Урок "Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца."

План-конспект урока

Тема: Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца.

Цели урока:

-объяснить явление нагревания проводников электрическим током;

-установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи;

-сформулировать закон Джоуля – Ленца;

-сформировать умение применять этот закон для решения практических задач по теме.

Планируемые результаты:

предметные:

- уметь собирать электрическую схему при последовательном соединении проводников, снимать показания приборов: амперметра и вольтметра;

- знать формулировку закона Джоуля-Ленца; уметь устанавливать зависимость  выделяющейся тепловой энергии на проводнике от силы тока и сопротивления проводника;

- уметь вычислять количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток (применение закона Джоуля-Ленца).

личностные:

- формировать самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений.

- формировать умение обобщать, анализировать результаты эксперимента и делать выводы;

- формировать коммуникативные умения учащихся.

метапредметные

- приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием различных источников и новых информационных технологий для решения познавательных задач;

Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация к уроку, источники тока, амперметры, низковольтные лампы на подставке, ключ, соединительные проводники, 2 резистора с различными удельными сопротивлениями (разный металла), реостаты, рабочее поле, раздаточный материал для индивидуальной работы (3 типа).

Тип урока: Изучение нового материала.

Ход урока

1.     Организационный момент

Проверить готовность к уроку.

2.     Мотивация

3.     Актуализация опорных знаний

Повторение материала с использованием сингапурских современных технологий «методу Фрейда»

Личностные УУД: научить использовать знания о тепловом действии тока для использования на практике (быт, электрический транспорт, производство), знать границы применимости закона Джоуля – Ленца.

Познавательные УУД:  Формировать понятие физического смысла закона, используемых величин, их обозначения и единицы измерения, связывающие данные физические величины с другими величинами; различать словесную формулировку закона Джоуля – Ленца и его математическое выражение; формулируют ответы на вопросы учителя в письменной виде выполняют задания для актуализации собственных знаний в соответствии с планируемыми результатами обучения;

Коммуникативные УУД: оформлять свои мысли в устной и письменной форме; слушать и понимать физический смысл речи других учащихся класса и учителя; 

Регулятивные УУД: определять и формулировать с помощью учителя тему и цель своей деятельности на уроке.

4.     Изучение нового материала

Виды деятельности:

-индивидуальная работа

-групповая работа

Проведение эксперимента  по определению зависимости выделяющейся при нагревании проводника тепловой энергии от параметров электрической цепи

5.     Практическое применение изученной темы.

Закрепление материала: разбор качественной задачи

6.     Рефлексия

Включение и свечение лампы

Краткий конспект урока

Учитель: На прошлом уроке вы прошли тему: «работа и мощность». Сегодня мы с вами начнем изучать новую тему. Но пред этим давайте повторим пройденный материал.

У вас на столах лежат листы №1. В середине листа у вас написана тема. Заполните 4 графы (приборы, физические величины, формулы и единицы измерения) для выбранной темы.

А потом соедините приборы и физические величины. Это задание №1 ОГЭ по физике.

(опросить несколько человек)

Хорошо, мы повторила, что такое работа и мощность. Давайте ответим на несколько вопросов.

(Учитель включает электрическую лампу, которая стоит на столе)

1.     Почему лампочка горит? Объясните с точки зрения физики. 

(Учащиеся: Основная часть лампы – спираль из тонкой вольфрамовой проволоки, она нагревается до 3000 °С, при такой температуре достигает белого накала и светится ярким светом и даёт тепло)

2.     Какое действие тока мы здесь с вами наблюдаем? (Разомкнув ключ потрогать лампочку)

3.     Что произошло с лампочкой? (Учащиеся: нагрелась)

4.     Какое действие электрического тока вы наблюдаете?  (Учащиеся: Тепловое)

(Показать слайд презентации с электронагревательными приборами: утюг, кипятильник, электрический чайник, фен, электроплитка) 

5.     На слайде вы видите разные электрические приборы, которыми вы пользуетесь в повседневной жизни. Что это за приборы? Для чего они нужны? Что ими делают?

6.     Что общего между этими приборами? (Учащиеся: они нагреваются под действием электрического тока)

7.     А еще можете привести примеры использования теплового действия электрического тока? (Учащиеся: в паяльниках, сварочных аппаратах).

Давайте попытаемся сформулировать тему нашего урока. (Ребята рассуждают)

Тема урока: «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца». 

Каких целей мы должны сегодня достичь?

-объяснить явление нагревания проводников электрическим током;

- установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи;

- сформулировать закон Джоуля – Ленца;

- сформировать умение применять этот закон для решения физических задач.

Ответьте еще на один вопрос: с какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, но еще и спаивают? (Ребята рассуждают)

Для того, чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимы новые знания.
Рассмотрим тепловое действие электрического тока. Мы знаем, что электрический ток нагревает проводник. Объясняется нагревание тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, щелочей, кислот, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Можно сказать, что количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Почему же проводники нагреваются?

