Конспект урока физики «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца»

05.12.2023г.

Конспект урока физики 8 класс на тему:

«Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца»

Учитель: Казьмина Валентина Федосовна

Класс: 8

УМК: О. Ф. Кабардин «Физика 8»

Уровень: базовый

Основное содержание темы:

• работа электрического тока

• мощность электрического тока

• закон Джоуля-Ленца

Планируемые результаты:

Личностные:

• формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию;

• формирование мотивации к обучению и познанию;

• формирование убежденности связи и познаваемости явлений природы, высокой ценности науки.

Межпредметные:

Познавательные:

• установление причинно-следственных связей;

• установление сравнения и классификации;

• умение строить логическое рассуждение.

Регулятивные:

• умение преобразовывать практическую задачу в теоретическую;

• умение планировать пути достижения целей на основе самостоятельного анализа условий и средств их достижения;

• умение осуществлять познавательную рефлексию в отношении действий по решению учебных и познавательных задач.

Коммуникативные:

• умение организовывать учебное сотрудничество;

• учение слушать партнера;

• умение формулировать и аргументировать свое мнение, в том числе в ситуации столкновения интересов.

Предметные:

• формирование первоначальных представлений о работе и мощности электрического тока и формул для их вычисления;

• изучение закона Джоуля-Ленца;

• умение применять полученные знания для объяснения принципов действия важнейших технических устройств;

• умение решать практические задачи повседневной жизни;

• обеспечение безопасности своей жизни.

Задачи урока:

1. Обеспечить достижение предметных результатов обучения

Сформировать представления:

• о работе электрического тока, как мере превращения электрической энергии в другие виды энергии, используемые в быту и на производстве,

• о мощности электрического тока как величине, характеризующей интенсивность действия электрического тока.

• о законе Джоуля-Ленца;

• о способах экономии электроэнергии

• об алгоритме решения задач на определение стоимости электроэнергии

• об обеспечении безопасности своейжизни.

2. Обеспечить достижение метапредметных результатов обучения:

создать условия (учебные ситуации) для развития коммуникативных, регулятивных и познавательных УУД, приобретения опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации из различных источников, развить умения:

• планировать эксперименты, выявляющие зависимость работы электрического тока от напряжения, силы тока и времени его действия,

• описывать и обобщать результаты изучения технической документации (паспортов электробытовых приборов)

• представлять результаты наблюдений или измерений с помощью таблиц и диаграмм и выявлять на этой основе эмпирические зависимости;

• применять полученные знания для решения физических задач, создания памятки по экономии электроэнергии.

3. Обеспечить достижение личностных результатов обучения:

- способствовать формированию личностной позиции учащихся в учебной деятельности, развитию их познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей, самостоятельности в приобретении новых знаний;

- укрепить убеждённость в возможности познания законов природы,

- формировать понимание практической значимости и ценности знаний.

Тип урока: изучение и первичное закрепление новых знаний и способов деятельности

Оборудование: источник тока, ключи, электрические лампы на подставке, соединительные провода, амперметры, вольтметры, резисторы.

мультимедийный проектор, компьютер.

Ход урока

1 этап. Организационный

Приветствие, фиксация отсутствующих, проверка подготовленности учащихся к учебному занятию.

1 этап. Мотивационный

В начале урока представляю наглядно отраженные в диаграммах результаты проведенного накануне анкетирования учащихся по вопросу экономии электроэнергии.

С лайд 1

Слайд 2

Учитель: Из приведенных данных видно, что, хотя больше половины учеников и экономят электроэнергию, но делают это либо по привычке, либо лишь для экономии денег. Совсем мало тех, кто задумывались в этой связи о сохранении ресурсов планеты, а многие вообще не задумывались над проблемой энергосбережения.

Не пора ли задуматься и решить, нужно ли, и можно ли экономить электроэнергию? Актуален ли этот вопрос сегодня?

Учащиеся выражают свою позицию (возможные ответы):

-Вопрос актуален как с финансовой, так и с экологической точек зрения.

-Нет смысла экономить – выгода невелика.

