Тепловое действие тока

(для аттестации)
Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца. Лампа накаливания.
Цель урока: создание условий для формирования у учащихся представления о тепловом
действии электрического тока и его причинах; установления количественного закона
теплового действия тока и его применения на практике.
Задачи
 Образовательные:
- сформировать у учащихся представления о тепловом действии электрического
тока и его причинах;
- вывести закона Джоуля-Ленца;
- содействовать в понимании практической значимости данной темы.
 Развивающие: развивать интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, сравнивать,
применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, размышлять, анализировать,
делать выводы).
 Воспитательные: формировать коммуникативные умения учащихся.
Оборудование: 2 низковольтные лампы на подставке, 2 ключа, соединительные провода, 2
источника тока, 2 вольтметра, 2 амперметра; 3 лампы накаливания, предохранители, 2
термометра, 2 сосуда с водой, презентация, портреты Джоуля, Ленца, Яблочкова, Лодыгина,
Эдисона.
Подготовительная работа: учащиеся разбиваются на 3 группы «Теоретики», «Изобретатели»,
«Экспериментаторы». Группе теоретиков дается задание подготовить доклады о
П.Н.Яблочкове, А.Н.Лодыгине, Т.Эдисоне; презентация.
План урока
I. Актуализация знаний
1. Какие действия оказывает электрический ток?
2. Какое действие оказывается всегда?
3. Что происходит с проводником, если тока оказывает тепловое действие? (проводники
нагреваются).
4. Какое явление называется тепловым действием электрического тока? (явление, при котором
электрический ток в веществе вызывает его нагрев).
5. Какие виды различного соединения потребителей тока, встречающиеся в быту, вы знаете.
6. На каком физическом явлении основано действие приборов: люстр, гирлянд, электрических
плит, кипятильников, паяльников, фенов и т.д.
II. Новый материал
Итак, электрический ток оказывает тепловое действие. Какова причина этого действия? От
чего зависит тепловое действие тока? В каких устройствах используется тепловое действие
тока?
Задание I группе «Теоретики» - выяснить причину нагревания проводников.
Работа по плану (с учебником):
1. Что такое электрический ток?
2. Какие частицы несут заряд в металлах?
3. Что представляет собой внутренне строение металлических проводников?
4. Что происходит между электронами и ионами кристаллической решетки?
5. Какие изменения происходят с ионами кристаллической решетки в результате
столкновения с электронами?
6. Что происходит при этом с проводником?
7. К чему приводит нагревание проводника?
8. Как определить количество теплоты, выделяющееся при этом?
9. Как называется закон, выражающий тепловое действие тока? В честь кого он назван?
Сформулировать этот закон.
10. Чему равно количество теплоты, если ток не оказывает никакого действия, кроме
теплового?
Задание II группе «Экспериментаторы» - доказать, выделяется ли теплота при прохождении
тока по проводнику (лампе накаливания) и выяснить, от каких величин зависит количество
теплоты при нагревании проводников, (воспользовавшись предоставленным оборудованием)
Напомнить технику безопасности.
Работа по плану:
1. Составить 2 электрических цепи из источника питания, ключа, лампы (в одной цепи
маленькая, в другой побольше), амперметра и соединительных проводов.
2. К лампам подключить вольтметр.
3. Измерить температуру воды в сосудах.
4. Опустить лампы в воду так, чтобы в воде был только баллон.
5. Замкнуть ключи в цепях на 3 мин, измерить силу тока и напряжение.
6. Потом разомкнуть ключи и измерить температуру.
7. Замкнуть ключи в цепях еще на 3 мин, потом разомкнуть ключи и измерить температуру.
8. Сделать вывод:
- что произошло с температурой воды?
- что выделила лампа накаливания?
- от чего зависит количество теплоты?
- лампа, таким образом, какой прибор: осветительный или нагревательный?
Задание III группе «Изобретатели» - рассмотреть, каким образом учитывается тепловое
действие тока в лампе накаливания и предохранителе. Как устроены эти приборы. Сделать
доклады об изобретателях лампы и предохранителя.
Работа по плану:
1. Благодаря чему изобрели лампу накаливания?
2. Рассмотреть, как устроена лампа накаливания.
3. Какие электрические характеристики указываются на лампах?
4. Как найти сопротивление лампы?
5. На какое напряжение рассчитаны лампы?
6. Что произойдет с лампой, если напряжение в сети будет больше указанного на лампе?
7. Что произойдет с лампой, если напряжение в сети будет меньше указанного на лампе?
8. Какие виды ламп вы знаете?
9. Как устроен патрон?
10. Рассмотреть плавкий предохранитель? На чем основано его действие?
11. Для чего предназначен предохранитель?
12. Как он устроен?
13. На какое значение тока он рассчитан?
14. Сделать сообщения об изобретателях лампы и предохранителе.
Отчет групп с записью основных моментов:
Просмотр ролика: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba076-e921-11dc-95ff0800200c9a66/3_20.swf
Отчет I группы «Теоретики»
Причина нагревание проводника: носители тока сталкиваются с ионами вещества. Скорость
колебания ионов увеличивается, увеличивается внутренняя энергия проводника, он
нагревается и выделяет количество теплоты
Q=I2·R·t – закон Джоуля –Ленца: Количество теплоты, выделяемое проводником с током,
равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения по нему тока.
Если ток никаких действий (магнитного, химического, механического), кроме теплового не
оказывает, то вся работа тока идет на увеличение внутренней энергии, при этом А = Q
А = I2·R·t
Количество теплоты зависит от силы тока в цепи, сопротивления проводника и времени
прохождения тока по проводнику.
