Stejnosměrný proud a Ohmův zákon
Téma zavádí stejnosměrný proud a Ohmův zákon, závislost odporu na materiálu a teplotě a výpočet práce a výkonu. Žáci řeší úlohy o spotřebě energie a dimenzování vodičů.
Průvodce tématem Stejnosměrný proud a Ohmův zákon v předmětu Fyzika pro III. ročník: co mají žáci zvládnout, na co navázat a kde nejčastěji chybují. K tomu příprava na hodinu, pracovní list nebo písemka, které ScioBot připraví na jedno kliknutí přesně pro tento ročník.
Připravit hodinu Všechny formáty
Klikněte a tvořte
Získejte přípravu zdarma
Vyberte formát. Jedním kliknutím otevřete tvorbu na téma Stejnosměrný proud a Ohmův zákon (III. ročník) — ScioBot ho připraví za vás.
Další formáty na jedno kliknutí
- Vytvořit: Pracovní list
- Vytvořit: Písemka
- Vytvořit: Aktivita
- Vytvořit: Prezentace
- Vytvořit: Kartičky
- Vytvořit: QR hra
Téma i ročník jsou už vyplněné. Nic nepíšete — rovnou tvoříte.
Stejnosměrný proud je uspořádaný pohyb volných nosičů náboje v jednom směru. Proud I je podíl náboje ΔQ, který projde průřezem vodiče za dobu Δt: I = ΔQ/Δt; jednotka ampér (A). Napětí U na části obvodu je práce potřebná k přenesení jednotkového náboje mezi dvěma body. Ohmův zákon pro část obvodu říká, že u kovového vodiče za stálé teploty je proud přímo úměrný napětí: U = RI, kde R je elektrický odpor. Pro uzavřený obvod platí U_e = I(R + R_i), kde U_e je elektromotorické napětí zdroje a R_i jeho vnitřní odpor.
Odpor vodiče závisí na materiálu (měrný odpor ρ), délce l a průřezu S: R = ρl/S. Měrný odpor kovů s teplotou roste přibližně lineárně: ρ = ρ_0(1 + αΔt). Práce stejnosměrného proudu je W = UIt (Jouleovo teplo Q = RI²t), výkon P = UI = RI² = U²/R. Žáci tím počítají spotřebu energie (kWh) a dimenzují průřez vodiče podle dovoleného proudu a úbytku napětí.
Výstupy G-FYZ-04-002, G-FYZ-04-008 a G-FYZ-04-009 vyžadují použít Ohmův zákon v praktických úlohách, rozlišit proud jako veličinu od „toho, co teče v drátu“, a spočítat energii a výkon. Polovodičová dioda a proud v různých látkách patří k navazujícím tématům plánu, zde se držíme lineárního rezistoru a stejnosměrného zdroje.
Předpoklady
- Elektrický náboj, síla mezi náboji a pojem vodiče
- Intenzita pole, potenciál a napětí jako práce na jednotkový náboj
- Práce a výkon jako obecné mechanické veličiny (přenos na elektrickou práci UI t)
- Jednotky SI pro náboj, proud, napětí a energii
Klíčové pojmy
- Elektrický proud
- I = ΔQ/Δt; směr konvenčního proudu je od kladnějšího pólu ke zápornějšímu, i když elektrony v kovu jdou opačně.
- Ohmův zákon pro část obvodu
- U = RI platí pro ohmický vodič při stálé teplotě; graf U–I je přímka procházející počátkem, směrnice je R.
- Ohmův zákon pro uzavřený obvod
- U_e = I(R + R_i); svorkové napětí U = U_e − IR_i klesá se zatížením. Zkrat: I_k = U_e/R_i.
- Odpor a měrný odpor
- R = ρl/S. ρ je materiálová konstanta (Ω·m); delší a tenčí vodič má větší R. Rezistivita kovů s teplotou roste (součinitel α).
- Jouleovo teplo a elektrická práce
- W = UIt = RI²t = U²t/R. Zahřívání vodiče je přeměna elektrické energie na vnitřní energii, ne „ztráta proudu“.
- Elektrický výkon
- P = UI. U spotřebiče s daným R platí P = U²/R; při pevném proudu P = RI². Spotřeba ve faktuře je energie ve watt hodinách.
- Dimenzování vodiče
- Průřez se volí tak, aby proud nepřekročil jmenovitou zatížitelnost a úbytek ΔU = RI na vedení zůstal v dovolené mezi.
Časté miskoncepce
Častá chyba
„Proud se ve spotřebiči spotřebuje, za žárovkou ho teče méně.“
Jak na to
Zapojit ampérmetr před a za žárovku v sérii: oba údaje jsou stejné. Do schématu dopsat, že se spotřebovává energie (UI t), ne náboj za sekundu.
