УСІ УРОКИ ФІЗИКИ
9 клас

1-й семестр


ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА


2. Електричний струм

Урок 21/27

Тема. Закон Джоуля-Ленца


Мета уроку: з'ясувати характер залежності між енергією, що виділяється на ділянці кола, електричним струмом та опором цієї ділянки кола.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

Контроль знань

5 хв.

1. Як на практиці можна визначити роботу електричного струму в колі? Які для цього потрібні прилади?

2. Дві однакові лампочки, розраховані на напругу 6,3 В, ввімкнені в електричне коло. Одна лампочка світила 2 хв., інша — 3 хв. У якій лампочці робота електричного струму була більше?

3. Що таке потужність електричного струму?

У яких одиницях вона вимірюється?

Демонстрації

5 хв.

1. Нагрівання провідників із різних речовин електричним струмом.

2. Будова і принцип дії електронагрівальних приладів.

3. Коротке замикання. Запобіжники

Вивчення нового матеріалу

27 хв.

1. Теплова дія електричного струму.

2. Закон Джоуля-Ленца.

3. Застосування теплової дії електричного струму

Закріплення вивченого матеріалу

8 хв.

1. Контрольні питання.

2. Учимося розв’язувати задачі


ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Теплова дія електричного струму

Учням уже відомо, що в провіднику під час протікання струму відбувається перетворення електричної енергії на внутрішню й провідник нагрівається. Вони неодноразово спостерігали теплову дію струму в побутових приладах. На досліді з лампою розжарення учні переконалися, що розжарення лампи зростало під час збільшення струму. Але нагрівання провідників залежить не тільки від сили струму, але й від опору провідників. З цією метою корисно поставити дослід, що показує теплову дію струму в колі, що складається з трьох послідовно з'єднаних провідників різного опору: мідного, сталевого й нікелінового. Струм у всіх послідовно з'єднаних провідниках однаковий. Кількість же теплоти, що виділяється, в провідниках різна. З досліду можна зробити висновок:

Ø  при послідовному з’єднанні провідників нагрівання провідників залежить від їхнього опору. Чим більший опір провідника, тим більше він нагрівається.

2. Закон Джоуля-Ленца

Учні знають уже формулу для роботи А = UIt. Крім того, їм відомо, що в нерухомих провідниках уся робота струму йде лише на нагрівання провідників, тобто на те, щоб збільшити їхню внутрішню енергію. Отже, кількість теплоти Q = А = IUt. Із закону Ома для ділянки кола U = IR. З урахуванням цього одержуємо: Q = І2Rt.

Закон, що кількісно описує теплову дію струму, дослідним шляхом установив англійський фізик Джеймс Джоуль 1841 року і незалежно від нього російський учений Емілій Ленц 1842 року. Він називається законом Джоуля-Ленца й читається так:

Ø  кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження по ньому струму.

Необхідно визначити, що формули image115 не ідентичні. Річ у тім, що перша формула завжди визначає перетворення електричної енергії на внутрішню, тобто кількість теплоти. За іншими формулами у загальному випадку визначають витрату електричної енергії, що йде як на нагрівання, так і на виконання механічної роботи. Для нерухомих провідників ці формули збігаються.

3. Застосування теплової дії електричного струму

Прилади, що використовують теплову дію струму, дуже різноманітні. Важко уявити сучасне життя без електроплиток, електро- чайників, прасок, фенів, паяльників тощо.

Зупинімося лише на кількох прикладах теплової дії струму:

а) електричні лампи розжарення;

б) електричні нагрівальні прилади;

в) коротке замикання;

г) плавкі запобіжники.

Особливу увагу на уроці варто приділити розгляду питань про коротке замикання, про призначення й будову запобіжників.

До розуміння питання про коротке замикання учні вже достатньо підготовлені. Їм уже зазначалося, що електричні кола розраховані на визначену силу струму. Якщо опір кола з якихось причин зменшиться, то сила струму зросте й може стати більше допустимої. Звичайно, при цьому будуть нагріватися проводи, можливе загоряння ізоляції проводів і навіть розплавлення проводів. Таке зменшення опору кола може виникнути при ввімкненні паралельно додаткових споживачів. При короткому замиканні струм може досягти дуже високих показників, внаслідок чого можливою є небезпека виникнення пожежі. Уникнути цього допомагають запобіжники.

