Урок на тему: "Закон Джоуля - Ленца. Електронагрівальні прилади"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Людині варто дивуватися людським дивам

         В. Шефнер

         ТЕМА УРОКУ.  

Закон Джоуля – Ленца. Електронагрівальні прилади

МЕТА УРОКУ:

• НАВЧАЛЬНА: дати учням знання про закон Джоуля-Ленца; глибше з’ясувати    поняття теплової дії струму та кількісної міри цієї величини. Показати універсальність закону збереження та перетворення енергії на прикладі електричних і теплових процесів; сформувати уявлення учнів про електронагрівальні прилади.
• РОЗВИВАЛЬНА:  розвивати пізнавальний інтерес та логічне мислення, вміння працювати в групах; розвиток вміння давати самооцінку своїй діяльності, формування наукового світогляду учнів.
• ВИХОВНА:  стимулювання і розвиток ініціативи учнів;  залучити учнів до енергозбереження, формувати навички екологічного і безпечного стилю життя; виховання старанності, вміння спокійно вирішувати проблеми в режимі обмеженого часу; виховання чесності, об’єктивності щодо самооцінки своєї діяльності.

Обладнання: комп’ютер, проектор, екран, програмне забезпечення (презентація до уроку), різні типи електричних ламп, електрична праска, джерело струму, вольтметр, амперметр, з’єднувальні провідники, резистор, вимикач.

Тип уроку:  урок вивчення нової теми.

 

 

 

 

 

 

ПЛАН УРОКУ.

1.               Організаційний момент. Розминка «Кольоропис» (2хв)
2.               Актуалізація опорних знань. Заповнення таблиці «Перевір себе». Виконання вправи «Перевертні» ( 7 хв)
3.               Оголошення теми та мети уроку. Мотивація знань «Чорний ящик» (3 хв)
4.               Сприйняття та засвоєння нового матеріалу. Пояснення вчителя (15 хв)
5.               Закріплення вивченого на уроці. Розв’язування задач (9 хв)
6.               Підведення підсумків уроку. Рефлексія (2 хв)
7.               Домашнє завдання (2 хв)

ХІД УРОКУ

Етап уроку	Час, хв	Форми і методи діяльності	Результат
1.Організаційний момент. Розминка	2	«Кольоропис»	Визначення психоемоційного стану учнів
2.Актуалізація опорних знань	7	«Перевір себе» «Перевертні»	Повторення вивченого матеріалу. Розвиток логічного мислення
3.Мотивація навчальної діяльності	3	«Чорний ящик»	Розвивати пізнавальний інтерес, логічне мислення
4.Сприйняття та засвоєння нового матеріалу	15	Пояснення вчителя	Сприйняття нового матеріалу
5.Закріплення вивченого на уроці	9	Розв’язування задач	Застосування набутих знань під час відповідей на запитання та розв’язування задач
6.Підсумки уроку	2	Вірш «Кольоропис»	Визначення психоемоційного стану наприкінці уроку та порівняння його з тим, що був на початку
7.Домашнє завдання	2		Ефективне засвоєння навчального матеріалу

 

1. Організаційний момент.  Розминка «Кольоропис» ( учні мають смужки синього, чорного та червоного кольорів, обирають одну згідно їхнього настрою на початку уроку)
2. Актуалізація опорних знань.

Заповнення порожніх пропусків в таблиці «Перевір себе»

№	Назва фізичної величини	Позначення	Одиниця вимірювання	Формула	Прилад
1	Сила струму
2		U
3					омметр
4			Дж
5	Потужність електричного струму

Перевірка виконання завдання «Заповни пропуски»

№	Назва фізичної величини	Позначення	Одиниця вимірювання	Формула	Прилад
1	Сила струму	I	А	I = q/t	амперметр
2	напруга	U	В	U = A/q U = IR	вольтметр
3	опір	R	Ом	R = U/I R = ρl/S	омметр
4	Робота електричного струму	A	Дж	A = Uq A = UIt	лічильник
5	Потужність електричного струму	P	Вт	P = A/t P = UI	ватметр

