Die Spannung bei der Reihenschaltung (Artikelnr.: P )

Transkript

1 Lehrer-/Dozentenblatt Die Spannung bei der Reihenschaltung (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Der elektrische Widerstand Experiment: Die Spannung bei der Reihenschaltung Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusätzliche Information Der erste Versuch kann als Einstieg in das Thema gesehen werden. Die Schüler sollen die Funktion eines Vorwiderstandes erkennen und so für die Untersuchung des Gesetzes über die Spannung bei der Reihenschaltung motiviert werden. Eine Variante des Einführungsexperimentes bietet sich - ausgehend von einer elektrischen Weihnachtsbaumbeleuchtung - an: die Modellierung einer solchen Lichterkette mit zwei gleichen Glühlampen (4 V / 0,04 A). Hinweise zum Aufbau und zur Durchführung Vor den Versuchen sollte darauf hingewiesen werden, dass der Spannungsmesser stets richtig gepolt wird. Schaltfehler entstehen häufig, wenn er jeweils parallel zu den Teilwiderständen geschaltet wird. Anmerkung Der Begriff Gesamtstromstärke wurde nicht angewendet, weil er irritieren könnte.

2 Die Spaeeueg bei der Reiheeschaltueg (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Wie kaee mae elektrische Geräte mit höheree Spaeeuegee als deree Bemessuegsspaeeueg betreibee? Untersuche an einer Reihenschaltung von technischen Widerständen die Spannungsverhältnisse in unverzweigten Stromkreisen.

3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Leitungs-Baustein, gerade, SB Leitungs-Baustein, winklig, SB Leitungs-Baustein, unterbrochen, SB Leitungs-Baustein, Anschlussbaustein, SB Leitungs-Baustein, gerade mit Buchse, SB Leitungs-Baustein, winklig mit Buchse, SB Ausschalter, SB Lampenfassung E10, SB Widerstand 50 Ohm, SB Widerstand 100 Ohm, SB Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, blau Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, blau Glühlampen 4 V/0,04 A, E10, 10 Stück (2) 16 Vielfachmessinstrument, analog PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 12 V, 5 A

4 Aufbau ued Durchführueg Aufbau 1. Versuch Baue den Stromkreis wie in Abb. 1 auf. Baue das Netzgerät (links), den Strommesser (unten) und den Spannungsmesser(oben) wie in Abb. 2 auf. Abb. 1 Abb Versuch Baue den Stromkreis wie in Abb. 3 und Abb. 4 auf. Abb. 4 Abb. 3

5 Durchführueg 1. Versuch Stelle am Netzgerät eine Gleichspannung von 4 V- ein. Miss die Stromstärke und beobachte die Helligkeit der Glühlampe; notiere Deine Messwerte im Protokoll. Baue anstelle des Leitungsbausteins 1 (vgl. Abb. 1) den Widerstand R V = 100 Ω (wie in Abb. 5 und Abb. 6 dargestellt) ein. Beobachte die Helligkeit der Glühlampe; notiere auch diese Beobachtung im Protokoll. Erhöhe die Spannung am Netzgerät bis die Stromstärke wieder den ursprünglichen Wert erreicht hat; notiere den Wert für die Spannung ebenfalls im Protokoll. Schalte das Netzgerät aus. Abb. 5 Abb Versuch Schalte das Netzgerät ein und stelle die Gleichspannung auf 10 V (= U g ) ein. Miss die Spannung über R 1 (Teilspannung U 1 ); notiere Deine Messwerte in Tabelle 1 im Protokoll. Miss die Teilspannung U 2 über R 2 (Abb. 7) auf die gleiche Art und Weise und trage auch diese Werte in die Tabelle 1 ein. Schalte das Netzgerät aus. Abb. 7

6 Protokoll: Die Spaeeueg bei der Reiheeschaltueg Ergebeis - Beobachtuegee (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen und Messwerte zum ersten Versuch: a) Stromstärke I b) Helligkeit der Glühlampe nach Dazuschalten von R v c) Benötigte Spannung U Ergebeis - Tabelle 1 (2 Puekte) Notiere Deine Messwerte aus dem 2. Versuch in die Tabelle. U t in V U t in V U 1 in V U 2 in V

7 Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Fasse das Ergebnis des ersten Versuches zusammen und beantworte die zu Anfang gestellte Frage. Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Aus Tabelle 1 ergibt sich - unter Berücksichtgung möglicher Messfehler - ein allgemeiner Zusammenhang. Formuliere diesen in Worten und in Form einer Gleichung.

8 Auswertueg - Tabelle 1 (6 Puekte) Trage die gemessenen Werte für die Teilspannungen U 1 und U 2, die gegebenen Widerstandswerte R 1 und R 2 sowie die daraus resultierenden Quotienten U 1 /U 2 bzw. R 1 /R 2 in die Tabelle ein. U 1 in V U 1 in V U 2 in V R 1 in Ω R 2 in Ω U 1 / U 2 R 1 / R Auswertueg - Frage 3 (10 Puekte) Formuliere den Zusammenhang, der sich aus dem rechten Teil von "Auswertung - Tabelle 1" ablesen lässt, in Worten und in Form einer Gleichung.

9 Auswertueg - Tabelle 2 (3 Puekte) Ergänze die Tabelle. U g /R g in A U g /R g in A U 1 /R 1 in A U 2 /R 2 in A Auswertueg - Frage 4 (10 Puekte) Formuliere den allgemeinen Zusammenhang, den Du aus "Auswertung - Tabelle 2" erkennen kannst, in Worten und in Form einer Gleichung. Welches Dir bekannte Gesetz für die Reihenschaltung drückt dieser Zusammenhang aus?

10 Auswertueg - Frage 5 (10 Puekte) Nenne Anwendungen der Reihenschaltung.