Учитель повинен наполегливо роз'яснювати учням неприпустимість заміни запобіжників «дротиком» («жучком»), тому що це може призвести до загоряння проводів.

Будову й застосування різних нагрівальних приладів, на жаль, не вдається досить докладно розібрати на уроці через брак часу. Тому доцільно зазначеним питанням присвятити спеціальний позакласний захід, на якому:

·       по-перше, можна показати фрагменти відеофільмів:

— «З історії електричного освітлення»;

— «Електрика служить людям»;

— «Працює електричний струм»;

·       по-друге, заслухати доповіді учнів:

— «Перше електричне освітлення свічами П. Н. Яблочкова»;

— «Лампи розжарення й історія їх винаходу».


Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

·       Чому при проходженні електричного струму провідник нагрівається?

·       З якого матеріалу необхідно виготовляти спіралі для лампочок розжарення?

·       Наведіть приклади використання теплової дії струму в побуті?

·       Якими властивостями має володіти метал, з якого виготовляють спіралі нагрівальних елементів?


ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Якісні питання

1) Два дроти однакових довжини та перерізу — залізний і мідний — з'єднані послідовно. У якому з них виділиться більша кількість теплоти?

2) Два дроти однакових довжини та перерізу — залізний і мідний — з'єднані паралельно. У якому з них виділиться більша кількість теплоти?

3) Спіраль електричної плитки вкоротили. Як зміниться кількість теплоти, що виділяється в ній, якщо плитку ввімкнути до мережі з тією самою напругою?

2. Учимося розв'язувати задачі

1) Яка кількість теплоти виділиться протягом години в провіднику опором 10 Ом за сили струму 2 А?

2) Визначте кількість теплоти, що дає електроприлад потужністю 2 кВт за 10 хв. роботи?

3) З якого матеріалу виготовлена спіраль нагрівного елемента, потужність якого 480 Вт, якщо його довжина дорівнює 16 м, переріз 0,24 мм2 і напруга в мережі 120 В?

4) Дві лампи потужністю 40 Вт і 60 Вт, розраховані на однакову напругу, ввімкнені в мережу з тією самою напругою послідовно. Які потужності вони споживають?


Що ми дізналися на уроці

·       Нагрівання провідників залежить від їхнього опору. Чим більший опір провідника, тим більше він нагрівається.

·       Закон Джоуля-Ленца: кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження по ньому струму.

Q = І2Rt.


Домашнє завдання

1. Підр.: §§ 16, 17.

2. Зб.:

рів1 — № 10.7; 10.8; 10.17; 10.19; 10.20.

рів2 — № 10.30; 10.32; 10.33; 10.34, 10.35.

рів3 — № 10.42, 10.46; 10.47; 10.48; 10.50.

3. Д.: підготуватися до самостійної роботи № 10.


Задачі із самостійної роботи № 10

«Робота і потужність електричного струму. Закон Джоуля—Ленца»

Середній рівень

1. При проходженні через провідник 40 Кл електрики струмом була виконана робота 200 Дж. Яка напруга була прикладена до цього провідника?

2. Яка кількість теплоти виділиться за 1 год. у реостаті, опір якого 100 Ом, за сили струму в колі 2 А?

Достатній рівень

1. В електроприладі за 45 хв. струмом 5 А виконана робота 162 кДж. Визначте опір приладу.

2. Два резистори опором 6 і 10 Ом ввімкнені в коло послідовно. Яка кількість теплоти виділиться в кожному резисторі за 2 хв., якщо напруга на другому дорівнює 20 В?

Високий рівень

1. а) Наявні дві лампи потужністю 60 Вт і 100 Вт, розраховані на напругу 220 В. Яка з них буде горіти яскравіше при ввімкненні в освітлювальну мережу?

б) Дві лампи потужністю 40 Вт і 60 Вт, розраховані на однакову напругу, ввімкнені в мережу з тією же напругою послідовно. Які потужності вони споживають?

2. а) Дві однакові лампочки, розраховані на напругу 6,3 В, ввімкнені в електричне коло. Одна лампочка світила 1 хв., інша — 2 хв. У якій лампочці робота електричного струму була більшою? Чому?

б) Визначте, на яку напругу розрахований електрокип’ятильник, що за 5 хв. нагріває 0,2 кг води від 14 °С до кипіння, за умови, що по його обмотці протікає струм 2 А. Втратами енергії знехтувати.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити