Постоянный электрический ток · урок 14 из 20

Короткое замыкание

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R04 · PHY8-049

Паспорт: R04 «2.2 Постоянный электрический ток» (20 ч), урок 14/20, единица R04.16 «Короткое замыкание». Тип урока — Н. Опора: PHY8-046 (мощность тока P = UI), PHY8-047 (закон Джоуля–Ленца), PHY8-048 (бытовые цепи: потребители включены параллельно).
Хронометраж: цели и актуализация 6 мин (сл. 2–3) · проблема и новый материал 15 мин (сл. 4–8) · опыт и предохранители 8 мин (сл. 9–11) · закрепление 11 мин (сл. 12–15) · безопасность, рефлексия и ДЗ 5 мин (сл. 16–17).
Оборудование для демонстрации: лабораторный источник 4,5 В, лампа на подставке, ключ, провода, полоска алюминиевой фольги (узкая перемычка 1–2 мм) на изолирующей подставке; при наличии — плавкий предохранитель и автоматический выключатель для показа.

R04.16

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Объяснять причины

короткого замыкания и его опасность

Рассчитывать ток

при замыкании по закону Ома

Характеризовать предохранители

плавкие и автоматические: как устроены и как работают

Соблюдать безопасность

при обращении с электроприборами

REQ-1.6 «объяснять физические процессы… выявлять причинно-следственные связи» — сл. 4–8, 15. REQ-1.7 «решать расчетные задачи в 2 – 3 действия» — сл. 6, 12, 14. REQ-1.14 «характеризовать принципы действия изученных приборов и технических устройств» (электрические предохранители) — сл. 9–11. REQ-1.16 «приводить примеры… практического использования физических знаний… для обеспечения безопасности при обращении с приборами» — сл. 8, 16. REQ-1.13 (техника безопасности) — сл. 9.
Элементы содержания EL-7.13 «Электрические цепи и потребители электрической энергии в быту. Короткое замыкание», EL-7.22 (электрические предохранители). Вид деятельности ФРП: «Объяснение причин короткого замыкания и принципа действия плавких предохранителей».

повторение: R04.11, R04.13, R04.14

Вспомним

Три формулы, которые понадобятся сегодня

Как сила тока зависит от U и R?

I = \frac{U}{R}

закон Ома

Как найти ток прибора по его мощности?

I = \frac{P}{U}

из $P = U I$

Сколько тепла выделяет проводник?

Q = I^{2} Rt

закон Джоуля–Ленца

А если сопротивление цепи станет почти нулевым?

R04.16

Проблема

Что будет, если выводы лампы соединить проводом?

R04.16

Новое понятие

Короткое замыкание

Соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка.

R_{провода} ≪ R_{лампы}

Ток идёт по «короткому» пути, сопротивление цепи почти нулевое — сила тока резко возрастает

R04.16

Посчитаем по закону Ома

Насколько возрастает сила тока

Лампа 100 Вт, $R = 484$ Ом

I = \frac{220 В}{484 Ом} \approx 0, 45 А

Замыкание: провода $R = 0, 5$ Ом

I = \frac{220 В}{0 , 5 Ом} = 440 А

Проверка: R лампы = U²/P = 220² : 100 = 48 400 : 100 = 484 Ом; I = 220 : 484 ≈ 0,45 А (или I = P/U = 100 : 220 ≈ 0,45 А). При замыкании I = 220 : 0,5 = 440 А — почти в 1000 раз больше.
Столбики в одном масштабе: ток лампы — тонкая полоска, ток замыкания — во всю ширину. Средний столбик — ток, при котором срабатывает предохранитель 16 А (сл. 10–11).
Упрощение: сопротивление 0,5 Ом — проводка до места замыкания; в реальной сети ток ограничивают ещё и провода подстанции, но он всё равно составляет сотни ампер.

R04.16 · опора R04.14

Закон Джоуля–Ленца

Почему короткое замыкание опасно

R04.16

Причины

Отчего происходит короткое замыкание

Повреждена изоляция

оголённые провода соприкасаются

Вода в приборе или розетке

вода с примесями проводит ток

Гвоздь или сверло в стене

перебили скрытую проводку

Перетёртый шнур

перегибы, тяжёлая мебель на проводе

R04.16 · демонстрация

Объяснение принципа действия плавкого предохранителя

Опыт: модель предохранителя

Оборудование: источник 4,5 В, лампа, ключ, полоска фольги, провода

Собрать цепь, замкнуть ключ: лампа горит.
Соединить выводы лампы перемычкой.
Наблюдать: фольга в узком месте раскаляется и перегорает.

Вывод: тонкое звено перегорает первым и размыкает цепь.

