Scenariusz lekcji
Temat: Elementy pasywne stosowane w obwodach elektrycznych
Szczepan Smoczek
Uczeń posiada wiedzę o elementach pasywnych stosowanych w elektronice.
Uczeń potrafi zastosować elementy pasywne w procesach projektowych.
Uczeń wie czym są: opornik, kondensator, kondensator elektrolityczny, cewka indykcyjna;
Uczeń zna budowę i sposób działania elementów pasywnych.
Uczeń potrafi zaprojektować obwód elektroniczny z użyciem elementów pasywnych.
Uczeń potrafi rozpoznać i zidentyfikować elementy pasywne w istniejących obwodach lub urządzeniach elektronicznych.
Wykład
Ćwiczenie
Praca indywidualna
Komputer z możliwością podłączenia projektora
Projektor
Prezentacja multimedialna (załącznik 1)
Tablica
| 2 – 7 minut | Część organizacyjna: sprawdzenie obecności, pracy domowej, odczytanie ocen z ostatniej kartkówki, odpowiedzenie na możliwe pytania organizacyjne uczniów itp. |
|---|---|
| 2 – 5 minut | Krótkie wprowadzenie do tematu, przedstawienie zagadnień jakie zostaną omówione na lekcji |
| 30 minut | Wstęp teoretyczny (wykład) dotyczący elementów pasywnych |
| 5 minut | Zaprezentowanie na tablicy przykładu zaprojektowania obwodu elektrycznego z użyciem elementów pasywnych |
| 30 - 35 minut | Wykonanie przez uczniów określonych ćwiczeń |
| 0 – 10 minut | Przedstawienie uczniom czym jest memrystor |
| 3 minuty | Podsumowanie lekcji |
| 3 – 5 minut | Odpowiedzenie na możliwe pytania uczniów dotyczące tematu i zadanie pracy domowej |
| Minimalny czas lekcji: 75 minuty | Maksymalny czas lekcji: 100 minut |
Przykłady zadań do zastosowania jako praca domowa do tematu lekcji.
Treść zadania:
Mając trzy żarówki (1: 6V 1A; 2: 12V 3A; 3: 24V 5A) i dysponując akumulatorem 24V 9A zaprojektuj obwód elektryczny tak, aby żarówki świeciły z optymalną mocą.
Nauczyciel uruchamia komputer, projektor i uruchamia prezentację multimedialną (załącznik 1)
Nauczyciel sprawdza obecność
Nauczyciel odpowiada na pytania organizacyjne uczniów (max. 2 minuty)
Nauczyciel przedstawia uczniom czym są elementy pasywne:
„Elementy pasywne zwane są też inaczej biernymi. Ich zadaniem jest odbieranie energii elektrycznej i w zależności od elementu rozpraszanie jej lub gromadzenie. Elementy pasywne są nieodłącznym elementem niemal każdego urządzenia elektronicznego. Na pewno każdy z was widział płytkę drukowaną z wystającymi z niej różnymi wieżyczkami lub bloczkami. Wiele z tych elementów były to kondensatory lub oporniki, które należą do elementów pasywnych podobnie jak cewki będące najczęściej zwojami miedzianego drutu.”
Nauczyciel przedstawia uczniom, co będą robić na zajęciach:
„Na dzisiejszych zajęciach poznacie czym są elementy pasywne. Jakie są ich typy, z czego są zbudowane oraz jak działają. Ponadto nauczycie się jak projektować układy stosujące elementy pasywne i na co zwracać uwagę podczas tego procesu. W ostatniej części zajęć wykonacie kilka ćwiczeń projektowo-obliczeniowych. Polecam przypomnieć sobie z notatek z poprzednich lekcji informacje o połączeniach szeregowych i równoległych.”
Nauczyciel informuje o konieczności sporządzenia notatek z wykładu, które będą pomocne przy wykonywaniu ćwiczeń i projektowaniu obwodów.
Nauczyciel przedstawia prezentację multimedialną (załącznik 1).
Uczniowie notują niezbędne informacje przekazywane przez nauczyciela.
Nauczyciel rysuje na tablicy schemat obwodu elektrycznego (załącznik 4) i przedstawia treść zadania, która brzmi „Oblicz prądy w obwodzie nieliniowym stosującym dwa oporniki i dwie diody.” Następnie nauczyciel rozwiązuje zadanie na tablicy wyjaśniając w jaki sposób to robi:
„Najpierw obliczamy prąd I1 oczka pierwszego w prosty sposób.” – Nauczyciel pisze na tablicy $I_{1} = \frac{E}{R_{1}} = \frac{25V}{10k\Omega} = 2,5\ mA$ – „W gałęzi z rezystorem R2 są dwie diody. Przy takim kierunku SEM źródła napięciowego jak na rysunku, pierwsza dioda u góry jest spolaryzowana zaporowo, a uniwersalna dioda krzemowa w kierunku przewodzenia. Przyjmujemy napięcie przebicia dla pierwszej diody równe 9,1 V, natomiast dla drugiej diody napięcie przewodzenia 0,7 V. Następnie obliczamy prąd I2 w drugim oczku. W liczniku zgodnie z prawem Kirchhoffa mamy różnicę napięcia źródła i spadków napięć na diodach, zaś w mianowniku opór opornika R2.” – Nauczyciel pisze na tablicy $I_{2} = \frac{E - U_{\text{RZ}} - U_{F}}{R_{2}} = \frac{(25 - 9,1 - 0,7)V}{3,3k\Omega} = 4,61\ mA$ – „Tym sposobem mamy obliczone prądy w obu oczkach, więc możemy obliczyć prąd całkowity obwodu. Jak wiemy przy połączeniu równoległym prąd całkowity jest sumą prądów z obu oczek, co daje nam” – Nauczyciel pisze na tablicy I = I1 + I2 = (2,5+4,61) = 7, 11 mA – „I to wszystko. Wynikiem końcowym zadania są właśnie te trzy wartości prądów, które wyliczyliśmy. Oczywiście jest to trudny przykład, lecz jeśli zrozumiecie o co w nim chodzi, nie będziecie mieli problemów z rozwiązywaniem jakichkolwiek zadań.”
Nauczyciel odpowiada na pytania uczniów dotyczące przykładu.
Nauczyciel dyktuje treści kolejnych zadań i rysuje schematy na tablicy wraz z danymi, po czym losowo dobiera ucznia, który rozwiązuje zadanie na tablicy pod jego okiem.
Uczniowie starają się samodzielnie rozwiązać zadania podyktowane przez nauczyciela. W razie problemów nauczyciel pomaga w rozwiązaniu zadań.
Nauczyciel opowiada uczniom o budowie i sposobie działania memrystora.
Nauczyciel podsumowuje to, co zostało zrobione na zajęciach i czego dowiedzieli się uczniowie:
„Na dzisiejszych zajęciach zdobyliście wiedzę na temat elementów pasywnych stosowanych w elektronice. Nauczyliście się projektować obwody elektryczne z użyciem elementów pasywnych. Utrwaliliście umiejętność wykonywania zadań obliczeniowych obwodów elektrycznych.”
Nauczyciel zadaje uczniom pracę domową przedstawioną w rozdziale 7.
Nauczyciel odpowiada na ewentualne pytania uczniów dotyczące lekcji, bądź pracy domowej.
Madej Piotr: „Zadania z rozwiązaniami z elementarnej techniki układowej w elektronice”. Wrocław 2012
Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej 2009/2010: „Podstawy elektroniki”.
Opydo Władysław: „Elektrotechnika i elektronika dla studentów wydziałów nieelektrycznych”. Poznań 2005