курсач. Педагогический университет им. А. И. Герцена институт информационных технологий и технологического образования кафедра информационных технологий и электронного обучения
 Скачать 29.64 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. И. ГЕРЦЕНА» Институт информационных технологий и технологического образования кафедра информационных технологий и электронного обучения Основная профессиональная образовательная программа Направление подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника Направленность (профиль) «Технологии разработки программного обеспечения» форма обучения – очная Курсовая работа по дисциплине «Информационные технологии в физике» «Вычислительный эксперимент по исследованию зависимости мощности электрической цепи» Обучающегося 1 курса ФИО в род.падеже ______________________Адаменко С.С. Руководитель: д.п.н, профессор ______________ Власова Е.З. «_______» __________________ 2021 г. Санкт-Петербург 2022 Оглавление Основной текст: выравнивание по ширине, 14 пт, TNR или PT Astra Serif, отступ для абзаца – 1.25, межстрочный интервал 1.5. Введение Основная часть 1)теор часть 1.1 Введение Компьютеры являются неотъемлемой частью жизни человека. С помощью компьютера человек может проводить физические исследования, расчёты и эксперименты, строить всевозможные графики зависимости, хранить огромное количество информации. Компьютеры также используются и в учебном процессе: средство общения, источник информации, моделирование физических явлений, изучение и применение информационных технологий. Актуальность моей работы обосновывается тем, что для осуществления учебного процесса в условиях цифровой образовательной среды требуется разработка прикладных программных продуктов, которые позволяют провести исследование физических процессов с использованием вычислительного эксперимента. Настоящая работа посвящена созданию программного продукта, который позволяет осуществить компьютерное моделирование вычислительного эксперимента по исследованию зависимости электрической цепи. Объект исследования: вычислительный эксперимент по исследованию зависимости мощности электрической цепи Цель: исследование зависимости мощности электрической цепи и КПД источника тока от сопротивления внешней цепи. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: Изучить физическую задачу и интернет-ресурсы по теме работы и из полученной информации разработать математическую модель для проведения вычислительного эксперимента Разработать прикладной программный продукт на Python и провести вычислительный эксперимент Проанализировать полученные результаты Основная часть Теоретическая часть. 1.1 Постановка физической задачи. Демонстрационный школьный реостат со спиралями, рассчитанными на 1, 2, 2 и 5 Ом, включен в цепь батареи гальванических элементов с ЭДС e =9 В и внутренним сопротивлением r = 3 Ом. С помощью реостата сопротивление внешней цепи последовательно меняют от 0 до 10 Ом (с шагом ΔR =1 Ом). Найти зависимость мощности, выделяемой во внешней цепи, а также КПД источника тока от сопротивления внешней цепи. Построить графики этих зависимостей. Выяснить, при каком сопротивлении внешней цепи мощность электрического тока в ней максимальна. Каков при этом КПД батареи? 1.2 Разработка математической модели Чтобы построить график зависимости мощности, выделяемой во внешней цепи, и КПД источника тока от сопротивления внешней цепи, необходимо вывести формулы для расчёта мощности, выделяющейся во внешней цепи, и КПД источника тока. Мощностью электрического тока называется физическая величина, определяемая как количество работы, которая совершается источником электрического напряжения для переноса электрического заряда по проводнику за единицу времени (1):  , (1)где A – работа тока на участке цепи, t – время. Работа тока на участке будет равняться произведению силы тока, напряжения на концах этого участка и времени (2):  (2)Для того, чтобы исследовать зависимость мощности, выделяемой во внешней цепи, от сопротивления внешней цепи, необходимо обратиться к закону Ома для участка цепи, который гласит, что сила тока на участке цепи прямо пропорциональная напряжению и обратно пропорциональная сопротивлению участка цепи (3):  , (3)где I – сила тока, R – сопротивление. Подставив (3) в (2), получается:  (4)Если (4) подставить в (1), то получится, что мощность электрического тока равняется квадрату силы тока умноженное на сопротивление:  (5)Закон Ома для полной цепи утверждает, что сила тока в полной цепи прямо пропорционально ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи:  , (6)где e – ЭДС источника, R-внешнее сопротивление, r-внутреннее сопротивление. Если подставить (6) в (5), то получится формула, по которой можно рассчитать мощность, выделяющуюся во внешней цепи:  Тем самым получилось вывести зависимость мощности, выделяемой во внешней цепи, от сопротивления внешней цепи. Далее необходимо вывести зависимость КПД источника тока от сопротивления внешней цепи. КПД источником тока называется отношение полезной мощности к полной, развиваемой источником:  Если знать, что некоторая мощность бесполезно тратится на выделение тепла внутри источника, то общую мощность можно представить, как квадрат силы тока умноженное на сумму внешнего и внутреннего сопротивления, следовательно, КПД источника тока можно представить следующим образом:  *R / ( ) = R / (R + r)Тем самым получилось вывести зависимость КПД источника тока от сопротивления внешней цепи. Практическая часть |