можно ли по яркости свечения электрической лампы судить о количестве теплоты выделяемой в нити лампы
Конспект урока по физике 8 класс «Закон Джоуля-Ленца «
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
· опираясь на знания, полученные ранее, аналитически установить связь тепловой энергии, которая выделяется в проводнике с током;
· ознакомить учеников с тепловым действием электрического тока в проводнике и с использованем этого явления на практике;
· сформулировать закон Джоуля-Ленца, применить его при решении задач
· содействовать усвоению закона Джоуля-Ленца;
· усовершенствовать умения использовать полученные на уроке знания в повседневной жизни;
· продолжить работу по развитию внимания и умения логически и творчески мыслить, формировать умение решать задачи
· воспитывать бережное отношение к природе, интерес к изучению физики, наблюдательность, внимание;
· создать условия для развития представления, наблюдательности, логического мышления, памяти;
· способствовать формированию положительного, эмоционального, ответственного отношения к познавательной деятельности, воспитанию активности как качества личности.
Тип урока : изучение нового материала.
Оборудование: демонстрационные электронагревательные бытовые приборы, мультимедийное оборудование, карточки с заданиями, презентация Power Poиnt.
I. Организационная часть.
III. Актуализация знаний ( блиц-опрос, работа в разноуровневых картах, у доски ).
IV. Изучение нового материала.
3. Принцип действия электронагревательных приборов.
V. Рефлексия ( Закрепление изученного материала )
1. Решение практической и расчетной задач.
2. Мини-проект по схемам рисункам «Безопасное использование нагревательных приборов»
І. Организационный момент.
— Здравствуйте, ребята. Рада вас видеть. Желаю вам хорошего настроения и успехов на уроке. Все ли готовы к уроку? …….. Тогда вперед!
Вопросы: для чего мы изучаем физику? (Что бы объяснить все загадки, которые нас окружают на улице и дома).
-Можете ли вы себе представить свою жизнь без электрической энергии? (Нет)
Сейчас я вам прочитаю отрывок из его рассказа Паустовского «Подарок», где приводится разговор деда с внуком:, а вы после моего прочтения ответите на вопрос «Может ли такое быть?».
Вопросы: Может быть это или нет? (ответы обучающихся).
— Ребята, вы электрический ток видели? А откуда у нас в домах берется электрический ток?
— А что являются потребителями электрической энергии?
Обратите внимание, на слайде изображены бытоваые приборы, которыми вы пользуетесь почти ежедневно.
-Что это за приборы? ( фен, кипятильник , электроплитка, утюг.)
— Что их объединяет? (ответы учащихся)
— На что вы опирались, когда делали свой выбор?
— Какое действие электрического тока проявляется в этих приборах? (тепловое)
Именно о тепловом действи тока мы будем сегодня говорить.
1. Какие три физические величины связывает закон Ома?
(I, U, R; сила тока, напряжение, сопротивление.)
2. Как формулируется закон Ома?
(Сила тока на участке цепи прямопропорциональна напряжению на концах этого участка цепи и обратнопропорциональна его сопротивлению.)
3. Что представляет собой электрический ток в металлах?
(Электрический ток в металлах это упорядоченное движение электронов.)
4. Как зависит сила тока от напряжения?
(Во сколько раз увеличивается напряжение в цепи, во столько раз увеличивается и сила тока)
5. Как вычислить работу тока за некоторое время? ( А=U I t )
6. При каком соединении потребители электрического тока находятся при одинаковой силе тока? При одинаковом напряжении ?
Задание №2. Разноуровневые карточки (приложение 1) :
Каждый из вас сам выбирает на вопросы какой карточки вы будите отвечать.
Время ограничено: песочные часы.
III . Изучение нового материала.
Потому что с проблемой выделения тепла проводником с током мы сталкиваемся постоянно в повседневной жизни.
Вы должны выяснить от чего зависит нагревания проводника с током, использование этого явления на практике, сформулировать закон Джоуля-Ленца, приманять его при решении задач.
Сегодня вы будете выступать в роли ученых, которые выводят новые законы.
