Урок физики в 8-м классе по теме «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля Ленца»

Урок физики в 8-м классе по теме "Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца.

Цели урока:

объяснить явление нагревания проводников электрическим током;

установить зависимость выделяющейся тепловой энергии от параметров электрической цепи;

сформулировать закон Джоуля – Ленца;

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

ознакомить учащихся с использованием теплового действия тока на практике.

предложить пути решения проблемы экономии электроэнергии в быту.

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 интерес 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: источник тока ВУП, провода соединительные, электрические низковольтовые лампочки на 6,3 В и 13,5 В, ключ, утюг, электроплитка, электрическая лампа, электрическая дрель, электрический чайник, электроплитка, настольная лампа, электрическая дрель, кипятильник, модель кристаллической решетки,люминесцентная лампа, энергосберегающая лампа, плавкий предохранитель, набор ламп.

Демонстрации: 1) нагревание воды кипятильником; 2) разный накал низковольтовых лампочек, включенных последовательно.

План урока.

Организационный момент.

Актуализация опорных знаний.

Создание ситуации успеха.

1)Что такое электрический ток? Какие частицы являются носителями тока в металлах? в электролитах, в газах?

2) По какой формуле находится сила тока? Как называется единица силы тока? Слайд.

3) По какой формуле вычисляется сила тока для цепи постоянного тока.

4) Ввести понятие напряжения и единицы измерения напряжения. Слайд.

5) По какой формуле вычисляется напряжение для цепи постоянного тока?

Какие действия тока вы знаете?

Где используется тепловое действие тока?

Какое соединение проводников применяется в жилых помещениях?

Как находится работа электрического тока? Какая единица работы при этом используется?

С помощью какого прибора измеряют работу тока? Какая единица работы при этом используется?

Как включают амперметр для измерения силы тока на участке цепи.

Какими правилами следует руководствоваться при включении вольтметра в цепь?

Сформулировать закон Ома. Прослушивание закона Ома. Слайд.

Как зависит сопротивление проводника от геометрических размеров?

Во время устного опроса двое учащихсярешают задачи у доски (по карточкам). Затем идет проверка задач на интерактивной доске.

Задача №1.

Задача№2

Ответ:алюминий.

Задание «Восстанови формулы».

Предлагаются дифференцированные задания по выбору.

Один вариант выполняет задание «Восстанови формулы» по выбору. Оно выполняется индивидуально по карточкам. Цепочка первого уровня сложности содержит преимущественно основные формулы, во втором уровне сложности – производные. Последними, как правило, располагаются формулы, являющиеся связующим звеном между материалом прошлого урока и новым материалом данного урока. За каждый вид деятельности учащиеся получают баллы, которые по окончании урока превращаются в оценку. (Примеры заданий «Восстанови формулы» приведены на рисунке 1).

Рисунок 1

Другой вариант выполняет задание: вставить пропущенные в формулах буквы. Выразите единицы измерения.

Идет взаимопроверка (правильные записи выставлены на компьютере). Учащиеся проверяют работы и оценки выставляют в оценочные листы.

3.Изучение нового материала.

3.1. На демонстрационном столе находятся электроприборы: утюг, электроплитка, электрическая лампа, электрическая дрель, электрический чайник.
Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний. Чем вы руководствовались, делая выбор?
3.2. Постановка задачи-цели урока.

Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах?  (Тепловое.  Они преобразуют электрическую энергию в энергию тепловую – это нагревательные приборы.)Все эти проводники нагреваются  электрическим током. Поэтому тема нашего сегодняшнего урока так и называется –

«Нагревание проводников электрическим током»(проговариваютученики). «Закон Джоуля-Ленца» (добавляет учитель).

Какую цель вы, ребята, ставите перед собой на уроке?

Объяснить причину нагревания проводников электрическим током;

вывести и сформулировать закон Джоуля – Ленца;

подтвердить полученные выводы результатами экспериментов;

использовать полученные на уроках знания в повседневной жизни;

научиться применять этот закон для решения задач.

установить, от чего зависит количество тепловой энергии, выделяющейся на проводнике, по которому идет ток; (дополняет учитель)

предложить пути решения проблемы экономии электроэнергии в быту.

Всех этих целей мы достигним, опираясь на знания, полученные на уроках ранее, и на опыты и эксперименты, которые проведем сегодня. Работать будем в группах: наблюдатели, экспериментаторы (эти учащиеся провели ряд опытов во внеурочное время и сегодня поделятся с нами своими результатами), теоретики. Каждая группа получает свое задание, на выполнение которого ей отводится не более 5мин. (мозговой штурм)

«Теоретики»

Опираясь на известные формулы и закономерности, попытайтесь доказать, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током можно вычислить по формуле Q = I² R t.   (Q = A = I U t ) 

«Наблюдатели»

Группа 1. По результатам измерений определите сопротивления лампочек. 
Вопрос. Установите, зависит ли выделяющаяся энергия от сопротивления лампочек (по их яркости) и какова эта зависимость? (схема, рис.1)

Группа 2. Перемещая ползунок реостата, убедитесь, что меняется яркость накала лампочки и показания амперметра.
Вопрос. Установите, как зависит выделяющаяся на лампочке энергия от силы тока в цепи (схема, рис.2).

4. Введение нового материала

Соберем цепь, состоящую из источника питания, ключа, лампочки и амперметра (на интерактивной доске). Замкнем ключ, мы видим, по цепи идет электрический ток, проводник, т.е. лампочка нагревается и выделяет

тепло.

4.1. Выдвижение гипотезы. Прежде всего, попытаемся разобраться в причинах нагревания проводника, просмотрев фильм.Просмотрев его, вы должны ответить на вопрос:

Учитель:Откуда берется тепло в проводнике? Ответы учеников сверяем со слайдом.

Слайд: причина нагревания проводника.

Взаимодействие свободных электронов в металлах или ионов в растворах солей, оснований и кислот (при их упорядоченном движении под действием сил электрического поля) с ионами или атомами вещества проводника и передачей им своей энергии.

 В результате рассуждений приходим к тому, что количество теплоты, выделяющейся на проводнике (Q), зависит от наличия тока и его величины ( I ), тогда можно записать  Q ~ I

Вывод запишем на доске 1.

4.2. Теоретические выводы «теоретиков»

Послушаем, к какому выводу пришли наши теоретики, опираясь в своих рассуждениях на известные формулы и закономерности.

Знаем, что электрическое поле совершает работу (A) при перемещении заряда внутри проводника. А работа является мерой изменения энергии, значит, согласно закону сохранения энергии, при протекании тока происходит преобразование электрической энергии в тепловую  (Q).

Формулы позволяют выразить найденные закономерности:

Слайд. Вывод закона Джоуля - Ленца

Q = A, где A = UIt, но, из закона Ома для участка цепи следует, что  U = IR  => A = I²Rt,  таким образом, количество теплоты, выделяющееся на проводнике с током, можно рассчитать по формуле  Q = I²Rt.

4. 3. Анализ результатов опытов («наблюдатели»)

Учитель. Наблюдатели, что удалось установить вам, что вы заметили, выполняя задания?