Демонстрацию проводит только учитель. Техника безопасности (REQ-1.13): только низковольтный источник; фольгу положить на керамическую плитку; цепь собирать при разомкнутом ключе; замыкание — на 1–2 с, затем сразу разомкнуть ключ.
Почему перегорает именно фольга: в узком месте у неё малая площадь сечения и большое сопротивление участка, ток через все элементы последовательной цепи одинаков, а тепло Q = I²Rt выделяется сильнее там, где R больше; полоска тонкая и быстро нагревается до плавления.
Если фольги нет — показать заранее перегоревший предохранитель и целый (сл. 10).

R04.16 · EL-7.22

Технические устройства

Плавкий предохранитель

Обозначение на схеме

Принцип

ток больше допустимого — вставка плавится, цепь разомкнута

Автоматический выключатель

размыкает цепь сам; после устранения причины его включают снова

Плавкая вставка — тонкая проволока из легкоплавкого металла; номинальный ток (здесь 10 А) указан на корпусе. Предохранитель включают последовательно с теми приборами, которые он защищает.
Перегоревший плавкий предохранитель заменяют новым такого же номинала. Автоматический выключатель («автомат») срабатывает от нагрева или от электромагнита и не требует замены — его снова включают рычажком.
Вопрос: почему вставку делают тонкой и из легкоплавкого металла? (Она должна нагреться и расплавиться раньше, чем раскалятся провода проводки.)

R04.16 · опора R04.15

Защита проводки

Предохранитель стоит до разветвления

Приборы в квартире соединены параллельно (PHY8-048), а предохранитель — последовательно, на общем проводе, до разветвления. Через него идёт весь ток линии.
Шаг 1: замыкание в утюге — ток по «короткому» пути, в общих проводах — сотни ампер. Шаг 2: предохранитель срабатывает за доли секунды, вся линия обесточена; провода не успевают раскалиться.
Вопрос: зачем в щитке несколько автоматов? (Каждый защищает свою линию: освещение, розетки кухни, розетки комнат; при неисправности отключается только одна линия.)

R04.16

Закрепление · образцы

Сработает ли предохранитель?

Предохранитель на 10 А, сеть 220 В. Включили чайник 2000 Вт и обогреватель 1500 Вт.

P = 2000 + 1500 = 3500 Вт

U = 220 В

I - ?

I = \frac{P}{U} = \frac{3500}{220} \approx 15, 9 А

15,9 А > 10 А — сработает

Замыкание в розетке: сопротивление проводки 0,4 Ом, сеть 220 В. Какое тепло выделится в проводах за 1 с?

U = 220 В

,

R = 0, 4 Ом

,

t = 1 с

Q - ?

I = \frac{U}{R} = \frac{220}{0 , 4} = 550 А

Q = I^{2} Rt = 55 0^{2} \cdot 0, 4 \cdot 1 = 121000 Дж

121 кДж за 1 с — провода раскалятся

R04.16

Осторожно

Типичные ошибки

Где ошибаются	Неверно	Верно
ток при замыкании	через лампу идёт огромный ток	через лампу ток почти не идёт
включение предохранителя	параллельно приборам	последовательно, до разветвления
перегорел предохранитель	поставить «жучок» — толстую проволоку	новый того же номинала
загорелась проводка	тушить водой	отключить ток, затем тушить

R04.16

Закрепление

Решите

базаЧто называют коротким замыканием? Назовите две причины.
базаСопротивление проводки до места замыкания 0,2 Ом, напряжение 220 В. Найдите силу тока.
базаПочему предохранитель включают последовательно с приборами?

повыш.Автомат на 16 А, сеть 220 В. Работают чайник 2200 Вт и утюг 1100 Вт. Можно ли включить ещё микроволновку 1100 Вт?
практикаНачертите схему: источник, ключ, предохранитель и две лампы, соединённые параллельно, так, чтобы предохранитель защищал обе лампы.

Ответы: 1) соединение концов участка цепи проводником с очень малым сопротивлением; причины — повреждённая изоляция, вода, перебитая проводка, перетёртый шнур. 2) I = 220 : 0,2 = 1100 А. 3) через него должен идти весь ток защищаемых приборов; при параллельном включении он не разомкнёт цепь приборов.
4) I = 2200 : 220 + 1100 : 220 = 10 + 5 = 15 А < 16 А — пока работает; с микроволновкой 15 + 5 = 20 А > 16 А — автомат отключит линию, включать нельзя. 5) предохранитель и ключ — в неразветвлённой части цепи, последовательно с источником; лампы — двумя параллельными ветвями.
Задания 1–3 — все; 4–5 — по готовности.

R04.16 · формат ОГЭ

ОГЭ, линия 19 · качественная задача

Почему «жучок» опасен?

19Перегоревший плавкий предохранитель в щитке заменили толстой медной проволокой («жучком»). Свет в квартире снова горит.

Можно ли так делать? Ответ поясните.

