Методическая разработка урока по дисциплине «Физика» «Работа и мощность электрического тока. Тепловое действие тока»
план-конспект урока по физике (8 класс)

Методическая разработка урока по дисциплине «Физика»

«Работа и мощность электрического тока. Тепловое действие тока»

Преподаватель физики Гончарова С.Д.

Цель образовательная:  Сформировать  у обучающихся  понятия работы и мощности постоянного электрического тока, количества теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока через проводник; показать обучающимся практическое значение данных понятий.

Воспитательные: воспитывать познавательную активность, культуру общения,  внимательность, аккуратность, бережное отношение к семейному бюджету.

Развивающие: развитие коммуникативных навыков, навыков взаимоконтроля и самоконтроля, анализа и  самоанализа,  развитие мыслительной деятельности.

Задачи урока.

 1. Какими математическими формулами выражается работа и мощность тока.

2. Выяснить, какое действие может произвести прохождение тока по проводнику?

3. Как объяснить с точки зрения электронной теории вещества нагревание проводников?

4. Рассмотреть практическое применение теплового действия тока.

5. Отработать навыки решения задач на  применение  расчетных формул работы и мощности электрического тока, закона Джоуля-Ленца.

6. Познакомить, какое действие оказывает электрический ток на организм человека.

Тип урока: комбинированный.

Формы: фронтальная, индивидуальная, групповая.

Основные понятия: Сила тока, напряжение, сопротивление, заряд, работа и мощность электрического тока, количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока через проводник.

Оборудование:  ПК, мультимедийный проектор, экран, доска, презентация по теме: «Работа и мощность электрического тока», демонстрационный  набор по электричеству.

Дидактическое обеспечение: Презентация по теме урока, разноуровневый тест по теме «Электрический ток» для проверки домашнего задания; карточки с заданиями для первичного контроля знаний.

Структура урока:

1. Организационный момент.
2. Проверка знаний обучающихся по ранее изученному материалу (фронтальный опрос, тест)
3. Формулирование темы урока, постановка целей и задач через постановку проблемы  (работа в группах).
4. Актуализация знаний.
5. Изучение нового материала. Самостоятельный вывод формул и единиц измерения физических величин.  Объяснение, с точки зрения электронной теории вещества, нагревания проводников под действием электрического тока. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.
6. Решение  экспериментальных  и практических  задач на применение  расчетных формул работы и мощности  электрического тока, закона Джоуля-Ленца. Составление задач по паспортным данным потребителей тока.
7. Обобщение и первичный контроль знаний. Фронтальный опрос. Решение  индивидуального теста.
8. Оценочный этап. Подведение итогов.
9. Домашнее задание.
10. Рефлексия. 

1. Организационный этап: приветствие обучающихся, отметка отсутствующих в журнале,   положительный настрой на работу, представление гостей.
2. Этап контроля полученных ранее знаний:

1) Фронтальный опрос

1.Что называется электрическим током?

2. Что называют силой тока? (Отношение заряда, проходящего через поперечное сечение проводника,  к промежутку времени его прохождения).

3. Как читается закон Ома для участка цепи?

 - сила тока I прямо пропорциональна приложенному напряжению U и  обратно пропорциональна сопротивлению  проводника.

4. Каким прибором измерят силу тока в цепи? Как включают его в цепь? (Амперметр. Последовательно).

5. Каким прибором измеряют напряжение на участке цепи? Как его подключат к этому участку цепи? (Вольтметр. Параллельно).

4. От чего зависит электрическое сопротивление проводника?

1. От длины проводника.

2. От площади поперечного сечения проводника.

3. От  рода материала.

4. От температуры.

        ,   .

5. Как читается закон Ома для замкнутой цепи с ЭДС?

 - сила тока I  в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и  обратно пропорциональна полному  сопротивлению  в цепи.

6. При каком соединении все проводники находятся под одним и тем же напряжением?

Проводники находятся при одинаковом напряжении при параллельном соединении:

U1 = U2 = U.

.7 Какая характеристика электрического тока остается неизменной при последовательном соединении проводников?

Сила тока.

2) индивидуальное выполнение проверочного теста.

