Малый управляющий ток включает другую цепь. Откуда берётся энергия нагрузки и почему это не «усиление энергии из ничего»?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Распечатка схемы, две бумажные полоски контуров, карточки «катушка», «якорь», «контакт», «нагрузка» и карандаш. Они заменяют физическую сборку полностью. Предпосылки: замкнутая цепь, ток и электромагнит. Никаких сетевых цепей, вскрытия приборов и подсоединения катушек к случайным источникам. 8 класс переключает бумажный контакт; 9 класс учитывает разные пороги срабатывания и отпускания. Все параметры условные, не паспорт конкретного устройства.
| Минуты | Работа | Проверяемый продукт |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Вопрос и проверяемое предположение |
| 5–14 | Понятия и разобранный пример | Пояснение величин и метода |
| 14–25 | Практика 1 | Расчёт, схема или протокол по данным |
| 25–33 | Практика 2 | Решение на новых условиях |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, альтернатива и вывод |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и исправление |
Все материалы для текущего занятия включены. Вариант без регистрации: ученические листы PDF и доска. Минуты включают чтение, запись и переходы. Ответы показывайте после самостоятельной попытки. В конце соберите индивидуальную работу: 0–1 балл — вернуться к примеру, 2–3 — уточнить пропущенное звено, 4 — объяснить границу вывода. Это обратная связь, не обязательная школьная отметка.
01. Проблемная ситуация
0–5 минут · Вопрос и первоначальное решение
Катушка питается своей управляющей цепью, а лампа — отдельной цепью нагрузки. При включении катушки лампа загорается. Наблюдатель говорит: «Лампу питает магнитное поле катушки, источник в её цепи лишний».
1 минута — рассмотрите схему; 2 — обведите два замкнутых контура разными цветами; 2 — укажите источник энергии каждого. Затем предположите, что произойдёт при удалении источника нагрузки.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут · Понятия, модель и проверка
В электромеханическом реле ток катушки создаёт магнитное действие. Подвижный якорь перемещает контакт; упругий элемент возвращает его при снятии управления. Управляющая и коммутируемая цепи на функциональной схеме электрически не соединены. Механическая связь передаёт действие, а энергия нагрузки поступает от её собственного источника.
Нормально разомкнутый контакт NO открыт без возбуждения катушки и замыкается при срабатывании. Нормально замкнутый NC ведёт себя наоборот. «Нормально» относится к невозбуждённому состоянию, а не к обычному режиму использования всей системы. Контакты и катушка имеют разные допустимые параметры.
Разобранный пример модели: катушка R=100 Ом подключена к 5 В. I=5/100=0,050 А=50 мА, P=0,25 Вт. Для срабатывания требуется не менее 40 мА; значит, NO замкнётся. Лампа в отдельном контуре 3 В с модельным сопротивлением 30 Ом потребляет 0,10 А и 0,30 Вт. Её мощность не вычисляют из тока катушки.
У некоторых реле ток отпускания меньше тока срабатывания. В нашей модели пороги 40 и 20 мА: выключенное реле включается при I≥40 мА, включённое выключается при I≤20 мА, между порогами сохраняет прежнее состояние. Это гистерезис. На 9 минут: 3 — устройство, 3 — два контура и пример, 3 — пороги.
03. Практика 1: данные и доказательство
14–25 минут · Работа с первой серией
Сборка бумажной модели: нарисуйте две отдельные петли. В первой последовательно источник управления, выключатель, катушка 100 Ом. Во второй источник 3 В, NO-контакт, лампа-модель 30 Ом. Пунктир от катушки к контакту обозначает механическую связь, не провод. Начальное реле выключено; каждый режим ниже начинают после полного отключения.
| U катушки, В | Что определить |
|---|---|
| 0 | I катушки, NO, состояние лампы |
| 3 | Те же величины |
| 5 | Те же величины |
2 минуты — нарисуйте два контура; 4 — передвигайте бумажный контакт и вычислите три тока катушки; 3 — заполните состояния и ток лампы; 2 — проверьте раздельность источников. 8 класс использует NO; 9 класс добавляет столбец состояния NC. Результат: подписанная схема и таблица. Критерии: нет провода между контурами, учтён начальный сброс, лампа питается своим источником.
