Ηλεκτρικό κύκλωμα - Φυσική Ε΄ τάξης

1. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ
Ονοματεπώνυμο: Κωνσταντίνος Θεοδωρίδης
Τάξη (-εις):που μπορεί να απευθύνεται: E
Γνωστικό αντικείμενο: ΦΥΣIKH
Ενότητα: Ηλεκτρισμός-Ηλεκτρικό κύκλωμα
Λογισμικά που θα χρησιμοποιηθούν: Λογισμικό προσομοίωσης phet (Εικονικό
εργαστήριο DC), Κειμενογράφος.
Εκτιμώμενη διάρκεια: 2 ώρες
Διδακτικοί Στόχοι
Α. Ως προς το γνωστικό αντικείμενο
• Να αναγνωρίσουν τα βασικά στοιχεία ενός ηλεκτρικού
κυκλώματος.
• Να κατασκευάσουν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.
• Να παρατηρήσουν πως τα στοιχεία ενός κυκλώματος επιδρούν
σ'αυτό.
• Να μελετήσουν τη σχέση ανάμεσα στην ένταση του ρεύματος,
την αντίσταση και την τάση.
Β. Ως προς τη χρήση των νέων τεχνολογιών
• Να εξοικειωθούν με το λογισμικό κειμενογράφου.
• Να εξοικειωθούν με την έννοια και τη χρήση μιας
προσομοίωσης.
• Να επεμβαίνουν στα στοιχεία της προσομοίωσης και να
αλλάζουν τις παραμέτρους της.
• Να εξοικειωθούν με τη χρήση λογισμικού λογιστικών φύλλων.
• Να εξοικειωθούν με την εναλλαγή εφαρμογών που τρέχουν
ταυτόχρονα στον Η/Υ.

2. Περιγραφή
Οι μαθητές χωρίζονται σε τέσσερις ομάδες των 4 ατόμων η κάθε μια. Ως
προαπαιτούμενη γνώση θεωρείται η γνώση πάνω στις θεωρητικές αρχές και στοιχεία
ενός κυκλώματος, καθώς και οι έννοιες της "τάσης", "έντασης" και "αντίστασης". Οι
μαθητές θα κατασκευάσουν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, χρησιμοποιώντας τα στοιχεία της
προσομοίωσης, που θα περιλαμβάνει ένα σετ καλωδίων, μια πηγή ρεύματος
(μπαταρία), έναν λαμπτήρα και έναν διακόπτη.
Στο φύλλο εργασίας 1 οι μαθητές καλούνται να κατασκευάσουν ένα απλό
ηλεκτρικό κύκλωμα που περιλαμβάνει αγωγούς, μπαταρία, λαμπτήρα, διακόπτη και ένα
αμπερόμετρο για τη μέτρηση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα. Κατόπιν καλούνται
ν' αλλάξουν τις παραμέτρους του κυκλώματος και να δουν πώς αυτές επηρεάζουν τη
λειτουργία του.
Στο δεύτερο φύλλο εργασίας, οι μαθητές καλούνται να αφαιρέσουν την αντίσταση
(λαμπτήρα) από το κύκλωμα και να το αφήσουν μόνο με την ηλεκτρική πηγή και τους
αγωγούς και να παρατηρήσουν τι συμβαίνει.
Τέλος, στο τρίτο φύλλο εργασίας οι μαθητές καλούνται να καταγράψουν τις
παρατηρήσεις τους σχετικά με τη σχέση αντίστασης-έντασης του ρεύματος και
ουσιαστικά να ανακαλύψουν το νόμο του Ωμ για το ρεύμα.
Και στα τρία φύλλα εργασίας, οι αγωγοί θεωρείται ότι έχουν μηδενική αντίσταση.

3. 1ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Ανοίξτε την εφαρμογή "ηλεκτρικό κύκλωμα" που είναι αποθηκευμένη στην
επιφάνεια εργασίας. Επιλέξτε την μπαταρία από αριστερά και σύρτε την στο
χώρο εργασίας. Με τον ίδιο τρόπο σύρτε 4 καλώδια, έναν διακόπτη,
έναν λαμπτήρα κι ένα αμπερόμετρο στην επιφάνεια εργασίας, και συνδέστε τα
ως εξής: Μπαταρία (θετικός πόλος)-καλώδιο-λαμπτήρας-καλώδιο-αμπερόμετρο-
καλώδιο-διακόπτης-καλώδιο-μπαταρία (αρνητικός πόλος). Μετά τη σύνδεση το
κύκλωμά σας θα πρέπει να μοιάζει κάπως έτσι:
λαμπτήρας
καλώδια
μπαταρία
διακόπτης Αμπερόμετρο
Τι να προσέξετε:
1. Τα καλώδια του λαμπτήρα πρέπει να συνδεθούν το ένα στη μία άκρη του και
το άλλο στην άλλη άκρη του.
2. Το αμπερόμετρο δείχνει το ρεύμα που περνάει από μέσα του (κι απ' όλο το
κύκλωμα). Το "Α" στο αμπερόμετρο σημαίνει "Αμπέρ" και είναι η μονάδα
μέτρησης της έντασης του ρεύματος.
Α) Κλείστε το διακόπτη τελείως και παρατηρήστε πώς κινούνται τα ηλεκτρόνια
μέσα στα καλώδια. Τι παρατηρείτε να συμβαίνει στο λαμπτήρα;
...............................................................................................................
.....................................................................................................
Β) Η μπαταρία είναι 9V. Μετακινήστε το ποντίκι επάνω της και πατώντας το δεξί
πλήκτρο του ποντικιού επιλέξτε "Αλλαγή τάσης". Στο πλαίσιο που θα εμφανιστεί
γράψτε "24,0". Τι συμβαίνει στο λαμπτήρα; Τι συμβαίνει στα ηλεκτρόνια;
.................................................................................................................................
.......................................................................................................................