(Приложение 1)

3. Этап формулирования темы урока, постановка целей и задач через решение поставленной проблемы.

Работа в группах. Распределение по группам. Назначение  ответственных в группах.

- Преподаватель: в каждой семье часть бюджета уходит на оплату различных счетов: коммунальные услуги, газ, интернет, ТВ, за электричество.

Вопрос: За что именно мы платим по квитанции за электричество? И почему в разных квитанциях стоит разная сумма?

(Возможные варианты ответа: 1) за электрическую энергию;

2) за работу электрического тока.

- Преподаватель: Вспомните из темы «Механика», что такое энергия? (способность тела совершать работу?)

- Преподаватель: Проводя аналогию с понятием из механики, можно сказать, что электрическая энергия – это способность электрического тока совершать работу.

Т.е. по квитанции мы оплачиваем работу электрического тока. В чем реально  выражается работа электрического тока? (Освещение - лампы, нагревание – утюг, обогреватели, мультиварка, механическая работа – пылесос, блендер, фен).

- Чем мы руководствуемся при выборе различных приборов? Например, выбирая кофемолку, предпочтение отдадим той, которая 50 г кофе в зернах превратит в молотый кофе за минуту или той, которая это же самое сделает за 2 минуты?  Какие характеристики нас интересуют? (цвет, дизайн, цена, мощность).

 «Работа и мощность постоянного  электрического тока» - это часть темы сегодняшнего урока.

Прежде, чем перейти к следующему вопросу, вам придется выполнить задание: начертить электрическую схему с подключением электрической  лампочки в цепь, чтобы она загорелась.

И одного человека прошу собрать такую цепь на демонстрационном столе. Кто желает?

Преподаватель наблюдает за ходом работы в группах и за работой обучающегося, собирающего цепь.

После обсуждения: У доски двое обучающихся  изображают схемы.

 После проверки, цепь включают.

Постановка проблемы. Почему загорелась лампочка? (Если обучающиеся затрудняются ответить на этот вопрос, можно поставить дополнительные вопросы: Почему греется электрический чайник?)

Работа в группах (учащиеся в группах пытаются объяснить данную проблему.)

Через 2-3 мин, представитель каждой группы по очереди, дают свое объяснение.

 При движении электроны сталкиваются с кристаллической решеткой, при этом кинетическая энергия электронов передается ионам кристаллической решетки, их колебательное движение усиливается, следовательно температура проводника повышается. 

- Какое действие тока при этом наблюдается? (тепловое).

Давайте вместе сформулируем тему нашего урока и запишем ее в тетради.

На доске и в тетрадях записывают тему урока:

«Работа и мощность постоянного электрического тока. Тепловое действие тока».

Что является целью нашего занятия? (Выяснить понятия работы и мощности электрического тока, . Научиться рассчитывать эти величины практически. Научиться рассчитывать количество теплоты, выделяемое в цепи при прохождении электрического тока).

- Какие задачи нам предстоит решить в ходе изучения  новой темы?

1) Узнать, как рассчитать работу и  мощность постоянного тока (формулы для вычисления).

2) Выяснить, какие приборы необходимы для того, чтобы рассчитать работу и мощность постоянного тока.

3) Выяснить, в  каких единицах измеряются работа и мощность, как обозначаются, в каких единицах измеряются.

4) Выяснить от чего зависят эти величины, уметь в быту использовать эту зависимость для экономии семейного бюджета.

5) Научиться практически  рассчитывать работу и мощность тока.

6) Познакомиться с тепловым действием тока. Выяснить, от чего зависит количество теплоты, выделяемое  в проводнике,  при прохождении электрического тока. Научиться  практически рассчитывать количество теплоты.

4. Этап актуализации знаний. 

Для успешной работы по данной теме и  усвоения новых знаний, мы с вами сейчас  вспомним уже известные нам понятия и законы.

Фронтальный опрос, коллективная работа.

- Какую работу совершают электрические силы при перемещении заряда из одной точки электрического поля в другую?  (Один обучающийся у доски, все остальные в тетради записывают формулу: ).

- Что называют силой тока?  (формула)? ()

- Выразите  из данной формулы заряд. ().

