Урок по физике Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца ( 8 класс)

Физика

8 класс

Открытый урок

Дата: 29.02.2016

Тема урока: Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля - Ленца.

Цель урока: изучение закона Джоуля - Ленца.

Задачи урока:

Образовательные: создать условия для ознакомления с законом Джоуля - Ленца;

вывести формулы этого закона; научиться применять полученные знания и умения к решению физических задач. Воспитательные: развивать коммуникативные навыки: умение договариваться, взаимодействовать в паре, группе уважать мнение других; развивать познавательный интерес, способствовать развитию качеств сотрудничества, мотивации в изучении физики.

Развивающие: развивать учебно-интеллектуальные умения: внимание, умение анализировать, выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи, приводить примеры из повседневной жизни, делать выводы; развивать исследовательские навыки, показать роль эксперимента в изучении физики.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний

Оборудование: компьютеры, ноутбук, проектор, экран, карточки с заданиями для работы в парах и группах, оценочные листы, карточки с д/з.

Приборы: источники тока, реостат, амперметр, вольтметр, электрическая лампа.

Метод работы с учащимися: поисково-исследовательский

Формы работы: фронтальная беседа, работа в парах, группах.

Ход урока

План урока:

І.Организационный момент (3 мин.) II. Мотивация.(4 мин.) ІІІ.Актуализация опорных знаний. (10 мин.) IV. Объяснение нового материала (15 мин.) V.Закрепление нового материала (10 мин) VІ. Рефлексия (2 мин.) VІІ. Домашнее задание (1 мин.)

І.Организационный момент.

- Здравствуйте, ребята! Я рада вас сегодня видеть! Посмотрите друг на друга. Улыбнитесь, пошлите друг другу положительные эмоции!

У вас на столе лежат оценочные листки (приложение 1), куда вы будете вносить оценки за все ваши действия, а в конце выставите итоговую оценку за урок. Подпишите, пожалуйста, ваши листки. Я предлагаю вам в первом кружочке дорисовать смайлика, который соответствует вашему настроению в данный момент времени.

II. Мотивация.

На столе стоят электрическая лампа, учитель включает её.

Учитель: Ребята попробуйте это объяснить с точки зрения физики. Почему лампочка горит? Почему это происходит?

Учащиеся: Основная часть лампы - спираль из тонкой вольфрамовой проволоки, она нагревается до 3000 ⁰С, при такой температуре достигает белого коленья и светится ярким светом. Здесь мы наблюдаем тепловое действие электрического тока.

Учитель: Тепловое действие тока находит очень широкое применение в быту и промышленности. Как вы думаете, как в быту используется тепловое действие тока?

Учащиеся: Электронагревательные приборы: утюги, кипятильники, электрические чайники, нагреватели, электроплиты, фены и т.д.

Учитель: В промышленности также широко используют тепловое действие эл.тока в паяльниках, сварочных аппаратах.

Российские специалисты г.Петрозаводска, фирма «Карбон-Шунгит» предложили подогрев дороги электрическим током, т.к. соль портит обувь и шины машин. Разработанная ими технология основана на использовании минерала «шунгит». Этот минерал - природный аналог стеклоуглерода имеет несколько разновидностей и обладает ценными свойствами для промышленности и строительства. Для борьбы с зимним оледенением дорог использована хорошая электропроводность шунгита. Он добавляется в асфальт или бетон, к ним подводятся токопроводящие шины и электрический ток пропускается через само дорожное покрытие.

Учитель: А теперь попытаемся сформулировать тему нашего урока. (Ребята рассуждают)

Итак, мы имеем дело с тепловым действием тока, следовательно, Слайд 2 тема сегодняшнего урока «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца». Записываем тему урока в тетрадь. Каких целей мы должны сегодня достигнуть?

Слайд 3 Цели урока:

1) выяснить причины нагревания проводника с током; 2) сформулировать закон Джоуля - Ленца; 3) применить полученные знания и умения к решению физических задач.

ІІІ.Актуализация опорных знаний.

