Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

Тема: Работа, мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

Цель: сформировать понятия работы и мощности электрического тока, изучить закон Джоуля-Ленца.

Задачи:

Образовательные: Сформировать понятия мощности и работы электрического тока. Изучить закон Джоуля – Ленца. Вспомнить единицы измерения работы, мощности, количества теплоты. Обучить курсантов методу решения задач на расчет количества теплоты, работы и мощности электрического тока.

Развивающие: Продолжить формирование практических умений: умения конспектировать, умения работать самостоятельно, умения решать проблемные задачи посредством анализа фактов и переноса полученных знаний в новые ситуации.

Воспитательные: воспитывать внимательность, аккуратность, бережное отношение к семейному бюджету.

Основные понятия: Сила тока, напряжение, сопротивление, заряд, работа и мощность электрического тока.

Формы занятия: фронтальная.

Тип занятия: комбинированный.

Оборудование: доска, ПК с выходом в интернет, мультимедиа.

Структура урока:

1. Организационный этап;

2. Этап целеполагания, актуализации и мотивация;

3. Этап изучения нового материала;

4. Закрепление изученного материала;

5. Домашнее задание.

1.Организационный этап

Преподаватель приветствует курсантов, проверяет готовность к занятию.

2. Этап целеполагания, актуализации и мотивации.

Каждый из вас видел у себя дома электрический счетчик. И, конечно, вы знаете, что там есть цифры, они постепенно «набегают», т.е. увеличиваются. Каждый месяц вашим родителям приходят квитанции, куда они вписывают показания счетчика и оплачивают их. Как вы думаете, за что они платят?        (за работу эл. тока)

Любая работа оплачивается, в том числе и работа электрического тока. Ток совершает работу. (освещение, работа эл. приборов)

Все мы пользуемся различными электрическими приборами. Например, для отопления помещений, используют обогреватели. А чем они отличаются? Чем мы будем руководствоваться при покупке такого электрического прибора? (цвет, дизайн, цена, мощность)

Мы сегодня изучим тему, которая и поможет нам ответить на поставленные вопросы. Давайте вместе сформулируем тему нашего занятия и запишем ее в тетради.

Тема «Работа и мощность постоянного тока».

Давайте вспомним основные понятия, изученные ранее. На основе наших знаний получить формулы для расчета работы и мощности электрического тока.

Приступаем к фронтальному опросу:
1) Сила тока обозначается…, измеряется в ..
2) Напряжение обозначается…, измеряется в…
3) Сопротивление обозначается…, измеряется в…
4) Электрический заряд обозначается…, измеряется в…
5) Удельное сопротивление обозначается…, измеряется в…
6) Длина проводника обозначается…, измеряется в… 
7) Площадь сечения проводника обозначается…, измеря­ется в…
Ответы сверяются и комментируются.

3. Этап изучения нового материала

(Слайд № 3, 4) Анимация работы электрического тока.
Выяснение что работа на прямую зависит от заряда, напряжения и времени.

(Слайд № 5) Вывод формулы.

Под работой тока понимают работу, совершаемую всеми дей­ствующими на заряд силами поля при перемещении электриче­ского заряда в цепи. Согласно определениям напряжения и силы тока, работа тока

Единицей работы электрического тока в СИ является джоуль (Дж).

Работа тока в замкнутой цепи совершается за счет работы сторонних сил в генерато­ре, которая расходуется на разделение электрических зарядов, создание электрического поля во внешней цепи и поддержание в ней электрического тока.

( Слайд №7) Вывод формулы мощности.

Мощность, по определению, равна отношению работы к промежутку времени, за который эта работа совершается.



Единицей мощности электрического тока в СИ является (ватт (Вт).

(Слайд №8)

Для измерения мощности электрического тока, потребляе­мой нагрузкой, применяют ваттметр. В нем одновременно изме­ряются и напряжение, и сила тока.

3. В соответствии с законом сохранения энергии работа есть мера изменения различных видов энергии. Так, в электродвига­теле за счет работы тока возникает механическая энергия; при электролизе протекают химические реакции и т. д. На резисторах происходит необратимое преобразование энергии электрического тока во внутреннюю энергию проводника.