Častá chyba
„Větší odpor znamená větší výkon, protože P = RI².“
Jak na to
Nechat spočítat tutéž žárovku jednou při pevném U sítě (P = U²/R — větší R, menší P) a jednou při pevném I zdroje. U tabule vypsat, která veličina je v úloze konstantní.
Častá chyba
„Svorkové napětí baterie je vždy 1,5 V / 9 V, vnitřní odpor se nepočítá.“
Jak na to
Změřit napětí naprázdno a pod žárovkou; spočítat R_i z U_e − U = IR_i. Ukázat, proč při startéru auta „sedá“ napětí.
Častá chyba
„Ohmův zákon platí vždy, i pro žárovku, diodu a elektrolyt.“
Jak na to
Natočit U–I charakteristiku žárovky (vlákno se zahřívá, R roste) a porovnat s lineárním rezistorem. Říct, že U = RI je definice R v daném bodě, ne zákon pro každou součástku.
Jak učit
2–3 hodiny
- Evokace: žáci odhadnou, proč se tenký prodlužovací kabel zahřívá a tlustý ne — zavedení I, R a Jouleova tepla.
- Jádro: odvození U = RI z měření, R = ρl/S, uzavřený obvod s R_i, výpočet W a P a úloha na průřez vodiče.
- Reflexe: žáci na jedné úloze o spotřebě (kWh) a jedné o dimenzování vodiče zapíší, které veličiny drželi konstantní.
Nápady na aktivity
- Laboratorní ověření Ohmova zákona: série U–I u rezistoru a u žárovky, grafy a výpočet R v několika bodech.
- Úloha z praxe: příkon vařiče, doba, cena kWh a návrh průřezu přívodu z dovoleného proudu a úbytku napětí.
Hodnocení
Žák z naměřených U, I určí R, zapíše U = RI a U_e = I(R + R_i) a spočítá práci a výkon stejnosměrného proudu (G-FYZ-04-002, G-FYZ-04-008, G-FYZ-04-009).
Krátká úloha: z příkonu a doby spotřebiče spočítat energii v kWh a navrhnout minimální průřez vodiče při daném dovoleném proudu.
Související témata
- Elektrické pole, intenzita a napětí
- Elektrické obvody a spojování rezistorů
- Elektrický proud v látkách
- Polovodiče, PN přechod a dioda
- Práce a výkon
- Soustava SI a jednotky
Zdroje
Co pro vás ScioBot připraví k tématu Stejnosměrný proud a Ohmův zákon
Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Stejnosměrný proud a Ohmův zákon jedním klikem.
Základní materiály
-
Příprava na hodinu
Kompletní příprava s cíli, průběhem a aktivitami.
-
Pracovní list
List s úlohami, klíčem a variantou.
-
Písemka
Časovaná písemka s body a variantami.
-
Aktivita
Aktivita do hodiny, kterou žáci hned spustí.
-
Prezentace
Sada slajdů k výkladu a procvičení.
-
Kartičky
Materiál k tisku (kartičky, plakát, pracovní list).
-
QR hra
Interaktivní hra k procvičení tématu.
Interaktivní aktivity 14
-
Křížovka s tajenkou
Legendová křížovka, kde se ve sloupci skrývá tajenka. Skvělá na opakování pojmů.
10–20 min
-
Kartičky
Sada oboustranných kartiček na učení pojmů a definic. Žáci si je procvičí překlápěním.
5–20 min
-
Pexeso a spojovačka
Dvojice kartiček s obrázky, pojmy nebo příklady. Spojovačka, pexeso i volné třídění – ideální na slovní zásobu i opakování.
10–25 min
-
Rozhodovačka
Rychlé rozhodování mezi možnostmi s okamžitou zpětnou vazbou.
5–12 min
-
Otázky
Sada otázek s výběrem odpovědí; jedna nebo více správných. Okamžitá sebekontrola.
5–15 min
-
Vpisování
Žáci dopisují krátké odpovědi a ihned vidí, zda se trefili.
5–15 min
-
Rozřazovačka
Žáci přetahují kartičky do správných kategorií.
5–15 min
-
Rozbory
Žák přiřazuje značky k částem věty nebo výrazu — větné členy, slovní druhy, větné rozbory. Sebevyhodnocovací procvičování.
10–20 min
-
Označování
Žáci označují správná slova přímo v textu.
5–15 min
-
Doplňování textu
Žáci doplňují chybějící slova přímo do vět nebo krátkého textu.
5–15 min
-
Krok po kroku
Žáci řadí kroky procesu do správného pořadí.
5–15 min
-
Popis obrázku
Diagram s očíslovanými špendlíky. Žáci přiřazují popisky k částem obrázku — biologie, zeměpis, anatomie.