Одна группа работала с электрической цепью, изображенной на рисунке 1, другая с цепью рисунка 2.
В первом случае удалось установить, что ярче горела та лампочка, у которой сопротивление больше, значит, и большая тепловая энергия выделялась.

Вывод: количество теплоты (Q) зависит от сопротивления проводника

(R)

Q ~ R.

2) Во втором случае стало ясно, что при изменении силы тока в цепи, менялся и накал лампочки, значит выделяющаяся тепловая энергия (Q) зависит от силы тока (I)

Q ~ I.  

В результате рассуждений приходим к тому, что количество теплоты, выделяющейся на проводнике (Q), зависит от наличия тока и его величины ( I ), тогда можно записать  Q ~ I

Вывод запишем на доске 1.

Выводы запишем на доске 2: Q = f ( R, I ) (слайд)

4.4. Экспериментаторы дают свое подтверждение.

Полученную теоретиками формулу могут подтвердить «экспериментаторы», которые провели в нашей лаборатории, во внеурочное время, ряд экспериментов, в результате им удалось выявить очевидные закономерности и опытным путем получить ту же формулу, но об этом они расскажут сами.
В своей работе использовали нагревательные спирали, с помощью которых изменяли температуру воды, а по изменению температуры воды судили о выделявшейся на спирали энергии, т.к. Q = mc t.

В результате удалось установить:

а)  чем больше времени нагревалась вода, тем выше поднималась ее температура, т.е. Q ~ t (c);
б)  чем больше сопротивление спирали, тем быстрее увеличивается температура воды, т.е. Q ~ R;
в)  чем больший ток идет по спирали, тем значительней нагревается вода, причем за 1мин. при   I = 1А,  t = 1^oС, 

а при  I = 4А, t = 16^oС, из чего следует, что   Q ~ I².

Таким образом, мы пришли к выводу,

что энергия, выделяющаяся на проводнике, зависит от времени протекания тока (t), величины сопротивления проводника (R) и квадрата силы тока (I²).

Запишемвывод на доске   Q ~ I²Rt (слайд)

4.5 Обобщение, формулирование закона Джоуля - Ленца.Слайд

Учитель: В ходе исследований общими усилиями нам удалось установить, что в проводнике, по которому идет ток, выделяется тепло. Этот процесс имеет свои закономерности: количество теплоты, выделяемое проводником с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.    Q = I²Rt 

Данная формула может быть использована только тогда, когда проводник находится в состоянии покоя.

Учитель: Итак, ребята, мы с вами выяснили, что любой проводник, по которому идёт электрический ток, нагревается. К этому выводу впервые пришли независимо друг от друга англичанин ДжеймсПрескотт Джоуль и русский ученый Эмилий Христианович Ленц. Обращаю ваше внимание, что результаты были получены ими одинаковые. И закон, который мы получили в результате также получил название этих двух ученых – закон Джоуля-Ленца.(Слайд)

4.6.Автобиографические справки

Джоуль Джеймс Прескотт (1818-1889) обосновал на опытах закон сохранения энергии. Установил закон, определяющий тепловое действие электрического тока.

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. (Слайд)

Учитель: А теперь нам предстоит ознакомиться с использованием теплового действия тока на практике. Мы с вами должны выявить общую закономерность всех нагревательных приборов и изучить устройство лампы накаливания. Но для начала нам нужно опытным путём выяснить, какойиз трёх последовательно соединённых проводников, обладающих разным удельным сопротивлением: медного, стального и никелинового, имеющихся у нас на доске, при прохождении по нему тока нагревается сильней? Что для этого нужно сделать? Выслушав предложения, учитель подводит учащихся к демонстрации опыта, показывающего тепловое действие тока в цепи, состоящей из трёх последовательно соединённых проводников, обладающих разным удельным сопротивлением: медного, стального и никелинового. Ток во всех последовательно соединённых проводниках одинаков (можно убедиться с помощью амперметра). Количество же выделяющейся теплоты в проводниках разное. С помощью вольтметра учащиеся измеряют напряжение на концах каждого проводника и, используя закон Ома для участка цепи, рассчитывают сопротивление проводников. Из опыта делается вывод: нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается. (Подтверждается формулой (1).)Слайд.

Учитель обращает внимание учащихся на тот факт, что длины и площади поперечного сечения проводников одинаковые.

Учитель: Значит, единственное отличие этих проводников?

– разные удельные сопротивления. (Что подтверждается формулой (2)). Учащиеся делают вывод:

 чтобы проводник нагрелся сильней, он должен обладать большим удельным сопротивлением. Демонстрация слайда.

Учитель:Используя данные таблицы 8 учебника, учащимся предлагается назвать вещества, наиболее подходящие для изготовления нагревательного элемента.

Постановка проблемного вопроса.

Удельное сопротивление вольфрама в два раза меньше, чем железа. Почему же именно вольфрам используется в качестве нити накала в электрических лампочках? (Демонстрируется слайд, из которого видно, что вольфрам – очень тугоплавкий металл, именно поэтому предпочтение отдают именно ему.)

Внимание учащихся заостряется на практическом применении материалов, обладающих большим удельным сопротивлением.

Проблемный вопрос.

Почему нагревательные элементы не изготавливают из фарфора, у которого удельное сопротивление в миллиарды раз больше всех веществ, приведённых в таблице?

Учащиеся обобщают полученную информацию и отвечают на вопрос: «Какими свойствами должно обладать вещество, используемое для изготовления нагревательных элементов?»

Выводзаписывают в тетрадь:

 нагревательный элемент представляет собой проводник, обладающий большим удельным сопротивлением и высокой температурой плавления.(Слайд)

При очень большом токе металлический проводник может расплавиться и перегореть. На этом основано действие плавких предохранителей. Их назначение – автоматическое отключение электрической цепи, когда в ней начинает идти ток больше допустимого. Условное обозначение предохранителя приведено в таблице (слайд). Главной частью предохранителя, используемый в радиоэлектронной аппаратуре является проволочка из легкоплавкого металла например, свинца, толщина которой рассчитана на определенный ток (0,5 А, 1 А, 2 А и т.д.). Если сила тока по той или иной причине (например, при коротком замыкании) превысит допустимое значение, проволочка расплавится и цепь окажется разомкнутой.

Электрическая проводка в жилых зданиях рассчитана, как правило, на 6А или 10 А.

Применение
Учитель: Назовите самое важное применение теплового действия тока?

электрическое освещение;
нагревательные приборы:

электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники и т.д.

для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов

для электросварки.

в сельском хозяйстве – обогревают теплицы, инкубаторы, сушат зерно.

Современную цивилизацию невозможно представить без потребления электрической энергии, т.к. оно легко превращается в другие виды энергии. При использовании электроприборами нужно соблюдать правила техники безопасности и правила эксплуатации прибора.

Электрическая энергия не дается даром. Для ее производства работают многочисленные электростанции. В их топках сгорает ценное топливо, запасы которого очень медленно возобновляются или не возобновляются вообще. Вот почему так важно беречь электроэнергию и не тратить ее впустую. Ученые и инженеры создают электроприборы нового поколения с малым потреблением электроэнергии, изобретают энергосберегающие производственные технологии. Например, энергосберегающие лампы (обратиться квыставке продукции, выпускаемой заводом «Лисма»).