Полный ответ — 2 балла: ответ и объяснение

Ответ: нельзя. Объяснение: толстая медная проволока имеет малое сопротивление и большую площадь сечения, при коротком замыкании или перегрузке она нагреется меньше, чем провода проводки, и не расплавится. Цепь не разомкнётся, провода раскалятся (Q = I²Rt), изоляция загорится — возможен пожар.
Критерии (как в ОГЭ): 2 балла — верный ответ и достаточное объяснение без ошибок; 1 балл — верный ответ с неполным объяснением или объяснение с неточностью; 0 баллов — ответ без объяснения или неверный.

R04.16 · безопасность

Правила

Как не допустить короткого замыкания

нельзя

пользоваться приборами с повреждённым шнуром

нельзя

трогать вилки и выключатели мокрыми руками

нельзя

включать много мощных приборов в один удлинитель

нужно

вынимать вилку за корпус, а не за шнур

нужно

уходя, выключать нагревательные приборы

нужно

при искрах и запахе гари — выключить автомат, позвать взрослых

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Почему при замыкании ток резко растёт?
Как работает плавкий предохранитель?
Что было сегодня самым трудным?

Домашнее задание

Сопротивление проводки 0,25 Ом, сеть 220 В. Найдите силу тока при замыкании.
Автомат на 25 А. Сколько чайников по 2200 Вт можно включить одновременно?
Тренажёр: reknow.ru/8/physics/8_physics_zakon_oma.htm

Рефлексия: сопротивление цепи становится очень малым, а I = U/R; тонкая вставка нагревается и плавится при токе больше допустимого, цепь размыкается.
Ответы ДЗ: 1) I = 220 : 0,25 = 880 А. 2) ток одного чайника 2200 : 220 = 10 А; два чайника — 20 А < 25 А, три — 30 А > 25 А; ответ: два.
* По желанию: вместе со взрослыми посмотреть на квартирный щиток и выписать номинальные токи автоматов (ничего не открывать и не трогать).
Следующий урок — PHY8-050 «Практикум: Электрический ток».

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-049 · Короткое замыкание

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R04 «2.2 Постоянный электрический ток», 20 ч · урок 14/20 · тип Н
Единицы → слайды	R04.16 «Короткое замыкание» → 2, 4–17 · повторение R04.11 «Закон Ома для участка цепи», R04.13 «Работа и мощность электрического тока», R04.14 «Закон Джоуля–Ленца» → 3, 6, 7 · опора R04.15 (бытовые цепи) → 11
Результаты	REQ-1.6 (объяснять процессы, причинно-следственные связи) → 4, 5, 7, 8, 15 · REQ-1.7 (расчётные задачи) → 6, 12, 14, 17 · REQ-1.14 (принцип действия: электрические предохранители) → 9–11 · REQ-1.13 (техника безопасности) → 9 · REQ-1.15 (схемы, условные обозначения) → 10, 14 · REQ-1.16 (безопасность при обращении с приборами) → 8, 13, 16
Элементы	EL-7.13 «Электрические цепи и потребители электрической энергии в быту. Короткое замыкание» → 4–16 · EL-7.22 (электрические предохранители) → 9–11
Виды деятельности	«Объяснение причин короткого замыкания и принципа действия плавких предохранителей» → 4–11
ОГЭ	линия 19 (качественная задача) → 15
Вне урока	внутреннее сопротивление источника и ЭДС (ток короткого замыкания I = ℰ/r) — 10–11 класс, не включено; заземление и УЗО — не включено; практикум по току — PHY8-050
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending

Короткое замыкание

Сегодня вы научитесь

Объяснять причины

Рассчитывать ток

Характеризовать предохранители

Соблюдать безопасность

Три формулы, которые понадобятся сегодня

Как сила тока зависит от U и R?

Как найти ток прибора по его мощности?

Сколько тепла выделяет проводник?

Что будет, если выводы лампы соединить проводом?

Короткое замыкание

Насколько возрастает сила тока

Лампа 100 Вт, R=484 Ом

Замыкание: провода R=0,5 Ом

Почему короткое замыкание опасно

Отчего происходит короткое замыкание

Повреждена изоляция

Вода в приборе или розетке

Гвоздь или сверло в стене

Перетёртый шнур

Опыт: модель предохранителя

Плавкий предохранитель

Обозначение на схеме

Принцип

Автоматический выключатель

Предохранитель стоит до разветвления

Сработает ли предохранитель?

Предохранитель на 10 А, сеть 220 В. Включили чайник 2000 Вт и обогреватель 1500 Вт.

Замыкание в розетке: сопротивление проводки 0,4 Ом, сеть 220 В. Какое тепло выделится в проводах за 1 с?

Типичные ошибки

Решите

Почему «жучок» опасен?

Как не допустить короткого замыкания

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Домашнее задание

PHY8-049 · Короткое замыкание

Лампа 100 Вт, $R = 484$ Ом

Замыкание: провода $R = 0, 5$ Ом