Все свои выводы и формулы будите записывать в интелектуальные карты (приложение 2), которые лежат у вас на столе.
Вам нужно будет узнать, от каких величин зависит количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении тока.
Самый простой прибор в кототом мы можем наблюдать тепловое действие тока это лампа накаливания.
Проведем эсперимент: у меня на столе собрана цепь в которой последовательно соединены источник тока, амперметр, лампа накаливыия и реостат. Повзунок на реостате установлен на наибольшее сопротивление. Сейчас я плавно буду уменьшать сопротивление, а вы наблюдайте за показаним прибора и свечением лампы.
Ответим на вопросы, которые записаны в интелектуальной карте под № 1:
1. Можно ли по яркости свечения судить о количестве теплоты, выделяемой в нити лампы при нагревании ее электрическим током?
2. Как зависит количество теплоты, выделяемое в нити лампы от силы тока?
Но не только сила тока отвечает за нагревание проводника. Был проведен эксперимент с разными проводниками. По схеме, которая изображена на слайде, составили электрическую цепь и наблюдали. Проводники нагрелись по-разному.
Ответьте на вопросы интелектуальной карты №2.
Проблемный вопрос: Чем отличаются эти проводники? Сравним их удельные сопротивления.
Вывод: Больше нагревается проводник, который имеет наибольшее удельное сопротивление.
Эксперимент: все вы наверняка дома наблюдали как электрический чайник нагревает воду. Давайте понаблюдаем за температурой воды в чайнике в процессе работы чайника (электрический чайник с термометром).
Вопрос № 3: Будет ли завить от времени нагревания температура воды? (Ее температура будет повышеться до тех пор, пока вода не закипит). Запишем вовод в интеллектуальную карту.
По итогу трех экспериментов сделайте общий вывод и запишите его в карту №4:
количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, зависит от силы тока в этом проводнке, времени протекания силы тока и его электрического сопротвления.
Проблемный вопрос: В ам предстоит выяснить в чем же причина нагревания проводников ?
Надо ответить на вопросы №5 в карте урока.
Какое строение имеют металлы в твердом состоянии?
Что происходит с электронами металла при возникновении электрического тока в нем?
ионов увеличивается, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника,
и следовательно его температура. А это и значит что, проводник нагревается
• Электроны направленно движутся
• Сталкиваются с ионами
• Передают им часть энергии
• Ионы колеблются быстрее
• Увеличивается внутренняя энергия проводника
• По закону сохранения и превращения энергии A = Q
В неподвижных металлических проводниках вся работа электрического тока идёт на увеличение внутренней энергии
Проблемный вопрос: А сейчас вы опять побываете в роли ученых и вы должны будите вывести формулу – математическую запись закона Джоуля-Ленца, зная формулу для расчета работы тока, воспользовавшись простыми математическими преобразованиями. Работаем самостоятельно в карте, делаем нужные преобразования. Найдем значение Q, выразив ее через І, R.(на доске написаны формулы, записать их в необходимом порядке), вывод в карте №6
Закон, который мы вывели, был открыт английским ученым Джоулем Джеймсом Прескоттом в 1841году и через год русским ученым Ленцом Эмилием Христиановичем. Эти ученые работали независимо друг от друга, потому что жили в разных странах.
Необходимо заметить, что формулы Q = I 2 Rt, Q = UIt иQ = (U 2 /R)t, вообще говоря, не идентичны. Дело в том, что первая формула всегда определяет превращение электрической энергии во внутреннюю, то есть количество теплоты. По другим формулам в общем случае определяют расход электрической энергии, идущем как на нагревание, так и на совершение механической работы. Для неподвижных проводников эти формулы совпадают.
С мамой мы утюг купили.
Будем гладить, а потом Имитируют глажку белья
Всё на полки уберем.
Ну, а с папой мы вдвоем Имитируют уборку
Пылесосом пол протрем.
К телевизору усядемся Приседают
Первый эксперимент мы проводили с лампой накаливания. Лампочка –это самый простой прибор в котором можно наблюдать тепловое действие тока. И сейчас мы с вами проведем практическую работу и познакомимся с устройством лампы накаливания.