- Закон Ома для участка цепи? (Один обучающийся у доски, все остальные в тетради записывают формулу: )

- Выразить из данной формулы напряжение: (Один обучающийся у доски, все остальные в тетради записывают формулу: ).

- Как обозначается работа? (Буквой А).

- В каких единицах  измеряется работа? (Джоулях).

- Какая величина показывает скорость выполнения работы? (Или, какая работа выполняется в единицу времени?)  (Мощность).

- В каких единицах измеряется мощность? (Ватт).

- Как обозначается количество теплоты? (Буквой Q)

- В каких единицах измеряется количество теплоты? (Джоуль)

5. Изучение нового материала.  (Работа в группах, коллективная работа)

Теперь, на основании наших знаний, давайте попробуем вывести формулу для работы электрического тока. Запишите формулу работы электрического тока при перемещении электрического заряда и формулу силы тока. Из данных уравнений получите расчетную формулу для работы электрического тока.

(Преподаватель контролирует ход работы в группах. У всех обучающихся должна появиться запись):

. ,            

Запись формулировки:  Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа.

За единицу работы электрического тока принят Джоуль. Джоуль равен работе, выполняемой электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В за 1 с:

.

А теперь, используя закон Ома,  получите еще две формулы для работы тока.

(Один ученик у доски)

    при последовательном соединении.

(Ученик у доски).

     -  при параллельном соединении.

Любой электроприбор рассчитан на потреблении определенной энергии в единицу времени, т.е. на определенную мощность.

Мощность обозначается буквой Р.  .

Запись формулировки:  Мощность  тока равна отношению работы тока за время Δt к этому промежутку времени.

За единицу мощности принимают  Вт (ватт). 1 Вт равен работе электрического тока  1 Дж, совершаемой за 1 с.

Сколько измерительных приборов нужно, чтобы вычислить мощность? (Два: амперметр и вольтметр).

Используя формулы для работы тока, получите еще две формулы для мощности.

;     .

Работу тока можно рассчитывать, если известна мощность. Из формулы мощности   выразите работу.

().

От чего зависит работа тока или потребляемая энергия? (От потребляемой мощности приборов и времени их работы).

Как можно снизить потребление электроэнергии? (Уменьшить время работы приборов, т.е. не допускать работы приборов без необходимости).

Сколько приборов необходимо чтобы вычислить работу тока? (три: амперметр, вольтметр, часы).  Все их может заменить один прибор- электрич. счетчик. Он измеряет работу тока в киловатт-часах.   Единицу 1кВт·ч переведите в Джоули (единицу системы СИ).

Запись в тетради:  

1кВт·ч = 3 600 000 Дж.  (1 ч = 3600 с; 1кВт = 1000 Вт).

1.Решение  практической задачи:

(Выдаются копии квитанций, где указаны показания счетчика и указан тариф).

Рассчитайте, какую сумму придется по данной квитанции заплатить? Какая работа выполняется электрическим током  в среднем за одни сутки в Джоулях?

(Показания: от 20 126 до 20 345 кВт·ч, тариф – 3,55р.)

(За месяц – 219 кВт·ч, стоимость 1кВт·ч  - 3,55р. Сумма за месяц = 219·3,55= 777,45р.;

В среднем за сутки 219/30 =7,3 кВт·ч = 7,3 ·3 600 000 = 26280000Дж = 26,28 МДж).

2. Сравнить работу электрического тока, потребляемого электрическими лампами за март месяц, одна из которых рассчитана на  90 Вт, вторая энергосберегающая  - на 12 Вт, если они работают по 6 часов в сутки. Сравните стоимость энергии, потребляемой каждой лампой, если  тариф- 3,55 р.

(Возможен вариант этой задачи с использованием упаковок от электрических ламп с указанием электрических данных. Тогда данные в условии задачи обучающиеся записывают самостоятельно).

(Вт·ч=16,74кВт

S=16,74*3,55=59,43,р. – одна лампочка;

(Вт·ч=2,232кВт

S=2,232*3,55=7,92р. –вторая  лампочка).

Вывод: Оплата первой лампы примерно в 7 раз дороже, чем второй.

