Методическая разработка открытого урока «Нагревание проводников электрическим током»
план-конспект урока по физике (8 класс)

Номинация « Педагогическое искусство»

Методическая разработка открытого урока

 «Нагревание проводников электрическим током»

1. Пояснительная записка

Цель урока: способствовать формированию у учащихся представления о тепловом действии электрического тока и его причинах, вывести закон Джоуля-Ленца, содействовать в понимании практической значимости данной темы.

Предметные результаты: знакомство с законом Джоуля-Ленца; сформированное понимание практической значимости закона.

Метапредметные результаты: 

регулятивные: принимать решение в проблемной ситуации на основе переговоров, оценивать достигнутые результаты; развитие мышления, обуславливающего совершение обоснованного выбора; понимание взаимосвязей в сложных системах;

познавательные: обобщать понятия, осуществлять отбор наиболее эффективных способов решения; работать с разными видами информации: алгоритм, видеоролик, текст;

коммуникативные: работать в группе – устанавливать рабочие отношения, эффективно сотрудничать для решения учебной задачи, умение анализировать полученный материал и применять его на практике;

умения работать с информацией – умение находить, анализировать, управлять, интегрировать, оценивать и создавать информацию; 

умения ставить и решать проблемы – способность формулировать, анализировать и решать проблемы.

Личностные:

ответственность и адаптивность – умение этично себя вести; толерантность;

креативность и любознательность – обмен новой информацией с другими;

направленность на саморазвитие – стремление к речевому самосовершенствованию; перенос информации и надпредметных умений из одной области знаний в другую.

Тип урока: урок открытия новых знаний.

 В рамках выбранного типа урок сконструирован его следующих структурных элементов:

Организационный момент, на котором ученикам представлен слайд с картинками, демонстрирующими различные способы получения тепла.

Цель: мотивировать деятельность учащихся на уроке; эмоционально настроить детей на работу. На этом этапе использовано задание на целеполагание, которое помогает настроить учащихся на дальнейшую работу по данной теме. С помощью наводящих вопросов учащиеся определяют тему урока.

Актуализация знаний: учащимся  предлагаются вопросы на повторение.

Цель: активизировать в памяти уже имеющиеся знания, необходимые для изучения новой темы.

Изучение нового материала: изучение новой темы начинается с демонстрационного эксперимента, в ходе демонстрации которого учащиеся должны прийти к определенному выводу (что за нагревание проводника отвечает сила тока). Далее следует работа в группах, в результате которой учащиеся могут самостоятельно выявить, от чего еще зависит количество теплоты, и кто открыл закон.

Физминутка в виде потирания ладошек и образования замкнутой цепи позволит ребятам отдохнуть.

Закрепление знаний: учащиеся в группах должны подтвердить закон экспериментальным путем и решить две задачи.

Домашнее задание. В качестве домашнего задания, помимо параграфа учебника, были заданы альтернативные задания: рассчитать количество теплоты, которое выделится при сушке волос феном или зарядке телефона. Необходимые значения силы тока и напряжения можно узнать на вилке электрического прибора. Или: придумать и записать на видео опыт, демонстрирующий закон Джоуля-Ленца

Рефлексия в виде вопросов: Что было самым интересным, запоминающимся? Что показалось трудным? Чем бы ребята хотели поделиться дома?

Для организации учебной деятельности и мотивации учащихся на уроке выбраны следующие методы: объяснительно-иллюстративные, проблемно-поисковые

и приемы: создание проблемных ситуаций, проведение эксперимента.

На уроке использованы следующие формы работы: фронтальная, групповая.

В ходе урока соблюдены принципы научности и доступности предлагаемой учебной информации. Все задания посильны для учащихся. Поставленная проблема в начале урока – прекрасный пример связи теории с практикой.

Методическая сторона урока

Урок целенаправлен. Составлен в соответствии с современными требованиями к уроку. Продуман и решен в единстве задачи образования, воспитания и развития. Обеспечена практическая направленность учебного процесса, на уроке созданы реальные возможности применения учащимися полученных знаний на практике.