1. Фронтальный опрос:

Вспомним изученный ранее материал:

Слайд 4

1. Что такое электрический ток в металлах?( Упорядоченное движение свободных электронов)

2. Что такое сила тока?(это отношение эл. заряда, прошедшего ч\з поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения)

3. Что такое электрическое напряжение?(работа, совершаемая эл. полем при перемещении положительного заряда из одной точки в другую)

4. Сформулируйте закон Ома? ( сила тока на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению)

5. Что такое электрическое сопротивление? ( физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать протеканию электрического тока в этом проводнике)

6. Чему равна работа эл. тока на участке цепи? ( равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого протекал ток)

7. Как вычислить мощность эл. тока? (физическая величина характеризующая быстроту совершения работы электрическим током)

2.Повторение имеющихся знаний об электрических приборах.

Слайд 5

Работа в парах.

Учитель: Работая в парах, мы вспомним: какие электрические приборы вы знаете, их назначение, величину, измеряемую ими и способ включения этих приборов в электрическую цепь.

Ваша задача: вытянуть карточку с названием прибора, обсудить в течение 30 секунд, по очереди пары выходят к доске, берут в руки свой прибор и отвечают на поставленные вопросы.
1) амперметр;
2) вольтметр;
3) источник тока;
5) реостат.

IV. Объяснение нового материала

Сегодня на уроке мы должны решить проблему - почему нагревается проводник?

Слайд 6

Это объясняется тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами передают им свою энергию, заставляя их колебаться. Е_к ионов увеличивается, следовательно, увеличивается внутренняя энергия проводника, следовательно, проводник нагревается.

Слайд 7

В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, путем теплопередачи. Q = A. Энергию, которую получает или теряет тело при теплопередачи называют количеством теплоты.

Учитель: Нам необходимо выяснить от чего зависит это количество теплоты. Работаем в группах. Слайд 8

Первая группа - теоретики. Им необходимо вывести формулу Q = A

Вторая группа - практики. Им необходимо, используя виртуальную лабораторию, определить зависит ли количество теплоты , выделенное проводником с током, от силы тока в цепи.

Третья группа - исследователи. Им необходимо, используя интерактивную модель, исследовать как нагреваются проводники, имеющие разное сопротивление.

Работаем 5-7 мин. Работа окончена, садитесь на свое место.

Каждая группа получает своё задание.

Слово теоретикам. Слайд 9

Задание для 1 группы: (теоретики)

Вывод формулы Q = A на листах А₃

Мы знаем формулу для работы A=IUt. В неподвижном проводнике вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, т.е. на то, чтобы увеличивалась внутренняя энергия, следовательно Q =A=UIt.

Из закона Ома для участка цепи следует U=IR, тогда вывод: Q=I²Rt

Показазать слайд 9 часть1 ( записать в тетрадь)

Слово практикам Слайд 10

Задание для 2 группы: (практики)

Используя виртуальную лабораторию, собрать эл. цепь из источника тока, реостата, лампочки, ключа и соединительных проводов. Для измерения силы тока и напряжения на лампе использовать амперметр и вольтметр.

Снять показания вольтметра и амперметра, по формуле рассчитать Q=A=UIt, за 5с. Затем увеличить силу тока, снять показания силы тока, по формуле рассчитать Q=A=UIt, за тоже время. Сделать вывод:

Чем больше сила тока в цепи, тем больше выделяется количество теплоты.

Дано: Решение

U=

I=

t= 5c

Q- ? Ответ

Увеличиваем сопротивление:

Дано: Решение

U=

I=

t= 5c

Q- ? Ответ

Вывод:

Слово исследователям. Слайд 11

Задание для 3 группы: (исследователи)

Карточки с заданием: эл. цепь, состоящая из нескольких последовательно соединенных проводников различным сопротивлением (медная, стальная, никелиновая).

По формуле Q=I²Rt, если R= pL/S, сделать вывод как нагреваются проводники, если длина проводника L и площадь поперечного сечения S одинаковы. Вывод: чем больше удельное сопротивление проводника, тем сильнее он нагревается.

