Урок физики по теме "Закон Джоуля–Ленца"

Урок физики по теме "Закон Джоуля–Ленца"
Инякин Н.В.
Физика как наука о наиболее общих законах природы, выступая в качестве учебного предмета в
школе, вносит существенный вклад в систему знаний об окружающем мире. Она раскрывает роль
науки в экономическом и культурном развитии общества, способствует формированию
современного научного мировоззрения. Для решения задач формирования основ научного
мировоззрения, развития интеллектуальных способностей и познавательных интересов
школьников в процессе изучения физики основное внимание следует уделять не передаче суммы
готовых знаний, а знакомству с методами научного познания окружающего мира, постановке
проблем, требующих от учащихся самостоятельной деятельности по их разрешению.
Физика вооружает школьника научным методом познания, позволяющим получать объективные
знания об окружающем мире.
Знание физических законов необходимо для изучения химии, биологии, физической географии,
технологии, ОБЖ.
Изучение физики направлено на достижение следующих целей:





освоение знаний о механических, тепловых, электромагнитных и квантовых явлениях;
величинах, характеризующих эти явления; законах, которым они подчиняются; методах
научного познания природы и формирование на этой основе представлений о физической
картине мира;
овладение умениями проводить наблюдения природных явлений, описывать и обобщать
результаты наблюдений, использовать простые измерительные приборы для изучения
физических явлений; представлять результаты наблюдений или измерений с помощью
таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости; применять
полученные знания для объяснения разнообразных природных явлений и процессов,
принципов действия важнейших технических устройств, для решения физических задач;
развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей,
самостоятельности в приобретении новых знаний при решении физических задач и
выполнении экспериментальных исследований с использованием информационных
технологий;
воспитание убежденности в возможности познания природы, в необходимости разумного
использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого
общества, уважения к творцам науки и техники; отношения к физике как элементу
общечеловеческой культуры;
применение полученных знаний и умений для решения практических задач повседневной
жизни, для обеспечения безопасности своей жизни, рационального природопользования и
охраны окружающей среды.
Приоритетами являются:



Познавательная деятельность:
o использование для познания окружающего мира различных естественно-научных методов:
наблюдение, измерение, эксперимент, моделирование;
o формирование умений различать факты, гипотезы, причины, следствия, доказательства,
законы, теории;
o овладение адекватными способами решения теоретических и экспериментальных задач.
Информационно-коммуникативная деятельность:
o владение монологической и диалогической речью, развитие способности понимать точку
зрения собеседника и признавать право на иное мнение.
Рефлексивная деятельность:
o владение навыками контроля и оценки своей деятельности, умением предвидеть
возможные результаты своих действий.
Цели урока:



Образовательные:
o выяснить причины нагревания проводника с током;
o усвоить закона Джоуля Ленца, показать универсальность закона сохранения и
превращения энергии.
Развивающие:
o развитие коммуникативных навыков через разнообразные виды речевой деятельности;
o развитие таких аналитических способностей учащихся, как умение анализировать,
сопоставлять, сравнивать, обобщать познавательные объекты, делать выводы; развития
памяти, внимания, воображения.
Воспитательные: содействовать повышению уровня мотивации на уроках через средства
обучения.
Оборудование: ноутбук, мультимедиа-проектор, компьютерная презентация, модели
кристаллических решеток, электронагревательные приборы, проводники из разных веществ для
демонстрации нагревания электрическим током, источник питания, соединительные провода.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Структура урока:
I. Организационный этап.
II. Мотивация.
III. Актуализация опорных знаний.
IV. Изучение нового материала.
V. Закрепление и обратная связь.
VI.Домашнее задание.
ХОД УРОКА
I. Организационный этап
Сообщение темы урока, целей и плана урока.
II. Мотивация
Учитель: Тепловое действие тока находит очень широкое применение в быту и промышленности.
Как вы думаете, как в быту используется тепловое действие тока?
Ученики: Утюги, кипятильники, электрические чайники, нагреватели, плиты.
Учитель: В промышленности используется в паяльниках, сварочных аппаратах. Российские
специалисты г.Петрозаводска, фирма «Карбон-Шунгит» предложили подогрев дороги
электрическим током, т.к. соль портит обувь и шины машин. Разработанная ими технология
основана на использовании минерала «шунгит». Этот минерал – природный аналог
стеклоуглерода имеет несколько разновидностей и обладает ценными свойствами для
промышленности и строительства. Для борьбы с зимним оледенением дорог использована
хорошая электропроводность шунгита. Он добавляется в асфальт или бетон, к ним подводятся
токопроводящие шины и электрический ток пропускается через само дорожное покрытие.
III. Актуализация опорных знаний
Письменная проверочная работа по вариантам.
1 вариант:
1. Напряжение на концах электрической цепи 45 В. Какую работу совершит в ней электрический
ток в течение 10с при силе тока 0,05 А?
2. По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества.
Определите работу тока.
2 вариант:
1. Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?
2. Электрическая лампочка включена в цепь с напряжением 10 В. Током была совершена работа
150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?
Фронтальный опрос:
Учитель: Чтобы понять, почему нагревается проводник, нужно вспомнить какая связь между
температурой вещества и движением молекул или атомов, из которых оно состоит.
Ученики: Чем быстрее движутся молекулы или атомы, тем выше температура вещества.
Учитель: Каково внутреннее строение металла?
Ученики: Металл состоит из атомов, расположенных в узлах кристаллической решетки, которые
совершают колебательные движения. Электроны, оторванные от атомов, свободные. Они
хаотично двигаются внутри проводника.
Учитель: Что называется электрическим током?
Ученики: Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.
Учитель: Условия возникновения тока?
Ученики: Наличие электрического поля и свободных заряженных частиц.
IV. Изучение нового материала
Учитель: Электрический ток нагревает проводник. Это явление всем известно. Объясняется оно
тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля,
взаимодействуют с ионами и атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В
результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и
внутренняя энергия проводника увеличивается. Работа тока идет на увеличение их внутренней
энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем
теплопередачи.
Демонстрация:
На опыте с лампой накаливания вы убеждались в том, что накал лампы возрастал при увеличении
силы тока. Но нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления
проводников. Соберем цепь из трех последовательно соединенных проводников разного
сопротивления: медного, стального и никелинового. Ток во всех последовательно соединенных
проводниках одинаков. Количество выделяющейся теплоты в проводниках разное. Из опыта
делаем вывод:
Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника,
тем большее количество теплоты он выделяет.
Из какого материала нужно изготовлять спирали для лампочек накаливания?
Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных
элементов?
Запишем в тетради:
q – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника
Из формулы I =
, q = It, где I – сила тока, t – время прохождения тока.
Из формулы U =
, A = Uq, где А – работа электрического поля, U – напряжение поля.
Работу тока можно вычислить так: A = UIt
Из сказанного выше следует, что количество теплоты, выделяемое проводником, по которому
течет ток, равно работе тока.
Q=A
Из закона Ома для участка цепи I =
, U = IR, где R – сопротивление проводника.
Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить
через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим Q = IRIt, т.е.
Закон Джоуля – Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно
произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания тока.
К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга
английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому данный вывод называется законом
Джоуля – Ленца.
V. Закрепление и обратная связь
Решим задачи:
1. В проводнике сопротивлением 2 Ом сила тока 20 А. Какое количество теплоты выделится в
проводнике за 1 мин?
Дано:
СИ:
I = 20 А
R = 2 Ом
t = 1 мин
60 с
Найти:
Q
Ответ: Q = 48 к Дж.
Формулы:
Q = I Rt
2
Решение:
Q = (20 А)2 * 2 Ом * 60 с = 48000 Дж
2. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 12 В силу тока 5 А. Какое количество теплоты
выделится в паяльнике за 30 мин работы?
Дано:
СИ:
U = 12 В
I = 5А
T = 30 мин
1800 c
Найти:
Q
Ответ: Q = 108 кДж.
Формулы:
A = UIt
Q=A
Q = UIt
Решение:
Q = 12 В * 5А * 1800с = 108000 Дж
3. Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока в
проводнике увеличить в 2 раза?
4. Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока в
проводнике уменьшить в 4 раза?
VI. Домашнее задание
Прочитать параграф 53, ответить на вопросы на стр.125, письменно выполнить упражнение 27.
Желающие могут подготовить доклады к следующему уроку по темам:



«Лампы накаливания и история их изобретения»
«Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве»
«Джеймс Преснот Джоуль».