Урок физики «Нагревание проводников электрическим током, закон Джоуля-Ленца»

Урок физики «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца» (модульная технология)

Сущность модульной технологии состоит в том, что взаимодействие педагога и обучающегося в учебном процессе осуществляется на принципиально новой основе: с помощью учебных элементов (модулей) обеспечивается осознанное самостоятельное достижение обучающимися определенного уровня подготовки. Учащийся полностью самостоятельно работает над предложенной ему индивидуальной программой, включающей в себя целевой план действий, информацию и методическое руководство по достижению поставленных дидактических целей. Успешность модульного обучения предопределяется соблюдением паритетных взаимоотношений между педагогом и учащимися. Принцип модульного обучения выражает, прежде всего, целенаправленность обучения, которая способствует формированию мотивации в обучении. Использовать модульную технологию можно как при изучении новых тем, которые учащиеся способны освоить самостоятельно (материал основан на ранее изученном), так и при закреплении, обобщении и систематизации изученного материала. Учитель на этих уроках выполняет роль консультанта, корректирует и направляет работу ученика. Все эти условия являются благотворной почвой для развития у учащихся способностей использовать имеющиеся знания в новых ситуациях. Модульное обучение обеспечивает самостоятельность приобретения дополнительных знаний к уже известным и осуществление их переноса в новые условия, ученик учится самостоятельно организовывать усвоение нового материала.

Модульный урок дает возможность решить задачу дифференциации, причем данная методика способствует осознанному подходу учащихся к обучению, дает возможность сориентироваться в предложенном материале и выбрать уровень по своим знаниям, а также формирует стремление к освоению более сложного материала темы. Кроме того, модульный урок позволяет дать материал не только в большем объеме, но и углубить и расширить знания, умения и навыки по данной теме.

Рассмотрим примерную логическую структуру содержания урока по модульной технологии.

Учебный элемент (модуль)	Содержание учебного модуля
УЭ 0	Постановка целей урока
УЭ 1	Входной контроль. Повторение изученного
УЭ 2	Изучение теоретического материала по новой теме
УЭ 3	Закрепление материала
УЭ 4	Самопроверка
УЭ 5	Осмысление (рефлексия)
УЭ 6	Экспертный контроль
	Домашнее задание

Несмотря на то, что модульный урок при подготовке требует большой затраты времени (обдумывание темы и хода урока, подбор материала, оформление урока), он облегчает работу учителя во время урока. В процессе работы по модульной технологии происходит накопление материала, что ведет к уменьшению времени подготовки.

Рассмотрим, как можно использовать данную технологию.

Возьмем, к примеру, урок физики в 8 классе по теме «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца». Данный урок стоит в конце темы «Электрические явления», материал урока не является сложным для самостоятельного изучения, т. к. у учащихся к этому времени уже имеется багаж знаний по теме и отработан навык решения задач.

Логическая структура содержания данного урока по модульной технологии может выглядеть так.

Постановка целей урока. Повторение изученного по теме (входной контроль).

Первые 5-7 минут можно посвятить проверке качества усвоения материала, для этого провести письменную работу по карточкам с разноуровневыми заданиями или провести устный опрос.

Изучение теоретического материала по новой теме.

Самостоятельная работа учащихся с использованием учебника и карты учащегося.

Закрепление материала.

Ответы на вопросы и решение задач.

Самопроверка.

Решение задач.

Осмысление.

Ученик возвращается к целям, поставленным в начале урока.

Экспертный контроль.

Ответы на вопросы учителя, небольшая по объему проверочная работа.

Например:

1В	Входной контроль	2В	Входной контроль
1	Что называют работой электрического тока? В чем измеряют?	1	Что называют мощностью электрического тока? В чем ее измеряют?
2	По проводнику, к концам которого приложено напряжение 10В, прошло 100Кл электричества. Определите работу тока.	2	Какую работу совершит электрический ток в цепи в течение 1 с при силе тока 1А? Напряжение на концах проводника 1В.