5–15 min
-
Přesouvání
Žáci přetahují kartičky do přesně určených slotů.
5–15 min
-
Čtení s porozuměním
Žáci čtou krátký text a odpovídají na otázky k jeho obsahu.
10–25 min
K tisku a rozstříhání 8
-
Páry
Kartičky se dvěma polovinami, které k sobě patří (např. datum–událost). Žáci je vystřihnou a párovají.
10–20 min
-
Výběr z možností (s tajenkou)
Kartičky s úlohami a třemi možnostmi. Písmena u správných odpovědí složí tajenku — žák si tak řešení zkontroluje sám.
10–20 min
-
Doplňování do vět
Věty s výběrem ze dvou možností uvnitř — žák zakroužkuje správnou.
10–20 min
-
Hra Riskuj
Kvízová hra se třemi podtématy a otázkami různé hodnoty — klasický formát Riskuj / Jeopardy.
15–30 min
-
Hra AZ kvíz
28 otázek na hexagonální hrací pole — cílem je spojit všechny tři strany.
15–35 min
-
Označ správnou možnost
Kartičky s otázkou a čtyřmi možnostmi — žák označí správnou (např. kolíčkem).
10–20 min
-
Já mám, kdo má …?
Kartičky s tvrzením a otázkou — žáci je čtou v kruhu a hledají navazující odpověď.
10–25 min
-
Hádej, kdo jsem
Kartičky s popisem osobnosti, věci nebo zvířete v 1. osobě — žáci tipují, o koho/co jde.
10–25 min
Hry pro celou třídu 4
-
AZ kvíz
28 otázek na hexagonálním hracím poli — cílem je spojit všechny tři strany. Včetně náhradních ANO/NE otázek.
15–35 min
-
Riskuj
Klasická hra se 5 kategoriemi a otázkami za 100–500 bodů — týmy soutěží o nejvyšší skóre.
15–40 min
-
Pexeso
Klasické pexeso s 10 dvojicemi (pojem ↔ popis) — dva týmy se střídají a hledají shody.
10–25 min
-
Šarády
Šarády se 12 úkoly (mluvení, kreslení, pantomima) — dva týmy hádají, kdo uhodne první, dostane bod.
15–30 min
Očekávané výstupy
- G-FYZ-04-002 žák využívá Ohmův zákon při řešení praktických problémů
- G-FYZ-04-008 elektrický proud v látkách – proud jako veličina; Ohmův zákon pro část obvodu i uzavřený obvod
- G-FYZ-04-009 elektrický odpor; elektrická energie a výkon stejnosměrného proudu; polovodičová dioda
Učíte Stejnosměrný proud a Ohmův zákon trochu jinak?
Popište ScioBotu vlastními slovy, co s žáky chcete zvládnout a kolik máte času. Materiál přizpůsobí vašemu ŠVP, třídě i žákům se speciálními vzdělávacími potřebami.
Související témata
-
Soustava SI a jednotky
Žáci používají Mezinárodní soustavu jednotek SI, převádějí základní i odvozené jednotky mechaniky a zapisují veličiny v jednotném tvaru.
-
Zrychlení a zrychlený pohyb
Žáci zavedou zrychlení jako změnu rychlosti, řeší rovnoměrně zrychlený i zpomalený pohyb a používají vztah pro dráhu a polohu tělesa v čase.
-
Newtonovy pohybové zákony
Žáci používají Newtonovy pohybové zákony k předvídání pohybu v inerciální soustavě, včetně zákona setrvačnosti a akce a reakce.
-
První věta termodynamická
Žáci aplikují první větu termodynamiky, spočítají změnu vnitřní energie z tepla a práce a popíší přenos energie vedením, prouděním a zářením. Nejde o elektřinu ani o jádro.
-
Ideální plyn a stavová rovnice
Žáci používají stavovou rovnici ideálního plynu stálé hmotnosti a předvídají izotermický, izobarický, izochorický a adiabatický děj. Nejde o reálné plyny ani o chemickou stechiometrii.
-
Polovodiče, PN přechod a dioda
Téma pokrývá vlastní a příměsové polovodiče, PN přechod a polovodičovou diodu. Žáci vysvětlují usměrňovací účinek diody a zapojují ji v jednoduchém obvodu.
-
Střídavý proud a efektivní hodnota
Téma zavádí harmonické střídavé napětí a proud, frekvenci a efektivní hodnotu. Žáci převádějí mezi amplitudou a efektivní hodnotou a počítají výkon střídavého proudu.
-
Kinematika: základní pojmy
Žáci zavedou vztažnou soustavu, popíší polohu a změnu polohy, rozliší okamžitou a průměrnou rychlost a používají vztahy pro rovnoměrný přímočarý pohyb.