Конспект урока по физике

Конспект урока по физике №1
Тема: Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.
Цель: дать учащимся знания о законе Джоуля-Ленца. Показать
универсальность закона сохранения и превращения энергии на
примере электрических и тепловых процессов.
Воспитывать сознательное отношение к учёбе.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Метод обучения: репродуктивный.
Структура урока
1.Приветствие. (2 мин)
2.Мотивация. (3 мин)
3.Актуализация опорных знаний. (5 мин)
4.Изучение нового материала. (20 мин)
5.Закрепление изученного материала. (7 мин)
6.Подведение итогов. (5 мин)
7.Д/З. (3 мин)
Ход урока
Виды деятельности
Учителя
Учеников
1)Приветствует учеников. Отмечает
Приветствуют учителя.
отсутствующих.
2) Из собственного опыта вам хорошо Слушают.
известно, что при прохождении
электрического тока спираль лампы
накаливания нагревается настолько,
что начинает излучать видимый свет.
Благодаря действию электрического
тока нагреваются утюг и
электрическая плита. А вот
нагревание работающих вентилятора
и пылесоса незначительно. Не
становятся слишком горячими
(конечно, если все обстоит
благополучно) и подводящие
провода. От чего же зависит тепловое
1
действие тока?
3)Проводит устный опрос
- Что такое сила тока?
- Что такое напряжение?
- Что такое сопротивление?
- Что такое мощность
электрического тока?
4) Ранее уже шла речь о том, что
прохождение тока всегда
сопровождается выделением
теплоты. Этот факт нетрудно
объяснить.
Когда в проводнике течет ток,
свободные заряженные частицы,
двигаясь направленно под действием
электрического поля, сталкиваются с
другими частицами и передают им
часть своей энергии. В результате
средняя скорость теплового
движения частиц вещества
увеличивается — проводник
нагревается. По закону
сохранения энергии кинетическая
энергия, приобретенная свободными
заряженными частицами в результате
действия электрического поля,
превращается во внутреннюю
Отвечают на вопросы.
- это физическая величина,
характеризующая электрический ток
и численно равная заряду,
проходящему через поперечное
сечение проводника за единицу
времени.
- это физическая величина, которая
численно равна работе
электрического поля по
перемещению единичного
положительного заряда по данному
участку цепи.
- это физическая величина,
характеризующая свойство
проводника противодействовать
электрическому току.
- физическая величина,
характеризующая скорость
выполнения током работы и равная
отношению работы А тока ко
времени t, за которое эта работа
выполнена.
Слушают.
2
энергию проводника. Чем чаще
сталкиваются частицы, тем больше
энергии передается проводнику и тем
больше он нагревается.
 Количество теплоты,
выделяющееся при
прохождении тока в
проводнике, пропорционально
сопротивлению проводника.
 С увеличением в проводнике
силы тока количество
выделяемой теплоты тоже
увеличивается.
Чем больше частиц проходит через
поперечное сечение проводника в
единицу времени, тем больше
столкновений частиц происходит.
Тепловое действие тока изучали
опытным путем английский ученый
Дж. Джоуль и российский ученый
Э. X. Ленц. Независимо друг от друга
они пришли к одному и тому же
выводу, со временем получившему
название закон Джоуля-Ленца.
Количество теплоты, выделяющееся
при прохождении тока в проводнике,
прямо пропорционально квадрату
силы тока, сопротивлению
проводника и времени прохождения
тока:
Q=I2Rt.
Закон Джоуля — Ленца был
установлен экспериментально. Зная
формулу для расчета работы тока
(A=UIt), можем вывести этот закон с
помощью простых математических
выкладок.
Если на участке цепи, в котором
течет ток, не выполняется
механическая работа и не происходят
химические реакции, то результатом
работы электрического тока будет
только нагревание проводника.
Нагретый проводник путем теплопередачи отдает полученную
Записывают.
Записывают.
Записывают.
Слушают.
3
энергию окружающим телам.
Следовательно, в данном случае
согласно закону сохранения энергии
количество выделенной теплоты Q
будет равно работе А тока: Q=A.
Поскольку A=UIt, а U=IR, имеем:
Q=UIt=IRIt=I2Rt.
Для получения математического
выражения закона Джоуля—Ленца
мы воспользовались некоторыми
предположениями, но, как
выяснилось из дальнейших
исследований, количество теплоты,
выделяющееся при прохождении
тока в участке цепи, всегда можно
вычислить по формуле Q=I2Rt.
Возникает вопрос: что делать, если
сила тока неизвестна, а известно
напряжение на концах участка цепи?
Казалось бы, можно воспользоваться
законом Ома. Действительно: Q=I2Rt,
а I=U/R. Тогда Q=(U/R)2Rt=(U2/R2)Rt.
После сокращения на R получим:
Q=U2t/R.
Однако эту формулу, впрочем, как
и формулу Q=UIt, можно
использовать только в том случае,
когда вся электрическая энергия
расходуется на нагревание.
Если на участке цепи есть
Записывают.
потребители энергии, в которых
выполняется механическая работа
или происходят химические реакции,
формулы Q=U2t/R и Q=UIt
использовать нельзя. В таких случаях
применяют сложные математические
расчёты, учитывающие всю
совокупность происходящих
явлений.
Электрические нагревательные
Слушают.
устройства широко применяют в
сельском хозяйстве,
промышленности, на транспорте, в
быту. Несмотря на внешнее
многообразие, все
4
электронагреватели имеют общие
черты.