Учитель: Двойственное отношение к вопросу энергосбережения предлагаю определить следующим тезисом: «Экономить не стоит переплачивать». /Слайд 3/

Как расставить знаки препинания в этом предложении, чтобы четко выразить свою позицию? Чтобы обосновать свой выбор, заглянем в квитанции на оплату электроэнергию. Предлагаю вам разобраться, за что же мы платим по этим квитанциям на самом деле. И как можно сократить эти затраты при помощи знаний по физике.

Кто из вас желает сегодня найти решение этой проблемы?

3 этап. Целеполагание

Тогда приступим – рассмотрим последние три столбца счет-квитанции за услугу электроснабжения. /Слайд 4/

Учащиеся рассматривают принесенные на урок квитанции и отвечают на вопросы учителя.

Учитель: В последнем столбике написана стоимость электроэнергии в рублях. Как, по-вашему, была рассчитана эта стоимость?

Ученик: Цена умножена на расход электроэнергии.

Учитель: Хорошо, а в чем измеряется энергия?

Ученик: Энергия измеряется в джоулях

Учитель: Да, но в квитанции указана какая-то другая единица. В чем дело?

Ученик: Для решения проблемы пока не хватает знаний.

Учитель: Определим сначала, зачем мы покупаем электроэнергию?

Ученик: Чтобы работали холодильник, стиральная машина, фен, микроволновка и т.д. /Слайд 5/

Учитель: Получается – мы оплачиваем работу электрического тока. И для решения нашей проблемы нам стоит внимательнее присмотреться к этой величине.

Итак, определим тему нашего урока.

Ученик: Тема урока «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца» /Слайд 6/

Учитель: Определим цель урока.

Учащиеся совместно с учителем формулируют цель урока: /Слайд 7/

Сформировать знания о работе и мощности электрического тока для определения критериев, которые помогут нам найти способы эффективного использования и экономии электроэнергии.

Учитель: Какие поставим задачи?

1. Выяснить от каких величин зависит работа и мощность электрического тока.

2. Вывести расчетные формулы работы и мощности.

3. Узнать, в каких единицах измеряется работа и в каких мощность.

4. Научиться измерять работу и мощность тока и рассчитывать стоимость электроэнергии.

5. Найти способы эффективного использования и экономии электроэнергии.

Учитель: Какими способами будем достигать поставленных цели и задач?

-Проводить эксперименты

-Находить и анализировать информацию в учебнике и дополнительных источниках.

-Выводить формулы.

-Решать задачи.

-Размышлять, высказывать предположения, делать выводы.

Этот урок входит в серию учебных занятий, имеющих практико-ориентированную направленность, завершающих раздел «Электрические явления». Данный урок разработан с целью погружения учащихся в практические проблемы эффективного использования электроэнергии на материале предмета «физика».

4 этап. Актуализация опорных знаний

Фронтальный опрос: /Слайд 8-9/

1. Что такое напряжение? Напишите формулу.

2. Запишите закон Ома для участка цепи.

3. Чему равна механическая работа, как обозначается и в каких единицах она измеряется?

4. Что такое мощность? Какой буквой обозначается и в каких единицах измеряется?

5. Какую величину можно рассчитать по формуле RS/l

6. Рассчитайте общее сопротивление цепи, если сопротивление каждого резистора 6 Ом

7. Что показывает второй амперметр, если первый показывает 0,16 А?

А1

А !1! 1

R1 = 2 Oм

А2

А1

Тест. Соединение проводников. /Приложение 1/

/Слайд 10/- ключ для проверки правильности выполнения теста;

5 этап. Изучение нового материала. (Учебно-познавательная деятельность).

Учитель:Чтобы определить какую работу совершает электрический ток необходимо ответить на несколько вопросов:/ Слайд 11/

Учитель: Что такое напряжение?

Ученик: Напряжение показывает, какая работа совершается электрическим полем по перемещению электрического заряда: U=A/q.

Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок.

Учитель: Что такое сила тока? Что она показывает?

Ученик: Сила тока показывает, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени: I=q/t.

Из приведенных выше формул следует:

A = U q (1)

q = I t (2)

Подставив (2) в (1), получим: A = U I t

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок.

Единицы измерения работы – Дж (джоуль).