Вернемся к электрической цепи, в которой включена лампочка. Мы с вами выяснили, что лампочка горит из-за нагрева (накала) вольфрамовой нити при прохождении электрического тока. При этом выделяется определенное количество теплоты. Если в цепи не совершается механическая работа, то вся работа тока идет на изменение внутренней энергии.

Выдающийся русский физик немецкого происхождения Эмилий Христианович Ленц, профессор и ректор государственного университета в СПб и английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, независимо друг от друга экспериментально установили закон теплового действия тока.

В соответствии с установленным законом:

Q = I2·R·Δt  - количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

Этот закон носит название в честь этих двух  ученых-физиков  –закон  Джоуля-Ленца.

При расчете количества теплоты, можно использовать и другие формулы, которые мы вывели для работы электрического тока.  ,      

Удобнее пользоваться формулой  Q  при последовательном соединении;

формулой  – при параллельном соединении проводников

 Так как сила тока в последовательно соединенных лампах одинакова, то количество теплоты, выделяемое в единицу времени, больше в лампе с большим сопротивлением.

Так как при параллельном соединении напряжение на концах ламп одинаково, то количество теплоты, выделяемое на лампе, обратно пропорционально сопротивлению проводника.

На слайде  информация о воздействии электрического тока на организм человека.

Виды воздействия тока на организм:

- тепловое (термическое);

- электролитическое;

- биологическое.

Термическое действие тока подразумевает появление на теле ожогов разных форм, перегревание кровеносных сосудов и нарушение функциональности внутренних органов, которые находятся на питии протекания тока.

Электролитическое действие проявляется в расщепление крови и иной органической жидкости в тканях организма вызывая существенные изменения ее физико-химического состава.

Биологическое действие вызывает нарушение нормальной работы мышечной системы. Возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц, опасно такое влияние на органы дыхания и кровообращения, таких как легкие и сердце, это может привести к нарушению их нормальной работы, в том числе и к абсолютному прекращению их функциональности.

Последствия, которые возникнут в результате действия электрического тока на человеказависят от многих факторов, а именно:

- от величины и рода протекающего тока, переменный ток является более опасным, чем постоянный;

- продолжительности его воздействия, чем больше время действия тока на человека, тем тяжелее последствия;

- пути протекания, самую большую опасность представляет ток, протекающий через головной и спинной мозг, область сердца и органов дыхания(легкие);

- от физического и психологического состояния человека. Организм человека обладает неким сопротивлением, это сопротивление варьируется в зависимости от состояния человека.

Минимальная величина тока, которую способен почувствовать человеческий организм составляет 1 мА.

При повышении тока более 1 мА человек начинает чувствовать себя некомфортно, возникают болезненные сокращения мышц, при увеличении тока до12-15 мА возникает судорожное сокращение мышц, контролировать свою мышечную систему человек уже не в состоянии и собственными силами не может разорвать контакт с источником тока. Этот ток называется неотпускаемым.

Действие электрического тока более 25 мА приводит к параличу мышц органов дыхания в результате чего человек может просто-напросто задохнуться. При дальнейшем увеличении тока возникает фибрилляция сердца.

 Опасность действия электрического тока зависит от ряда условий: состояния человека, продолжительности действия, рода и частоты тока, величины приложенного напряжения. Следовательно, определить заранее величину тока, который может пройти через человека при определенных условиях, практически нет возможности. Поэтому, для определения безопасных условий, обычно на практике ориентируются не на величину поражающего тока, а на величину допустимого напряжения, тем более, что напряжение в той или иной, сети практически можно считать постоянным.

В зависимости от окружающих условий регламентируются величины безопасных напряжений 36 и 12 в, за исключением электросварочных установок дуговой сварки, где допускается напряжение до 65 в.

6. Решение экспериментальных задач. (работа в группах, коллективная работа)

Задача № 1

Собрать электрическую цепь с лампой накаливания и необходимыми измерительными приборами. (Обучающиеся добавляют в электрическую цепь измерительные приборы).

Используя показания приборов, рассчитайте какое количество теплоты, которое выделится в нити накала электрической лампочки за 1 минуту.

Задача № 2.

Какова мощность электрической лампочки.

