Урок "Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца."
план-конспект урока по физике (8 класс) по теме

МБОУ «СОШ №1»

Урок физики в 8-м классе по теме

 "Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца"

Выполнила: Ившина Н.Н.

учитель МБОУ  «СОШ №1» г.Альметьевска, РТ.

2015

Урок физики в 8-м классе по теме

 "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.

Тип урока: комбинированный.

Задачи урока. 

• Образовательные:

• опираясь на знания, полученные ранее, аналитически установить связь выделяющейся тепловой энергии на проводнике с силой тока и сопротивлением проводника;
• анализируя опыты, установить эту же зависимость;
• опираясь на известные формулы, теоретически определить количество теплоты, выделяющейся на проводнике с током;
• подтвердить полученные выводы результатами экспериментов;
• сформулировать закон Джоуля – Ленца;
• формировать умение применять этот закон для решения задач.

• Воспитательные:

• содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;
• формировать умение работать в группах, уважительно относиться друг к другу, прислушиваться к мнению товарищей;
• 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 опытный материал,  самостоятельно делать выводы.

Оборудование: компьютер, презентация к уроку, источник тока гальванический элемент  ( батарейки), провода соединительные, электрические низковольтовые лампочки 2 шт. разные по мощности, ключ, реостат лабораторный;  электроплитка, утюг, электрический чайник, настольная лампа, электрическая дрель, кипятильник, модель кристаллической решетки.

Демонстрации: 1.  нагревание спирали электрической плитки, изменяя сопротивление с помощью реостата

.

Ход урока:

1. Организационный момент.

1. Анализ выполнения лабораторной работы (домашнего задания)

1.1. На дом что было задано заполнить таблицу в тетради: выписать все электроприборы, имеющиеся в доме, их мощность, время работы часто используемых приборов, примерный суточный расход электрической энергии, стоимость этой энергии: (слайд 2)

Анализируя полученную таблицу, ответить на вопросы:

1. Какие данные таблицы, заполненной одноклассниками, вас интересуют?
2. Какой прибор потребляет больше энергии за 1с?
3. Какие приборы, используемые в вашем доме, оказались наиболее энергоемкими?
4. Каков средний суточный расход электроэнергии в вашем доме?  

(слайд 3)

5. Как выразить работу тока за некоторое время?               ( А=U*I*t )
6. Как рассчитать мощность электрического тока?             ( Р=U*I )
7. Как формулируется закон Ома? (Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.)
8. Формула определения силы тока, напряжения,  расчет сопротивления проводника.
9. Что представляет собой электрический ток в металлах? (Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов )    (  вопросы 5-8 по карточкам-формулам)

работаем по СТРУКТУРЕ  ЭЙ АР ГАЙД ( AR Guide).  ( слайд 4)  Вам даны утверждения. В столбике ДО ставите «+», если вы согласны с утверждением, или «-», если не согласны.                                                                                                                                                  Чтобы принять решение, учитываете свой личный опыт, знания и убеждения.    

Отметили ?? «Спасибо».

1.2  На демонстрационном столе находятся электроприборы: утюг, 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? Отметьте их в своей таблице.

2. Постановка задачи-цели урока

Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах?  (Тепловое.  Они преобразуют электрическую энергию в энергию тепловую – это нагревательные приборы.) 
Демонстрация 1. нагревание спирали электрической плитки, изменяя сопротивление с помощью реостата

  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 в 1841-1842гг. ( еще 173 года тому назад.) (слайд 4)

Деление на группы-работаем по СТРУКТУРЕ _КОНЭРС (_Corners)   «углы»,  в которой ученики распределяются по разным углам в зависимости от выбранного ими варианта ответа:«практики», «теоретики»  и «рассудительные люди»

Работать будем в группах: «практики», «теоретики»  и «рассудительные люди». Все это мы сделаем, опираясь на знания, полученные на уроках ранее, и на опыты и эксперименты, которые проведем сегодня.. Каждая группа получает свое задание, на выполнение которого ей отводится не более 8 минут (мозговой штурм)

3. Введение нового материала

3. 1. Актуализация усвоенных знаний и выдвижение гипотезы («рассудительные люди»)

Прежде всего попытаемся разобраться в причинах нагревания проводника, но все по порядку.

Выяснить, почему проводники нагреваются? (слайд 6)
Вопросы классу, «рассудительным людям»:

1. Что такое электрический ток? Определение.
2. Величина, характеризующая электрический ток.
3. Что происходит с электронами при их движении внутри проводника ( объяснить, используя модель кристаллической решетки)? слайд 6

ОТВЕТ: Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение

электронов. Провод - это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь»

между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам, заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия

ионов увеличивается, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника, и следовательно его температура. А это и значит что, проводник нагревается.

4.От каких величин зависит нагревание проводника?

  В результате рассуждений приходим к тому, что количество теплоты, выделяющейся на проводнике ( Q ), зависит от наличия тока и его величины ( I ), тогда можно записать  Q ~ I

Вывод запишем на доске 1.

3. 2. Анализ результатов опытов («практики»)

Наблюдатели, что удалось установить вам, что вы заметили, выполняя задания?

1 группа «практиков»  работает  с электрической цепью, изображенной на рисунке 1. В первом случая удалось установить, что ярче горела та лампочка, у которой сопротивление больше, значит, и большая тепловая энергия выделялась.                                                                                                                            Вывод: количество теплоты (Q) зависит от сопротивления проводника ( R )     Q ~ R.

Группа 2 «практиков» работает  с цепью рисунка 2.

Во втором случае стало ясно, что при изменении силы тока в цепи, менялся и накал лампочки, значит выделяющаяся тепловая энергия ( Q ) зависит от силы тока ( I )    Q ~ I.

