Тема урока: Энергия искры. Закон Джоуля-Ленца
Цели и задачи
- Цель: Установить количественную зависимость количества теплоты, выделяемого проводником с током, от параметров электрической цепи (сила тока, сопротивление, время).
- Образовательная задача: Сформулировать закон Джоуля-Ленца и научиться применять его для решения расчетных и качественных задач.
- Развивающая задача: Развивать навыки выдвижения гипотез и их экспериментальной проверки в ходе мысленного или реального эксперимента.
- Воспитательная задача: Формировать культуру безопасного обращения с электроприборами и понимание причин возникновения пожаров из-за неисправности проводки.
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе анализа профессий, связанных с энергетикой.
- Понимание ценности экологического потребления электроэнергии.
- Критическое отношение к информации о «сверхэффективных» обогревателях, не соответствующих законам физики.
Метапредметные
- Умение самостоятельно определять цели обучения и ставить задачи.
- Умение создавать, применять и преобразовывать знаково-символические средства (формулы) для решения учебных задач.
- Развитие навыков смыслового чтения научно-популярных текстов о тепловом действии тока.
Предметные
- Знать формулировку и математическую запись закона Джоуля-Ленца.
- Уметь объяснять причины нагревания проводников при прохождении электрического тока с точки зрения электронной теории.
- Уметь рассчитывать количество теплоты в цепях с последовательным и параллельным соединением.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Формирование ответственного отношения к учению.
- Развитие познавательных интересов на основе связи физики с бытовыми ситуациями.
Регулятивные УУД
- Самостоятельное планирование путей достижения целей.
- Владение основами самоконтроля и самооценки.
Познавательные УУД
- Умение устанавливать причинно-следственные связи.
- Построение логического рассуждения и вывода.
Коммуникативные УУД
- Умение организовывать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками.
- Адекватное использование речевых средств для аргументации своей позиции.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить демонстрационную установку: источник тока, амперметр, вольтметр, ключ, реостат, два резистора разного сопротивления (например, 2 Ом и 10 Ом), обмотанные тонкой полоской бумаги или парафином.
- Распечатать карточки для самостоятельной работы (3 уровня сложности) — 15 экземпляров.
- Подготовить видеофрагмент (30 сек) с тепловизионной съемкой работающего системного блока компьютера или удлинителя.
- Открыть учебник Перышкина на стр. 150–152.
- На доске подготовить таблицу для записи результатов эксперимента.
Ход урока
Этап 1. Мотивация и самоопределение (3 мин)
Цель этапа: создать эмоциональный настрой и вызвать интерес к проблеме нагрева проводников.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | «Здравствуйте! Сегодня мы начнем не с формул, а с жизненной ситуации. Посмотрите на экран (показывает видео с тепловизором). Почему провода удлинителя, к которому подключен мощный обогреватель, светятся ярко-оранжевым цветом в ИК-диапазоне, а сам провод кажется нам обычным?» | Слушают, смотрят на экран, осознают разницу между видимым спектром и тепловым излучением. |
2 мин | «Представьте, что вы — инженеры-проектировщики. Вам нужно решить: какой толщины провод выбрать для зарядки телефона, а какой — для электроплиты. Что произойдет, если мы их перепутаем? Почему в одном случае тепло — это благо (утюг), а в другом — причина катастрофы? Сегодня мы откроем закон, который управляет этим теплом». | Высказывают предположения: «Провод расплавится», «Сгорит изоляция». Осознают практическую значимость темы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Итак, мы видим, что электрический ток неизбежно вызывает выделение тепла. Наша задача сегодня — понять, от чего зависит количество этого тепла».