1 Дж = 1В*1А*1с

работа электрического тока [A]=1 Дж;

напряжение на участке цепи [U]=1 В;

сила тока, проходящего по участку [I]=1 А;

время прохождения заряда (тока) [t]=1 с.

Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.

Рис. 1. Схема и часы для измерения

Например:

I = 1,2 А СИ Решение

U = 5 В А = U⋅I⋅t = 5В⋅1,2А⋅90с = 540 Дж 

t = 1,5 мин = 90 с

Работу тока (или израсходованную на совершения этой работы электроэнергию) измеряют с помощью специального прибора - электрического счетчика /слайд 12-13/.

Обрати внимание!

Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.

1 кДж = 1000 Дж или 1 Дж = 0,001 кДж;
1 МДж = 1000000 Дж или 1 Дж = 0,000001 МДж.

Для потребителей электрической энергии существуют приборы, позволяющие в пределах ошибки измерения получать числовые данные о ее расходе в единицу времени.

Рис. 2. Электросчетчик

Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени: N = Аt. 

Чтобы найти мощность электрического тока, надо поступить точно также, т.е. работу тока, A=U⋅I⋅t, разделить на время.

Учитель: Электрическая мощность обозначается: Р. /слайд 14/

P=At=U⋅I⋅tt=U⋅I. Таким образом:

Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока: P=U⋅I.

Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.

Единица измерения мощности – Вт (ватт). 1 Вт = 1А*1В

Рис. 3. Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока

За единицу мощности принят ватт: 1 Вт = 1 Дж/с.

Из формулы P=U⋅I следует, что

1 ватт = 1 вольт ∙ 1 ампер, или 1 Вт = 1 В ∙ А.

Обрати внимание!

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
1 гВт = 100 Вт или 1 Вт = 0,01 гВт;
1 кВт = 1000 Вт или 1 Вт = 0,001 кВт;
1 МВт = 1000000 Вт или 1 Вт = 0,000001 МВт.

Таким образом, /Слайд 15/ для измерения мощности необходимо два прибора: амперметр и вольтметр.

Пример:

Измерим силу тока в цепи с помощью амперметра, а напряжение на участке — с помощью вольтметра.

Рис. 4. Схема

Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:

Дано:  Решение

I=1,2А

U=5В P =U⋅I=5А⋅1,2В=6Вт.

Специальный прибор для измерения мощности тока - ваттметр. /Слайд 16/

Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.

В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.

Рис. 5. Лампы различной мощности в цепи

Сила тока в лампочке мощностью 25 ватт будет составлять 0,1 А. Лампочка мощностью 100 ватт потребляет ток в четыре раза больше — 0,4 А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно 220 В. Легко можно заметить, что лампочка в 100 ватт светится гораздо ярче, чем 25-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в 4 раза больше, потребляет в 4 раза больше тока. Значит: 

Обрати внимание!

Мощность прямо пропорциональна силе тока.

Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение 110 В и 220 В.

Рис. 6. Лампа, подключенная к источнику тока с различным напряжением

Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:

Обрати внимание!

Мощность зависит от напряжения.

Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:

Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в 2 раза мощность увеличивается в 4 раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).

Рис. 7. Маркировка

Учитель: Нагревание проводника зависит от силы тока и сопротивления, а чем дольше будет подключен проводник, тем большее количество теплоты выделится при нагревании

Тепловое действие тока на опытах было изучено английским ученым Дж. Джоулем и русским ученым Э.Ленцем независимо друг от друга, поэтому данный вывод носит название

Закон Джоуля-Ленца:

Q=I²Rt

При прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделяющейся в проводнике прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Учитель: Единицы работы электрического тока, применяемые на практике /слайд 17/.

Практически на всех электроприборах, используемых в быту и технике, в техническом паспорте указывается мощность тока, на которую они рассчитаны - номинальная мощность. Зная мощность, легко можно определить работу тока за заданный промежуток времени: A =P∙t 1Дж = 1Вт ∙ с.

Однако эту единицу работы неудобно использовать на практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит работу в течение длительного времени, например в бытовых приборах – в течение нескольких часов, в электропоездах – даже в течение нескольких суток. Поэтому на практике, вычисляя работу тока, удобнее время выражать в часах, а работу не в джоулях, а в других единицах: ватт ∙ час (Вт ∙ ч) и кратных им единицах.

