Сюваева Ольга Семеновна урок
| Вид материала | Урок |
- План учебного проекта: План работы стр., 612.55kb.
- Алексеева Людмила Семеновна Учительница химии, биологии высшей категории Педстаж, 134.24kb.
- Митченко Ольга Николаевна 2006 2007 учебный год Тема: «Соли азотной кислоты нитраты», 130.27kb.
- Алымова Ольга Никитична учитель математики 2010-2011 учебный год урок, 56.23kb.
- Михайлова Ольга Геннадьевна, учитель русской словесности моу гимназия №56 Г. Томск., 47.25kb.
- Вашакидзе Нателла Семеновна Зав кафедрой математики: Доманский Андрей Владимирович, 503.36kb.
- Ушакова Ольга Александровна Учитель русского языка и литературы «когда зажигаются свечи», 74.13kb.
- Бурлова Ольга Николаевна, Учитель физики школы №6, г. Череповец Повторительно обобщающий, 138.96kb.
- Симонова Алевтина Семеновна, начальник управления финансов и налоговой политики слайд, 90.27kb.
- Марина Ольга Васильевна Учитель русского языка и литературы моу кудиновская средняя, 59.24kb.
Муниципальное общеобразовательное учреждение,
Большеманадышская средняя общеобразовательная школа
Сюваева Ольга Семеновна
Урок по физике: «Нагревание проводников электрическим током»
Тип урока: изучение нового материала (урок комбинированный)
Цель урока:Учащиеся должны обобщить знания по вопросу выделения тепла при прохождении тока по проводнику на уровне понимания; оценить свои умения применять знания о законе Джоуля - Ленца; познакомиться с конструкцией лампы накаливания. Учащимся необходимо научиться применять закон Джоуля - Ленца к объяснению и анализу явлений окружающего мира; применять знания и умения, полученные на уроке к решению физических задач; усвоить характерные особенности закона Джоуля - Ленца
Задачи урока:Образовательные:Выявить уровень усвоения формулы закона Джоуля - Ленца и его понимания. Дать знания о величинах, характеризующих количество теплоты, выделяемой проводником при прохождении по нему электрического тока.
Дать представление о механизме выделения тепла в проводнике на основе модели строения вещества. Обосновать связь между материалом спирали электрической лампочки и количеством выделившейся теплоты. Познакомить учащихся с методами измерения количества выделившейся теплоты.
Сформировать умения применять основные положения теории строения вещества к обоснованию электрических свойств данного вещества.
Воспитательные:Показать значение работ А. Н. Лодыгина в области конструирования ламп накаливания. Подчеркнуть взаимосвязь строения вещества с количеством выделившейся теплоты при прохождении тока по проводнику как проявления одного из признаков метода диалектического познания явлений.
Развития мышления:Проверить уровень самостоятельности мышления школьника в применении знаний в различных ситуациях.Сформировать элементы творческого поиска на основе приемов обобщения. Формировать умения развертывать доказательство на основе данных. Развивающие:
1.) Научиться применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения задач;
2.) Для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и синтеза;
3.) Продолжить формирование умения рационально решать качественные и расчетные задачи.
Оборудование: компьютер, проектор, экран.
Приборы: источники тока, реостаты, соединительные провода, ключи, лампочки, амперметры, вольтметры, резисторы (медные, стальные).
Ход урока I
Актуализация знаний
Первые 10-15 минут урока целесообразно посвятить проверке усвоения материала по теме «Работа и мощность электрического тока».