Гигиенические требования к уроку

Учтены санитарно – гигиенические требования. Для предупреждения утомления и переутомления своевременно и качественно предусмотрена физкультминутка. Предусмотрено чередование видов деятельности.

Предварительная подготовка: разделить учеников на группы; на столы для каждой группы поставить ноутбук, лабораторные наборы и положить лабораторные карты (Приложение 1).

Оборудование: компьютер (ноутбук), интерактивная панель  или интерактивная доска с проектором; магнитная доска или флипчарт; карточки с формулами и магниты; на демонстрационном столе учителя источник тока, амперметр, лампа накаливания и реостат; на столах учащихся ноутбуки, на рабочем столе которых папки с материалами к уроку; лабораторные наборы из источника тока, амперметра, вольтметра, резистора и реостата.

2. Сценарий урока

Организационный момент (5 минут)

- Здравствуйте, ребята. Рада вас видеть. Желаю вам хорошего настроения и успехов на уроке. Все ли готовы к уроку?  Тогда вперед!

 - Посмотрите, пожалуйста, на экран (Приложение 2. Слайд 1). Что вы видите? Скажите, ребята, а что объединяет все эти картинки?

Возможные ответы учащихся: огонь, тепло, способы согреться и т.д.

 - Хорошо, спасибо. Ребята, некоторые из способов получения тепла, представленных на картинках, отличаются. Как думаете, чем?

Возможные ответы учащихся: тепло от электричества.

 - Правильно. Плита и обогреватель отличаются от остальных картинок тем, что там тепло выделяется в процессе нагревания проводников электрическим током.

Давайте попробуем сформулировать тему нашего урока.

Учащиеся предлагают тему урока.

 - Действительно, тема урока «Нагревание проводников электрическим током». (слайд 2)

Скажите, ребята, какую цель мы сегодня перед собой поставим?

Возможные ответы учащихся:  узнать, как нагреваются проводники электрическим током, от чего зависит количество теплоты.

 - Спасибо! А можете ли вы мне привести еще примеры приборов, в которых происходит выделение тепла при работе электрического тока?

Возможные ответы учащихся:  фен, паяльник, прибор для выжигания по дереву и т.д. (слайд 3)

  - Ну что же, вы назвали так много приборов, что возникает еще один вопрос: как и когда люди поняли, что тепловое действие электрического тока можно использовать в бытовых приборах на пользу человечеству?

Изначально электрический ток в проводниках никто не рассматривал как источник тепла. Ученых и изобретателей больше всего интересовал тот факт, что провода при нагревании дают свет. Так была изобретена лампочка.

Но вот с чем им пришлось столкнуться. (слайд 4. Видео про взрыв лампочки)

Угольные стержни, которые раньше были в лампочках, быстро сгорали даже в вакууме, а металлические провода, хоть и горели дольше, но сгорали тоже. Встал вопрос, как подобрать провод так, чтобы он горел как можно дольше и давал свет?

Сегодня мы с вами попробуем выступить в роли ученых и выяснить, от чего зависит количество теплоты, выделяемое на проводнике при прохождении по нему электрического тока.

Актуализация опорных знаний (5 минут).

 - Для изучения новой темы нам необходимо повторить ранее изученный материал. Посмотрите на экран (слайд 5), вам необходимо вставить пропущенные символы или слова. Желающие ответить – поднимите руку.

Вопросы на слайде:  

1. Какие три физические величины связывает закон Ома?

(I, U, R; сила тока, напряжение, сопротивление.)

2. Как формулируется закон Ома?

(Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению.)

3. Что представляет собой электрический ток в металлах?

(Электрический ток в металлах это упорядоченное движение электронов.)

(слайд 6)

4. Как вычислить работу тока за некоторое время? ( А=U I t )

Хорошо, спасибо, вы молодцы!

Изучение нового материала (15 минут).

 - Итак, сегодня вы должны ответить на вопрос -  почему нагревается проводник? 

Как настоящие ученые, мы будем проводить опыты и эксперименты. А выводы, получаемые в процессе,  записывать в лабораторные карты (приложение 1), которые лежат у вас на столах.

Самый простой прибор, в котором мы можем наблюдать тепловое действие тока, - это лампа накаливания (слайд 7).

