Разработка урока по физике "Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля - Ленца"

Цели урока:

- объяснить явление нагревания проводников электрическим током;

- установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи;

- сформулировать закон Джоуля – Ленца;

- формировать умение применять этот закон для решения качественных и количественных задач.

Задачи урока:

Образовательные:

- опираясь на знания, полученные ранее, аналитически установить связь выделяющейся тепловой энергии на проводнике с силой тока и сопротивлением проводника;

- сформулировать закон Джоуля – Ленца;

- формировать умение применять этот закон для решения задач.

Ход урока.

1. Введение.

На демонстрационном столе находятся электроприборы: плойка, электроплитка, электрическая лампа, электрическая дрель, электрический чайник.

Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний.

Чем вы руководствовались, делая выбор?

Какими приборами можно дополнить оставшиеся на столе? 

2. Постановка задачи-цели урока.

Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах? (Тепловое. Они преобразуют электрическую энергию в энергию тепловую – это нагревательные приборы.)

Собирая на уроках электрические цепи и работая с ними, вы заметили, что отдельные элементы цепи нагревались: спирали-резисторы, спиральные нити в лампочках.

Сегодня на уроке мы совместными усилиями установим, от чего зависит количество тепловой энергии, выделяющейся на проводнике, по которому идет ток. Выведем и сформулируем закон, установленный еще 150 лет тому назад. Все это мы сделаем, опираясь на знания, полученные на уроках ранее.

Тема нашего урока «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля- Ленца».

3. Изучение нового материала.

Почему при протекании тока в проводнике этот проводник нагревается? (слайд) Предполагаемый ответ

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. В металлических проводниках – это электроны. Они движутся и взаимодействуют с ионами кристаллической решетки. Свободные электроны в проводнике, разгоняемые электрическим полем, соударяются с ионами, расположенными в узлах кристаллической решетки, и передают им часть своей энергии. В результате увеличивается внутренняя энергия проводника и его температура растет. (слайд)

Однако температура проводника растет не бесконечно. Почему?

Проводник передает полученную энергию окружающим телам.

Давайте подумаем, от чего зависит энергия, выделяемая проводником?

- сила тока (чем больше сила тока, тем больше частиц протекает через поперечное сечение проводника)

- наводящий вопрос: «По спирали лампы и подводящим проводам протекает одинаковый ток, так как они соединены последовательно. Почему же спираль лампы нагревается так, что светится, а подводящие провода почти не нагреваются?»

- сопротивление проводника (чем больше сопротивление, тем сильнее частицы взаимодействуют с ионами кристаллической решетки), время протекания тока (чем дольше протекает ток в проводнике, тем больше энергии выделится).

За счет чего растет внутренняя энергия проводника?

За счет совершения работы электрическим током.

И по закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое в проводнике равно этой работе (при условии, что проводник неподвижен), то есть А = I·U·t. Значит, и Q = I·U·t.

Отражает ли данная формула те зависимости, которые вы выдвинули?

Нет. Нет зависимости от сопротивления.Надо воспользоваться законом Ома для участка цепи U = I·R. Следовательно, получаем Q = I2·R·t.

Мы с вами теоретическим путем получили закон, который был получен экспериментально независимо друг от друга английским ученым Джеймсом Джоулем и русским ученым Э. Х. Ленцем.(слайд)

Сейчас предлагаю послушать учащихся с сообщениями об этих ученых.

4. Формирование умений применять закон при решении задач

4.1

Какое количество теплоты выделяет за 5 с константановый проводник сопротивлением 25 Ом, если сила тока в цепи 2А?

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?

4.2

1. Какой вид соединений применяется в квартирах? (Параллельное).

2. 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. На уроке была установлена очень важная зависимость величины выделяющейся на проводнике энергии от силы тока, сопротивления и времени, сформулирован закон Джоуля – Ленца.

Весь материал - в документе.

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля - Ленца.

Цели урока:

• объяснить явление нагревания проводников электрическим током;

• установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи;

• сформулировать закон Джоуля – Ленца;

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

Задачи урока.