Виконання вправи «Перевертні» ( учні мають скласти слова із складів фізичних понять: електричний струм, потужність, робота, напруга)

3. Мотивація навчальної діяльності учнів

Вправа «Чорний ящик» ( всередині чорного ящика лежать два прилади: праска і лампочка, учні мають по характеристиці, яку читає вчитель повинні відгадати назву предметів)

1. Народилася я в 19 ст. Батьки мої – російський інженер Олександр Лодигін та американський винахідник Томас Едісон. Спочатку я мала коротке життя, була недовговічною, слабкою, дуже швидко виходила з ладу. Але мої винахідники довго працювали над моїм удосконаленням і значно збільшили тривалість мого життя.

 Моя досконала форма скляного балона приваблює погляди людей. Я маю тоненькі молібденові ніжки які тримають вольфрамову нитку, яка нагрівається до температури 300°С. Ви вже здогадались, хто я?

Всередині балона благородний аргон, який продовжує моє довголіття.

Живлюсь від джерела струму.

2. Я – вірна ваша помічниця, я роблю вас привабливими. Якби ви знали, як мені спекотно буває, коли я приводжу до ладу ваш одяг, а особливо хлоп’ячі брюки. Добре, що зараз усі носять джинси. Здогадались, хто я?

Що спільного між лампою розжарення і праскою ( обидва прилади – електронагрівальні).              Оголошення теми уроку

4.  Сприйняття та засвоєння нового матеріалу.

Сьогодні на уроці ми розглянемо теплову дію струму, закон Джоуля-Ленца та практичне використання теплової дії струму. Таке застосування струму ми маємо змогу спостерігати щодня в побуті: праски (мал. 3), електричні плитки (мал. 2), чайники, кип’ятильники (мал. 3). Електричний струм нагріває провідник. Це явище нам добре відоме. Якщо металевий провідник зєднати з джерелом струму, то при проходженні струму дріт нагрівається до червоного кольору. Чому це відбувається? Бо вільні електрони, які переміщуються під дією електричного поля, взаємодіють із зустрічними атомами або іонами речовини провідника й передають їм частину своєї енергії. Якщо провідник нерухомий, то ця енергія перетворюється у внутрішню енергію провідника, що призводить до його нагрівання.

Необхідно знати, від чого залежить кількість теплоти, яка виділяється в провіднику при проходженні струму. Ці знання допоможуть або збільшити тепловий ефект дії струму, або звести його до мінімуму.

Це питання зумів експериментально у 1841 році вирішити англійський вчений Джордж Джоуль, а через рік російський учений Емілій Ленц. Тому встановлений ними закон має назву «закон Джоуля-Ленца».

Отже, робота струму може повністю витрачатися на збільшення внутрішньої енергії тіла, тоді:

.

Позначимо кількість теплоти буквою Q. Згідно сказаного Q = A, або    .

Із закону Ома для ділянки кола . Якщо це врахувати, то:

.

Кількість теплоти, яку виділяє провідник зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника і часу. Це і є закон Джоуля-Ленца.

Використовуючи закон Ома для ділянки кола, ми отримаємо формули:

Ці формули не ідентичні, бо перша формула завжди визначає перетворення електричної енергії на внутрішню, тобто кількість теплоти.

 

За іншими формулами в загальному випадку визначають витрати електричної енергії, що йде як на нагрівання, так і на виконання механічної роботи. Для нерухомих провідників ці формули збігаються.

Зупинимося детальніше на лампах розжарювання. Основна їх частина-спіраль із тонкого вольфрамового дроту. Вольфрам - це тугоплавкий метал, що плавиться при температурі 3387 С°. У лампі розжарення спіраль нагрівається до 3000 С° і світиться яскравим світлом. Розглянемо будову лампи розжарювання (мал. 4) :

Кінці спіралі 1 приварено до двох дротин, які проходять крізь скло балона 2 і припаяні до металевих частин цоколя 3 лампи (одну дротину припаяно до гвинтової нарізки, а другу-до основи цоколя, ізольованої від нарізки.