1) Проверка знаний
| 1 | Сила тока обозначается | | измеряется в | |
| 2 | Напряжение обозначается | | измеряется в | |
| 3 | Сопротивление обозначается | | измеряется в | |
| 4 | Электрический заряд обозначается | | измеряется в | |
| 5 | Удельное сопротивление обозначается | | измеряется в | |
| 6 | Работа электрического тока обозначается | | измеряется в | |
| 7 | Мощность электрического тока обозначается | | измеряется в | |
| 8 | Площадь сечения проводника обозначается | | измеряется в | |
| 9 | Длина проводника обозначается | | измеряется в | |
| 10 | Количество теплоты обозначается | | измеряется в | |
2. Разминка: вставить пропущенные в формулах буквы. Выразите единицы измерения.
| I= */R | U=A/* | I=*/t | U=* R | R= *l/S |
| P=*/t | P=I* | 1/R=1/R1+* | R=U/* | I=*/U |
| A=*q | q=I* | I=I1=* | R=R1* R2 | U=U1+* |
| 1кВт= Вт | 1МВ = В | 1млА= А | 1мм2 = м2 | 1мм= м |
| 1мВт= Вт | 1МОм= Ом | 0,7к В= В | 10 м= км | 20МОм= Ом |
3 Решение задач у доски.
Задача №1( Задачи на « 4» )
Чему равна сила тока проходящая через реостат, изготовленная из 50 метров никелиновой проволоки, площадью поперечного сечения 0,5 мм2. Напряжение на ее концах 40 В. Удельное электрическое сопротивление никелина 0,4 Ом мм 2/м ( Ответ 1 А )
Задача № 5( Задачи на « 5» )
Амперметр показывает 0.5 А Сопротивление лампы 40 Ом, реостата 75 Ом. Чему равны показания вольтметра? ( Ответ 57,5 В )
Задача №6 ( На « 4»)
Две электрические лампы параллельно включены в сеть с напряжением 220 В. Сопротивление лампы 1200 Ом и 800 Ом. Чему равна сила тока в цепи? Ответ округлите до сотых. ( Ответ 0,46 А )
(Ответы проверяются с помощью компьютера используя программу Бука СОФТ Виртуальный наставник Физика 7-9 класс)
Задачи переписываются в тетрадь учащихся.
2) Изучение нового материала.
1 Что такое электрический ток ? Каких? ( Упорядоченное движение заряженных частиц. Электронов в металлах и ионов в растворах электролитов.)
2 Когда заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно? ( под действием электрического поля).
Учитель :
Под действием электрического поля они получают запас энергии. При движении они сталкиваются с молекулами и с атомами вещества проводника и передают часть энергии приобретенной за счет действия электрического поля. Кинетическая энергия молекул растет внутренняя энергия и соответственно растет температура проводника проводник нагревается. Нагретый проводник начинает передавать тепло окружающим телам и окружающей среде путем теплопередачи.
Внутренняя энергия растет . А как можно увеличить внутреннюю энергию?
( Теплопроводностью и совершением работы)
Давайте потрем ладошки. Что мы чувствуем? Почему они нагреваются?
(Ребята рассуждают)
Тепло мы не подводим значит температура растет за счет совершения работы электрическим током
Собираем электрическую цепь, в которую последовательно включаем лампу накаливания и реостат. Для измерения силы тока и напряжения на лампе применяем амперметр и вольтметр, учащимся уже известно, что в проводнике при протекании тока происходит превращение электрической энергии во внутреннюю, и проводник нагревается.
Они неоднократно наблюдали тепловое действие тока в бытовых приборах.
На опыте с лампой накаливания учащиеся убедились, что накал лампы возрастал при увеличении тока. Но нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.
Демонстрация:Показывающий тепловое действие тока в цепочке состоящей из двух последовательно соединенных проводников разного сопротивления:. 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.
Мы знаем формулу для работы A=IUt. В неподвижном проводнике вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, т.е. на то, чтобы увеличивалась внутренняя энергия, следовательно Q=A=UIt.
Из закона Ома для участка цепи следует U=IR, тогда Q=I2Rt
Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.
Закон в 1831-1842 гг. был получен экспериментально двумя учеными Джоулем и Ленцем
независимо друг от друга. Метод, которым пользовался Ленц был более совершенным, а
результаты получены более точные. Вывод из опытов Ленц сделал на несколько лет раньше,но публикация Джоуля опередила публикацию Ленца.
