Батарейка, кнопка и лампочка
Самая простая цепь: почему лампочка горит только в замкнутом круге и что при этом делает ток.
Уровень подготовки: Новичок · Средний · Преподавателю
Батарейка, кнопка и лампочка
Первый урок блока про цепь. Ставит три вещи, на которых держится всё остальное: замкнутый контур, одинаковый ток в последовательной цепи и напряжение как разность между двумя точками.
Живая схема — появится, когда загрузится страница.
Где модель расходится с лабораторным столом
Расчёт честный, но идеализированный. Три места, о которых стоит знать заранее:
| В уроке | На столе |
|---|---|
| Батарейка идеальная: 4,5 В при любом токе | У настоящей есть внутреннее сопротивление, под нагрузкой напряжение проседает |
| Нить лампы — постоянные 20 Ом | Сопротивление вольфрама растёт с нагревом примерно в десять раз, холодная нить берёт бросок тока |
| Провода без сопротивления | На длинных тонких проводах падение заметно |
Первому уроку это не мешает, но первую строку стоит держать в голове: на ней построен опыт «проверь батарейку под нагрузкой» из урока Мультиметр. Хорошая связка — здесь дети видят идеальную модель, там узнают, почему настоящая батарейка ведёт себя иначе.
Заблуждения, которые ловятся именно тут
«Ток расходуется в лампочке». Самое стойкое: ребёнок представляет ток топливом. Вопрос-ловушка: «поставим два прибора, до лампочки и после, — что покажет второй?» Пусть предскажут вслух, потом проверят на схеме.
«Ток вытекает из обоих полюсов и встречается в лампочке». Второе по частоте. Лечится тем же приёмом: попросите показать пальцем весь путь тока целиком.
«Кнопка даёт свет». Кнопка не источник. Спросите: «а если кнопку нажать, но батарейку убрать?»
«Напряжение течёт». Течёт ток; напряжение — это разность, оно никуда не течёт. Шаг 2 сделан ровно под это: кнопка отпущена, тока нет, напряжение на месте.
Что спросить в конце
- Где в этой цепи ток больше — сразу после плюса или перед минусом? (Одинаковый.)
- Что будет, если разорвать провод между кнопкой и лампочкой? А между лампочкой и минусом? (Одно и то же: погаснет всё.)
- Батарейка стала 1,5 В вместо 4,5. Во сколько раз изменился ток? (Втрое.)
- Почему нельзя сказать «в этой точке напряжение три вольта», не назвав вторую точку?
Номиналы и безопасность
Лампочка на схеме — модель лампы от фонарика: 20 Ом, около 1 Вт при 4,5 В. Батарейка — плоская 3R12. Если повторяете опыт вживую, берите лампу, рассчитанную на напряжение вашей батарейки или чуть выше: лампа на 2,5 В от плоской батарейки на 4,5 В сгорит за секунды. Лампа с запасом просто будет светить тусклее — это не страшно и даже удобно, ток будет меньше.
Собирать это на столе безопасно: 4,5 В и четверть ампера человеку не угрожают. Где проходит граница — урок Техника безопасности.