Отчет II группы «Экспериментаторы»
При протекании тока через лампу температура воды со временем повышается, так как лампа
накаливания выделяет теплоту. Количество теплоты зависит от силы тока и напряжения
(сопротивление можно выразить из закона Ома). Большая лампа выделила большее
количество теплоты, так как вода нагрелась сильнее.
Вывод: лампа, таким образом, больше нагревательный прибор, чем осветительный. Всего 7%
электрической энергии преобразуется в световую.
Отчет III группы «Изобретатели»
Лампу накаливания изобрели благодаря открытию теплового действия тока П.Н.Яблочков,
А.Н. Лодыгин, Т.А. Эдисон (доклады учащихся).
(слайды из презентации)
1 – нить накала - вольфрамовая спираль, приваренная к двум
проволокам (вводам), проходящим сквозь стеклянную ножку
2 – баллон, заполненный инертным газом
3 – цоколь с винтовой нарезкой, к которому припаян один ввод
4 – изолированный от нарезки центральный вывод, к которому припаян
другой ввод
6 – винтовая нарезка в патроне, куда ввинчивается лампа
5 – пружинящий контакт, которого должен касаться цоколь
7 – патрон для включения лампы в сеть.
На лампах указываются мощность и напряжение, по которым можно
найти сопротивление
R
U2
P
Лампы бывают осветительные, энергосберегающие, проекционные, для фар, в операционных,
для лечения, для соляриев, для маяков … (слайды из презентации)
Плавкий предохранитель - устройство для
автоматического отключения электрической цепи при
токе больше допустимого. (слайды из презентации)
Проволочка из легкоплавкого металла (свинца),
которая расплавляется, если ток в цепи
оказывается больше допустимого (6А-10А) и
цепь размыкается.
Предохранитель изобрел Т.А.Эдисон.
Тепловое действие электрического тока используется в электронагревательных приборах.
1. В быту используется много различных электронагревательных приборов. К ним относятся:
электрический камин, который дает дополнительное тепло в том месте комнаты, где оно
вам необходимо; электрические чайники, кофейники служат для нагревания воды; на
электроплитках быстро готовится пища; мокрые волосы можно быстро высушить потоком
сухого горячего воздуха, создаваемого электрическим феном; выстиранное белье хозяйки
гладят электрическим утюгом. Это перечисление можно продолжить. Остановимся
подробно на отдельных приборах.
2. Тепловое действие тока используется не только в быту, но и в технике.
Примером может служить контактная электросварка. Этот вид электросварки основан на
использовании теплоты, выделяющейся в месте соприкосновения (контакта) двух кусков
металла, в месте их контакта при прохождении через них электрического тока.
Свариваемые детали закрепляют между зажимами, приводят в соприкосновение и
пропускают через них электрический ток.
В месте контакта выделяется наибольшее количество теплоты, в результате чего металл
сильно нагревается. Когда он благодаря нагреву, становится пластичным, ток
автоматически выключается, и машина сжимает размягченные части деталей настолько
сильно, что они прочно соединяются.
Контактная электросварка выполняется автоматически машинами - автоматами.
3. В сельском хозяйстве тепловое действие тока применяют для сушки стогов намоченного
дождем сена (слайды из презентации). Струи
нагретого воздуха от вентилятора и
нагревателя поводятся по трубе снизу в самую
середину стога и быстро просушивает его.
На животноводческих фермах используются
специальные аппараты, в которых
электрические нагреватели поддерживают
температуру, наилучшую для только что
родившихся животных.
В инкубаторах из яиц выводятся сотни и
тысячи цыплят. В этих "электрических
наседках" с большой точностью
поддерживается определенная температура (около 38°С), наиболее благоприятная для
развития зародышей в яйцах. А специальный механизм переворачивает яйца, чтобы они
равномерно прогревались со всех сторон.
III. Закрепление. (слайды из презентации)
1. Объяснить, почему лампу, рассчитанную на 127 В, не следует включать в сеть с
напряжением 220 В.
2. Две одинаковые лампы включены так, как на схеме.
Ползунок реостата находится посередине. Как изменится
накал ламп, если сместить ползунок реостата влево?
3. Лампы, на цоколях которых написано 220 В, 15 Вт и 220 В, 500 В, соединены
последовательно и включены в сеть напряжением 220 В. Какая из них будет ярче гореть?
4. Расход энергии в электрической лампе при силе тока 0,5 А в течение 8 ч составляет 1728
кДж. Чему равно сопротивление лампы.
Ответ: 240 Ом
5. За какое время в спирали лампы сопротивление 40 Ом при силе тока 3 А выделится 10,8
кДж теплоты?
Ответ: 30 с
6. Определить мощность, потребляемую третьей
1
лампой, если амперметр показывает 3 А, R1 = 10 Ом,
А
R2 = 15 Ом, R3 = 4 Ом
3
2
Дано:
I1 = 3 А
R1 = 10 Ом
R2 = 15 Ом
R3 = 4 Ом
P3 - ?
Решение:
P = I32·R3
I = I12 = I3
U
I12  12
R12
U12 = U1 =U2
U1 =I1·R1
R1 и R2 соединены параллельно
R R
R12  1 2
R1  R2
Ответ: 2 А
IV. Выставление оценок.
V. Домашнее задание: § 53-55, упр.27(1)
Литература
1. И.Г. Кириллова. Книга для чтения по физике. М.: «Просвещение» 1986
2. Е.Н. Соколова. Простой физический опыт. М.: «Просвещение», 1969
3. М.Е. Тульчинский Качественные задачи по физике. М.: Просвещение, 1972
4. М.Я Куприн. Физика в сельском хозяйстве. М.: Просвещение, 1985
5. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов.
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba076-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_20.swf