3В	Входной контроль	4В	Входной контроль
1	Какую работу совершит ток силой 3А за 10 мин при напряжении в цепи 15В?	1	Определите работу тока в проводнике, ели при напряжении на его концах 5В по нему прошло количество электричества 100 Кл.
2	К источнику тока напряжением 120В поочередно присоединяли на одно и то же время проводники сопротивлением 20 Ом и 40 Ом. В каком случае работа электрического тока была меньше и во сколько раз?	2	Электрическая лампочка включена в цепь с напряжением 10В. Определите количество электричества, прошедшее через нить накала лампы, если известно, что при этом была совершена работа 150 Дж.

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.

Карта учащегося

Учеб-ный эле-мент	Учебный материал с указанием заданий	Примечания
УЭ 0	Постановка целей Сегодня на уроке ты самостоятельно узнаешь почему при прохождении электрического тока по проводникам они нагреваются, познакомишься с формулой, с помощью которой можно подсчитать количество теплоты, которое выделяет проводник при прохождении через него электрического тока, научишься решать задачи по теме, а также узнаешь интересные факты из биографии великих ученых и изобретателей. Ты уже знаком с такими понятиями и явлениями как электрическое поле, электрический ток, сопротивление проводников; знаешь такие физические величины как напряжение (U), сила тока (I), сопротивление (R); знаешь закон Ома для участка цепи, формулу для подсчета сопротивления проводника; умеешь решать задачи с использованием этих физических величин. Материал, который ты будешь изучать сегодня, покажется несложным. Внимательно читай инструкцию и строго следуй ей!!! Успехов!!! Твоя цель на уроке: - узнать причину нагрева проводников при прохождении через них электрического тока; - познакомиться с формулой для расчета количества теплоты, выделяемого проводником при прохождении через него электрического тока (Законом Джоуля-Ленца); - научиться с помощью закона Джоуля-Ленца решать задачи; - если останется время, то познакомиться с интересными фактами из биографии и научной деятельности ученых Джеймса Преснот Джоуля и Эмилия Христиановича Ленца.	Если что-то не помнишь, то обратись к учебнику или записям в тетради.
УЭ 1	Входной контроль Сначала проверим, как ты усвоил материал прошлых уроков. Получи у учителя карточку с пометкой «Входной контроль» и на отдельном листке, предварительно подписав его, выполни задание карточки. Сдай листок учителю.	Если сложно, то обратись к учебнику или тетради.
УЭ 2	Самостоятельное изучение нового материала. Внимательно прочитай содержание § 53 на стр. 123-124 учебника. Запиши в тетрадь тему урока, формулировку закона Джоуля-Ленца и формулу. Внимательно прочитай свои записи, убедитесь в понимании прочитанного. Назови все физические величины, входящие в данную формулу, вспомни в чем они измеряются.	Будь внимателен, учись самостоя-тельно приобретать знания.
УЭ 3	Закрепление изученного. Внимательно прочитай текст, приведенный ниже. Из содержания параграфа ты узнал почему электрический ток, проходя через проводники, вызывает их нагрев. Дело в том, что упорядоченно движущиеся под действием электрического поля свободные электроны проводника взаимодействуют с ионами и атомами вещества и передают им часть своей энергии, заставляют отклоняться от положения равновесия (т. е. двигаться). В результате этого внутренняя энергия проводника возрастает, он нагревается и отдает энергию окружающим телам путем теплопередачи. Но следует помнить, что вся работа электрического тока идет на увеличение его внутренней энергии лишь в неподвижных проводниках. В подвижных проводниках часть энергии идет на совершение механической работы. Именно поэтому закон Джоуля-Ленца применим только к неподвижным проводникам. Ответь на вопросы в конце параграфа (на стр. 125).	На вопросы ответь устно.
УЭ 4	Самопроверка. Внимательно рассмотрите решение задач. Задача 1. Какое количество теплоты выделится за 30 минут проволочной спиралью сопротивлением 50 Ом при силе тока 2А? Дано: Решение: t = 30 мин Q = I²Rt R = 50 Ом t = 30·60 c=1800 c I = 2А Q = 2²·50·1800=360000 Дж= 360кДж Q = ? Ответ: Q = 360кДж Задача 2. Определите количество теплоты, которое выделит спираль электрочайника за 1 минуту, если ее сопротивление24,2 Ом, а напряжение 220 В. Дано: Решение: t = 1 мин Q = I²Rt U = 220 В Из закона Ома R = 24,2 Ом , Q = ? Ответ: Q = 120 кДж. Если все ясно, то реши следующие задачи самостоятельно в рабочей тетради. Задача 1: Спираль обогревателя имеет сопротивление 250 Ом, сила тока в спирали 8 А. Определите, какое количество теплоты выделит спираль за 5 минут работы? Задача 2: Проволочная спираль сопротивлением 55 Ом включена в сеть напряжением 127 В. Какое количество теплоты выделит эта спираль за 1 минуту? Сравните решения с готовыми (смотри Приложение1).	Переписы-вать решение в тетрадь не нужно. Эти задачи аналогичны разобран-ным выше, поэтому ты обязательно с ними справишься.
УЭ 5	Осмысление Вернись к УЭ 0 и проверь, достиг ли ты поставленной цели? Если да, то переходи к следующему УЭ, если нет, то вернись к УЭ 2.
УЭ 6	Экспертный контроль Ответь на вопросы и реши задачи на отдельном листке. Какова причина нагрева проводников электрическим током? Почему провода, подводящие электрический ток к нагревательному элементу сами нагреваются не так сильно, как нагревательные элементы приборов? Задача: Какое количество теплоты выделит проводник за 5 секунд, если его сопротивление 25 Ом, а сила тока в цепи 2 А? Задача: Какое количество теплоты выделится в нити накала электрической лампы за 10 минут, если при напряжении 5 В сила тока в ней 0, 2 А? Если успел сделать все задачи, то можешь подумать над дополнительными задачами (смотри Приложение2) и ознакомиться с интересными сведениями из биографии Д. Джоуля и Э. Ленца (смотри Приложение3).	Дополни-тельные задачи можешь переписать в тетрадь и подумать над ними дома.
	Домашнее задание: § 53(с. 123-124 учебника), упр. 27(с. 125), № 000, № 000, № 000 (сб. задач)