Разбор практики 1 и критерии
При 0 В: I=0, NO открыт, лампа выключена. При 3 В: I=30 мА, после исходного сброса порог 40 мА не достигнут, NO открыт. При 5 В: 50 мА, NO закрыт, ток лампы 3/30=0,10 А. NC имеет противоположные состояния. Если источник нагрузки убрать, лампа не загорится и при возбуждённой катушке: замкнутый контакт не создаёт ЭДС.
04. Практика 2: перенос на новые условия
25–33 минуты · Самостоятельное решение
Теперь последовательность непрерывна, между строками сброса нет. Начальное реле выключено. Сохраняются пороги включения 40 мА и выключения 20 мА.
| Шаг | I катушки, мА |
|---|---|
| 1 | 0 |
| 2 | 45 |
| 3 | 30 |
| 4 | 15 |
| 5 | 30 |
| 6 | 50 |
1 минута — прочтите правило двух порогов; 3 — последовательно определите состояния NO; 2 — сравните шаги 3 и 5; 2 — объясните, зачем нужна память предыдущего состояния. 8 класс переносит карточку состояния по строкам; 9 класс рисует две ветви переходов. Результат: последовательность шести состояний и объяснение одинакового тока с разным результатом.
Ответ и объяснение практики 2
Состояния: выключено, включено, включено, выключено, выключено, включено. На шаге 3 ток 30 мА выше порога отпускания, поэтому включённое состояние сохраняется. На шаге 5 те же 30 мА ниже порога включения, поэтому выключенное состояние сохраняется. Один порог не описывает заданную модель. У реального реле параметры берут из паспорта и учитывают допуски.
05. Обсуждение: аргумент и альтернатива
33–40 минут · Вывод, который можно обосновать
2 минуты: сравните «реле создаёт энергию» и «реле меняет состояние отдельной цепи». 3 минуты: обоснуйте второе схемой и примером токов. 2 минуты: обсудите пользу разделения контуров и ограничение: по одному рисунку нельзя объявить устройство пригодным для любого напряжения.
Опора для обсуждения
Реле позволяет управляющему сигналу переключать нагрузку, но энергия приходит от источников. Электрическое разделение в модели полезно, однако реальная допустимая изоляция и коммутационная способность ограничены конструкцией. На уроке проверяется бумажная модель, не безопасность изготовленного прибора. При размыкании реальной катушки возникает переходное напряжение; физическая сборка требует предусмотренной защиты.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут · Собственный ответ
Катушка 200 Ом подключена к 6 В. Порог включения 25 мА, отпускания 10 мА; начальное реле выключено. Найдите ток, состояние NO, затем состояние при снижении до 15 мА и при 5 мА. 3 минуты — ответ; 2 — проверка.
Ключ и критерии индивидуальной работы
I=6/200=0,030 А=30 мА: реле включится, NO замкнут. При 15 мА останется включённым; при 5 мА выключится. Четыре критерия по баллу: ток с единицей, первое состояние, сохранение при 15 мА с причиной, отпускание при 5 мА. Значения условные и не паспортные.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие ученика → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Электромагнитное реле; работа №7 | Собирает функциональную бумажную схему | Различает управляющий и нагрузочный контуры |
| Испытание реле | Прослеживает пороги и состояния | Верно объясняет гистерезис на двух одинаковых токах |
Опора — раздел «Эксперименты по физике» опубликованной программы на 64 часа. Урок конкретизирует исходные темы и занимает 45 минут. Сценарий, распределение времени и числовые имитации — методическая разработка. Физическая сборка и движение грузов заменены бумажными моделями, точными схемами и готовыми учебными данными; это не отчёт о проведённом опыте.
Источники и права на изображения
Источники проверены 15.10.2026. Все числовые серии явно заданы как учебные модели; их нельзя описывать как результаты проведённых авторами опытов. Оригинальные схемы: портал «Школы России», для этого урока. Они не являются фотографиями. Ответы и примечания учителю в PDF вынесены в отдельную часть.