Урок "Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца". Физика. 8 класс.

  Джеймс  Прескотт  Джоуль

Родился 24 декабря 1818 г. в городе Солфорд (графство Ланкашир).     Получил домашнее образование.    По профессии был пивоваром.     Внёс значительный вклад в исследование электромагнетизма и тепловых явлений, в создание физики низких температур, в обоснование закона сохранения энергии.    В 1850 г. Джоуль был избран членом Лондонского королевского общества.    Он являлся непревзойдённым экспериментатором.   Его опыты были просты по идее, но в каждом из них обязательно содержалась некая изюминка — тонкость, которая позволяла получать очень точные результаты. Умер 11 октября 1889 г. в городе Сейл (графство Чешир).

Эмилий  Христианович Ленц

Эмилий Ленц родился 24 февраля 1804 года в Дерпте (ныне Тарту). В 1820 году он окончил гимназию и поступил в  университет. Самостоятельную научную деятельность Ленц начал в качестве физика в кругосветной экспедиции на шлюпке «Предприятие» (1823-1826). В очень короткий срок он создал уникальные приборы для глубоководных океанографических наблюдений. В июле 1829 года он участвовал в первом восхождении на Эльбрус. Замечательной чертой Ленца как ученого было глубокое понимание физических процессов и умение открывать их закономерности. В 1836 году Эмилий Ленц был приглашен в Петербургский университет и возглавил кафедру физики и физической географии, в 1863 году был избран  ректором университета. В числе его учеников были Дмитрий Иванович  Менделеев, Климент Аркадьевич Тимирязев, Петр Петрович  Семенов-Тян-Шанский. Совместно с Борисом Семеновичем Якоби Ленц впервые разработал методы расчета электромагнитов в электрических машинах. Открыл обратимость электрических машин. Кроме того, он изучал зависимость сопротивления металлов от температуры. Эмилий Христианович Ленц умер 10 февраля 1865 года.

1. Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течение 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

2.      Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии 55 Ом, включена в сеть напряжением    127 В. Какое количество теплоты выделит спираль за 1 мин?

1. Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течение 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

2. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии 55 Ом, включена в сеть напряжением    127 В. Какое количество теплоты выделит спираль за 1 мин?

1. Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течение 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

2. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии 55 Ом, включена в сеть напряжением    127 В. Какое количество теплоты выделит спираль за 1 мин?

1. Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течение 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

2. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии 55 Ом, включена в сеть напряжением    127 В. Какое количество теплоты выделит спираль за 1 мин?

1. Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течение 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

2. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии 55 Ом, включена в сеть напряжением    127 В. Какое количество теплоты выделит спираль за 1 мин?

1. Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течение 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

2. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии 55 Ом, включена в сеть напряжением    127 В. Какое количество теплоты выделит спираль за 1 мин?

 

1.                    Носитель свободного  электрического заряда в металлах.

2.     Вещество, непроводящее электрический ток.

3.     Чертеж, на котором изображен способ соединения электрических приборов в цепь.

4.     Явление упорядоченного движения заряженных частиц.

5.     Единица измерения электрического напряжения.

6.     Физическая величина, характеризующая проводник и измеряемая в Омах.

7.     Часть электрической цепи, служащая для ее замыкания и размыкания.

8.     Одно из мест на источнике тока, к которому присоединена клемма для включения его в электрическую цепь.

9.     Единица измерения электрического заряда.

10.Единица измерения силы тока.

Урок физики в 8-м классе по теме

 "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;
• формировать умение применять этот закон для решения качественных и количественных задач.

Тип урока: комбинированный.

Задачи урока.

• Образовательные:
• опираясь на знания, полученные ранее, аналитически установить связь выделяющейся тепловой энергии на проводнике с силой тока и сопротивлением проводника;
• анализируя опыты, установить эту же зависимость;
• опираясь на известные формулы, теоретически определить количество теплоты, выделяющейся на проводнике с током;
• подтвердить полученные выводы результатами экспериментов;
• сформулировать закон Джоуля – Ленца;
• формировать умение применять этот закон для решения задач.
• Воспитательные:
• содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;
• формировать умение работать в группах, уважительно относиться друг к другу, прислушиваться к мнению товарищей;
• побуждать использовать полученные на уроках знания в повседневной жизни.
• Развивающие:
• показать учащимся различные пути и методы получения знаний об окружающем нас мире;
• формировать умение обобщать и анализировать опытный материал,  самостоятельно делать выводы.

Оборудование: компьютер, презентация к уроку

I.       Ход урока:

1.Организационный момент.                                                                                                  

     2.Актуализация знаний. Фронтально.    

Вспомним некоторые вопросы, которые потребуются, чтобы изучить новую тему:

 - Что называют электрическим током?
- Что представляет собой электрический ток в металлах?

- Какие действия может оказывать электрический ток?

-  Какие три величины связывает закон Ома?

- Как формулируется закон Ома?

-  Что такое работа тока?

-Как можно найти работу тока?

А теперь давайте поработаем  в  парах  и разгадаем кроссворд.