Джеймс Джоуль (английский физик ) Эмилий Христианович Ле( российский физик)
Необходимо заметить, что формулы Q=I2Rt, (1)
Q=A=UIt, (2)
Q=U2 t/R (3)
Дело в том, что первая формула всегда определяет превращения электрической энергии во внутреннюю, т.е. Q. По второй и третьей формулам определяют расход электрической энергии, идущий как на нагревание, так и на совершение механической работы. Для неподвижных проводников эти формулы совпадают.
Оформление доски
| A=I*U*t Q=A= I*U*t I=U/R Q= U/R*U*t Q=U2/R*t U=I*R Q=I* I*U*t Q= I 2*U*t | Зависимость накала лампы от силы тока: I-увеличивается I1 Q1 | Зависимость нагревания проводников от сопротивления: L1=L2=L3 I1=I2=I3 R1= R2= R3= R1>R2>R3 Q1>Q2>Q3 | 1.Последовательное соединение  R1>R2 Q1>Q2 Q= I 2*U*t 2.Параллельное соединение проводников  R1>R2 Q1 Q=U2/R*t |
Выступления учащихся ( Это интересно)
Эмилий Христианович Ленц [12(24).2.1804, Тарту, - 29.1(10.2).1865, Рим], русский физик и электротехник, академик Петербургской АН (1830). В 1820 году поступил в Дерптский (ныне Тартуский) университет. В 1823 году, не закончив обучения, занял место физика на шлюпе "Предприятие", отправлявшемся в кругосветное плавание (1823-1826) под командой О. Е. Коцебу, провёл океанографические исследования, за которые в 1828 году был избран адъюнктом Петербургской АН. В 1830 году был избран экстраординарным академиком, в 1834 году - ординарным. В 1836 году возглавил кафедру физики и физической географии в Петербургском университете, с 1863 года ректор университета. В 1833 году установил так называемое правило Ленца для определения направления индуцированных токов. В совместной работе с Якоби "О законах электромагнитов" (ч. 1-2, 1838-1844) дал методы для расчёта электромагнитов (использовавшиеся до 80-х годов 19 века, когда были открыты законы магнитной цепи); установил обратимость электрических машин. Обнаружил явление "реакции якоря" и для уменьшения его действия предложил использовать сдвиг щёток машин. В 1842 году точными экспериментами обосновал закон теплового действия электрического тока, открытый в 1841 году Джоулем (закон Джоуля-Ленца). Изобрёл прибор для изучения формы кривой переменного тока. Автор работ по установлению зависимости сопротивления металлов от температуры, по обоснованию закона Ома, созданию баллистического метода для измерения магнитного потока (совместно с Б. С. Якоби) и др. Известен также работами по геофизике. Исследовал вертикальное распределение температуры и солёности воды в океанах, суточный ход температуры воздуха на разных широтах. Одним из первых предложил метод барометрической нивелировки. Ленц придавал большое значение преподаванию физики в средней школе. Его "Руководство к физике, составленное для русских гимназий" (1839) выдержало 11 изданий.
ДЖОУЛЬ ДЖЕЙМС ПРЕСКОТТ-
выдающийся английский ученый. Дж. Джоуль родился вблизи Манчестера в Англии в семье богатого владельца пивоваренного завода. Он получил домашнее образование. В течение трех лет его наставником был выдающийся химик
Джон Дальтон. Именно Дальтон привил Джоулю любовь к науке и страсть к сбору и осмыслению численных данных, на
которых основаны научные теории и законы. К сожалению, математическая подготовка Джоуля была слабой, что в дальнейшем очень мешало ему в исследованиях и, возможно, не дало ему сделать еще более значительные открытия.
