Урок по физике на тему "Электронагревательные приборы. Закон Джоуля - Ленца" (8 класс)

Тема: Электронагревательные приборы. Закон Джоуля - Ленца.

Цель: объяснить учащимся универсальность закона сохранения и превращения энергии на примере электрических и тепловых процессов; рассмотреть применение этого закона на практике; убедить учащихся в том, что можно значительно уменьшить потребление электроэнергии в быту; формировать навыки расчета количества теплоты; развивать интеллект и речь, инициативу, активность; воспитывать интерес к изучению физики, находчивость, сообразительность, остроумие, внимательность, наблюдательность.

Методы и приемы обучения: упражнение «Smile», работа в парах, упражнение «Взаимопроверка», технология коллективно - группового обучения, прием «Мозговой штурм», упражнение «Снежный ком», прием «Кто больше?», работа в группах, прием « микрофон », прием «Вышиванка».

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация; различные виды ламп и предохранителей, раздаточный материал, «смайлы», разноцветные кружочки.

Ход урока

I. Организационный этап

1. Приветствие учителя.

2. Упражнение «Smile». Учащимся предлагается выбрать «смайлик», который соответствует их настроения в данный момент.

II. Актуализация

Учитель. Сначала мы проверим ваши глубокие знания в ходе опроса, затем потренируем мозг - решим задачи, и, наконец, вытащим из тайника нечто ценное.

Работа в парах. Упражнение «Взаимопроверка» (Слайды 2, 3) (3 балла)

III. Мотивация

Сообщение темы, цели и задачи урока.

Проснувшись утром, каждый из нас включает свет. И мало кто задумывается, что начинает пользоваться электроэнергией. Она нужна в быту не только для освещения, но и для многих других целей. Например, широко применяются в работе различных электронагревательных приборов. Вполне понятно, что каждый, кто пользуется электрическими приборами, должен знать их устройство, правила пользования ими и правила энергосбережения.

IV. Изучение нового материала

1. Беседа.

Электрическая энергия может превращаться в другие виды энергии            (Слайд 4).  В химическую (аккумуляторы) (Слайд 5), механическую (электродвигатели) (Слайд 6), световую (лампы, телевизоры) (Слайд 7), тепловую (электрические чайники, электрические нагреватели, электрический утюг) (Слайд 8).

Опыты показывают, что при этих преобразованиях всегда выполняется закон сохранения и  преобразования энергии. Энергия никуда не исчезает и не возникает из ничего. Она только превращается из одного вида в другой или переходит от одного тела к другому, при этом суммарное значение ее сохраняется.

В XIX веке, независимо друг от друга, англичанин Д. Джоуль и российский ученый Э. Ленц изучали нагрева проводников электрическим током и экспериментальным путем установили следующий закон: количество теплоты, выделяющейся в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.

 Q = A = I²Rt или Q = A = U²t / R

Например, если кипятильник сопротивлением 200 Ом потребляет ток силой I = 2А в течение 0,3 ч, то выделяется количество теплоты:

Q = I²Rt; Q = 4 • 200 • 0,3 = 240 (Вт х ч) (Слайд 9).

2. Работа в группах с дополнительной литературой (1 балл)

1. Группа историков сообщает об истории лампы накаливания

Лампа накаливания - лампа, свечение которой возникает вследствие нагревания тела накала (вольфрамовой спирали). Нагрев осуществляется путем пропускания электрического тока через спираль.

Электрическое освещение стало для нас обычным. Но было время - чуть более 100 лет назад, - когда о электрический свет мечтали только ученые. Много труда они затратили, чтобы создать такую ​​электрическую лампу, которую мы имеем сейчас.

В начале XIX в. российский физик и электротехник Василий Владимирович Петров совершил открытие, которое позволило использовать электрическую энергию для освещения.  Между двумя угольными стержнями под действием большой силы тока возникал невиданно яркий белый свет - электрическая дуга. Но дуговые электрические фонари были неудобными для практического применения, потому что постоянно нужно было поддерживать необходимое расстояние между стержнями.