Выводы запишем на доске 2: Q ~ ( R, I )

3.3. Вывод  «теоретиков»

Послушаем, к какому выводу пришли наши «теоретики», опираясь в своих рассуждениях на известные формулы и закономерности.

Знаем, что электрическое поле совершает работу ( A ) при перемещении заряда внутри проводника. А работа является мерой изменения энергии, значит, согласно закону сохранения энергии, при протекании тока происходит преобразование электрической энергии в тепловую  ( Q ).

Формулы позволяют выразить найденные закономерности:

Q = A, где  A = UIt, но, из закона Ома для участка цепи следует, что  U = IR  => A = I2Rt,  таким образом количество теплоты, выделяющееся на проводнике с током, можно рассчитать по формуле  Q = I2Rt.

Таким образом мы пришли к выводу, что энергия, выделяющаяся на проводнике зависит от времени протекания тока ( t ), величины сопротивления проводника ( R ) и квадрата силы тока  ( I2 ).

Запишем вывод на доске   Q ~ I2Rt

 Обобщение, формулирование закона Джоуля – Ленца. (слайд 7)

Общими усилиями нам удалось установить, что на проводнике, по которому идет ток, выделяется тепло. Этот процесс имеет свои закономерности: (слайд 8)  количество теплоты, выделяемое проводником с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.    Q = I2Rt 

4. Автобиографические справки (сообщения  учеников). (слайд 9)

Q = I2Rt  –  этот закон, независимо друг от друга сформулировали в 1841 году Джоуль Джеймс Прескотт и в 1842 году Ленц Эмилий Христианович

(если что дополнить ответы учащихся: )Закон в 1831-1842 гг. был получен экспериментально двумя учеными Джоулем и Ленцем независимо друг от друга. Метод, которым пользовался Ленц был более совершенным, а результаты получены более точные. Вывод из опытов Ленц сделал на несколько лет раньше, но публикация Джоуля опередила публикацию Ленца.

 (слайд 10)

Q=I2Rt

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления  проводника и времени.  (( страница учебника____)

Q – количество теплоты - [Дж]    

I – сила тока – [A]

R – сопротивление – [Ом]

t – время – [c]

«Спасибо». Возьмите утверждения – ОТМЕТЬТЕ колонку «ПОСЛЕ».  Сравните столбики «ДО» и «ПОСЛЕ».  Изменились ли Ваши убеждения, знания???

Какие утверждения не изменились, изменились??????  

 5.Закрепление (Слайд  11

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)

(Слайд 12)      Решение задач       1.Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течении 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

2.Почему провода, подводящие электрический ток к нагревательному элементу сами нагреваются не так сильно, как нагревательные элементы приборов?

6.Итог работы.

 7.   Домашнее задание:    §53 вопр., знать закон, упр. 27(1),

РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

___________________________________________________________________________________

Вопросы  «рассудительным людям»:

1.Что такое электрический ток? Определение.

2. Величина, характеризующая электрический ток.

3.Что происходит с электронами при их движении внутри проводника   объяснить, используя модель кристаллической решетки)?

4.От каких величин зависит нагревание проводника?

Задание для «ТЕОРЕТИКОВ»:

Вывод формулы Q=A .

Мы  знаем формулу работы электрического тока А=_________.

В неподвижном проводнике вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, т.е.  на то чтобы _______________ внутренняя энергия.

Из закона  Ома для участка цепи_______________ следует U=________.

Тогда подставив  формулы работы, получаем  

Вывод: Q=____________________________

Работаем по структуре  ЭЙ АР ГАЙД ( AR Guide).

   Вам даны утверждения. В столбике ДО ставите «+», если вы согласны с утверждением, или «-», если не согласны.                                                                                                                                                  Чтобы принять решение, учитываете свой личный опыт, знания и убеждения.    

СООБЩЕНИЯ учащихся

Джеймс Прескотт Джоуль

Родился Джоуль в Манчестере 24 декабря 1818 года, по профессии был пивоваром. Первые работы Джоуля в физике связаны с изобретением электромагнитных аппаратов, которые были ярким примером превращаемости физических сил. Джоуль был прекрасным экспериментатором. Исследуя законы выделения теплоты электрическим током, он понял, что опыты с гальваническими источниками не дают возможности ответить на вопрос, какой вклад в нагрев проводника вносит переносимая теплота химических реакций, а какой сам ток. В результате многочисленных опытов, Джоуль пришел к выводу, что теплоту можно получать с помощью механических сил. Джоуль внес большой вклад в кинетическую теорию газов, открыв вместе с Томсоном эффект изменения температуры газа при его расширении. Из работ Джоуля непосредственно следовало, что теплота не является веществом, что она состоит в движении частиц. Все это способствовало утверждению и признанию закона сохранения и превращения энергии.

Эмилий Христианович Ленц

Эмилий Ленц родился 24 февраля 1804 года в семье чиновника в Дерпте (ныне Тарту) в Эстонии. Благодаря усилиям матери он успешно окончил гимназию и поступил в университет.

Научная деятельность Ленца началась рано: после второго курса университета он по рекомендации ректора в качестве физика научной экспедиции отправился в кругосветное плавание.

Э. Х. Ленц заложил основы первой в России научной школы физиков-электротехников, из которой впоследствии вышли такие ученые, как А. С. Попов, Ф. Ф. Петрушевский и др.

В 1843 году Ленц после проведения экспериментов независимо от Джоуля приходит к установлению закона теплового действия тока. На основании 16 серий измерений Ленц в статье «О законах выделения тепла гальваническим током» сделал следующий вывод: нагревание проволоки гальваническим током пропорционально ее сопротивлению и квадрату силы тока