У Джоуля не было никакой профессии и никакой работы, кроме помощи в управлении заводом отца. Вплоть до
1854 г., когда завод наконец был продан, Джоуль работал на нем и урывками, по
ночам, занимался своими опытами. После 1854 г. у Джоуля появились и время, и средства, чтобы построить в
собственном доме физическую лабораторию и полностью посвятить себя экспериментальной физике.
Позднее Джоуль начал испытывать материальные затруднения и для продолжения исследований обратился за финансовой помощью к королеве Виктории. В течение 1837-1847 гг. Джоуль все свободное время посвятил разнообразным экспериментам по превращению различных форм энергии – механической, электрической, химической, – в тепловую энергию. Он разработал термометры, измерявшие температуру с точностью до одной двухсотой градуса, что позволило
ему проводить измерения с наилучшей для того времени точностью. В 1840 г. Джоуль формулирует
закон, определяющий количество теплоты, выделяющейся в проводе при прохождении тока (известный сейчас как закон
Джоуля). В июне 1847 г. Джоуль представил доклад на собрании Британской ассоциации ученых, в котором он сообщил о
наиболее точных измерениях механического эквивалента теплоты. На полусонных слушателей доклад не произвел никакого впечатления, пока молодой пылкий Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин) не объяснил своим престарелым коллегам значение работы Джоуля. Доклад стал поворотным пунктом в его карьере. В 1850 г. Джоуль был избран членом Лондонского королевского общества. Он стал одним из авторитетнейших ученых своего времени, обладателем многих титулов и наград. Королева возвела его в рыцарское достоинство. Именем Джоуля была названа единица энергии.
Джоуль обладал выдающимися способностями физика-экспериментатора. Его страсть к науке была беспредельной.
Даже во время медового месяца он находил время для измерения температуры воды у вершины и подножия живописного водопада, около которого они с молодой женой жили, чтобы убедиться, что разность значений температуры воды соответствует закону сохранения энергии! Джоуль верил, что природа устроена просто, и стремился найти простые соотношения между важными физическими величинами. Ему удалось найти два таких соотношения, которые навсегда сохранили его имя в науке. Исследования Джоуля Начиная с 1841 г. Джоуль занимался исследованием выделения теплоты электрическим током. В это время, в частности, он открыл закон, независимо от него установленный также Ленцем
(закон Джоуля-Ленца). Исследуя затем общее количество теплоты, выделяемой во всей цепи, включая и гальванический элемент, за определенное время, он определил, что это количество теплоты равно теплоте химических реакций, протекающих в элементе за то же время. У него, Джоуля, складывается мнение, что источником теплоты, выделенной в цепи электрического тока, являются химические процессы, проходящие в гальваническом
элементе, а электрический ток как бы разносит эту теплоту по всей цепи. Он писал, что "электричество может рассматриваться как важный агент, который переносит, упорядочивает и изменяет химическое тепло" Но источником
электрического тока может служить также и "Электромагнитная машина". Как в этом случае нужно рассматривать теплоту, выделяемую электрическим током? Джоуль задается также вопросом: что будет, если в цепь с гальваническим
элементом включить магнитоэлектрическую машину (т. е. электродвигатель), как повлияет это на количество теплоты, выделяемой током в цепи? Продолжая исследования в этом направлении, Джоуль и пришел к новым важным результатам, которые изложил в работе "Тепловой эффект магнитоэлектричества и механическая ценность теплоты", опубликованной в