Устройство энергосберегающей лампы

Энергосберегающая лампа состоит из 3 основных компонентов: цоколя, люминесцентной лампы и электронного блока. Нити накаливания в такой лампе нет, что увеличивает ее срок службы от 6 до 15 раз.Цоколь предназначен для подключения лампы к сети.

Электронный блок (ЭПРА: электронный пускорегулирующий аппарат) обеспечивает зажигание и дальнейшее горение люминесцентной лампы. Благодаря ЭПРА энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания свойственного обычным люминесцентным лампам.Для уменьшения потерь энергии и размеров Эд Хаммер расположил витки спирали вэнергосберегающей лампе дальше друг от друга, сохранив форму обычной лампочки. Площадь поверхности КЛЛ намного больше площади поверхности нити накаливания, а значит, свет в комнате будет распределяться равномернее, что позволит снизить утомляемость глаз. Энергосберегающие лампы дают экономию энергии до 80%.Незначительное тепловыделение позволяет использовать КЛЛ большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах, в которых от ламп накаливания с высокой температурой нагрева может оплавляться пластмассовая часть патрона. Засвой век люминесцентная лампа экономит 1 тонну выбросов углекислого газа, 4 кг выбросов оксидов серы, 1 кг оксидов азота, 200 л нефти.

Галогенные лампы

В галогенных лампах баллон заполнен парами йода. Света от применения таких ламп получается больше. Йод соединяется с вольфрамом при низкой температуре, что обеспечивает возврат вольфрама на нить и увеличивает срок службы нити. Галогенные лампы светятся ярче и дольше обычных. Они находят применение в прожекторах, на крыльях самолетов, в автомобильных фарах, а также в обычных светильниках и подсветках дома. Срок эксплуатации простой лампы накаливания составляет 1000 часов, галогенной - до 2000 часов.

Основное преимуществосветодиодных ламп - это экономичность. Они примерно в 10 раз экономичнее лампы накаливания, а значит дают 90%-ую экономию электроэнергии. Срок службы светодиода достигает 50 000 часов,что в 100 раз больше чем у ламп накаливания и в 10 раз – КЛЛ. Светодиод прочен и стоек к механическому воздействию и вибрации.  Светодиодная лампа, в отличие от люминесцентных ламп, не содержит ртути и других вредных веществ, не мерцает и не требует специальной утилизации. Кроме того не нагревается, а значит пожаробезопасный. Все эти лампы, о которых шла речь, выпускаются Саранским заводом «Лисма».

Саранск стал центром светотехнической промышленности России. Светотехники осваивают современные направления.

Это компактные люминесцентные лампы, они выпускаются в двух вариантах: со встроенным стартером и электронно-пускорегулирующим устройством. Это серия экологически чистых маломощных безртутных ламп высокого давления. Это и серия энерго экономичных кварцевых галогенных ламп накаливания, ламп накаливания для транспорта, трубчатые лампы, лампы – фары. (Обратиться квыставке светотехнического производства).

Одновременно ведется модернизация и совершенствования серийно выпускаемых источников света (ДРЛ, ДНаТ, ЛОН, люминесцентные лампы), что направлено на улучшение эксплуатационных параметров ламп (надежности, срока службы), стабильности световых характеристик ламп в течение срока службы. (Слайд)

А 3 декабря 2013 года в Саранске состоялось открытие единственного в России и странах СНГ производства светодиодов и светодиодной продукции Российско-корейской компании «Непес Рус». Сегодня очень важно, чтобы Мордовия сохранила статус центра светотехнической промышленности России.

Проблемный вопрос.

Каждый из нас является потребителем электроэнергии. Что мы можем сделать для сокращения потерь электроэнергии в наших квартирах? Предложите пути решения проблемы экономии электроэнергии в быту:

Вместо ламп накаливания используй энергосберегающие.

Приборы, оснащенные светящимися индикаторами, которые мерцают "в режиме ожидания", выключай из сети на ночь, а также уходя из дома. Это дает экономию электроэнергии до 20%.

Накипь в электрочайнике увеличивает расход электроэнергии на 20%.

Используй в стиральной машине экономичный режим, режим быстрой стирки. Если стирать при температуре 30 градусов, можно сэкономить до 40 % эл.энергии. Машину надо загружать полностью

Используй скороварки, кофеварки, чайники, микроволновые печи – экономия 30-40% энергии.

Заполненный более чем на две трети мешок для сбора пыли в пылесосе дает увеличение расхода электроэнергии на 40%;

Неровное дно посуды приводит к 10-15% потерь энергии. При приготовлении пищи в открытой посуде расход энергии возрастает в 2,5 раза

Холодильник – энергоемкий прибор. Он потребляет 500-1400 кВт*ч в год.

Холодильник, придвинутый плотно к стене, потребляет больше электричества.

Систематическое размораживание холодильника дает 5% снижения потребления электроэнергии;

Необходимо обеспечить свободную циркуляцию воздуха внутри холодильника (не загромождая средние полки кастрюлями).

Не ставь в холодильник горячие блюда.

Утюгилучше покупать с терморегулятором: он автоматически отключит прибор при достижении нужной температуры

Приобретай приборы, по потреблению электроэнергии, относящиеся к категории А.

Экономия достигается при пользовании не простым выключателем, а ступенчатым переключателем или светорегулятором. Экономится при этом до 20% электроэнергии.

Используй лампочки нужной мощности.

Своевременно заменяй неисправные конфорки.

Выключай электроплиту за 5 минут до конца приготовления пищи, это экономит 10-15% энергии.

Сортируй вещи в зависимости от материала. Начинайте гладить с низких температур. Для небольших вещей используйте остаточное тепло (при выключенном утюге). (Каждому ученику раздаютсяпамятки).

5. Формирование умений применять этот закон при решении задач.

5.1.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.

Протекание через тело человека тока большой силы вызывает нагрев и ожог участков тела, разложение крови, непроизвольное сокращение мышц, смерть.

Задача 2.

Какое количество теплоты выделится в течение часа в проводнике сопротивлением 10 Ом при силе тока 2 А? (проверяется на интерактивной доске)

5.2. Применение новых знаний при решении качественных задач.

- Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек накаливания?
-Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?
- Две проволоки одинаковой длины и сечения (железная и медная) соединены параллельно. В какой из них выделится большее количество теплоты?
- Спираль электрической лампы укоротили. Как изменится количество выделяемой в ней теплоты, если плитку включить в тоже напряжение?

-Закон утверждает, что если по проводнику идет электрический ток, то проводник нагревается. Почему же не греется электропроводка, соединяющая лампу и розетку? (Ответить на этот вопрос нам помогут группы «наблюдателей», проводившие измерения в последовательно соединенной цепи.  Проводка греется, но слабо, так как ее сопротивление намного меньше сопротивления лампы.)