Во-первых, работа всех
электрических нагревателей основана
на тепловом действии тока: в таких
устройствах энергия электрического
тока превращается во внутреннюю
энергию нагревателя, который в свою
очередь отдает энергию окружающей
среде путем теплопередачи.
Во-вторых, основной частью любого
электронагревателя является
нагревательный элемент —
проводник, нагревающийся при
прохождении тока. Нагревательные
элементы должны выдерживать
очень высокую температуру, поэтому
их изготовляют из тугоплавких
материалов, то есть из материалов,
имеющих высокую температуру
плавления. Чтобы избежать
поражения током, нагревательный
элемент изолируют от корпуса
нагревательного устройства.
По закону Джоуля — Ленца
количество теплоты Q,
выделяющееся в нагревательном
элементе, равно Q=I2Rt,
следовательно, изменяя силу тока в
нагревательном элементе, можно
регулировать температуру
нагревателя.
Сила тока в подводящих проводах и
нагревательном элементе одинакова.
При этом подводящие провода
нагреваются намного меньше, чем
нагревательный элемент. А это
значит, что их сопротивление во
много раз меньше сопротивления
элемента. Как правило,
нагревательные элементы
изготовляют из веществ с большим
удельным сопротивлением, а
подводящие провода — из веществ с
малым удельным сопротивлением.
5
Сопротивление подводящих
проводов достаточно мало, однако
при значительном увеличении силы
тока они сильно нагреваются, и это
может стать причиной пожара.
Выясним, почему может резко
увеличиться сила тока в
электрической проводке обычной
квартиры. Для этого вспомним закон
Ома: I=U/R. Поскольку напряжение в
сети постоянно, увеличение силы
тока возможно только при условии
уменьшения общего сопротивления
цепи. Как известно, потребители в
квартире соединены параллельно,
поэтому если включить сразу
несколько мощных потребителей, то
общее сопротивление цепи
существенно уменьшится,
соответственно сила тока в цепи
значительно увеличится.
Резко увеличивается сила тока в
цепи и в случае короткого
замыкания — соединения концов
участка цепи проводником,
сопротивление которого очень мало
по сравнению с сопротивлением
этого участка. Так, короткое
замыкание может возникнуть при
нарушении изоляции проводов или
при ремонте элементов
электрической цепи, находящихся
под напряжением.
Чтобы избежать пожара в случае
короткого замыкания или перегрузки
электрической цепи, а также
предупредить повреждение
потребителей электроэнергии при
опасном увеличении силы тока,
используют предохранители.
Предохранители — это устройства,
размыкающие цепь, если сила тока в
ней превысит допустимое для этой
цепи значение.
Очень опасно пользоваться
6
неисправными предохранителями и
самодельными предохранительными
устройствами. Если сила тока
превысит норму, а цепь своевременно
не разомкнётся, то возникнет
пожар.
5)Решение задач.
№1 (решает учитель)
Сколько теплоты выделится за
Записывают.
10 мин в электрической плитке,
включенной в сеть, если
сопротивление нагревательного
элемента плитки 30 Ом, а сила тока в
нем 4 А?
Дано:
Решение
t =10 мин =
По закону
= 600 с
Джоуля-Ленца:
R = 30 Ом
Q = I2Rt
I = 4А
Q = 42*30*600 =
= 288000 (Дж)
Q-?
Ответ: Q = 288 кДж.
6) Прохождение тока в проводнике
Слушают.
сопровождается выделением
теплоты. Количество теплоты,
выделяющееся при прохождении
тока в проводнике, прямо
пропорционально квадрату силы
тока, сопротивлению проводника и
времени прохождения тока: Q = I2RRT
(закон Джоуля — Ленца).
Существуют еще две формулы для
расчета количества теплоты:
Q = U2t/R и Q = UIt— однако их
можно использовать только в том
случае, когда вся электрическая
энергия расходуется на нагревание.
Работа разнообразных
электронагревательных устройств
основана на тепловом действии тока.
Во время работы
электронагревательных устройств
некоторое количество теплоты
7
выделяется и в подводящих
проводах. Значительное нагревание
проводов может стать причиной
пожара, поэтому, если существует
опасность чрезмерного увеличения
силы тока, к электрической цепи
подключают предохранители.
Предохранитель представляет собой
устройство, размыкающее цепь, если
сила тока в цепи превысит
допустимое для этой цепи значение.
7)Задаёт Д/З.
Стр. 94 – 97 выучить; подготовиться
к решению задач.
Записывают домашнее задание в
дневники.
8
Конспект ученика
Тема: Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.
Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока в
проводнике, пропорционально сопротивлению проводника. С увеличением в
проводнике силы тока количество выделяемой теплоты тоже увеличивается.
Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты, выделяющееся при
прохождении тока в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы
тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока:
Q=I2Rt.
Если на участке цепи есть потребители энергии, в которых
выполняется механическая работа или происходят химические реакции,
формулы Q=U2t/R и Q=UIt использовать нельзя.
Задача №1
Сколько теплоты выделится за 10 мин в электрической плитке,
включенной в сеть, если сопротивление нагревательного элемента плитки 30
Ом, а сила тока в нем 4 А?
Дано:
t =10 мин =
= 600 с
R = 30 Ом
I = 4А
Q-?
Решение
По закону
Джоуля-Ленца:
Q = I2Rt
Q = 42*30*600 = 288000 (Дж)
Ответ: Q = 288 кДж.
9