8 класс у

8 класс
урок
46/23
Нагревание проводников током. Закон Джоуля-Ленца.
Цели: образовательные
- продолжить формирование представлений о тепловом действии тока;
- указать на универсальность закона сохранения и превращения энергии на примере
электрических и тепловых процессов;
- вывести закон Джоуля – Ленца;
- научить применять формулу закона Джоуля – Ленца при решении задач;
развивающие:
- развитие мышления;
- развитие навыков безопасной жизнедеятельности;
воспитательные:
- воспитание ответственного отношения к учебе.
Оборудование: источник тока, амперметр, спираль – резистор, низковольтная лампа на
подставке, ключ, соединительные провода.
Ход урока:
I.Организационный момент.
Цели для учащихся:
- вывести формулу для подсчета количества теплоты, выделяющегося в проводнике
с током;
- научиться применять формулу при решении задач.
II. Активизация знаний.
Вспомним некоторые вопросы, которые потребуются, чтобы изучить новую тему:
1.Что называют электрическим током?
(Упорядоченное движение заряженных частиц)
2. Какие действия тока вам известны?
(Тепловое, электрическое, магнитное, химическое)
3.Чему равна работа тока?
(A=IUT )
4. В каких единицах измеряется работа?
(Джоулях)
5. Закон Ома.
(I=U/R
U=IR
R=U/I)
6. Закон сохранения и превращения энергии.
(Во всех явления, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она
только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.)
III. Новый материал.
1. Тепловое действие тока.
Жизнь современного человека невозможна без электронагревательных приборов.
Какие электронагревательные приборы вам известны?
Их действие основано на нагревании током проводников.
Пронаблюдаем тепловое действие тока:
Как накал лампы зависит от силы тока?
(Чем больше сила тока, тем ярче накал, тем больше тепла выделяется в спирали.)
Почему же нагревается проводник при протекании по нему тока? Свободные
электроны в металлах или ионы в растворах солей, кислот, щелочей перемещаются под
действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества и
передают им свою энергию. Проводник нагревается. Увеличивается его внутренняя
энергия. Вспомним закон сохранения и превращения энергии. За счет какой энергии
увеличилась внутренняя энергия проводника?
(За счет энергии источника тока.) Действительно, энергия не возникает ниоткуда, в
данном случае происходит превращение электрической энергии во внутреннюю.
Электрическая энергия равна работе тока: A=IUT. Проводник неподвижен (механическая
энергия не совершается), поэтому вся работа тока идет на увеличение внутренней энергии
проводника.
Итак, при протекании тока в неподвижном проводнике выполняется закон
сохранения и превращения энергии, и вся работа тока идет на увеличение внутренней
энергии проводника. Проводник нагревается из-за взаимодействия свободных электронов
с ионами вещества проводника.
2. Закон Джоуля – Ленца.
Нагретый проводник отдает тепло окружающим телам. Количество теплоты,
выделяемое в проводнике с током, равно изменению его внутренней энергии, а изменение
внутренней энергии равно работе тока.
Можем записать
Q=A
Q – количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, измеряется в Джоулях.
Q=UIt
Из закона Ома U=IR
Q=IRIt
Q=I²Rt
* Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению
квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.
К этому выводу, но на основании опытов, впервые независимо друг от друга
пришли английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый-электротехник Эмилий
Христианович Ленц. Поэтому данный вывод носит название закона Джоуля – Ленца.
На основании законов Ома и Джоуля – Ленца получим формулу
Q=U²t/R
Итак, в неподвижном проводнике количество теплоты, выделившееся в проводнике,
равно расходу электрической энергии.
IV. Закрепление.
1) В чем проявляется тепловое действие тока?
(В нагревании проводника)
2) Как можно объяснить нагревание проводника с током?
(Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и
передают им свою энергию)
3) Какие превращения энергии происходят при протекании тока через проводник?
(Электрическая энергия превращается во внутреннюю)
4) Как по закону Джоуля – Ленца рассчитать количество теплоты, выделяемое в
проводнике?
(Q=I²Rt)
V. Решение задач.
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?