- Какой вид соединений применяется в квартирах?  (Параллельное).Представьте, что все ваши электроприборы включены, что может произойти? (При параллельном соединении, общее сопротивление цепи всегда меньше меньшего сопротивления, тогда сила тока в цепи значительно увеличится, что приведет к сильному нагреванию даже подводящих проводов, тогда возможно возгорание, что и происходит иногда, тогда случается пожар.)

5.3.Приведите примеры использования теплового действия тока на практике.

Что представляет собой нагревательный элемент электронагревательного прибора?

Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали и ленты нагревательного элемента?

Какие известные вам материалы обладают необходимыми для нагревательного элемента свойствами?

Расскажите, как устроена современная лампа накаливания.

Зачем баллоны современных ламп накаливания наполняют инертным газом?

Приведите примеры использования теплового действия тока на практике.

Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током? Сформулируйте закон Джоуля - Ленца. Почему он носит такое название?

Как устроена осветительная лампа накаливания? Кто и когда изобрел эту лампу? Из какого металла изготавливают проволоки для спиралей ламп? Почему?

Каковоназначение предохранителей? Расскажите об устройстве и принципе действия плавких предохранителей.

Чтоможет случиться с проводом, если сила тока превысит допустимую норму? Что может служить причиной значительного увеличения силы тока в сети?

В чем причина короткого замыкания? Чем объяснить, что при коротком замыкании сила тока в цепи может достигнуть огромного значения?

6. Выводы по уроку:

Учитель предлагает учащимся самостоятельно сформулировать основные выводы урока (совпадают с записями в тетрадях). На уроке была установлена очень важная зависимость величины выделяющейся на проводнике энергии от силы тока, сопротивления и времени, сформулирован закон Джоуля – ЛенцаУчитель отмечает тот факт, что наука постоянно развивается, появляются новые материалы с совершенно уникальными, как нам кажется сегодня, свойствами. (Демонстрация слайда.)

7. Рефлексия

8. Домашнее задание

§ 53
§ 54 (самостоятельно)

Вычислить стоимость израсходованной электроэнергии за сутки в своей квартире. Проанализировать и сделать укор на экономию электроэнергии.

Сообщение:

Примечание: для учащихся пропустивших данное занятие представляю альтернативный способ изучения темы в сети Интернет –

http://classfizika.narod.ru 18 34.htm

9. Оценивание работы учащихся на уроке

Выставление оценок в журнал, с комментариями, анализом ответов и характеристикой работы учащихся на уроке по проверочным листам.

10.Заключение.

Урок завершен, спасибо за работу, успехов вам.

До свидания!

Задача №1 (Задачи на « 4» )

Чему равна сила тока проходящая через реостат, изготовленная из 50 метров никелиновой проволоки, площадью поперечного сечения 0,5 мм². Напряжение на ее концах 40 В. Удельное электрическое сопротивление никелина 0,4 Ом мм ²/м ( Ответ 1 А )
Задача № 2 1 (Задачи на « 5» )

Амперметр показывает 0.5 А Сопротивление лампы 40 Ом, реостата 75 Ом. Чему равны показания вольтметра? ( Ответ 57,5 В )

Уровень 1. Какое количество теплоты выделяет за 5с константановый    проводник сопротивлением 25 Ом, если сила тока в цепи 2А?
Уровень 2. Какое количество теплоты выделяется за 40 мин. в медных проводах с площадью поперечного сечения 1.5 мм²  и длиной 3 м, подводящих ток к плитке, если сила тока в спирали плитки  5 А?
Уровень 3. Спираль электрической плитки укоротили в 2 раза. Изменится ли от этого накал плитки? Если изменится, то как?

Величина, характеризующая электрический ток.

Чем обуславливается электрический ток в металлах?

Что происходит с электронами при их движении внутри проводника ( объяснить, используя модель кристаллической решетки)?

Что происходит с электронами металла при возникновении в нем

Во время устного опроса двое учащихсярешают задачи на доске (двое работают с карточками)

Задача №1( Задачи на « 4» )

Чему равна сила тока проходящая через реостат, изготовленная из 50 метров никелиновой проволоки, площадью поперечного сечения 0,5 мм². Напряжение на ее концах 40 В. Удельное электрическое сопротивление никелина 0,4 Ом мм ²/м ( Ответ 1 А )^ 

Задача № 2

Задачи на (« 5» )

Амперметр показывает 0.5 А Сопротивление лампы 40 Ом, реостата 75 Ом. Чему равны показания вольтметра? ( Ответ 57,5 В )

Класс делится на три группы (по рядам).

1-й ряд работает по карточкам в парах (взаимоконтроль).

По мере изучения темы «Электрические явления» учащиеся изготавливают небольшие карточки с обозначениями изученных физических величин (I, U, R…), которые используются при самоподготовке дома и при проверке домашнего задания в классе. Работая в парах, учащиеся по очереди тянут карточки, называют формулу и дают определение соответствующей величины. Работа в парах длится, как правило, 3-5 минут. Учитель в момент работы пар может присоединиться и слушать ответы учащихся и даже оставляет за собой право одного вопроса любому ученику. Обычно в этом нет никакой необходимости, потому что учащиеся очень дорожат доверием учителя и спрашивают друг друга очень строго. На следующем уроке это задание выполняет другая группа. (Варианты карточек и примерные ответы учащихся приведены в таблице 1.)

Таблица 1

3-й ряд решает разноуровневые задачи по карточкам. У каждого ученика своя карточка, которая содержит две задачи. Работа в паре проходит следующим образом. Один из учеников объясняет решение первой задачи своему партнёру. Второй слушает, осмысливает, задаёт вопросы. Затем они меняются ролями. Учащимся, нуждающимся в помощи, помощь оказывают либо преподаватель, либо ученики, решившие свою задачу. После усвоения первой задачи «проблемный» ученик решает вторую задачу самостоятельно. После этого ученики обмениваются тетрадями и проверяют их. После проверки ученики пишут в тетрадях друг друга «проверил» и ставят свою подпись. (Примеры задач к данному уроку приведены в таблице 2).

Первые 10-15 минут урока целесообразно посвятить проверке усвоения материала по теме «Работа и мощность электрического тока». 

^ 1) Проверка знаний 

3 Решение задач у доски. 


Задача №1( Задачи на « 4» )

Чему равна сила тока проходящая через реостат, изготовленная из 50 метров никелиновой проволоки, площадью поперечного сечения 0,5 мм². Напряжение на ее концах 40 В. Удельное электрическое сопротивление никелина 0,4 Ом мм ²/м ( Ответ 1 А )

^ Задача № 5( Задачи на « 5» )

Амперметр показывает 0.5 А Сопротивление лампы 40 Ом, реостата 75 Ом. Чему равны показания вольтметра? ( Ответ 57,5 В )





^ Задача №6 ( На « 4»)


Две электрические лампы параллельно включены в сеть с напряжением 220 В. Сопротивление лампы 1200 Ом и 800 Ом. Чему равна сила тока в цепи? Ответ округлите до сотых. ( Ответ 0,46 А )


(Ответы проверяются с помощью компьютера используя программу Бука СОФТ Виртуальный наставник Физика 7-9 класс)


Задачи переписываются в тетрадь учащихся.