(Слайд №9,10,) Анимация. Объяснение процессов протекающих в проводниках и электролитах.
(Слайд № 11,12) Изме­нение внутренней энергии проводника (количество теплоты) Q равно работе А, которую совершает суммарная сила электриче­ского поля при перемещении зарядов:
Воспользовавшись законом Ома, получим два эквива­лентных выражения:

Это и есть закон Джоуля — Ленца.
Обратим внимание на то, что в одной и той же формуле за­кона выделяемое количество теплоты и прямо пропорционально сопротивлению, и обратно пропорционально ему. Рассмотрим кажущееся противоречие.

Для расчета теплового действия тока можно, естественно, пользоваться обоими видами формулы. Если же нужно сравнить два резистора по характеру тепловых процессов, проис­ходящих в них, то нужно предварительно выяснить: протекает ли по ним одинаковый ток (последовательное включение) или они находятся под одинаковым напряжением (параллельное включение)?

Если по двум резисторам протекают одинаковые токи, то, согласно формуле Q=I²Rt за одно и то же время больше возрастает внутренняя энергия резистора с большим сопротивлением. С таким случаем мы встречаемся, например, в цепи с последова­тельным соединением резисторов. Последнее обстоятельство следует учитывать при включении в сеть нагрузки (электропли­ток, утюгов, электродвигателей и т. д.). Сопротивление подводя­щих проводов при этом должно быть значительно меньше, чем сопротивление нагрузки. При несоблюдении этого условия в проводах выделится большое количество теплоты, что может привести к их загоранию.

Если же оба резистора находятся под одинаковым напряжением, то, согласно формуле сильнее будет нагреваться резистор с меньшим сопротивлением. Такой эффект, в частно­сти, наблюдают при параллельном соединении резисторов. На­пример, более ярко светит та электролампа, у которой спираль толще и короче.

4. На тепловом действии тока основана работа плавких пре­дохранителей, включаемых в цепь последовательно с нагрузкой. Как только сила тока в цепи начнет превышать допустимое зна­чение, проводник в предохранителе перегорает и цепь автомати­чески выключается.

Курсанты слушают, осмысливают, конспектируют.

4. Закрепление изученного материала проводится в виде фронтального опроса и выполнения самостоятельной работы в виде решения задачи. Фронтальный опрос по вопросам:
Для того, чтобы понять, усвоили ли вы новую тему ответьте на вопросы:
- Что мы понимаем под работой тока?
- Что такое мощность тока?
- Какие единицы измерения работы, мощности и количества тепла?
- О чем говорит закон Джоуля-Ленца?

- Какой формулой удобно закона Джоуля-Ленца пользоваться при последовательном и параллельном соединении проводника.
(Следующий этап работы над темой – решение расчетных и проблемных задач. Преподаватель на слайде открывает задачи с условием и дано, после решения вместе с классом – на слайде появляется само решение и ответ)
Решение задач (Слайд 13,14,15,16):
Задача №1.
Вычислите стоимость электроэнергии, израсходованной лампой за месяц, учитывая, что она горела по 2 ч ежедневно (при тарифе 4 копейки за 1 кВт*ч)
Ответ.(14,4 коп)
Задача №2.
Определите количество теплоты, выделенное в проводнике сопротивлением 14 Ом при включении в сеть напряжением 12 В за 6 мин.
Ответ (720 Дж)
Задача №3. 

Имеются две лампы мощностью 60 Вт и 100 Вт, рассчи­танные на напряжение 127В. Сопротивление какой лампы будет больше и почему?
(Соединение параллельное т.к. U= const, значит мощность обратно пропорциональна сопротивлению P = U²/R; мощность 1 лампы P₁ = U²/R₁, мощ­ность второй лампы P₂ = U²/R, тоR=U²/P .

Нить накала с мощностью 60 Вт, имеет большее сопротивление, а нить накала с мощностью 100 Вт имеет меньшее сопротивление (в 1,6 раз).)

Задача №4.
Интерактивная задача (http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/b2a1c7b9-407f-43dd-9a5e-2a0bd1f8c442/8_192.swf )

5. Домашнее задание

( Слайд №17) Записывают домашнее задание