Дано:
СИ:
Решение:
I = 100 мкА
0,0001 А
Q=I²Rt
t = 1 мин
60 с
Q=(0,0001 А)² 15000 Ом 60 с=0,0009 Дж
R = 15000 Ом
Q- ?
Ответ: Q =0,0009 Дж
Протекание через тело человека тока большой силы вызывает нагрев и ожог
участков тела, разложение крови, непроизвольное сокращение мышц, смерть.
Задача № 2
Ученик к доске
Чему будет равен расход электроэнергии за 10 мин в проволочной спирали
сопротивлением 2,5 кОм, если сила тока в ней 2 А?
Дано:
I =2А
t = 10 мин
R = 2,5 кОм
W-?
СИ:
Решение:
W=Q=I²Rt
W=(2А)² 2500 Ом 600 с=6000000Дж
600 с
2500 А
Ответ: W=6 МДж
VI. Обучающая проверочная работа по уровневым карточкам.
Учащиеся самостоятельно выбирают уровень.
Начальный уровень +
Средний уровень «3»
Достаточный уровень «4»
Высокий уровень «5»
I вариант
Начальный уровень
1. В чем проявляется тепловое действие тока?
2* Какое количество теплоты выделиться в электрической лампе в течение t=10 с, если
лампа сопротивлением R=3 Ом потребляет ток силой I=1 А ?
Средний уровень
3. Определите количество теплоты, выделяемое в проводнике сопротивлением 50 Ом при
силе тока в нем 0,5 А, за время 20 с?
4*.В течение 1 мин в проводнике выделяется количество теплоты 500 Дж при силе тока 2
А. Чему равно сопротивление проводника?
Достаточный уровень
5. Два резистора сопротивлением 6 Ом и 4 Ом включены в цепь последовательно. Сколько
электроэнергии будет израсходовано в этой цепи за 2 мин, если сила тока в ней 2 А.
*6. Сколько энергии израсходует электрическая лампа мощностью 50 Вт за месяц (30
дней), если она горит 8 ч в сутки?
Высокий уровень
7. Определите количество теплоты, выделяемое в константановом проводнике длиной 1 м
и площадью поперечного сечения 0,2 мм², за 0,5 ч при силе тока 0,2 А.
Сколько времени будут нагреваться 1,5 л воды от 20 до 100 ºC в электрическом чайнике
мощностью 600 Вт, если КПД его 80%.
II вариант
Начальный уровень
1. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?
2* Какое количество теплоты выделяет за время t=5 с проводник с сопротивлением R=25
Ом, если сила тока I=2 А?
Средний уровень
3. Определите количество теплоты, выделяемое в проводнике сопротивлением 25 Ом с
током при силе тока в нем 0,2 А, за время 40 с?
4*. За 1 ч в проводнике выделяется 7200 Дж теплоты. Сопротивление проводника равно 4
Ом. Определите силу тока в проводнике.
Достаточный уровень
5. 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?
* 6. Сколько электроэнергии потребляет электрический утюг за 4 ч работы, если он
включен в сеть напряжением 220 В при силе тока 4,55 А?
Высокий уровень
7. Определите количество теплоты, выделяемое в никелиновом проводнике длиной 2 м и
площадью поперечного сечения 0,5 мм², за 1,5 ч при силе тока 0,25 А.
8*. Башенный кран равномерно поднимает груз массой 0,6 т со скоростью 20 м/мин.
Мощность, развиваемая двигателем, равна 7,22 кВт. Определите КПД крана.
VII. Итак, подведем итоги.
Мы знаем, что тепловое действие тока объясняется взаимодействием свободных
частиц, с ионами или атомами вещества.
В неподвижном проводнике работа тока равна количеству теплоты, выделяемому в
проводнике с током.
Мы вывели закон Ома, который позволяет рассчитать количество теплоты и научились
применять закон Ома при решении задач.
VIII. Домашнее задание.
§ 53 прочитать, ответить на вопросы, выучить формулы и закон Джоуля – Ленца.
Упражнение 27 (№ 1, № 2 - устно), № 3 – по желанию устно.
Оценки за урок будут выставлены на следующем уроке, причем только
положительные и удовлетворительные.