Этап 2. Актуализация знаний и фиксация затруднения (5 мин)
Цель этапа: повторить опорные понятия (работа тока, закон Ома) и выявить нехватку знаний для объяснения нагрева.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | «Давайте вспомним: что такое электрический ток? Что происходит с электронами в металле? Почему они сталкиваются с ионами решетки? Запишите на доске формулу работы электрического тока через напряжение и заряд». | Отвечают: «Направленное движение частиц». Один ученик пишет на доске: A = UIt. Объясняют, что при соударениях кинетическая энергия электронов передается ионам, увеличивая их внутреннюю энергию. |
2 мин | «Если проводник неподвижен и в нем не происходит химических превращений, куда девается вся работа тока? Мы знаем формулу работы, но можем ли мы прямо сейчас измерить теплоту, не зная напряжения, а зная только ток и сопротивление? В этом наше затруднение». | Фиксируют проблему: формула A=UIt требует знания напряжения, которое не всегда удобно измерять в каждой части цепи. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы знаем, что энергия не исчезает. Значит, работа тока полностью переходит в тепло. Нам нужно вывести формулу, связывающую теплоту с основными характеристиками проводника».
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Построение проекта выхода из затруднения (4 мин)
Цель этапа: сформулировать гипотезу и план исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | «Применим прием "Мозговой штурм". Как вы думаете, от каких величин зависит количество теплоты Q? Запишите свои идеи в тетрадь за 30 секунд». | Записывают величины: I (сила тока), R (сопротивление), t (время). |
2 мин | «Давайте составим план. 1. Вспомнить закон Ома. 2. Подставить его в формулу работы. 3. Проверить результат экспериментом. Кто готов предложить математический вывод?» | Предлагают план действий. Ученик у доски выводит: так как U = IR, то A = (IR) * I * t = I²Rt. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Гипотеза сформулирована: Q = I²Rt. Теперь нам нужно подтвердить её историческими фактами и опытом».
Этап 4. Реализация проекта / Открытие нового знания (12 мин)
Цель этапа: экспериментально подтвердить зависимость и зафиксировать закон.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | «Демонстрирую опыт. У нас два резистора: 2 Ом и 10 Ом, соединенные последовательно. Я пропускаю ток. Посмотрите на полоски бумаги, пропитанные парафином. На каком резисторе парафин плавится быстрее? Почему, ведь ток в цепи одинаковый?» | Наблюдают за опытом. Видят, что на резисторе с большим сопротивлением парафин плавится быстрее. Делают вывод: при одинаковом токе теплота прямо пропорциональна сопротивлению. |
4 мин | «Этот закон был открыт независимо двумя учеными: англичанином Джеймсом Джоулем и нашим соотечественником Эмилием Ленцем. Откройте учебник на стр. 151 и прочитайте точную формулировку закона. Обратите внимание на квадрат силы тока — что это значит для безопасности?» | Читают закон. Отвечают: «Если ток увеличится в 2 раза, тепла станет в 4 раза больше. Это очень опасно!» |
3 мин | «Запишем закон в тетрадь. Q = I²Rt. Это фундаментальный закон электротехники». Учитель поясняет границы применимости (только для неподвижных проводников). | Записывают формулу и формулировку закона в тетради. |
Запись в тетрадях
Закон Джоуля-Ленца: Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.
Формула: Q = I²Rt [Дж]
Формула: Q = I²Rt [Дж]
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы получили инструмент для расчета теплового действия тока. Теперь проверим, как он работает в реальных задачах».
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: научиться применять формулу в типовых ситуациях.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | «Решим задачу: Электрический утюг работает при силе тока 5 А. Сопротивление его нагревательного элемента 44 Ом. Сколько тепла выделится в утюге за 10 минут? Внимание на перевод единиц времени!» | Один ученик у доски, остальные в тетрадях. Переводят 10 мин в 600 с. Считают: Q = 5² * 44 * 600 = 25 * 44 * 600 = 660 000 Дж = 660 кДж. |
3 мин | «Вопрос на засыпку: почему подводящие провода к утюгу не нагреваются так сильно, как сам утюг? Используйте ПОПС-формулу для ответа». | Отвечают: «Я считаю, что провода холодные, потому что их сопротивление мало. Так как ток в них такой же, как в утюге, по закону Джоуля-Ленца тепла выделяется меньше. Например, медь — отличный проводник. Следовательно, тепло выделяется там, где сопротивление выше». |
Эталон решения
Дано: I = 5 A, R = 44 Ом, t = 600 с.
Найти: Q.
Решение: Q = I²Rt = 5² * 44 * 600 = 25 * 44 * 600 = 660 000 (Дж).
Ответ: 660 кДж.
Найти: Q.
Решение: Q = I²Rt = 5² * 44 * 600 = 25 * 44 * 600 = 660 000 (Дж).
Ответ: 660 кДж.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы отлично справились с качественным объяснением. Теперь — индивидуальная проверка».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: диагностика уровня усвоения материала.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | «Раздаю карточки. Выберите один из двух уровней: 'Синий' (базовый расчет) или 'Красный' (задача на изменение параметров). У вас 5 минут». | Выбирают уровень сложности и решают задачи самостоятельно. |
2 мин | «Время вышло. Посмотрите на слайд с ответами. Оцените себя: если ответ совпал — поставьте '+'. Если нет — подчеркните место, где ошиблись (арифметика или формула)». | Проводят самопроверку по эталону на экране. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Поднимите зеленые карточки те, у кого все верно. Желтые — у кого одна ошибка. Красные — кому нужна помощь».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: подведение итогов, оценка достижения целей.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | «Давайте вернемся к нашему видео с тепловизором. Теперь вы можете объяснить, почему плохой контакт в розетке приводит к пожару? Используйте закон Джоуля-Ленца». | Формулируют ответ: «В месте плохого контакта сопротивление R резко возрастает. По формуле Q=I²Rt количество теплоты тоже растет, что ведет к плавлению и возгоранию». |
3 мин | «Запишите домашнее задание. Обратите внимание на творческий уровень — он для тех, кто хочет разобраться в устройстве предохранителей». | Записывают задание в дневники. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — Верно решены задачи обоих уровней на карточке, дано полное обоснование качественного вопроса про нагрев проводов.
- «4» — Верно решена задача базового уровня, допущена одна негрубая ошибка в расчетах повышенного уровня.
- «3» — Верно решена только базовая задача, при этом допущены ошибки в переводе единиц в систему СИ.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какая величина в законе Джоуля-Ленца влияет на тепло сильнее всего? | Проверка осознания квадратичной зависимости от силы тока. |
Где в вашей квартире закон Джоуля-Ленца приносит пользу, а где — вред? | Связь с жизненным опытом и функциональная грамотность. |
Что было самым трудным в выводе формулы? | Выявление методических пробелов в математической подготовке. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы с вами не просто выучили формулу, а поняли физическую суть того, как электричество превращается в тепло. Этот закон — основа всей современной техники, от крошечного процессора в вашем смартфоне, который нужно охлаждать, до огромных электропечей на заводах. Помните: физика — это не только параграфы, это безопасность вашей жизни. На следующем уроке мы узнаем, как работают лампы накаливания и почему они уходят в прошлое. Спасибо за работу!»
Домашнее задание
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | §53, Упр. 37 (1, 2) | Прочитать текст параграфа, выучить формулировку закона, решить задачи на прямой расчет Q. |
Средний (повышающий) | Задача: Как изменится Q, если силу тока увеличить в 3 раза, а сопротивление уменьшить в 2 раза? | Аналитическая задача на изменение параметров формулы. |
Продвинутый (дополнительный) | Мини-проект «Почему плавится предохранитель?» | Подготовить краткое сообщение или схему о принципе работы плавкого предохранителя на основе закона Джоуля-Ленца. |
Контрольный вопрос: Во сколько раз увеличится количество теплоты, если время работы прибора увеличить в 2 раза, а силу тока в нем — в 3 раза?