Щоб лампу увімкнути в мережу, її вкручують у патрон. Внутрішня частина патрона має пружинний контакт 5, що стискається з основою цоколя лампи, і гвинтову нарізку 4, яка утримує лампу. Пружинний контакт і гвинтова нарізка патрона мають затискачі, до яких прикріплюють проводи від мережі.

 

Будь-який електричний нагрівальний прилад містить нагрівальний елемент-це провідник з великим питомим опором, що може витримувати, не руйнуючись, нагрівання до високої температури (1000-1200С°). Найчастіше для виготовлення нагрівального елемента застосовують сплав, відомий під назвою ніхром, бо його великий питомий опір дозволяє виготовляти малі за розмірами нагрівальні елементи.

Нам відомо, що електричні кола розраховані на певну силу струму. Якщо опір кола з якихось причин зменшиться, то сила струму зросте, і може стати більшою за допустиму. Природно, що при цьому нагріватимуться проводи, можливе загоряння ізоляції проводів і навіть їх розплавлення. Таке зменшення опору кола може виникнути в разі приєднання паралельно додаткових споживачів струму, наприклад, електричних плиток або в результаті короткого замикання. Під коротким замиканням розуміють з’єднання кінців ділянки кола провідником, опір якого дуже малий порівняно з опором ділянки кола. Коротке замикання може виникнути, наприклад, під час ремонту проводки під струмом або при випадковому зіткненні оголених проводів.

У випадку короткого замикання струм може сягнути дуже значної величини і виникне небезпека пожежі. Уникнути цієї небезпеки допомагають запобіжники, які призначені для вимкнення лінії,якщо сила струму раптом стане більшою від допустимої норми.

У наших будинках також є запобіжники, дія яких ґрунтується на тому, що частина легкоплавкого провідника, що є в запобіжнику, при перевантаженні плавиться. Тому коло розмикається. Такі запобіжники називають плавкими. Існують також запобіжники, дія яких ґрунтується на тепловому розширенні тіл під час нагрівання.

У разі перегоряння запобіжника його треба замінити, а не використовувати будь-які провідники, так звані “жучки”, оскільки це небезпечно.

5. Закріплення вивченого на уроці.

Чому іноді розетка чи штепсельна вилка працюючого електроприладу дуже нагрівається?  ( Бо великий опір поганого контакту штирів і гнізда розетки. Також таке спостерігається при перевантаженні розетки і вилки)

 

Задачі, що розв’язуються на уроці:

На цоколі лампочки написано 220 В,100 Вт .За цими даними визначте кількість теплоти, що виділяється в спіралі лампочки за 5 хв. світіння.

6. Підсумки уроку

• Яку дію електричного струму вивчили? (теплову)
• Від чого залежить теплова дія струму? ( від сили струму)
• З якими приладами познайомилися? ( електронагрівальними)
• Що є основною частиною нагрівального приладу? ( нагрівальний елемент)

 

Здавалося, що буде так завжди:

Зелене листя і блакитне небо,

І чистота джерельної води –

Всього доволі, стільки, скільки треба.

Здавалось людям, що ось так весь час

Земля ділити щедро буде з ними

Всім тим, що відкладала про запас –

Скарбами не вичерпними своїми.

Та час минає, все ясніш стає:

Робити треба висновки належні.

Земля свої багатства віддає,

Вони ж, хоч і великі, не безмежні.

І треба правильні шляхи знайти,

Щоб те, що є у людства зберегти.

7. Домашнє завдання.

- Опрацювати теоретичний матеріал за підручником (§ 34; 35),

•                   Підрахувати витрати та вартість електричної енергії у своєму помешканні за день, місяць, рік. Запропонувати шліхи зменшення витрат.
•                   Підготувати повідомлення на тему: «Енергозберігаючі лампи: за та проти»
•                   Написати твір на тему: «Як я зберігаю електроенергію в школі та вдома»

Рефлексія

Ви на уроці дізнались щось нове?

Чи сподобався вам урок?

Чого нового ви навчилися?

Перевіримо ваш настрій зараз. Підніміть ту смужку, яка найбільше відповідає вашому настрою. У кого змінився настрій на кращий? На гірший?