Определить степень нагревания в зависимости от ρ?

Вещество

Удельное сопротивление

ρ(Ом*мм²/м)

Нагревание проводников

медь

0,017

слабое

никелин

0,42

среднее

нихром

1,1

сильное

Выводы:

1.Q=I²Rt.

2. Чем больше сила тока в цепи, тем больше выделяется количество теплоты

3. Чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он нагревается.

Слайд 12

К таким же выводам пришли, независимо друг от друга, английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый Эмиль Христианович Ленц.

Поэтому данный вывод получил название - Закон Джоуля - Ленца. Ко­ли­че­ство теп­ло­ты, ко­то­рое вы­де­ля­ет­ся в про­вод­ни­ке, равно про­из­ве­де­нию квад­ра­та силы тока в этом про­вод­ни­ке, умно­жен­но­му на со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка и на время, в те­че­ние ко­то­ро­го этот ток про­те­ка­ет по про­вод­ни­ку.

( записать в тетрадь)

( Учащиеся, получившие индивидуальное задание на дом, рассказывают об ученых)

Слайд 13

Учитель: Если сила тока неиз­вест­на, а из­вест­но на­пря­же­ние на кон­цах участ­ка цепи, то, вос­поль­зо­вав­шись за­ко­ном Ома I=U/R , по­лу­ча­ем:

Фор­му­лы и можно ис­поль­зо­вать толь­ко тогда, когда вся ра­бо­та элек­три­че­ско­го тока рас­хо­ду­ет­ся толь­ко на на­гре­ва­ние. Если на участ­ке цепи есть по­тре­би­те­ли энер­гии, в ко­то­рых вы­пол­ня­ет­ся ме­ха­ни­че­ская ра­бо­та или про­ис­хо­дят хи­ми­че­ские ре­ак­ции, эти фор­му­лы ис­поль­зо­вать нель­зя (в таких слу­ча­ях при­ме­ня­ют­ся слож­ные ма­те­ма­ти­че­ские рас­чё­ты).

Учитель: Устали? Давайте проведем физкультминутку.

Ребята встаньте возле своих парт, давайте потрем ладошки. Что мы чувствуем? Почему они нагреваются?

(Ребята рассуждают)

V.Закрепление нового материала

Слайд 14

Давайте попробуем ответить на такой вопрос:

За­да­ча 1.

С какой целью про­во­да в ме­стах со­еди­не­ния не про­сто скру­чи­ва­ют, но ещё и спа­и­ва­ют?

Ре­ше­ние

Сила тока в обоих про­во­дах оди­на­ко­ва, так как про­вод­ни­ки со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но.

Если место кон­так­та двух про­вод­ни­ков не будет спа­я­но, то его со­про­тив­ле­ние будет до­ста­точ­но боль­шое, по срав­не­нию с со­про­тив­ле­ни­ем самих про­вод­ни­ков. Сле­до­ва­тель­но, в месте кон­так­та будет вы­де­лять­ся наи­боль­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты, что при­ве­дёт к рас­плав­ле­нию места кон­так­та и раз­мы­ка­нию элек­три­че­ской цепи. По­это­му про­во­да в ме­стах со­еди­не­ния не про­сто скру­чи­ва­ют, но ещё и спа­и­ва­ют с целью умень­ше­ния со­про­тив­ле­ния.

Слайд 15

Решите задачу.

Задача 2. Определите количество теплоты выделяемое проводником, сопротивление которого 20 Ом, в течение 3 мин. Сила тока в проводнике 5 А.

Дано : СИ Решение

R= 20 Ом Q=I²Rt

t= 3 мин 180с Q= 5² A*20 Ом*180с = 90000Дж =

I= 5 A = 90 кДж

Q-? Ответ: 90 кДж

Сравнивают с ответом на Слайде 15

VІ. Рефлексия

Ребята, сегодня на уроке вы познакомились с причиной нагревания проводника с током; с законом Джоуля - Ленца; научились применять полученные знания к решению физических задач.