 В 1876 г. В Лондоне на выставке физических приборов русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков демонстрировал необычайную электрическую свечу, которая горела ярким светом.

Задачу регулировки расстояния между угольными стержнями при горении лампы он решил очень просто: разместил их друг против друга, а рядом, на таком расстоянии, чтобы при пропускании тока возникала дуга. Яблочков первым стал применять переменный ток, разработал такую ​​схему соединения дуговых ламп в круг, когда один источник тока обслуживало несколько ламп.

В 1874 г. Александр Николаевич Лодыгин, русский электротехник, создал лампу накаливания. Тело накаливания - тонкий стержень из ретортного угля - он разместил под стеклянным колпаком.

В 90-хгг. XIX в. Лодыгин изобрел несколько типов ламп с металлическими нитями, он первый применил вольфрам для тела накаливания.

В 70-хгг. XIX в. Эдисон, американский изобретатель, усовершенствовал лампу накаливания, разработал систему освещения, сконструировал патрон и цоколь с резьбой, предохранитель, электросчетчик.

2. Группа инженеров объясняет строение электрической лампы накаливания

Рассмотрим строение обычной электрической лампы накаливания              (Слайд 10).

Лампы дневного света, предложенные С. Вавиловым, дают излучение, похожее на дневной свет. Световой поток люминесцентной лампы мощностью 20 Вт равен световому потоку ламп накаливания в 150 Вт.

3. Группа исследователей рассказывает о том, сколько служит лампа накаливания

Лампы накаливания неэффективны: их КПД 6-8%, остальные 92-94% энергии превращается в тепло. Срок эксплуатации ламп очень короткий: не более 1000 ч. Созданием долговечных лампочек занимаются специалисты всего мира, но особых успехов достичь им не удалось.

Особой популярностью пользуется идея включения лампочки с диодом (еще с 1968г.). Но увеличение срока службы лампочки не является эффективным с точки зрения ухудшения ее световых характеристик. Единственный путь увеличения продолжительности горения - снижение температуры нити.

Значительно экономнее, чем лампы накаливания, являются люминесцентные лампы, которые целесообразно использовать для освещения. На каждый ватт мощности они дают световой поток, в несколько раз превышает световой поток лампы накаливания. Их КПД - 20%.

В последнее время разработаны контактные флуоресцентные лампы (КФЛ), принцип работы ИХ такой, как и флуоресцентных трубок. Их мощность от 9 до 15 Вт. КФЛ мощностью 11 Вт дает столько же света, сколько 60-ваттная лампа накаливания. КФЛ работает в течение 8000 часов (в то время как лампа накаливания лишь 1000 ч).

Создаются и внедряются в использование энергосберегающие криптоновый лампы мощностью до 100 Вт, люминесцентные лампы с увеличенной светоотдачей, которые тратят электроэнергии на 80% меньше.

Эти лампы у нас на столах.

4. Группа изобретателей делает доклад о коротком замыкании и плавкие предохранители

Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную наибольшую силу тока. Если одновременно включить в круг несколько мощных потребителей электроэнергии, то сила тока может значительно возрасти, проводники очень нагреются, а их изоляция может загореться. К пожару может привести также короткое замыкание.

Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.

Во избежание пожара в круг включают предохранители. Их назначение - сразу выключить линию электросети, если сила тока в ней окажется больше, чем допустимая.

Главная часть плавкого предохранителя - проволока из легкоплавкого металла (например, свинца). Толщину свинцовой проволоки рассчитывают так, что она выдерживает определенную силу тока, например, 5 А, 10 А. Если сила тока в цепи превышает допустимую, свинцовая проволока плавится и цепь размыкается, после этого предохранитель надо заменить (Слайд 11).

Существуют различные виды предохранителей. Они у нас на столе.

5. Группа экономистов раскрывает суть проблемы потребления электроэнергии

В паспортах приемников тока (ламп, плиток и т.д.) обычно отмечают мощность тока. По мощности легко определять работу тока за определенный промежуток времени, пользуясь формулой:

A = P × t,

[А] = 1 Вт × с = 1 Дж.

