[물리실험] 교류전원에서 R, L, C의 특성 및 전압과 전류의 위상차 (사이언스큐브 MBL 활용)

[물리실험] 교류전원에서 R, L, C의 특성 및 전압과 전류의 위상차 (사이언스큐브 MBL 활용)

 

 

학습주제 : 교류전원에서 R, L, C의 특성 및 전압과 전류의 위상차

 

학습목표

◦교류 회로에 연결된 R, L, C에 따라 전류와 전압의 위상차를 설명할 수 있다.

◦RLC 직렬회로에서 위상차 다이어그램을 이용하여, 임피던스(Z)를 구할 수 있다.

 

도입

◦직류전원과 비교하여 교류전원에서 R, L, C가 어떤 작용을 하는지 설명하고, 주변에서 볼 수 있는 R, L, C의 사례를 설명함

 

활동

◦실험 : 교류전원에서 RLC 직렬회로의 전류와 전압의 위상차 확인

(실험재료 : 함수발생기, MBL 인터페이스, 오실로스코프 센서 2개, 브레드보드, 저항(R) 1개, 코일(L) 1개, 축전기(C) 1개, 점퍼 케이블 등)

 

□ 실험제목 : 교류 전원에서 RLC직렬회로의 R, L, C 전압의 위상차 확인하기 □ 실험재료 (모둠별) 함수발생기, MBL 인터페이스, 오실로스코프 센서 2개, 브레드보드, 저항(R) 1개, 코일(L) 1개, 축전기(C) 1개, 점퍼 케이블 □ 실험과정 1) 오른쪽 그림과 같이 브레드 보드에 RLC 직렬회로를 구성한다. 2) 구성한 회로에 함수발생기로 교류전원을 공급하고, 60Hz의 sin파로 설정한다. 3) 오실로스코프 센서 2개를 MBL 인터페이스에 연결하고, 실험할 수 있도록 설정한다. 4) 오실로스코프 센서 2개를 R, L, C 중 2개를 선택하여 연결하고 전압의 위상차를 확인한다.

 

협동

◦4인 모둠 구성 – 협력 및 의사소통 활동

-RLC 직렬회로에서 R, L, C에 걸리는 전압의 위상을 위상차 다이어그램으로 나타내도록 함.

-위상차 다이어그램을 이용하여, 임피던스(Z)를 구하도록 함

 

표현

◦모둠별 발표 자료를 화이트보드에 기록하도록 함

◦모둠별 대표학생이 전류와 전압의 위상차를 설명하며, 위상차 다이어그램을 활용하여 임피던스를 구하는 과정을 설명함

 

정리

◦내용정리 – 준비된 PT를 활용하여 학생 발표의 부족한 점을 보완하여 설명한다.

◦형성평가를 하도록 함

◦시범시험 – 아날로그식 오실로스코프를 사용하여 실험결과를 다시 확인한다.

 

수업의도

◦실험활동의 도입 : RLC 회로를 실험활동 없이, 기호와 도식으로만 이해하는 것은 매우 어려운 과정이다. 특히 R, L, C가 우리 주변에 매우 많이 활용되고 있으므로, 실험은 실제 세계를 보다 잘 이해하도록 해 준다. 따라서 RLC 전자부품을 활용하여 회로를 구성하는 실험을 도입하여 구체화하고자 하였다. 전자실습에 많이 활용되는 오실로스코프의 기능을 익히도록 하였다.

◦위상차 다이어그램 활용 : 임피던스를 구하기 위해서는 저항, 유도리액턴스, 용량리액턴스의 합성을 백터적으로 이해할 필요가 있다. 따라서 위상차 다이어그램을 도입하였다.

◦구성주의적 설계 : 학습자가 스스로 지식을 구성할 수 있도록 하였으며, 교수자는 안내자의 역할에 충실할 필요가 있다.

◦배움 중심 수업설계 : 모둠별 수준차가 심하지 않도록 모둠을 구성하였으며, 아래의 ‘자리배치’와 같이 4명이 1개 모둠이 되며, 총 6개의 모둠으로 나누었다.

 

실험에 대한 자세한 내용은 아래 영상을 참고하세요.

 

영상보기 클릭 : [물리실험] 교류 전원에서 RLC직렬회로의 R, L, C 전압의 위상차 확인하기

 

2021.10.04 - [물리실험] 프랑크-헤르츠 실험(Franck-Hertz Experiment)

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