Проведем эксперимент: у меня на столе собрана цепь, в которой последовательно соединены источник тока, амперметр, лампа накаливания и реостат. Ползунок на реостате установлен на наибольшее сопротивление. Сейчас я плавно буду уменьшать сопротивление, а вы наблюдайте за показанием прибора и свечением лампы.

Ответьте на вопрос, как зависит количество теплоты, выделяемое в нити лампы, от силы тока?

Возможные ответы учащихся:  чем больше сила тока, тем ярче горит лампа.

-  (Слайд 8) Ребята, но не только сила тока отвечает за нагревание проводника. И сейчас вы в этом убедитесь.

 - В лабораторных картах указана инструкция с вашими дальнейшими действиями. Вам нужно выполнить задания №1 и задание №2 в ней, а также сделать вывод. На выполнение работы у вас 5 минут.

Ученики работают в группе, выполняют задания в лабораторной карте. Учитель может подойти к какой-либо группе, направить на поиск нужного ответа при возникнувших затруднениях.  

- Ну что же, ребята, давайте обсудим ваши ответы на Задание 1 (слайд 9). 

Учитель задает вопросы, ученики отвечают

- И Задание 2 (слайд 10). 

- Какой же вывод вы сделали? (слайд 11) 

- Благодарю вас, ребята, за ответы.

 - Так что же происходит с электронами металла при возникновении электрического тока в нем?   (слайд 12)

Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение электронов. Провод - это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам, заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия ионов увеличивается, следовательно, увеличивается внутренняя энергия проводника, и его температура. А это и значит, что проводник нагревается.

По закону сохранения и превращения энергии   A = Q

В неподвижных металлических проводниках вся работа электрического тока идёт на увеличение внутренней энергии

 - Ну что же, ребята, прошу вас сейчас  выполнить Задание 3 (слайд 13).

1. Откройте документ с названием «Тайна имени»
2. Познакомьтесь с ученым, открывшим этот закон
3. Запомните фамилию ученого

В ноутбуках на партах учащихся в папках разные документы «Тайна имени». Например, в двух группах это документ с Д. Джоулем, у других двух групп – документ с Э.Х. Ленцем.  Поэтому в итоге ученики назовут две разные фамилии ученых, открывших закон.

 - Проблемный вопрос: а сейчас мы, как настоящие ученые, должны будем вывести формулу – математическую запись того вывода, что записали.

Начнем с формулы работы тока.

Учитель прикрепляет на доску карточку с формулой работы тока (Приложение 3. Формулы).

- По закону сохранения и превращения энергии   A = Q.

 Учитель прикрепляет на доску карточку с данной формулой и следом карточку с формулой Q = U I t

• Так как количество теплоты зависит от силы тока, давайте заменим напряжение в этой формуле, выразив его с помощью закона Ома.

Учитель прикрепляет на доску карточку с формулой напряжения, выраженного из закона Ома. Затем карточку с подстановкой и итоговую формулу.  

 - Итак, мы получаем формулу: Q = I2Rt. Получается, что мы с вами открыли закон.

Часто закон носит название по фамилии его автора. Одним из ваших заданий было познакомиться с автором этого закона. Назовите его фамилию.

Ученики называют фамилии авторов закона. Фамилии разные. Учащиеся делают вывод, что закон носит название по фамилиям двух ученых – закон Джоуля-Ленца. Учитель открывает слайд 14. 

-Ребята, формулу мы вывели, а теперь попробуйте составить теоретическую формулировку закона. У вас на партах лежат конверты, откройте их и с помощью карточек составьте закон Джоуля-Ленца.

Ученики составляют закон, затем выходят к доске и составляют его с помощью веб-сервиса

Физминутка (2 минуты)

- Ребята, потрите ладошки друг о друга сильно-сильно. А теперь приложите их к своим глазам. Что чувствуете? Действительно, идет тепло. А сейчас еще раз потрите ладошки и соедините свои ладони с ладонями друзей, которые сидят с вами в группе. Вы образовали замкнутую цепь, похожую на электрическую, и передаете по ней тепло друг другу. Спасибо, давайте вернемся к уроку.