Однако эту единицу работы неудобно использовать на практике, потому что в потребителях электроэнергии ток выполняет работу в течение длительного времени. Поэтому на практике значительно удобнее время определять в часах, а работу тока не в джоулях, а в других единицах - ватт-часах (Вт × ч), гектоват-часах (ГВт × ч), киловатт-часах (кВт × ч).

1 Вт × ч = 3600 Дж;

1 ГВт × ч = 100 Вт × ч = 360000 Дж;

1 кВт × ч = 1000 Вт × ч = 3600000 Дж. (Слайд 12).

Что собой представляет 1 кВт × ч энергии? 1 кВт × ч энергии позволяет

- Выплавить около 20 кг чугуна;

- 110 ч бриться электробритвой;

- 50 ч слушать радио;

- 17 ч светиться 60-ватной лампе;

- 12 ч смотреть цветной телевизор;

- 2 часа пылесосить.

Итак, сделаем вывод: нужно экономить электроэнергию!

Физкультминутка

Работали мы, учились.

Компьютер и физика здесь слились.

Ну а сейчас просим встать,

Ноги и руки размять.

Вправо, влево вернулись

И друг другу улыбнулись.

Раз присели и два встали.

Все законы вспомним с вами.

Архимеда все мы знаем

И руками помахаем.

И закон Паскаля учили,

Руки вверх и опустили.

Глаза наши тоже трудились

И больше всего устали.

Давайте их закроем

И об аэростат помечтаем.

3. Прием «Мозговой штурм». (1,5 балла)

Как объяснить, что при прохождении тока проводниками они почти не нагреваются, а нить лампы накаливания очень нагревается при том, что ток в проводах и нити одинаковый?

V. Релаксация

Ода тока

Электрический ток, его величество,

Ты волшебник и господин.

Несешь нам свет.

Радио включаешь,

Тепло даешь,

Моторы обращаешь,

Лечишь больных,

За компьютером учишь.

Лифт движется благодаря тебе.

Работает телевизор, утюг,

Холодильник, фен, электроплитка.

Еще множество примеров я могу привести

А вообще ... современный мир без тебя невозможно

Большой ток, спасибо тебе.

       VI. Закрепление изученного материала

1. Упражнение «Снежный ком». Ученики отвечают на контрольные вопросы учебника ст. 97:

1. Почему нагреваются проводники с током? (1 балл)

2. Сформулировать закон Джоуля - Ленца. Почему он так называется?                 (1 балл)

3. Какой математический запись закона Джоуля - Ленца? (1 балл)

4. Какие формулы для расчета количества теплоты, которая выделяется в проводнике с током, вы знаете? Всегда можно их использовать? (1 балл)

2. Работа в парах. Прием «Кто больше?» (Слайды 13, 14) (2,5 балла)

3. Работа в группах. Решение задач №1283 и №1291.

Задача №1283

Количество теплоты выделит спираль за 10 мин сопротивлением 15 Ом, если сила тока в цепи 2А? (1 балл)

Задача №1291

Электрический чайник включили в сеть напряжением 110В. Определить: а) количество теплоты выделяется чайнике за  каждую секунду, если сопротивление нагревательного элемента чайника 55 Ом; б) мощность тока, потребляемой чайник. (2 балла)

VII. Итоги урока

1. Прием «Микрофон»

- Понравился ли вам сегодня урок?

- Что было для вас интересным?

- Что нового вы узнали сегодня?

- О чем еще актуальном вы бы хотели услышать на следующих наших уроках?

2. Прием «Вышиванка». Ученики поднимают разноцветные кружочки, которые в соответствии означают:

• красный - урок интересен;

• синий - хотим таких уроков;

• зеленый - урок результативный;

• черный - урок интересен.

VIII. Домашнее задание (Слайд 15)

1. Изучить §16, 17 учебника.

2. Решить упражнение 16 (задача 3).

3. Составить условие интересной задачи и решить ее.