1843 г. Прежде всего Джоуль исследовал вопрос о количестве теплоты, выделяемой индукционным током. Для этого он поместил проволочную катушку с железным сердечником в трубку, которая была наполнена водой, и вращал ее в магнитном поле, образованном полюсами магнита (рис. 63). Измеряя величину индукционного тока гальванометром, соединенным с концами проволочной катушки при помощи ртутного коммутатора, и одновременно определяя количество теплоты, выделенной током в трубке, Джоуль пришел к заключению, что индукционный ток, как и гальванический, выделяет теплоту, количество которой пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению. Затем Джоуль включил проволочную катушку, помещенную в трубку с водой, в гальваническую цепь. Вращая ее в противоположных направлениях, он измерял силу тока в цепи и выделенную при этом теплоту за определенный промежуток времени, так что катушка играла один раз роль электродвигателя, а другой раз - генератора электрического тока. Сравнивая затем количество выделенной теплоты с теплотой химических реакций, протекающих в гальваническом элементе, Джоуль пришел к заключению, что "теплота, обусловленная химическим действием, подвержена увеличению или уменьшению" и что "мы имеем, следовательно, в магнитоэлектричестве агента, способного обычным механическим средством уничтожать или возбуждать теплоту". Наконец, Джоуль заставлял вращаться эту трубку в магнитном поле уже под действием падающих грузов. Измеряя количество теплоты, выделившееся в воде, и совершенную при опускании грузов работу, он подсчитал механический эквивалент теплоты, который оказался равным 460 кГм/ккал. В том же году Джоуль сообщил об опыте, в котором механическая работа непосредственно превращалась в теплоту. Он измерил теплоту, выделяемую при продавливании воды через узкие трубки. При этом он получил, что механический эквивалент теплоты равен 423 кГм/ккал. В дальнейшем Джоуль вновь возвращался к экспериментальному определению механического эквивалента теплоты. В 1849 г. он проделал известный опыт по измерению механического эквивалента теплоты. С помощью падающих грузов он заставлял ось с лопастями вращаться внутри калориметра, наполненного жидкостью (рис. 64). Измеряя совершенную грузами работу и выделенную в калориметре теплоту, Джоуль получил механический эквивалент теплоты, равный 424 кГм/ккал. Открытие механического эквивалента теплоты привело Джоуля к открытию закона сохранения и превращения энергии. В лекции, прочитанной им в 1847 г. в Манчестере, он говорил:
"Вы видите, следовательно, что живая сила может быть превращена в теплоту и что теплота может превращаться в живую силу, или в притяжение на расстоянии. Все трое, следовательно, - именно, теплота, живая сила и притяжение на расстоянии (к которым я могу причислить свет) - взаимно превращаемы друг в друга. Причем при этих
превращениях ничего не теряется".
Самым важным применением теплового действия тока является электрическое освещение.
Сегодня ребята подготовили интересный материал по теме:
«Лампы накаливания и история их изобретения»
«Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве»
Устройство лампы накаливания:
На рисунке изображена газонаполненная лампа накаливания. Концы спирали 1 приварены к двум проволокам, которые проходят сквозь стержень из стекла 2 и припаяны к металлическим частям цоколя 3 лампы: одна проволока — к винтовой нарезке, а другая — к изолированному от нарезки основанию цоколя 4. Для включения лампы в сеть ее ввинчивают в патрон. Внутренняя часть патрона содержит пружинящий контакт 5, касающийся основания цоколя лампы, и винтовую нарезку 6, удерживающую лампу. Пружинящий контакт и винтовая нарезка патрона имеют зажимы, к которым прикрепляют провода от сети.
Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос. ( Подробнее познакомимся на следующем уроке)
Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (до 1000—1200 °С). Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром». Удельное сопротивление нихрома р = 1,1Ом-мм2/м что примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Большое удельное сопротивление нихрома дает возможность изготовлять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные элементы.
Нагревание проводника не может без источника тока ( Знакомство с проектной работой ученика 11 класса Бирюкова А) Альтернативный источник тока.
3) Закрепление изученного материала: (ребята работают подгруппами, совместно обсуждая решение задач)
- Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек накаливания?
- Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?
- Две проволоки одинаковой длины и сечения (железная и медная) соединены параллельно. В какой из них выделится большее количество теплоты?
- Спираль электрической лампы укоротили. Как изменится количество выделяемой в ней теплоты, если плитку включить в тоже напряжение?
- Какое количество теплоты выделится в течение часа в проводнике сопротивлением 10 Ом при силе тока 2 А?
Спасибо за урок!