 Задача № 3.

Рассчитайте сопротивление электрической лампочки.

Интервью  бытовых приборов по паспортам (Выдаются в группы паспорта стиральной машины, кофеварки, системы «Теплый пол», вытяжки, фена).

Записать данные по паспорту. Составить задачу для другой группы по теме урока и проверить правильность её решения.

7.Обобщение темы урока и первичный контроль знаний.  (Фронтальный опрос,  индивидуальная работа). Итак, пришло время выяснить, как нам удалось решить поставленные нами цели и задачи.

Считаете ли Вы, что цель и задачи выполнены? (Да).

- Проверим.

1.Как находится работа электрического тока.

Чтобы найти работу тока на участке цепи надо напряжение на концах этого участка умножить на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа. 

2.С помощью какого прибора измеряют работу тока. Какая единица работы при этом используются.

Электрический счетчик. кВт ч 

3.Сформулируйте закон Джоуля –Ленца

Количество теплоты, выделившееся в проводнике прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

 
4. Что показывает мощность тока, и по какой формуле находится.

 Мощность тока показывает, какую работу совершает ток за единицу времени. 

Выполнение теста. (Приложение 2).

Взаимопроверка в соответствии с критериями. Ответы на слайде.

8. Оценочный этап.

Выставление оценок за урок: Ответственные в группах по 3-м отметкам (за тест по д/з, работа на уроке, тест в конце урока) как среднее арифметическое определяют оценку за урок обучающимся их группы.

9.Домашнее задание:  по учебнику  с.  ____ выучить расчетные формулы, определения и закон Джоуля-Ленца, ответить на вопросы в конце параграфа.  Подготовиться к защите л.р.  (вопросы на стенде). Подготовить сообщения (не более 1 страницы).

Темы сообщений (по выбору):

1. Э. Ленц;
2. Д. Джоуль;
3. Действие электрического тока на организм человека.

10.Рефлексия. Дорогие, друзья! Наш урок подошел к концу. Оставьте ваши отзывы об уроке.

Обучающиеся заполняют анкету (Приложение 3).

Всем спасибо за урок! Желаю Вам успехов на других занятиях.

Приложение 1

«Законы постоянного тока».    Вариант 1

«Законы постоянного тока».    Вариант 2

Критерии оценки за тест: Верных ответов 9 – «5»; верных ответов 7-8 – «4»; верных ответов 5-6 – «3»; верных ответов 0-4 – «2».

Ответы к тесту:

Приложение2

Работа и мощность электрического тока

Вариант 1

1. Поставь в соответствие  величины и их обозначения:

2. Какая физическая величина рассчитывается как   IUΔt?

А. Мощность электрического тока

            Б. Работа тока электрического тока

             В. Сила тока.

             Г. Сопротивление проводника.

3. Какая из формул выражает закон Джоуля-Ленца?

А. ;    Б. ;    В.  A=IUΔt       Г.   Q=I2RΔt.

4. Электрическая лампа рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 0,45 А. Вычислите мощность тока в лампе.

5. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 127 В и силу тока

0,5 А. Вычислите работу тока в паяльнике за 10 мин.

Работа и мощность электрического тока

Вариант 2

1. Поставьте в соответствие величины и их единицы измерения:

2. Какая физическая величина рассчитывается как   IU?

А. Мощность электрического тока

            Б. Работа тока электрического тока

             В. Сила тока.

             Г. Сопротивление проводника.

3.Какая из формул выражает закон  Джоуля-Ленца?

А. ;    Б. ;    В.  A=IUΔt       Г. .

4. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 220 В и силу тока 0,2 А. Вычислите мощность тока в паяльнике.

5. За какое время ток 4 А при напряжении 220 В совершит работу 35,2 кДж?

Критерии оценки за тест: Верных ответов 5 – «5»; верных ответов 4 – «4»; верных ответов 3 – «3»; верных ответов 0-2 – «2».

Ответы к тесту:

Приложение 3.

Уважаемые студенты, оставьте отзыв об уроке.

Заполните анкету, подчеркните ответ, наиболее соответствующий Вашему.

Дата  __________2016г.

Спасибо за участие!