Величина, характеризующая электрический ток.

Чем обуславливается электрический ток в металлах?

Что происходит с электронами при их движении внутри проводника ( объяснить, используя модель кристаллической решетки)?

Что происходит с электронами металла при возникновении в нем

Во время устного опроса двое учащихсярешают задачи на доске (двое работают с карточкаи)


Задача №1( Задачи на « 4» )

Чему равна сила тока проходящая через реостат, изготовленная из 50 метров никелиновой проволоки, площадью поперечного сечения 0,5 мм². Напряжение на ее концах 40 В. Удельное электрическое сопротивление никелина 0,4 Ом мм ²/м ( Ответ 1 А )

электрического поля?

Класс делится на три группы (по рядам).

1-й ряд работает по карточкам в парах (взаимоконтроль).

По мере изучения темы «Электрические явления» учащиеся изготавливают небольшие карточки с обозначениями изученных физических величин (I, U, R…), которые используются при самоподготовке дома и при проверке домашнего задания в классе. Работая в парах, учащиеся по очереди тянут карточки, называют формулу и дают определение соответствующей величины. Работа в парах длится, как правило, 3-5 минут. Учитель в момент работы пар может присоединиться и слушать ответы учащихся и даже оставляет за собой право одного вопроса любому ученику. Обычно в этом нет никакой необходимости, потому что учащиеся очень дорожат доверием учителя и спрашивают друг друга очень строго. На следующем уроке это задание выполняет другая группа. (Варианты карточек и примерные ответы учащихся приведены в таблице 1.)

Таблица 1

Эмилий Христианович Ленц [12(24).2.1804, Тарту, - 29.1(10.2).1865, Рим], русский физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830). В 1820 году поступил в Дерптский (ныне Тартуский) университет. В 1823 году, не закончив обучения, занял место физика на шлюпе "Предприятие", отправлявшемся в кругосветное плавание (1823-1826) под командой О. Е. Коцебу, провёл океанографические исследования, за которые в 1828 году был избран адъюнктом Петербургской АН. В 1830 году был избран экстраординарным академиком, в 1834 году - ординарным. В 1836 году возглавил кафедру физики и физической географии в Петербургском университете, с 1863 года ректор университета. В 1833 году установил так называемое правило Ленца для определения направления индуцированных токов. В совместной работе с Якоби "О законах электромагнитов" (ч. 1-2, 1838-1844) дал методы для расчёта электромагнитов (использовавшиеся до 80-х годов 19 века, когда были открыты законы магнитной цепи); установил обратимость электрических машин. Обнаружил явление "реакции якоря" и для уменьшения его действия предложил использовать сдвиг щёток машин. В 1842 году точными экспериментами обосновал закон теплового действия электрического тока, открытый в 1841 году Джоулем (закон Джоуля-Ленца). Изобрёл прибор для изучения формы кривой переменного тока. Автор работ по установлению зависимости сопротивления металлов от температуры, по обоснованию закона Ома, созданию баллистического метода для измерения магнитного потока (совместно с Б. С. Якоби) и др. Известен также работами по геофизике. Исследовал вертикальное распределение температуры и солёности воды в океанах, суточный ход температуры воздуха на разных широтах. Одним из первых предложил метод барометрической нивелировки. Ленц придавал большое значение преподаванию физики в средней школе. Его "Руководство к физике, составленное для русских гимназий" (1839) выдержало 11 изданий. 


^ ДЖОУЛЬ ДЖЕЙМС ПРЕСКОТТ- 
выдающийся английский ученый. Дж. Джоуль родился вблизи Манчестера в Англии в семье богатого владельца пивоваренного завода. Он получил домашнее образование. В течение трех лет его наставником был выдающийся химик 
Джон Дальтон.Именно Дальтон привил Джоулю  любовь к науке и страсть к сбору и осмыслению численных данных, на 
которых основаны научные теории и законы.         К сожалению, математическая подготовка Джоуля была слабой,  что в дальнейшем очень мешало ему в исследованиях и, возможно, не дало ему сделать еще более значительные открытия. 
У Джоуля не было никакой профессии и никакой работы, кроме помощи в управлении заводом отца. Вплоть до 
1854 г., когда завод наконец был продан, Джоуль работал на нем и урывками, по 
ночам, занимался своими опытами. После 1854 г. у Джоуля появились и  время, и средства, чтобы построить в 
собственном доме физическую лабораторию и полностью посвятить себя экспериментальной физике. 
 Позднее Джоуль начал испытывать материальные затруднения и для продолжения исследований обратился за финансовой помощью к королеве Виктории. В течение 1837-1847 гг. Джоуль все свободное время посвятил разнообразным экспериментам по превращению различных форм энергии – механической, электрической,  химической, – в тепловую энергию. Он разработал термометры, измерявшие температуру с точностью до одной двухсотой градуса, что позволило 
ему проводить измерения с наилучшей для того времени точностью. В 1840 г. Джоуль формулирует 
закон, определяющий количество теплоты, выделяющейся в проводе при прохождении тока  (известный сейчас как закон 
Джоуля). В июне 1847 г. Джоуль представил доклад на собрании Британской ассоциации ученых, в котором он сообщил о 
наиболее точных измерениях механического эквивалента теплоты. На полусонных слушателей доклад не произвел никакого впечатления, пока молодой пылкий Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин) не объяснил своим престарелым  коллегам значение работы Джоуля. Доклад стал поворотным пунктом в его карьере. В 1850 г. Джоуль был избран членом Лондонского королевского общества. Он стал одним из авторитетнейших ученых своего времени, обладателем многих титулов и наград.Королева возвела его в рыцарское достоинство. Именем Джоуля была названа единица энергии. 
Джоуль обладал выдающимися способностями физика-экспериментатора. Его страсть к науке была беспредельной. 
Даже во время медового месяца он находил время для измерения температуры воды у вершины и подножия живописного водопада, около которого они с молодой женой жили, чтобы убедиться, что разность значений температуры воды соответствует закону сохранения энергии! Джоуль верил, что природа устроена просто, и стремился найти простые соотношения между важными физическими  величинами. Ему удалось найти два таких соотношения, которые навсегда сохранили его имя в науке. Исследования Джоуля Начиная с 1841 г. Джоуль занимался исследованием выделения теплоты электрическим током. В это время, в частности, он открыл закон, независимо от него установленный также Ленцем 
(закон Джоуля-Ленца). Исследуя затем общее количество теплоты, выделяемой во всей цепи, включая и гальванический элемент, за определенное время, он определил, что это количество теплоты равно теплоте химических реакций, протекающих в элементе за то же время. У него,  Джоуля, складывается мнение, что источником теплоты, выделенной в цепи электрического тока, являются химические процессы, проходящие в гальваническом 
элементе, а электрический ток как бы разносит эту теплоту по всей цепи. Он писал, что "электричество может рассматриваться как важный агент, который переносит, упорядочивает и изменяет химическое тепло" Но источником 
электрического тока может служить также и "Электромагнитная машина". Как в этом случае нужно рассматривать теплоту, выделяемую электрическим током? Джоуль задается также вопросом: что будет, если в цепь с гальваническим 
элементом включить магнитоэлектрическую машину (т. е. электродвигатель), как повлияет это на количество теплоты, выделяемой током в цепи?  Продолжая исследования в этом направлении, Джоуль и пришел к новым важным результатам, которые изложил в работе "Тепловой эффект магнитоэлектричества и механическая ценность теплоты", опубликованной в 
1843 г. Прежде всего Джоуль исследовал вопрос о количестве теплоты, выделяемой индукционным током. Для этого он поместил проволочную катушку с железным сердечником в трубку, которая была наполнена водой, и вращал ее в магнитном поле, образованном полюсами магнита (рис. 63). Измеряя величину индукционного тока гальванометром, соединенным с концами проволочной катушки при помощи ртутного коммутатора, и одновременно определяя количество теплоты, выделенной током в трубке,  Джоуль пришел к заключению, что индукционный ток, как и гальванический, выделяет теплоту, количество которой пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению. Затем Джоуль включил проволочную катушку, помещенную в трубку с водой, в гальваническую цепь. Вращая ее в противоположных направлениях, он измерял силу тока в цепи и выделенную при этом теплоту за определенный промежуток времени, так что катушка играла один раз роль электродвигателя, а другой раз - генератора электрического тока. Сравнивая затем количество выделенной теплоты с теплотой химических реакций, протекающих в гальваническом элементе, Джоуль пришел к заключению, что "теплота, обусловленная химическим действием, подвержена увеличению или уменьшению" и что "мы имеем, следовательно, в магнитоэлектричестве агента, способного обычным механическим средством уничтожать или возбуждать теплоту". Наконец, Джоуль заставлял вращаться эту трубку в магнитном поле уже под действием падающих грузов. Измеряя количество теплоты, выделившееся в воде, и совершенную при опускании грузов работу, он подсчитал механический эквивалент теплоты, который оказался равным 460 кГм/ккал.  В том же году Джоуль сообщил об опыте, в котором механическая работа непосредственно превращалась в теплоту. Он измерил теплоту, выделяемую при продавливании воды через узкие трубки. При этом он получил, что механический эквивалент теплоты равен 423 кГм/ккал.  В дальнейшем Джоуль вновь возвращался к экспериментальному определению механического эквивалента теплоты. В 1849 г. он проделал известный опыт по измерению механического эквивалента теплоты. С помощью падающих грузов он заставлял ось с лопастями вращаться внутри калориметра, наполненного жидкостью (рис. 64). Измеряя совершенную грузами работу и выделенную в калориметре теплоту, Джоуль получил механический эквивалент теплоты, равный 424 кГм/ккал.  Открытие механического эквивалента теплоты привело Джоуля к открытию закона сохранения и превращения энергии. В лекции, прочитанной им в 1847 г. в Манчестере, он говорил: 
"Вы видите, следовательно, что живая сила может быть превращена в теплоту и что теплота может превращаться в живую силу, или в притяжение на расстоянии. Все трое, следовательно, - именно, теплота, живая сила и притяжение на расстоянии (к которым я могу причислить свет) - взаимно превращаемы друг в друга. Причем при этих 
превращениях ничего не теряется". 