Слайде 16

Мне бы хотелось узнать: 1.Что понравилось на уроке? 2.Что бы вы хотели выполнить ещё раз? 3. С каким настроением уходишь с урока. (дорисуйте глазки смайлику, настроение которого соответствует твоему)

Поставьте себе оценки в оценочный лист, и положите его на край парты.

VІІ. Домашнее задание

Слайде 17

Чтобы наш труд на уроке не прошел даром, материал нужно будет закрепить дома. Д/з прикреплено к оценочным листам, Открепите его, положите в дневник.

Д/з состоит из двух частей:

Для всех: 1.Выучить § 40 , решить задачи

Задача 1. 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?

Задача 2. 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?

Задача 3. Сколь­ко элек­тро­энер­гии по­треб­ля­ет элек­три­че­ский утюг за 4 ч ра­бо­ты, если он вклю­чен в сеть на­пря­же­ни­ем 220 В при силе тока 4,55 А?

По желанию:

2. Пройти онлайн - тестирование. (Цель: проверить свои знания) interneturok.ru/ru/school/physics/8-klass/belektricheskie-yavleniyab/nagrevanie-provodnikov-elektricheskim-tokom-zakon-dzhoulya-lentsa-eryutkin-e-s?testcases

3. Подготовить доклады к следующему уроку по темам:

• «Лампы накаливания и история их изобретения»

• «Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве»

Спасибо за урок! Мне очень понравилось, как вы сегодня работали.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

ОЦЕНОЧНЫЙ ЛИСТ УЧАЩЕГОСЯ

Фамилия, имя__________________________

1.Рефлексия:

1) Что понравилось на уроке?_________________________________________

2) Что бы вы хотели выполнить ещё раз?_________________________________________________________________________________________________________________________________

3) С каким настроением уходишь с урока. (дорисуйте глазки смайлику, настроение которого соответствует твоему)

Расшифровка оценки:

1. Фронтальный опрос: ставим оценку 5 - правильный ответ, 3 - частично правильный, 2 - нет ответа или ответ неправильный.

2. Электрические приборы: ставим оценку 5 - ответ полный, 4 - ответ неполный, 3- допущены ошибки, 2- ответа нет или он неправильный.

3. Экспериментальная часть : : ставим оценку 5 - вывод сделан, 4 - вывод неполный, 3- допущены ошибки, 2- вывода нет или он неправильный.

4.Решение задач: : ставим оценку 5 - задача решена , 4 - задача решена, но нет перевода единиц, 3- допущены ошибки, 2- задача не решена.

Посчитай свою оценку( среднее арифметическое, сумма оценок /4)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Работа в парах

Работа в парах.

АМПЕРМЕТР

1) назначение прибора

2) величина, измеряемая им

3) способ включения прибора в электрическую цепь.

Работа в парах.

ВОЛЬТМЕТР

1) назначение прибора

2) величина, измеряемая им

3) способ включения прибора в электрическую цепь.

Работа в парах.

РЕОСТАТ

1) назначение прибора

2) величина, измеряемая им

3) способ включения прибора в электрическую цепь.

Работа в парах.

ИСТОЧНИК ТОКА

1) назначение прибора

2) способ включения прибора в электрическую цепь.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.

Задание для 1 группы: (теоретики)

Вывод формулы Q = A на листах А₃

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Задание для 2 группы: (практики)

Используя виртуальную лабораторию, собрать эл. цепь из источника тока, реостата, лампочки, ключа и соединительных проводов. Для измерения силы тока и напряжения на лампе использовать амперметр и вольтметр.

Снять показания вольтметра и амперметра, по формуле рассчитать Q=A=UIt, за 5с. Затем увеличить сопротивление , снять показания силы тока, по формуле рассчитать Q=A=UIt, за тоже время.

Дано: Решение

U= Q=UIt=

I=

t= 5c

Q- ? Ответ: Q=

Увеличиваем сопротивление:

Дано: Решение

U= Q=UIt=

I=

t= 5c

Q- ? Ответ: Q=

Сделать вывод:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Задание для 3 группы: (исследователи)

Электрическая цепь, состоящая из нескольких последовательно соединенных проводников различным сопротивлением (медная, стальная, никелиновая).

Сделать вывод как нагреваются проводники, если длина проводника L и площадь поперечного сечения S одинаковы.

Определить степень нагревания в зависимости от ρ?

Вещество

Удельное сопротивление

ρ(Ом*мм²/м)

Нагревание

проводников

медь

0,017

никелин

0,42

нихром

1,1

Вывод:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Домашнее задание Для всех: Выучить §40 , решить задачи: Задача 1. 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? Задача 2. 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? Задача 3. Сколь­ко элек­тро­энер­гии по­треб­ля­ет элек­три­че­ский утюг за 4 ч ра­бо­ты, если он вклю­чен в сеть на­пря­же­ни­ем 220 В при силе тока 4,55 А?

По желанию:

1)Пройти онлайн - тестирование. (Цель: проверить свои знания) interneturok.ru/ru/school/physics/8-klass/belektricheskie-yavleniyab/nagrevanie-provodnikov-elektricheskim-tokom-zakon-dzhoulya-lentsa-eryutkin-e-s?testcases 2) Подготовить доклады к следующему уроку по темам: - «Лампы накаливания и история их изобретения» - «Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве»

Домашнее задание Для всех: Выучить §40 , решить задачи: Задача 1. 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? Задача 2. 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? Задача 3. Сколь­ко элек­тро­энер­гии по­треб­ля­ет элек­три­че­ский утюг за 4 ч ра­бо­ты, если он вклю­чен в сеть на­пря­же­ни­ем 220 В при силе тока 4,55 А?

По желанию:

1)Пройти онлайн - тестирование. (Цель: проверить свои знания) interneturok.ru/ru/school/physics/8-klass/belektricheskie-yavleniyab/nagrevanie-provodnikov-elektricheskim-tokom-zakon-dzhoulya-lentsa-eryutkin-e-s?testcases 2) Подготовить доклады к следующему уроку по темам: - «Лампы накаливания и история их изобретения» - «Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве»

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Джеймс Преснот Джоуль

Здравствуйте, давайте знакомится, я Джеймс Преснот Джоуль.

Родился в Манчестере 24 декабря 1818 года.

По профессии я пивовар. Первые мои работы в физике связаны с изобретением электромагнитных аппаратов. Все говорят, что я прекрасный экспериментатор. Исследуя законы выделения теплоты электрическим током, я понял, что опыты с гальваническими источниками не дают возможности ответить на вопрос, какой вклад в нагрев проводника вносит переносимая теплота химических реакций, а какой сам ток. В результате многочисленных опытов, я пришел к выводу, что теплоту можно получать с помощью механических сил. Вместе с моим другом Томсоном мы открыли эффект изменения температуры газа при его расширении. Из всех работ, которые я провел, непосредственно следует, что теплота не является веществом, что она состоит в движении частиц. Все мои работы способствовали утверждению и признанию закона сохранения и превращения энергии.

Эмилий Христианович Ленц

Здравствуйте. Я, Эмиль Христианович Ленц. Родился я 24 февраля 1804 г. в семье чиновника в Дерпте (ныне Тарту) в Эстонии. Благодаря усилиям моей матери я успешно окончил гимназию и поступил в университет.

Моя научная деятельность началась рано: после второго курса университета я по рекомендации ректора в качестве физика научной экспедиции отправился в кругосветное плавание.

Мои соотечественники считают, что я заложил основы первой в России научной школы физиков-электротехников, из которой впоследствии вышли такие ученые, как А. С. Попов, Ф. Ф. Петрушевский и др.

В 1843 году я провел 16 экспериментов к установлению закона теплового действия тока. На основании их я написал статью «О законах выделения тепла гальваническим током», в которой сделал вывод: нагревание проволоки гальваническим током пропорционально ее сопротивлению и квадрату силы тока.