• Образовательные:

  • опираясь на знания, полученные ранее, аналитически установить связь выделяющейся тепловой энергии на проводнике с силой тока и сопротивлением проводника;

  • сформулировать закон Джоуля – Ленца;

  • формировать умение применять этот закон для решения задач.

• Воспитательные:

  • содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

  • побуждать использовать полученные на уроках знания в повседневной жизни.

• Развивающие:

  • показать учащимся различные пути и методы получения знаний об окружающем нас мире;

  • формировать умение обобщать и анализировать материал,  самостоятельно делать выводы.

Оборудование: электроплитка, плойка, электрический чайник, настольная лампа, электрическая дрель, кипятильник, компьютер

Ход урока

1. Введение

На демонстрационном столе находятся электроприборы: плойка, электроплитка, электрическая лампа, электрическая дрель, электрический чайник.
Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний.

Чем вы руководствовались, делая выбор?
Какими приборами можно дополнить оставшиеся на столе? 

1. Постановка задачи-цели урока

Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах? (Тепловое. Они преобразуют электрическую энергию в энергию тепловую – это нагревательные приборы.)

Собирая на уроках электрические цепи и работая с ними, вы заметили, что отдельные элементы цепи нагревались: спирали-резисторы, спиральные нити в лампочках.

Сегодня на уроке мы совместными усилиями установим, от чего зависит количество тепловой энергии, выделяющейся на проводнике, по которому идет ток. Выведем и сформулируем закон, установленный еще 150 лет тому назад. Все это мы сделаем, опираясь на знания, полученные на уроках ранее.

• Тема нашего урока «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля - Ленца».

1. Изучение нового материала

Почему при протекании тока в проводнике этот проводник нагревается? (слайд) Предполагаемый ответ

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. В металлических проводниках – это электроны. Они движутся и взаимодействуют с ионами кристаллической решетки. Свободные электроны в проводнике, разгоняемые электрическим полем, соударяются с ионами, расположенными в узлах кристаллической решетки, и передают им часть своей энергии. В результате увеличивается внутренняя энергия проводника и его температура растет. (слайд)

• Однако температура проводника растет не бесконечно. Почему?

Проводник передает полученную энергию окружающим телам.

• Давайте подумаем, от чего зависит энергия, выделяемая проводником?

сила тока (чем больше сила тока, тем больше частиц протекает через поперечное сечение проводника)

• наводящий вопрос: «По спирали лампы и подводящим проводам протекает одинаковый ток, так как они соединены последовательно. Почему же спираль лампы нагревается так, что светится, а подводящие провода почти не нагреваются?»

сопротивление проводника (чем больше сопротивление, тем сильнее частицы взаимодействуют с ионами кристаллической решетки),

время протекания тока (чем дольше протекает ток в проводнике, тем больше энергии выделится).

• За счет чего растет внутренняя энергия проводника?

За счет совершения работы электрическим током.

• И по закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое в проводнике равно этой работе (при условии, что проводник неподвижен), то есть А = I·U·t. Значит, и Q = I·U·t.

• Отражает ли данная формула те зависимости, которые вы выдвинули?

Нет. Нет зависимости от сопротивления. Надо воспользоваться законом Ома для участка цепи U = I·R. Следовательно, получаем Q = I2·R·t.

• Мы с вами теоретическим путем получили закон, который был получен экспериментально независимо друг от друга английским ученым Джеймсом Джоулем и русским ученым Э.Х. Ленцем.(слайд)

• Сейчас предлагаю послушать учащихся с сообщениями об этих ученых.

1. Формирование умений применять закон при решении задач

4.1

Какое количество теплоты выделяет за 5с константановый проводник сопротивлением 25 Ом, если сила тока в цепи 2А?

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?

4.2

1. Какой вид соединений применяется в квартирах? (Параллельное).

2.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. На уроке была установлена очень важная зависимость величины выделяющейся на проводнике энергии от силы тока, сопротивления и времени, сформулирован закон Джоуля – Ленца.

6. Домашнее задание §53, упр.27(1,3)