Здравствуйте.

Мы продолжаем изучение вопросов, связанных с электрическими явлениями, и на сегодняшнем уроке мы будем говорить о законе Джоуля-Ленца.

В первую очередь закон Джоуля Ленца связан с нагреванием проводников при протекании электрического тока. Поэтому тема нашего сегодняшнего урока так и называется – «Нагревание проводников при протекании электрического тока». И вместе с тем «Закон Джоуля-Ленца».

Когда мы обсуждали вопрос действия электрического тока, то в первую очередь мы говорили о том, что при протекании электрического тока по проводникам эти проводники нагреваются. Как вы знаете, проводники бывают разные.

В первую очередь, конечно, мы рассматривали проводники металлические. И говорили о том, что электрический ток в металлических проводниках – это направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.

В металлических проводниках движущиеся заряды – это электроны, отрицательно заряженные частицы. Когда электроны протекают по проводнику, то этот проводник нагревается, т.е. металлические проводники нагреваются при протекании тока, так происходит нагревание проводников электрическим током.

Также мы говорили о проводниках других, о жидких проводниках. К ним относятся растворы и расплавы. В этих проводниках направленное движение зарядов составляют ионы. Это атомы, у которых либо избыток, либо недостаток электронов. И то же самое можно сказать, что если в жидких проводниках протекает электрический ток, то происходит нагревание проводников электрическим током.

Конечно, можно говорить и о том, что электрический ток протекает и в газах, казалось бы, на первый взгляд газы – это изоляторы. Но при определенных условиях и в газах, тоже будет протекать электрический ток. И там электрический ток обусловлен движением ионов и электронов.

Обращаю ваше внимание, что и там тоже происходит достаточно большой нагрев того пространства, где протекает электрический ток.

Все три случая, которые мы рассмотрели, подтверждают одно общее правило. Это правило говорит о том, что электрический ток при своем протекании обеспечивает выделение количества теплоты, т.е. нагрев.

Можно сказать по-другому, что электрический ток при протекании по проводникам увеличивает их внутреннюю энергию. В данном случае, как мы знаем, электрический ток обеспечивается работой электрического поля, и поэтому мы можем привести в некоторое соответствие работу электрического тока, работу электрического поля и количество теплоты, которое выделяется в проводниках.

Многочисленные опыты показывают, что чем больше сила тока, тем и количество теплоты, выделившееся в проводнике, тоже будет больше.

Но, оказывается, не только сила тока отвечает за то, что выделяется большое количество теплоты.

Был проведен достаточно интересный эксперимент. Этот эксперимент состоял в том, что три одинаковых по своим геометрическим размерам проводника, но выполненные из разных материалов, были включены последовательно. И через эти проводники пропускался электрический ток. Как мы знаем, при последовательном соединении проводников сила тока во всех участках будет одинакова, поэтому и сила тока во всех этих проводниках была одинакова. На первый взгляд количество теплоты, о котором мы говорили, тоже должно было быть одинаковым, однако выяснилось, что это не так.

Следовательно, можно сделать вывод, что, оказывается, не только сила тока отвечает за то, что мы называем количеством теплоты. Можно сказать, что за количество теплоты отвечает еще одна величина, еще одна характеристика проводника, которая называется электрическим сопротивлением.

Итак, можно сказать следующее: количество теплоты, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике и от его электрического сопротивления.

Эти опыты, о которых мы сейчас говорили, независимо друг от друга провели два ученых, англичанин Джоуль и русский ученый Ленц Эмиль Христианович.

Обращаю ваше внимание, что результаты были получены ими одинаковые. И закон, который мы получили в результате также получил название этих двух ученых – закон Джоуля-Ленца.

Итак, давайте посмотрим, как записывается закон Джоуля Ленца, и давайте с вами посмотрим единицы измерения. Как мы говорили, количество теплоты, которое выделяется в проводнике, связано с силой тока, и в результате были получены следующие уравнения.