4. 2ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Ο λαμπτήρας του κυκλώματος (όπως όλοι οι λαμπτήρες) έχει κάποια αντίσταση.
Η αιτία που φωτοβολεί είναι γιατί θερμαίνεται, όπως το ρεύμα περνάει μέσα από
το σύρμα του, και όσο πιο πολύ ρεύμα περνάει, τόσο πιο πολύ θερμαίνεται.
Α) Κάντε δεξί κλικ πάνω στον λαμπτήρα και επιλέξτε "Μεταβολή της αντίστασης
R". Δώστε την τιμή 20,0 Ω. Παρατηρείστε πώς κινούνται τα ηλεκτρόνια και αν
υπάρχει διαφορά με προηγουμένως που η αντίσταση ήταν 10 Ω (Ωμ).
Τα ηλεκτρόνια κινούνται  το ίδιο  πιο γρήγορα  πιο αργά
Ο λαμπτήρας φωτοβολεί  το ίδιο  περισσότερο  λιγότερο
Από το κύκλωμα περνάει  το ίδιο ρεύμα  περισσότερο  λιγότερο
Αλλάξτε την αντίσταση του λαμπτήρα σε 5,0 Ωμ. Τι παρατηρείτε σε σχέση με την
προηγούμενη τιμή;
Τα ηλεκτρόνια κινούνται  το ίδιο  πιο γρήγορα  πιο αργά
Ο λαμπτήρας φωτοβολεί  το ίδιο  περισσότερο  λιγότερο
Από το κύκλωμα περνάει  το ίδιο ρεύμα  περισσότερο  λιγότερο
Β) Επαναφέρετε την τιμή της αντίστασης του λαμπτήρα στα 10,0 Ωμ.
Παρατηρείστε πόσο ρεύμα περνάει μέσα από κύκλωμα. Σημειώστε την τιμή του
εδώ. ..................
Ανοίξτε το διακόπτη. Κάντε δεξί κλικ πάνω στο λαμπτήρα και επιλέξτε
"Απόσυρε" ώστε να φύγει ο λαμπτήρας από το κύκλωμα. Συνδέστε τα δύο
καλώδια του λαμπτήρα μεταξύ τους, ώστε να κλείσει το κύκλωμα. Έχουμε τώρα
ένα κύκλωμα που δεν έχει καμία αντίσταση παρά μόνον καλώδια και ηλεκτρική
πηγή. Κλείστε το διακόπτη. Έχουμε δηλαδή ένα βραχυκύκλωμα
Τι συμβαίνει στα ηλεκτρόνια; ..........................................................................
Πόσο ρεύμα περνάει μέσα από το κύκλωμα; ..................................................
Τι νομίζετε ότι θα συμβεί στα καλώδια; Γιατί; ..................................................
.........................................................................................................................
..........................................................................................................................
Τι λέτε να συμβεί στην μπαταρία; ......................................................................
Ξανασυνδέστε τον λαμπτήρα στο κύκλωμα

5. 3ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Ανοίξτε το EXCEL. Δημιουργήστε τρεις στήλες. Στο κελί Α1 βάλτε την
επικεφαλίδα "Αντίσταση" και στη Β1 τη λέξη "Ένταση". Στο C1 δώστε την
επικεφαλίδα "Τάση".
Στην πρώτη στήλη (Α) θα γράφετε κάθε φορά την τιμή που έχει η
αντίσταση του λαμπτήρα ενώ στη δεύτερη (Β) θα γράφετε την αντίστοιχη τιμή του
ρεύματος που δείχνει το αμπερόμετρο. Τα κελιά στην τρίτη στήλη θα
υπολογίζουν αυτόματα το γινόμενο των δύο προηγούμενων κελιών (π.χ. το C2
θα υπολογίζει το γινόμενο A2 x B2, το C3 το γινόμενο A3 x B3, κτλ.). Για να γίνει
αυτό, χρειάζεται να γράψουμε έναν τύπο στο κελί C2 που θα κάνει αυτόματα
τους υπολογισμούς.
α) Γράψτε στο C2: =A2*B2, όπως
δείχνει η εικόνα δίπλα, και πατήστε το ENTER
(βεβαιωθείτε ότι τα γράφετε με αγγλικά γράμματα).
β) Επιλέξτε το κελί C2, πατήστε το δεξί πλήκτρο του ποντικιού και επιλέξτε
"Αντιγραφή".
γ) Επιλέξτε τα κελιά C3 έως C11 και επιλέξτε "Επικόλληση". Έτσι, όλα τα
κελιά από το C2 μέχρι το C11 θα έχουν τον τύπο που γράψαμε.
Κάντε δεξί κλικ πάνω στο λαμπτήρα και επιλέξτε τιμή αντίστασης 10,0 Ω. Γράψτε
την τιμή (10) στο κελί A2. Στο κελί Β2 σημειώστε το ρεύμα που δείχνει το
αμπερόμετρο. Παρατηρείστε ότι στο κελί C2 εμφανίζεται αυτόματα μια τιμή.
Συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα με τα στοιχεία που βρήκατε στο EXCEL.
Αντίσταση
Ένταση Τάση
λαμπτήρα
10
5
3
8
15
20
25
30
50
100
Τι παρατηρείτε;
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................