Закрепление знаний (10 минут)

 - А теперь давайте экспериментальным путем подтвердим закон Джоуля-Ленца (слайд 15).

 Соберем электрическую цепь. Обратите внимание на экран, на слайде представлена схема для сборки цепи.

Соберите, пожалуйста, такую цепь у себя на столах. После того, как цепь будет собрана, позовите меня, я проверю правильность сборки.

Учащиеся собирают цепь, учитель проверяет.

 - Замечательно, ребята! Все справились с этим заданием.

Я запускаю таймер, а вы все подключите источник питания и замкните ключ. С помощью реостата установите силу тока 0,5 А. Обратите внимание на вольтметр, он показывает напряжение на резисторе.

Ученики выполняют задание.

 - Запишите в лабораторную карту показания силы тока и напряжения на резисторе.

А теперь решите первую задачу: найдите сопротивление резистора.

Посчитайте количество теплоты.

Обратите внимание на таймер, прошло 3 минуты (можно включить таймер на доске, папка Таймер).

Учащиеся выполняют задание, решают задачу.

- Разомкните цепь, поднимите ключ. И осторожно прикоснитесь к резистору. Чувствуете тепло?

Ученики прикасаются к резистору, делятся впечатлениями. Учитель говорит о том  что, несмотря на малое время работы тока, проводник ощутимо нагрелся. Поэтому необходимо соблюдать технику безопасности при работе с электрическими бытовыми приборами.

Применение на практике закона Джоуля-Ленца заключается в том, что тепловым действием электрического тока можно управлять, подбирая проводники с нужным сопротивлением. К примеру, для электрических нагревательных приборов, которые должны выделять максимум тепла, выбирают проводники с высоким сопротивлением.

Низкое сопротивление, напротив, позволяет проводнику практически не нагреваться при прохождении тока. Поэтому на промышленных предприятиях с усиленными требованиями к пожаробезопасности для прокладки линий электропередач используется медный кабель. 

Рефлексия (2 минуты):

Слайд 16

1. Скажите, что вам сегодня на уроке понравилось и было интересно?
2. А что вам показалось трудным?
3. А чем бы вы сегодня после урока поделились дома, чтобы им рассказали?

Домашнее задание (1 минута):

 - А в качестве домашнего задания я хотела бы предложить вам следующее (слайд 17):

1. Параграф  53,   ответить на вопросы устно, формулу и закон выучить.
2. Рассчитать количество теплоты, которое выделится при сушке волос феном или зарядке телефона. Необходимые значения силы тока и напряжения вы можете узнать на вилке электрического прибора.
3. Или: придумайте и запишите на видео опыт, демонстрирующий закон Джоуля-Ленца

- Благодарю вас за урок, до свидания!

Приложение 1

Лабораторная карта

Фамилия, имя, класс _________________________________

Дата урока _________________

Задание 1

1. На рабочем столе откройте папку «Нагревание проводников».
2. Откройте видео «Нагревание проводников током» и посмотрите его.
3. Ответьте на вопрос: так же быстро перегорит проволока, если она будет не медная, а стальная или даже вольфрамовая?

Да / нет (подчеркните выбранный ответ)

4. Какой проводник нагреется больше? Тот, у которого меньше сопротивление или больше? Тот, у которого сопротивление _____________

Задание 2

1. В папке «Нагревание проводников» откройте видео «Электрический чайник» и посмотрите его.
2. Ответьте на вопрос, будет ли зависеть температура воды от времени нагревания?

Да/нет (подчеркните)

3. Как изменяется температура воды?

Температура воды будет __________________ с течением времени

Сделайте вывод: количество теплоты, которое ______________ в проводнике с __________, зависит от силы тока в этом проводнике, ____________протекания силы тока и его электрического ________________.

Задание 3

1. Откройте документ с названием «Тайна имени».
2. Познакомьтесь с ученым, открывшим этот закон.
3. Запомните фамилию ученого.

Задание 4

Запишите значение силы тока I  = ______A

Измерьте и запишите значение напряжения U = ________

Рассчитайте значение сопротивления резистора

Рассчитайте значение количества теплоты, выделившейся на резисторе (минуты в секунды!!!)

 = ___________Дж