Ребята, рассмотрите внимательно лампочки которые лежат у вас на столе, аккуратно достаем их из футляра.
Что вы видите? (спираль, стеклянная колбочка, цоколь, основание цоколя).
Из скольких элементов состоит лампочка?
Запишем в интеллектуальную карту под № 7 элементы лампы накаливания.
Все многочисленные разновидности ламп накаливания состоят из однотипных частей, различающихся размерами и формой. Устройство типичной лампы накаливания таково: внутри колбы (1) на стеклянном или металлическом штенгеле (4) с помощью держателей (3) из молибденовой проволоки закреплено тело накала (2) (спираль из вольфрама). Концы спирали прикреплены к концам вводов (5); средняя часть вводов с целью создания плотного вакуумного соединения со стеклянной лопаткой (6) выполняется из платинита или молибдена. В процессе вакуумной обработки колба лампы накаливания наполняется инертным газом, после чего штенгель заваривается с образованием носика (8). Для защиты носика, а также для крепления в патроне лампа накаливания снабжается цоколем (9), прикрепляемым к колбе цоколёвочной мастикой (7).
В лампе накаливания вольфрамовая спираль, нагревается до 3000градусов, достигает белого каления и светится ярким светом. Спираль помещают в стеклянную колбу и, из которой выкачан воздух, насосом, чтобы спираль не перегорала. Но в вакууме она вольфрам быстро перегорает, поэтому колбы наполняют азотом, иногда инертными газами. Молекулы газа препятствуют разрушению вольфрама из накаленной нити.
Постановка проблемного вопроса №8 в карте.
Удельное сопротивление вольфрама в два раза меньше, чем железа. Почему же именно вольфрам используется в качестве нити накала в электрических лампочках? Для ответа на этот вопрос надо воспользоваться таблицами, которые
Ответ: вольфрам – очень тугоплавкий металл, именно поэтому предпочтение отдают именно ему.
Ребята, мы уже с вами сказали, что тепловое действие тока используется в электронагревательных приборах.
А знаете ли вы, что входит в устройство этого прибора? (ответы детей).
Конечно, основной частью всякого нагревательного прибора является нагревательный элемент.
Нагревательный элемент в электрических приборах – это проводник, который, не разрушаясь, выдерживает нагревание до высокой температуры.
Как вы думаете, что используют для изготовления этих нагревательных элементов?
Да, используются различные металлы.
Вопрос: каким свойством должен обладать этот металл.
Вывод : Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается.
Вывод: чтобы проводник нагрелся сильней, он должен обладать большим удельным сопротивлением.
Вывод записывают в карту: нагревательный элемент представляет собой проводник, обладающий большим удельным сопротивлением и высокой температурой плавления.
Используя данные таблиц в карте, найдите металл который по вашему мнению будет подходить для изготовления нагревательного элемента. (Учащиеся предлагают вещество, наиболее подходящее для изготовления нагревательного элемента.)
Чаще используются сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный как «нихром».
«Нихром»
 |  |
никель железо хром марганец
А как вы думаете, именно эти металлы входят в сплав нихрома, почему именно эти металлы?
. Правильно, так как они обладают большим удельным сопротивлением.
Большое удельное сопротивление нихрома дает возможность изготовлять из него малые по размерам нагревательные элементы. В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластину из жароустойчивого материала: слюды, керамики.
Например, в утюге нагревательным элементом служит нихромовая лента, от которой нагревается нижняя часть утюга.
В чайниках это спирали и диски, находящиеся на дне чайника. Примеры нагревательных элементов.
Как вы думаете в чем опасность электронагревательных приборов?
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.
Итак с теоретической стороны мы своми рассмотрели закон Джоуля-Ленца и причины нагревания проводников, а теперь выясним где на практике это может пригодиться. Вы собрались в доме поменять проводку.
С какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, но ещё и спаивают? Ответ обоснуйте.
Рис. иллюстрация к задаче
Сила тока в обоих проводах одинакова, так как проводники соединены последовательно (см. рис):
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.
Что нового вы узнали на уроке? Чему научились?