Ohmův zákon pro část obvodu

Ohmův zákon pro část obvodu spojuje napětí na rezistoru, proud, který jím prochází, a odpor této části obvodu. Žáci z měření U a I na jednom rezistoru uvidí, že proud roste přímo úměrně s napětím a že podíl U/I zůstává (v mezích chyb) stálý. Tím odvodí vztah I = U/R a jednotku ohm.

Látka navazuje na zapojení obvodu a na měření napětí a proudu (voltmetr paralelně, ampérmetr sériově). Výstupid CAP-FYZ-004-ZV9-011 (souvislost veličin z měření) a CAP-FYZ-001-ZV9-002 (číselný i grafický zápis, odhad nejistot). Graf I(U) je přímka procházející počátkem; sklon souvisí s převrácenou hodnotou odporu.

Počítá se odpor z naměřených nebo zadaných hodnot, převádí se mA a kΩ a rozlišuje se „část obvodu“ (jeden spotřebič) od celého obvodu se zdrojem. Cílem není odříkat vzorec, ale umět ho použít na konkrétní rezistor a zkontrolovat smysl výsledku.

Předpoklady

• Zapojení jednoduchého obvodu a značení prvků ve schématu.
• Význam elektrického napětí a jeho jednotky volt.
• Elektrický proud v obvodu a jednotka ampér.
• Měření napětí voltmetrem a proudu ampérmetrem.

Klíčové pojmy

Část obvodu

Úsek mezi dvěma body, obvykle jeden rezistor; napětí bereme právě na tomto úseku, ne nutně napětí zdroje.

Odpor R

Vlastnost vodiče nebo rezistoru; říká, jak silně brání průchodu proudu. Jednotka ohm (Ω); 1 Ω = 1 V/A.

Ohmův zákon pro část obvodu

I = U/R, ekvivalentně U = R·I a R = U/I. Platí pro kovový rezistor při stálé teplotě (ohmický vodič).

Přímá úměrnost U a I

Při stálém R je proud přímo úměrný napětí; zdvojnásobení U zdvojnásobí I.

Graf I(U)

Naměřené body leží na přímce jdoucí počátkem; větší sklon znamená menší odpor.

Ohmický vodič

Vodič, u kterého je R v daném rozsahu napětí prakticky stálé; žárovka se zahřívá a od přímky se odchyluje.

Výpočet odporu z měření

R spočítáme jako podíl naměřeného U a I; u více dvojic hodnot zprůměrujeme a zvážíme rozptyl (chyby měření).

Časté miskoncepce

• Častá chyba

  Žáci zapisují I = U·R, protože „obě veličiny se násobí“.

  Jak na to

  Na tabuli tři tvary vedle sebe a jedna číselná zkouška: U = 6 V, R = 3 Ω → I musí být 2 A, ne 18 A; 18 A u baterie a malého rezistoru žáci sami označí jako nesmysl.

• Častá chyba

  Po zvýšení napětí na stejném rezistoru žáci říkají, že „vzrostl i odpor“, protože počítají R = U/I z jedné dvojice a míchají to se změnou U.

  Jak na to

  Nechat spočítat R z několika dvojic na stejném rezistoru; ukázat, že R vychází přibližně stejné, zatímco I roste s U. Odpor je vlastnost součástky, ne „výsledek násobení veličin“.

• Častá chyba

  Žáci tvrdí, že „větší odpor znamená větší proud“, protože větší číslo u R berou jako „silnější průchod“.

  Jak na to

  Dva rezistory za sebou ve stejném zapojení (nebo dva pokusy): 100 Ω a 1 kΩ při stejném U; ampérmetr ukáže menší I u většího R. Slovo „odpor“ spojit s „brzdí proud“.

• Častá chyba

  Do vzorce za U dosazují napětí zdroje, i když voltmetr je zapojený jen na jednom rezistoru v sérii s dalším.

  Jak na to

  Na schématu zakroužkovat „část obvodu“ a zeptat se: které dva body patří k tomuto U? Nechat změřit U zdroje i U na rezistoru a do R = U/I dosadit jen napětí z voltmetru na daném rezistoru.

Jak učit

2–3 hodiny

1. Evokace: ukázat dva rezistory u stejné baterie a zeptat se, ve kterém obvodu bude žárovka / LED svítit víc a proč.
2. Jádro: změřit několik dvojic U, I na jednom rezistoru, vynést I(U), spočítat R = U/I a zapsat I = U/R.
3. Reflexe: žáci slovně i číslem zkontrolují, zda zvětšení U při stejném R zvětší I a zda jednotka výsledku je ohm.

Nápady na aktivity

• Laboratorní úloha: zdroj s nastavitelným napětím, jeden známý rezistor, voltmetr a ampérmetr; tabulka U, I, R a graf I(U); odhad rozptylu R.
• Počítací stanoviště: tři úlohy (hledané I, U, R) s převodem mA a kΩ; u každé kontroly smyslu („může tudy téct 50 A z ploché baterie?“).

Hodnocení

Z naměřené nebo zadané dvojice U, I žák spočítá R v ohmech, uvede I = U/R a přiřadí výsledek ke grafu I(U).

Krátký test: doplnit chybějící veličinu ve třech tvarech zákona a vyznačit na schématu, které napětí do vzorce patří (CAP-FYZ-004-ZV9-011, CAP-FYZ-001-ZV9-002).

Související témata

• Elektrické napětí
• Elektrický proud
• Elektrický obvod a značení
• Měření napětí a proudu
• Grafy ve fyzice
• Měření: rozsah, přesnost a chyby

Zdroje

• RVP ZV — prohlednout.rvp.cz
• PhET: Circuit Construction Kit (DC)
• NPI otevřená data

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Ohmův zákon pro část obvodu

Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Ohmův zákon pro část obvodu 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