Рассмотрим на примере движении одного электрона по проводнику. Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов. Провод – это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам, заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия ионов увеличивается, следовательно, увеличивается внутренняя энергия проводника и, следовательно, его температура. А это и значит, что, проводник нагревается. В неподвижных металлических проводниках вся работа электрического тока идёт на увеличение внутренней энергии.

Давайте выведем закон Джоуля–Ленца. Для этого возьмите лист (карточка №3). (Ребята заполняют карточку)

(вызвать несколько ребят к доске для проверки выведенного закона Джоуля–Ленца)

Что такое количество теплоты? (Ребята рассуждают)

Давайте потрем ладошки. Что мы совершаем, когда трём ладошками? (Учащиеся: работу). Что мы чувствуем? (Учащиеся: тепло).

Вывод: работа - есть энергия. Количество теплоты, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике и от его электрического сопротивления.

Закон определяющий тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.

Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889 гг.) – английский физик. Обосновал на опытах закон сохранения энергии. Установил закон определяющий тепловое действие электрического тока. Вычислил скорость движения молекул газа и установил её зависимость от температуры.

Ленц Эмилий Христианович (1804 – 1865) – русский физик. Один из основоположников электротехники. С его именем связано открытие закона определяющего тепловые действия тока, и закона, определяющего направление индукционного тока.

Давайте выполним практическую работу: исследование зависимости количества выделяемой теплоты от параметров цепи.

От чего может зависеть выделяемая теплота в электрической цепи?

1. Количество теплоты зависит от силы тока в цепи

2. Количество теплоты зависит от сопротивления проводника

Выполните практическую работу (карточка №1 и карточка №2). Соблюдайте технику безопасности! (Работа в команда. Ребята самостоятельно выполняют задания)

(Пока они выполняют работу) По каким признакам можем судить, где теплоты выделяется больше, а где меньше? (по накалу лампы).

Вывод из практической работы:

1.     количество теплоты зависит от силы тока.

2.     При последовательном соединении сопротивлений резисторов больше тепла выделяется в резисторе с большим сопротивлением.

(вызвать несколько ребят для решения задач)

Задачи

1.     Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 5 мин., если сопротивление спирали 200 Ом, а сила тока в цепи 3А?

2.     Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 5 минут, если сопротивление спирали 100 Ом, а сила тока в цепи 3А?

3.      Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 10 минут, если сопротивление спирали 200 Ом, а сила тока в цепи 3 А?

Помните проблемный вопрос? (с какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, но еще и спаивают?) Сможете ответить на этот вопрос? (Учащиеся: для уменьшения сопротивления в месте соединения, что уменьшает выделение теплоты в месте соединения)

Д/з:

Домашнее задание:

1.     В чем проявляется тепловое действие тока?

2.     Как можно объяснить нагревание проводника с током?

3.     Известно, что безопасным для человека является постоянный ток 100 мкА. Какое количество теплоты выделится за 1 мин в теле человека при прохождении тока от конца одной руки до конца другой руки (при сухой коже), если сопротивление этого участка равно 15000 Ом?

4.     Участок цепи состоит из двух резисторов сопротивлением 8 Ом каждый, соединенных параллельно. Сила тока в цепи – 0,3 А. Какое количество теплоты выделится в участке за 1 мин?

5.     Сколько электроэнергии потребляет электрический утюг за 4 ч работы, если он включен в сеть напряжением 220 В при силе тока 4,55 А?

Карточка № 1

1.     Соберите электрическую цепь состоящая из источника тока, лампы, ключа, реостата, амперметра и соединительных проводов.

2.     Замкнули цепь и измените сопротивление с помощью реостата, что наблюдаете? __________________________________________________________________________________________________________________________

3.     Что произошло с силой тока? __________________________________________________________________________________________________________________________

4.     Как накал лампы зависит от силы тока?

Чем больше _________________, тем ___________________горит лампочка, а значит больше _____________________она выделяет.

 Вывод: количество теплоты зависит __________________________________

Карточка № 2

1.     Соберите электрическую цепь последовательно соединенных между собой источника тока, резистора R=1Ом R=2 Ом, лампы, ключа, амперметра и соединительных проводов.

2.     При замыкании цепи какая величина одинаковая? __________________________________________________________________________________________________________________________

3.     При включении в цепь все 2 проводника выделили разное или одинаковое количество теплоты.

__________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод: количество теплоты зависит __________________________________

Карточка № 3

Выведите закон Джоуля – Ленца.

A=Q

Так как      A=__________________

Следовательно,   Q=______________________

Так как закон Ома для участка цепи:______________

Q=______________________________________

Вывод: Q=_________________________________________