Методическая разработка урока физики в 8 классе "Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца".
методическая разработка по физике (8 класс) на тему

Учитель: Манджиев Эдик Мутлаевич,  МБОУ «Зултурганская СОШ» Ики-Бурульского района Республики Калмыкия

Предмет: физика

Класс: 8

Тема: «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца».

Тип урока: урок изучения новой темы.

Цели: 

Образовательные:

• ознакомить учащихся с законом Джоуля – Ленца.
• показать универсальность закона сохранения и превращения энергии.

        Развивающие:

• развивать логическое мышление при решении задач.
• вырабатывать умения обобщать опытные данные, сравнивать их и делать выводы.

         Воспитательные:

• сформировать понимание практического значения темы.
• продемонстрировать корректные взаимоотношения ученых при совместном открытии одного закона.

         Формы организации учебной деятельности: самостоятельная работа учащихся, совместная  работа с классом, фронтальный опрос.

Демонстрация: нагревание проводников из разных веществ электрическим током; устройство и принцип действия электронагревательных приборов.

Оборудование: компьютер, проектор, реостат, лампа накаливания, соединительные провода, амперметр, вольтметр, источник тока, электрическая плитка, кипятильник.

План урока:

1. Проверка знаний.
2. Изучение нового материала.
3. Закрепление изученного.
4. Домашнее задание.

Ход урока

1. Проверка знаний

Первые 10  минут урока целесообразно посвятить проверке усвоения материала по теме «Работа и мощность электрического тока». С этой целью можно провести  письменную проверочную работу по индивидуальным карточкам. Для карточек можно предложить следующие варианты разноуровневых заданий:

Уровень 1

1. Напряжение на концах электрической цепи 1В. Какую работу совершит в ней электрический ток в течение 1с при силе тока 1А?
2. По проводнику, к концам которого приложено напряжение 12 В, прошло 10 Кл электричества. Определите работу тока.

Уровень 2

1. Какую работу совершит ток силой 0,5 А за 10 мин при напряжении в цепи 12 В?
2. К источнику тока напряжением 120 В поочередно присоединяли на одно и то же время проводники сопротивлением 20 Ом и 40 Ом. В каком случае работа электрического тока была меньше и во сколько раз?

Уровень 3

1. Башенный кран равномерно поднимает груз массой 0,5 т на высоту 30 м за 2 мин. Сила тока в электродвигателе равна 16,5 А при напряжении 220 В. Определите КПД электродвигателя крана.
2. Транспортер поднимает за время 1 мин груз массой 300 кг на высоту 8 м. КПД транспортера 60 %. Определите силу тока через электродвигатель транспортера, если напряжение в сети 380 В.

2. Изучение нового материала

План изложения нового материала: (Слайд 1)

1. Тепловое действие электрического тока.
2. Закон Джоуля – Ленца

1. а) При введении понятия работы электрического тока мы уже пользовались тепловым действием тока (нагревание проводников). Они неоднократно наблюдали тепловое действие тока в бытовых приборах. (Слайд 2)

Учащимся уже известно, что в проводнике при протекании тока происходит превращение электрической энергии во внутреннюю,  и проводник нагревается. Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? (Слайд 3)

б) Собираем электрическую цепь, в которую последовательно включаем лампу накаливания и реостат. Для измерения силы тока и напряжения на лампе применяем демонстрационные амперметр и вольтметр. На опыте с лампой накаливания учащиеся убеждаются, что накал лампы возрастает при увеличении силы тока.

в) Но нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.  Полезно продемонстрировать видеофрагмент опыта (видеофрагмент), показывающий тепловое действие тока в цепочке, состоящей из двух последовательно соединенных проводников разного сопротивления: медного и стального. Ток во всех последовательно соединенных проводниках одинаков. Количество же выделяющейся теплоты в проводниках разное. Из опыта делается вывод:

Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление

проводника, тем больше он нагревается. (Слайд 4)

• Из какого материала необходимо изготавливать спирали для лампочек накаливания?
• Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготавливают спирали нагревательных элементов?

2. Закон Джоуля – Ленца. (Слайд 5) Учащиеся знают уже формулу для работы A=UIt. Кроме того, им известно, что в неподвижных проводниках вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, то есть на то, чтобы увеличить их внутреннюю энергию. Следовательно, количество теплоты

Q=A= UIt.

Краткая история открытия закона. (Слайд 6)

Из закона Ома для участка цепи U= IR. Если это учесть, то Q=I2Rt, Q= UIt и  Q= , вообще говоря, не идентичны. (Слайд 7) Дело в том, что первая формула всегда определяет превращение электрической энергии во внутреннюю, то есть количество теплоты. По другим формулам в общем случае определяют расход электрической энергии, идущей как нагревание, так и на совершение механической работы. Для неподвижных проводников эти формулы совпадают.

3. Закрепление изученного. 

С целью закрепления изученного материала можно в конце урока коллективно обсудить решения нескольких задач:

• Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока в проводнике уменьшить в 2 раза? (Слайд 8)
• Два проводника одинаковой длины из одного и того же материала, но разного сечения включили последовательно в цепь. В каком из них выделится большее количество теплоты за одно и то же время? Почему? (Слайд 9)
• Отрезки одного и того же медного провода разной длины 5м и 10м подключили к источнику последовательно. Какой из них выделит большее количество теплоты?
• Почему на одной из ламп выделится большее количество теплоты? (Слайд 10)

Домашнее задание. (Слайд11)

1. Параграф 53 учебника; вопросы по параграфу.
2. Выполнить задания из упражнения 27 (учебник, с.125)
3. Желающие учащиеся могут подготовить к следующему уроку доклады  по темам:

«Первое электрическое освещение свечами П.Н. Яблочкова».

«Лампы накаливания и история их изобретения».

«Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве».

Дополнительный материал

Джеймс Преснот Джоуль

(1818 – 1889 )

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.

В 1843 г. Джоуль нашел механический эквивалент теплоты. Эту величину впоследствии он определял различными способами. Опыты Джоуля просты по идее, но в каждом из них можно найти какую-нибудь экспериментальную тонкость. Например, в последнем, о котором шла речь, для предотвращения движения всей массы воды к боковым стенкам калориметра в радиальном направлении были прикреплены четыре ряда пластинок; в целях теплоизоляции металлическая ось разделена на две части деревянным цилиндром.

Джоуль внес большой вклад в кинетическую теорию газов, открыв вместе с Томсоном эффект изменения температуры газа при его расширении ( Эффект Джоуля – Томпсона ). Из работ Джоуля непосредственно следовало, что теплота не является веществом, что она состоит в движении частиц. Все это, несомненно, способствовало утверждению и признанию закона сохранения и превращения энергии, открытие которого явилось величайшим завоеванием науки XIXвека.

Значение этого закона для науки трудно переоценить.

На основе законов сохранения, и, в частности, закона сохранения и превращения энергии, в науке и технике производятся различные расчеты, предсказываются новые эффекты и явления, с материалистических позиций оцениваются открытия. Если, скажем, новая теория или проект новой установки не противоречат закону сохранения и превращения энергии, то это служит убедительным аргументом в их пользу.