Во-первых, Q=I2.R.t

Q – количество теплоты [Дж]

I – сила тока [А]

R – электрическое сопротивление [Ом]

t  – время   [c]

Мы совсем недавно еще изучали вопросы, связанные с количеством теплоты. Что количество теплоты измеряется в Джоулях. Сила тока измеряется в Амперах. Электрическое сопротивление в Омах. Время в системе СИ измеряется в секундах.

Мне бы хотелось отметить, что количество теплоты, которое мы здесь получили, формулу, которую мы получили, в точности соответствует формуле, которую мы знали раньше. Это формула по вычислению работы электрического тока.

Обратите внимание на такую интересную зависимость: работа электрического тока, обозначается она буквой А и тоже измеряется в Джоулях, определяется как произведение напряжения, силы тока и времени:

А=U.I.t Мы это обсуждали.

Если вспомнить, что сила тока по закону Ома определяется как отношение напряжения к сопротивлению I=, то можно сказать, что на участке цепи мы напряжение можем выразить как произведение I.R=U.

Если теперь подставить выражение для напряжения в формулу для работы электрического тока, мы получаем следующую зависимость:

А=I.R.I.t

Как вы видите, эта формула полностью соответствует закону Джоуля-Ленца Q=I2.R.t

В данном случае, мы должны сделать следующий вывод: количество теплоты и работа соответствуют друг другу. И в некотором случае даже можно сказать, что работа электрического тока равна количеству теплоты, которое выделяется на проводнике.

Любопытно отметить то, что (мы хорошо это знаем) существуют и другие формулы для вычисления работы электрического тока. Но почему-то именно формулу, которая связывает квадрат силы тока и сопротивление проводника мы называем законом Джоуля-Ленца.

Казалось бы, любая формула для вычисления работы может нам дать возможность определить количество теплоты, которое выделяется в проводнике. И тем не менее, это не так. Дело все в том, что количество теплоты, которое мы рассматриваем в данном уравнении – это, как мы уже говорили, изменение внутренней энергии проводника. То есть тогда, когда проводник находится в состоянии покоя. А если мы рассматриваем проводник, который не только нагревается, а еще и движется, то в этом случае работа определяет уже полное действие на этот проводник. И движение, и нагрев, и какие-то иные, другие формы превращения энергии.

Я обращаю ваше внимание на то, что данная формула может быть использована только тогда, когда проводник находится в состоянии покоя.

Если проводник, находящийся в покое, находится под воздействием нагревания или протекания электрического тока, то формулы для вычисления работы будут идентичными. Как вы уже понимаете, в общем случае это не совсем одно и то же.

Откуда берется тепло в проводнике?

Достаточно интересный вопрос. Мы знаем, что нагревается, а вот откуда тепло берется?

Обращаю ваше внимание на то, что при протекании электрического тока частицы, о которых мы говорили, существуют и в металлических проводниках, и в жидких проводниках. Существуют эти частицы и в газах. Мы все это упоминали сегодня. Так вот, они взаимодействуют с окружающими частицами, с теми, у которых нет такого движения, направленного, упорядоченного. Эти частицы относительно движущихся частиц находятся все-таки в достаточной степени спокойном состоянии. Но это взаимодействие, столкновения, какие-то попутные действия, именно они и превращаются в тепло.

В заключение сегодняшнего урока хотелось бы отметить следующее.

Закон Джоуля читается следующим образом:

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.

Свернуть

Цель урока: ознакомление учащихся с использованием теплового действия тока на практике.

Демонстрации:

Устройство лампы накаливания.

Нагревание проводников из разных веществ электрическим током.

Устройство и принцип действия электронагревательных приборов (утюга, электрического чайника и др.).

Видеофильм «Электрическая лампа накаливания».

Мультимедийная презентация.

Ход урока

1. Организационный момент:

приветствие учащихся,

предварительная организация класса (проверка отсутствующих, проверка готовности учащихся к началу работы),

мобилизующее начало урока: «Самые справедливые судьи, к проверке домашнего задания готовы? Самые смелые и совсем не смелые ответчики, к проверке домашнего задания готовы?»

2. Проверка домашнего задания.

Класс делится на три группы (по рядам).

1-й ряд работает по карточкам в парах (взаимоконтроль).

По мере изучения темы «Электрические явления» учащиеся изготавливают небольшие карточки с обозначениями изученных физических величин (I, U, R…), которые используются при самоподготовке дома и при проверке домашнего задания в классе. Работая в парах, учащиеся по очереди тянут карточки, называют формулу и дают определение соответствующей величины. Работа в парах длится, как правило, 3-5 минут. Учитель в момент работы пар может присоединиться и слушать ответы учащихся и даже оставляет за собой право одного вопроса любому ученику. Обычно в этом нет никакой необходимости, потому что учащиеся очень дорожат доверием учителя и спрашивают друг друга очень строго. На следующем уроке это задание выполняет другая группа. (Варианты карточек и примерные ответы учащихся приведены в таблице 1.)

Таблица 1

2-й ряд выполняет задание «Восстанови формулы». Оно может выполняться как на доске, так и индивидуально по карточкам. Цепочка первого уровня сложности содержит преимущественно основные формулы, во втором уровне сложности – производные. Банк подобных цепочек с большим желанием пополняют сами учащиеся. Последними, как правило, располагаются формулы, являющиеся связующим звеном между материалом прошлого урока и новым материалом данного урока. За каждый вид деятельности учащиеся получают баллы, которые по окончании урока превращаются в оценку. (Примеры заданий «Восстанови формулы» приведены на рисунке 1).

Рисунок 1

3-й ряд решает разноуровневые задачи по карточкам. У каждого ученика своя карточка, которая содержит две задачи. Работа в паре проходит следующим образом. Один из учеников объясняет решение первой задачи своему партнёру. Второй слушает, осмысливает, задаёт вопросы. Затем они меняются ролями. Учащимся, нуждающимся в помощи, помощь оказывают либо преподаватель, либо ученики, решившие свою задачу. После усвоения первой задачи «проблемный» ученик решает вторую задачу самостоятельно. После этого ученики обмениваются тетрадями и проверяют их. После проверки ученики пишут в тетрадях друг друга «проверил» и ставят свою подпись. (Примеры задач к данному уроку приведены в таблице 2).

Таблица 2

3. Изучение нового материала (актуализация знаний.)

Учитель. Любой проводник, по которому идёт электрический ток, нагревается. К этому выводу впервые пришли независимо друг от друга Джеймс Джоуль и Эмилий Христианович Ленц. Этот опытный факт нашёл своё отражение в законе Джоуля-Ленца, который мы изучали на прошлом уроке (формула 1). Сегодня нампредстоит ознакомиться с использованием теплового действия тока на практике. Мы с вами должны выявить общую закономерность всех нагревательных приборов и изучить устройство лампы накаливания. Но для начала нам нужно опытным путём выяснить, какой из проводников, имеющихся у вас на столах, при прохождении по нему тока нагревается сильней? Что для этого нужно сделать? Выслушав предложения, учитель подводит учащихся к демонстрации опыта, показывающего тепловое действие тока в цепи, состоящей из трёх последовательно соединённых проводников, обладающих разным удельным сопротивлением: медного, стального и никелинового. Ток во всех последовательно соединённых проводниках одинаков (можно убедиться с помощью амперметра). Количество же выделяющейся теплоты в проводниках разное. С помощью вольтметра учащиеся измеряют напряжение на концах каждого проводника и, используя закон Ома для участка цепи, рассчитывают сопротивление проводников. Из опыта делается вывод: нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается. (Подтверждается формулой (1).)

Учитель обращает внимание учащихся на тот факт, что длины и площади поперечного сечения проводников одинаковые. Значит, единственное отличие этих проводников – разные удельные сопротивления. (Что подтверждается формулой (2)). Учащиеся делают вывод: чтобы проводник нагрелся сильней, он должен обладать большим удельным сопротивлением. (Демонстрация слайда 1 (см. приложение).)

Используя данные таблицы 8 учебника, учащиеся предлагают вещество, наиболее подходящее для изготовления нагревательного элемента.

Постановка проблемного вопроса.

Удельное сопротивление вольфрама в два раза меньше, чем железа. Почему же именно вольфрам используется в качестве нити накала в электрических лампочках? (Демонстрируется слайд 2, из которого видно, что вольфрам – очень тугоплавкий металл, именно поэтому предпочтение отдают именно ему.) Внимание учащихся заостряется на практическом применении материалов, обладающих большим удельным сопротивлением.

Проблемный вопрос.

Почему нагревательные элементы не изготавливают из фарфора, у которого удельное сопротивление в миллиарды раз больше всех веществ, приведённых в таблице?

Учащиеся обобщают полученную информацию и отвечают на вопрос: «Какими свойствами должно обладать вещество, используемое для изготовления нагревательных элементов?»

Вывод записывают в тетрадь: нагревательный элемент представляет собой проводник, обладающий большим удельным сопротивлением и высокой температурой плавления.

Учащимся предлагается на некоторое время стать изобретателями и предложить свой способ изготовления небольшого нагревательного элемента (миниатюрного кипятильника). После нескольких предложений учащихся демонстрируется слайд 3, который содержит несколько советов по изготовлению нагревательного элемента, среди которых наиболее ценным является последний.

Внимание! 
Не торопитесь собирать кипятильник самостоятельно раньше следующего урока физики, на котором речь пойдёт о коротком замыкании!!!

Задания группам.

1. Рассмотрите электрическую лампу накаливания (рисунок 2). 
(Учащимся выдаётся оригинал.)

Рисунок 2

Прочитав текст карточки для первой группы и, пользуясь материалом §54 и рисунком 83 учебника, выделите основные элементы лампы накаливания.

Ответы учащихся могут быть такими: 
а) Основными элементами электрической лампочки являются: стеклянная колба, нить накала (спираль), два проводка, цоколь с винтовой нарезкой. 
б)

Стеклянная колба.

Спираль из вольфрама.

Молибденовые держатели.

Стеклянный или металлический штенгель.

Вводы.

Стеклянная лопатка.

Цоколь.

Носик.

(Предложенный ответ, в случае необходимости, корректируется учителем и записывается в тетрадь всеми учащимися.)

Учитель в стихотворной форме предлагает ещё один из вариантов устройства лампочки:

Чтобы лампочку создать,
Нужно колбочку вам взять,
Выкачать оттуда воздух,
Поместить туда спираль.
Пусть спираль подержат ту
Проводочков пара.
Помни, что важнее всех –
Это нить накала!

(Демонстрация слайда №5 и видеофильма «Электрическая лампа накаливания»).

2. Рассмотрите нагревательный элемент электрического чайника (рисунок 3). (Учащимся выдаётся оригинал).

Рисунок 3

Какие особенности нагревательного элемента вас заинтересовали? Пользуясь материалом §54 и рисунками 84 и 85 учебника, ответьте на вопросы:

Каково на ваш взгляд назначение каждой составляющей нагревательного элемента, обозначенной цифрами 1 – 3 на карточке для вашей группы?

Какова роль элемента, обозначенного цифрой 4?

Почему нагревательный элемент имеет такое сложное строение?

(Прямого ответа на этот вопрос в учебнике нет. Рассматривается случай, когда проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала (слюды, керамики). Учащимся предлагается более «усовершенствованный» нагревательный элемент, который большинство учащихся никогда не видели «изнутри» (рисунок 4)).

Рисунок 4

Предположительный ответ учащихся:
Нагревательный элемент электрического чайника состоит из трёх частей: внутреннего проводника 1, играющего роль нагревателя, слоя изолятора 2 и внешнего металлического корпуса 3. Цифрой 4 обозначен проводник для подвода электроэнергии.

Демонстрация слайда 4 и комментарий учителя:

Любой электронагреватель состоит из пары проводников с низким сопротивлением (для подвода энергии), соединенных проводником с высоким сопротивлением (собственно нагревателем), а в остальных местах разделенных изолятором. (Учащиеся записывают в тетрадь, схему зарисовывают.) При этом вся конструкция (по крайней мере в зоне нагрева) должна выдерживать рабочую температуру нагревателя. Такое сложное строение нагревательного элемента объясняется соблюдением безопасности использования электрических нагревательных приборов. Совсем недавно использовались электрические плитки с открытой спиралью. В случае выгибания спирали могло произойти соприкосновение спирали, например, с кастрюлей. В результате чего под напряжение мог попасть человек, дотронувшийся до такой кастрюли.

«Фото из прошлого»

Учащимся предлагается рассмотреть рисунок 5 и ответить на вопрос девушек 9-го класса: почему утюг «чернеет» всегда в одном и том же месте?

Рисунок 5

Учащиеся могут предположить, что утюг «чернеет» в местах, где нагревательный элемент расположен наиболее близко.
Им предлагается обнаружить этот нагревательный элемент. Оказывается, в большинстве случаев это сделать не так-то просто. Убрав верхнюю часть утюга, учащиеся приходят к выводу, что он почти пустой. А нагревательный элемент скрыт в нижней части утюга (подошве) и имеет такую же особенность, как и нагревательный элемент электрического чайника – состоит из трёх слоёв (рисунок 6).

Рисунок 6

4. Закрепление и обобщение изученного материала.
(Учитель предлагает учащимся самостоятельно сформулировать основные выводы урока (совпадают с записями в тетрадях).)Учитель отмечает тот факт, что наука постоянно развивается, появляются новые материалы с совершенно уникальными, как нам кажется сегодня, свойствами. (Демонстрация слайда 6.)

5. Контроль знаний (проверка усвоенного на уроке).

Приведите примеры использования теплового действия тока на практике.

Что представляет собой нагревательный элемент электронагревательного прибора?

Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали и ленты нагревательного элемента?

Какие известные вам материалы обладают необходимыми для нагревательного элемента свойствами?

Расскажите, как устроена современная лампа накаливания.

Зачем баллоны современных ламп накаливания наполняют инертным газом?

6. Запись домашнего задания.

§54, задание 8 (1или 2) по желанию.

7. Подведение итогов урока

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/116652-urok-fiziki-v-8-m-klasse-po-teme-nagrevanie-p