1 Вт · ч = 3 600 Вт · с = 3600 Дж

1 г Вт · ч = 100 Вт · ч = 360 000 Дж

1 к Вт · ч = 1 000 Вт · ч = 3 600 000 Дж

• А знаете ли вы, что… … 1 кВт·ч электроэнергии достаточен для выпечки 36 кг хлеба; добычи 30 кг нефти или 40 кг каменного угля; выплавки около 20 кг чугуна; производства 2.7 кг газетной или 1.5 кг бумаги.

• … для выработки 1 кВт·ч электроэнергии на электростанциях расходуется около 600 г угля или 300 г жидкого топлива – мазута. /Слайд 18/

6 этап. Закрепления изученного материала

Учитель: Как можно проверить теоретический вывод формулы мощности?

Ученик: Провести эксперимент с использованием вольтметра, амперметра.

ОПЫТ. Экспериментальное определение мощности электрической лампочки.

/Опыт проводит учитель с использованием ЦИМ/

U = 4,12 B Р=I*U P=0,4А*4,12В=1,648 Вт

I= 400 мА =0,4 А

Р - ?

Что такое номинальная мощность лампочки? Сравнить!!!

Работа в группах.

Задача.

Рассчитайте мощность электрической лампочки и работу электрического тока в ней за 10 с. /Слайд 19/

1. этап. Итоги урока. Выставление оценок /Слайд 20/

Учитель: Так как сэкономить на электроэнергии? /Слайд 21-23/

1. этап. Домашнее задание: п.12, задачи 12.2-12.4 /Слайд 24/

9 этап. Рефлексия /Слайд 25/

- Нарисуй настроение /Слайд26/.

Спасибо за урок. /Слайд 27/

Приложение 1.

Тест. Виды соединения проводников.

1. Какая величина из перечисленных одинакова для всех последовательно соединенных проводников?

А) напряжение; Б) сила тока; В) сопротивление.

2. Какая величина из перечисленных одинакова для всех параллельно соединенных проводников?

А) напряжение; Б) сопротивление; В) сила тока.

3. При каком соединении получается разрыв в цепи, если одна из ламп перегорит?

А) при параллельном; Б) при последовательном; В) при параллельном и последовательном.

4. При последовательном соединении проводников верно, что ...
А. 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ... В. R_общ больше большего из сопротивлений.
Б. R = R₁ + R₂ + ... Г. R_общ меньше меньшего из сопротивлений.

5. При параллельном соединении проводников верно, что ...
А. Их общее сопротивление меньше меньшего из сопротивлений.
Б. R = R₁ + R₂ + ...
В. Их общее сопротивление больше большего из сопротивлений.
Г. 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ...

6. Лампочку и резистор подключили к одинаковым источникам тока. В лампочке сила тока больше, чем в резисторе. Значит, ...
А. сопротивление лампочки больше, чем сопротивление резистора.
Б. нельзя узнать, сопротивление чего больше: лампочки или резистора.
В. сопротивление резистора больше, чем сопротивление лампочки.
Г. лампочка и резистор имеют равные сопротивления.

7. Напряжение на проводнике R_{1 =} 4 В. Каково напряжение на проводнике R₂?

А) 8 В; Б) 2 В; В) 4 В; Г) 16 В.

8. Для чего в электрической цепи применяют реостат?

А. для увеличения напряжения; В. для регулирования силы тока в цепи.

Б. для уменьшения напряжения; Г. для уменьшения сопротивления в цепи

9. Какая из схем соответствует последовательному соединению проводников?

А. только 1; В. только 3;

Б. только 2; Г. 1 и 2.

1 2 3

10. Проводники сопротивлением 20 Ом и 30 Ом соединены параллельно. Вычислите их общее сопротивление.

А. 50 Ом; Б. 60 Ом; В. 600 Ом; Г. 12 Ом.

Ответы: 1-Б; 2-А; 3-Б; 4-Б; 5-Г; 6-В;7-В; 8-В; 9-Б; 10-Г.

9-10 правильных ответов оценка «5»; 7-8 ответов - «4»; 5-6 - «3»; менее 5 - оценка «2»

Приложение 2

В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:

Таблица 1. Мощность различных приборов