Кроссворд.

 

1.                Носитель свободного  электрического заряда в металлах.
2. Вещество, непроводящее электрический ток.
3. Чертеж, на котором изображен способ соединения электрических приборов в цепь.
4. Явление упорядоченного движения заряженных частиц.
5. Единица измерения электрического напряжения.
6. Физическая величина, характеризующая проводник и измеряемая в Омах.
7. Часть электрической цепи, служащая для ее замыкания и размыкания.
8. Одно из мест на источнике тока, к которому присоединена клемма для включения его в электрическую цепь.
9. Единица измерения электрического заряда.
10. Единица измерения силы тока.

Давайте проверим ваши ответы.

1. Электрон.
2. Диэлектрик.
3. Схема.
4. Ток.
5. Вольт.
6. Сопротивление.
7. Полюс.
8. Кулон.
9. Ампер.

3.    Новый материал.

Откройте, пожалуйста, тетради и запишите тему нашего урока «Закон Джоуля-Ленца».

На слайде  изображены электроприборы(потребители электрического тока):

утюг, электроплитка, электрическая лампа, электрическая дрель, электрический чайник, паяльник
вопросы к учащимся:

-Назовите приборы изображенные на слайде.

-Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний.

-Чем вы руководствовались, делая выбор?

-Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах?

Давайте с вами выясним, почему проводники нагреваются? Чаще всего мы сталкиваемся с электрическим током в металлах. Поэтому мы разберем нагрев именно металлического проводника.

-Что представляет собой кристаллическая решетка металлов?

Видеоролик.

-Как вы думаете от каких величин зависит нагревание проводника и то, какое количество теплоты отдаст проводник с током в окружающую среду?

Многочисленные опыты показывают, что чем больше сила тока в проводнике, тем и количество теплоты, выделившееся в проводнике будет больше. Значит, нагревание проводника зависит от силы тока (I). Был проведен эксперимент.  Были взяты 3 проводника одинаковой длины и площади поперечного сечения, но из разного вещества. Все проводники соединены между собой последовательно. Следовательно, сила тока на всех участках цепи одинаковая. Но при включении в цепь все 3 проводника выделили разное количество теплоты.

-Итак , от чего зависит количество теплоты в проводнике с током?

Вывод: 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.

Работа с учебником.

-Как записывается закон Джоуля-Ленца?

Q=I²Rt

Q – количество теплоты - [Дж]   

I – сила тока – [A]

R – сопротивление – [Ом]

t – время – [c]

-Как формулируется закон Джоуля- Ленца?

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления  проводника и времени.

С точки зрения закона сохранения энергии работа, которую совершает электрическое поле, создавая электрический ток в проводнике, равна количеству теплоту, выделяемому проводником с током.

A=UIt из закона Ома I=U/R следует U=IR  следовательно A=IRIt что соответствует закону Джоуля-Ленца Q=I²Rt.

Автобиографическая справка.

 Рассказать о английском физике  Джеймсе  Прескотте  Джоулье (1818-1889 гг)

Родился 24 декабря 1818 г. в городе Солфорд (графство Ланкашир). Получил домашнее образование. По профессии был пивоваром. Внёс значительный вклад в исследование электромагнетизма и тепловых явлений, в создание физики низких температур, в обоснование закона сохранения энергии. В 1850 г. Джоуль был избран членом Лондонского королевского общества. Он являлся непревзойдённым экспериментатором. Опыты были просты по идее, но в каждом из них обязательно содержалась некая изюминка — тонкость, которая позволяла получать очень точные результаты. Умер 11 октября 1889 г. в городе Сейл (графство Чешир).

Русском физике  Ленце Эмилии Христиановиче (1804 – 1865)

Эмилий Ленц родился 24 февраля 1804 года в Дерпте (ныне Тарту). В 1820 году он окончил гимназию и поступил в  университет. Самостоятельную научную деятельность Ленц начал в качестве физика в кругосветной экспедиции на шлюпке «Предприятие» (1823-1826). В очень короткий срок он создал уникальные приборы для глубоководных океанографических наблюдений. В июле 1829 года он участвовал в первом восхождении на Эльбрус. Замечательной чертой Ленца как ученого было глубокое понимание физических процессов и умение открывать их закономерности. В 1836 году Эмилий Ленц был приглашен в Петербургский университет и возглавил кафедру физики и физической географии, в 1863 году был избран  ректором университета. В числе его учеников были Д.И. Менделеев, К.А. Тимирязев, П.П. Семенов-Тян-Шанский. Совместно с Борисом Семеновичем Якоби Ленц впервые разработал методы расчета электромагнитов в электрических машинах. Открыл обратимость электрических машин. Кроме того, он изучал зависимость сопротивления металлов от температуры. Эмилий Христианович Ленц умер 10 февраля 1865 года.

-С помощью каких формул ещё можно найти количество теплоты, выделяемое проводником с током?

Выясним, какую из этих формул удобнее применять для последовательного, а какую для параллельного соединения проводников. Для этого вспомним законы различных видов соединения.

