Цель: выяснить характер зависимости между энергией, выделяемой на участке цепи, электрическим током и сопротивлением этого участка цепи. ознакомить учащихся с законом Джоуля-Ленца. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Демонстрации: механическая работа электрического тока; измерение мощности в электрической цепи с помощью амперметра и вольтметра.
Ход урока
I . Организационный момент
II . Проверка знаний
Фронтальный опрос
III . Изучение нового материала
План изложения нового материала:
1. Работа электрического тока как характеристика процесса вращения электрической энергии.
2. Расчет работы электрического тока.
3. Мощность электрического тока.
4. Измерение работы и мощности электрического тока.
5 . Тепловое действие электрического тока.
6. Закон Джоуля-Ленца.
1. Изучение нового материала целесообразно начать с повторения понятий энергии и механической работы, с которыми учащиеся знакомились при изучении механики в 7 классе.
Учитель задает вопрос:
– Что понимают под механической энергией и работой?
В качестве примера можно рассмотреть падение тела в поле тяготения Земли, приведя следующие рассуждения: если тело массой т падает с высоты А, по высоты Иг, то при этом сила тяжести совершает работу А = mg ( h 1 – h 2 ). Эта работа равна изменению потенциальной энергии тела: А = Ет – Ет. Но общая механическая энергия тела не изменилась, она -стала равной сумме потенциальной и кинетической энергии тела на высоте Л;. Отсюда вывод: работа характеризует изменение энергии или превращение одного вида энергии в другой. В данном случае происходит превращение одного вида механической энергии (потенциальной) в механическую энергию другого вида (кинетическую).
Далее учитель сообщает, что работа электрического тока также характеризует процесс превращения энергии одного вида (энергии электрического поля) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механическую и другие виды энергии).
При введении понятия работы электрического тока можно воспользоваться опытами, непосредственно демонстрирующими механическую работу электрического тока (подъем груза электродвигателем). Для демонстрации собирают установку из электродвигателя, последовательно с которым включают реостат и демонстрационный амперметр.
Учащиеся на опыте видят, что электрический ток совершает работу, следовательно, электрическая энергия превращается в механическую.
– Какие еще явления показывают, что электрический ток может совершать работу?
2. Чтобы установить, от чего зависит работа электрического тока, можно воспользоваться установкой с лампой накаливания. Изменяя сопротивление реостата, демонстрируется различное свечение лампы. Одновременно замеряется значение силы тока и напряжение в этих случаях. Очевидно, чем ярче светится лампа, тем больше выделяется в ней энергии и, следовательно, тем большую работу совершает электрический ток. Следовательно, именно этому случаю соответствуют и большие значения силы тока и напряжения. Опыт дает возможность качественно установить, что:
Работа электрического тока пропорциональна силе тока , напряжению , к времени прохождения тока
А = IUt . Формулу работы можно получить и из известного учащимся выражения
За единицу работы электрического тока принят Джоуль. Джоуль равен работе, выполняемой электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В за 1 с:
3. Мощность электрического тока. С понятием мощности учащиеся уже встречались при изучении механики. Поэтому вначале можно повторить определение мощности и единицы ее измерения. – Что понимают под механической мощностью? (Ответы учеников.) Чтобы найти среднюю мощность электрического тока, надо его работу разделить на время:
За единицу мощности принят ватт (Вт):
1 Вт = 1 В 1 А.
4. Для измерения работы электрического тока нужен прибор, учитывающий напряжение, силу тока и время прохождения тока. Таким прибором является электрический счетчик. Электрические счетчики устанавливаются везде, где используется электрическая энергия.
Для измерения мощности электрического тока используются ваттметры, учитывающие напряжение и силу тока. Измерить мощность можно и с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, умножают напряжение на силу тока, найденные по показаниям приборов.
5. При введении понятия работы электрического тока мы уже пользовались тепловым действием тока (нагревание проводников). Собираем электрическую цепь, в которую последовательно включаем лампу накаливания и реостат. Для измерения силы тока и напряжения на лампе применяем демонстрационные амперметр и вольтметр.
Учащимся уже известно, что в проводнике при протекании тока происходит превращение электрической энергии во внутреннюю, и проводник
нагревается.
Почему при прохождении электрического тока 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.
6. Закон Джоуля-Ленца. Учащиеся знают уже формулу для работы Q = Ult . Кроме того, им известно, что в неподвижных проводниках вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, то есть на то, чтобы увеличить их внутреннюю энергию. Следовательно, количество теплоты
Q = А = Ult .
IV . Решение задач
Домашнее задание .
§ 42
Упражнение 21