тока во второй ветви: $I_2=\frac{U_2}{R_2}=\frac{12}{3}=4$ А. Общая сила тока: $I=I_1+I_2=6$ А. Проверка: $I=\frac{U}{R}=\frac{12}{2}=6$ А.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что правильное определение узлов и ветвей сразу подсказывает нужную формулу. Теперь каждый самостоятельно проверит, сможет ли пройти этот алгоритм без подсказки пары."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное применение законов и формул к заданиям разного уровня.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель раздаёт индивидуальные карточки и объясняет критерии: "В каждом решении обязательно укажите вид соединения, запишите закон и единицы измерения. Если сомневаетесь, воспользуйтесь алгоритмом на доске. Ошибка в одном шаге не означает, что вы не умеете решать задачу: найдите место затруднения и исправьте его." | Получают карточки, выбирают базовый или повышенный вариант по готовности, записывают условие и план решения. |
4 мин | Учитель предлагает базовое задание: "Два резистора 4 Ом и 8 Ом соединены последовательно и подключены к источнику напряжением 24 В. Найдите общее сопротивление и силу тока в цепи." Для желающих — повышенное задание: "Резисторы 6 Ом и 3 Ом соединены параллельно при напряжении 18 В. Найдите общее сопротивление, токи в ветвях и общий ток." Учитель наблюдает, задаёт уточняющие вопросы, но не сообщает готовую формулу. | Решают индивидуально. В базовом варианте находят $R=12$ Ом и $I=2$ А. В повышенном варианте находят $R=2$ Ом, $I_1=3$ А, $I_2=6$ А, $I=9$ А. |
3 мин | Учитель выводит эталон на экран: "Сверьте не только конечный ответ, но и ход решения. Проверьте вид соединения, формулу, единицы и физический смысл результата. Отметьте зелёным верный шаг, жёлтым — шаг, который нужно исправить." | Сверяют решение с эталоном, исправляют ошибки, отмечают затруднившийся шаг в листе самооценки. |
Эталон решения
Базовый вариант: при последовательном соединении $R=R_1+R_2=4+8=12$ Ом. Сила тока $I=\frac{U}{R}=\frac{24}{12}=2$ А. Повышенный вариант: при параллельном соединении $R=\frac{6\cdot3}{6+3}=2$ Ом; $I_1=\frac{18}{6}=3$ А; $I_2=\frac{18}{3}=6$ А; $I=I_1+I_2=9$ А.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что алгоритм работает для обоих видов соединения. Осталось связать формулы с практикой и ещё раз проговорить, чем отличаются цепи, которые мы встретили сегодня."
Этап 7. Включение в систему знаний и рефлексия (5 мин)
Цель этапа: обобщить знания, связать их с бытовыми цепями и оценить достижение цели урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает изображения гирлянды и бытовой электросети: "Определите, какое соединение удобнее для домашней сети и почему. Почему при параллельном соединении выключение одного прибора обычно не отключает остальные? Почему последовательное соединение может быть удобным для простой гирлянды?" | Формулируют ответы: "В домашней сети используют параллельное соединение, потому что приборы работают независимо и получают одинаковое напряжение"; "В последовательной цепи разрыв одного элемента прекращает ток во всей цепи". |
2 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: "Покажите зелёную карточку, если уверенно различаете соединения, жёлтую — если нужна тренировка, красную — если пока требуется объяснение. В тетради допишите одну фразу: «Чтобы решить задачу, я сначала…»" | Показывают карточки, дописывают алгоритм: "Сначала определяю вид соединения и узлы, затем выбираю закон". |
1 мин | Учитель проводит «Билет на выход»: "На маленьком листке ответьте на вопрос: при каком соединении сила тока одинакова во всех проводниках и при каком соединении одинаково напряжение? Приведите по одной формуле." | Пишут: "При последовательном соединении одинаков ток: $I=I_1=I_2$; при параллельном одинаково напряжение: $U=U_1=U_2$". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы научились видеть за схемой физический закон. Если определить узлы, ветви и путь тока, выбор формулы становится понятным. На следующем уроке мы продолжим решать задачи на смешанное соединение проводников."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно определены виды соединения, записаны все необходимые законы, без ошибок решены оба расчётных задания, указаны единицы измерения и выполнена проверка результата.
- «4» — правильно определены виды соединения и решено основное задание, но допущена одна вычислительная ошибка или пропущена часть проверки.
- «3» — определён хотя бы один вид соединения, записана основная формула и выполнено решение базовой задачи с помощью алгоритма, но допущены отдельные ошибки в вычислениях или оформлении.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о распределении силы тока и напряжения? | Проверка осознания основных законов для двух видов соединения. |
Как по схеме определить, что соединение параллельное? | Выявление понимания узлов и ветвей. |
На каком шаге решения задачи возникло затруднение? | Выявление точек затруднения в алгоритме решения. |
Можете ли вы объяснить, почему бытовые приборы соединяют параллельно? | Проверка переноса предметного знания в жизненный контекст. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что при последовательном соединении сила тока одинакова, а напряжение и сопротивления складываются. При параллельном соединении одинаково напряжение, а общий ток равен сумме токов в ветвях. Типичная ошибка — подставить формулу общего сопротивления, не определив вид соединения, поэтому всегда начинайте с анализа схемы. Вы уже умеете решать базовые задачи такого типа и готовы перейти к более сложным схемам. На следующем уроке рассмотрим смешанное соединение проводников."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Решить 3 задачи: одну на последовательное соединение двух резисторов, одну на параллельное соединение двух резисторов и одну на определение силы тока по закону Ома. В каждой задаче указать вид соединения, формулу, расчёт и единицы измерения. | Закрепить основные законы и алгоритм решения; при проверке обратить внимание на соответствие формулы схеме. |
Средний (повышающий) | Решить 2 задачи с бытовым контекстом: определить параметры цепи из двух ламп или резисторов при заданном напряжении и сравнить токи в параллельных ветвях. Составить к одной задаче схему. | Развить умение переносить формулы в реальную ситуацию и связывать текстовое условие со схемой. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить и решить собственную задачу на два вида соединения: подобрать сопротивления и напряжение так, чтобы в одном случае общее сопротивление было больше сопротивления каждого элемента, а в другом — меньше сопротивления каждой ветви. Обосновать результат. | Развить навыки моделирования, создания задачи и проверки физического смысла ответа. |
Контрольные вопросы перед выходом: «При каком соединении сила тока одинакова во всех элементах?», «При каком соединении напряжение на ветвях одинаково?», «Как найти общее сопротивление двух последовательно соединённых резисторов?», «Почему общее сопротивление параллельного соединения меньше сопротивления каждой ветви?»