(Два ученика на доске записывают законы последовательного и параллельного соединения проводников).

Последовательное соединение: I=I₁=I₂;    U=U₁+U₂;     R=R₁+R₂

Параллельное соединение:

U=U₁=U₂;    I=I₁+I₂;      1/R=1/R₁+1/R₂.

Мы видим, что при последовательном соединении не изменяется сила тока (I) , то для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q=I²Rt.

При параллельном соединении проводников не изменяется напряжение (U), тогда для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q=U²t/R.

Физкультминутка.

4.    Закрепление

1) В чем проявляется тепловое действие тока?

(В нагревании проводника)

2) Как можно объяснить нагревание проводника с  током?

(Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и передают им свою энергию)   

4) Как по закону Джоуля – Ленца рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике?

                                   (Q=I²Rt)

Решение задач

Давайте решим задачу на практике.

У вас на столе приборы. С их помощью мы рассчитаем количество теплоты, выделяемое проводником с током за 1 секунду. Но сначала вспомним правила техники безопасности.

1.Учащийся  соблюдает дисциплину, сохраняет тишину; не делает резких движений, чтобы не зацепить оборудование руками.  Учащийся без разрешения учителя не берёт приборы  и другое оборудование для лабораторных работ.

2.  Учащийся поддерживает  порядок на  своём рабочем месте в течение урока.

3.   Учащиеся используют источники тока напряжением не выше 42В переменного и не выше 110В постоянного тока.

4.   Производят  сборку  электрических цепей,  переключение их,  монтаж и ремонт электрических устройств только при отключенном источнике питания.

5.  Следят, чтобы изоляция  проводов была исправной, на концах проводов были наконечники.

6.   При сборке электрических цепей, провода располагают аккуратно, наконечники проводов плотно зажимают клеммами.

7.   По окончании работы необходимо отключить источник питания.

8.   Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением,  немедленно  отключите источники питания и  сообщите об этом учителю.

9.   По окончании лабораторной работы  учащийся приводит в порядок рабочее место,  аккуратно складывает приборы и оборудование в  порядке, указанном учителем.

1. Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течении 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

			Си - 300 с -				Решение: Q=I2Rt Q= (5A)2 .35 Ом . 300 с = 262500Дж = = 262,5 кДж Ответ: Q=262,5 кДж

 

2. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии 55 Ом, включена в сеть напряжением 127 В. Какое количество теплоты выделит спираль за 1 мин?

Мини тест.

1.      Чье имя носит закон, выражающий зависимость количества теплоты, выделяемого проводником с током, от силы тока и сопротивления?

А) Ампера.   Б)Ома.    В) Джоуля-Ленца.

2.      Какая формула выражает закон Джоуля-Ленца?

А) Q=I²Rt     Б) Q=UIt     В)Q=Pt

3.  Как зависит количество теплоты, выделяемое проводником с током, от квадрата силы тока?

А) Прямо пропорционально.   Б) Обратно пропорционально.    В) Не зависит.

4.  Как зависит количество теплоты, выделяемое проводником с током, от сопротивления проводника?

А) Обратно пропорционально.   Б) Прямо пропорционально.    В) Не зависит.

5.  Как зависит количество теплоты, выделяемое проводником с током, от времени?

А)Не зависит.   Б) Обратно пропорционально.    В) Прямо пропорционально.

Поменяйтесь листочками и выполните взаимопроверку.

Ответы: 1.В   2.А     3.А     4. Б       5.В.

5. Итог работы
6.  Домашнее задание

§53 вопр., выуч.опред., упр. 27(1),

• 1 слайд

• 2 слайд

• 3 слайд

• 4 слайд

• 5 слайд

• 6 слайд

• 7 слайд

• 8 слайд

• 9 слайд

• 10 слайд

• 11 слайд

• 12 слайд

  Закон Джоуля-Ленца
  

• 13 слайд

  Потребители электрического тока
  

• 14 слайд

• 15 слайд

  От каких величин зависит нагревание проводника?
  медь
  никелин
  сталь
  А
  I1=I2=I3
  Q1≠Q2≠Q3
  

• 16 слайд

  медь
  никелин
  сталь
  А
  Следовательно количество теплоты зависит не только от силы тока, но и от того, из какого вещества изготовлен проводник. Точнее - от электрического сопротивления проводника (R)
  Чтобы проводник нагревался сильнее,
  он должен обладать большим удельным сопротивлением
  

• 17 слайд

  Закон Джоуля-Ленца
  Q – количество теплоты - [Дж]
  I – сила тока – [A]
  R – сопротивление – [Ом]
  t – время – [c]
  Q=I2Rt
  
  
  Количество теплоты, выделяемое проводником с током,
  равно произведению квадрата силы тока, сопротивления
  проводника и времени
  

• 18 слайд

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

• 19 слайд

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

• 20 слайд

• 21 слайд

  Ответы.
  1.В
  2.А
  3.А
  4. Б
  5.В.
  
  

• 22 слайд

  Домашнее задание
  §53 вопр., выуч.опред., упр. 27(1).
  
  Спасибо за урок