Приложение 1

Задача 1 Дано: Решение: R = 25 Ом Q = I²Rt I = 8 А 5 мин·60 = 300 с. t = 5 мин. Q = 8²·25·300 = 480000 Дж Q = ? Ответ: Q = 480 кДж Задача 2 Дано: Решение: R = 55 Ом Q = I²Rt U = 127 В t = 60 c Q = ? Ответ: Q = 17,6 кДж

Приложение 2

Дополнительные задачи: Задача 1: Определите мощность электрочайника при напряжении 220 В, если при напряжении 230 В он имеет мощность 2000 Вт. Задача 2 : Электрический чайник включен в сеть напряжением 220 В. Определите количество теплоты, выделяемое его нагревательным элементом ежесекундно, если сопротивление нагревательного элемента 38,7 Ом. Определите мощность тока.

Приложение 3

Джеймс Преснот Джоуль Родился Джоуль в Манчестере 24 декабря 1818 года, по профессии был пивоваром. Первые работы Джоуля в физике связаны с изобретением электромагнитных аппаратов, которые были ярким примером превращаемости физических сил. Джоуль был прекрасным экспериментатором. Исследуя законы выделения теплоты электрическим током, он понял, что опыты с гальваническими источниками не дают возможности ответить на вопрос, какой вклад в нагрев проводника вносит переносимая теплота химических реакций, а какой сам ток. В результате многочисленных опытов, Джоуль пришел к выводу, что теплоту можно получать с помощью механических сил. Джоуль внес большой вклад в кинетическую теорию газов, открыв вместе с Томсоном эффект изменения температуры газа при его расширении. Из работ Джоуля непосредственно следовало, что теплота не является веществом, что она состоит в движении частиц. Все это способствовало утверждению и признанию закона сохранения и превращения энергии. Эмилий Христианович Ленц Э. Ленц родился 24 февраля 1804 года в семье чиновника в Дерпте (ныне Тарту) в Эстонии. Благодаря усилиям матери он успешно окончил гимназию и поступил в университет. Научная деятельность Ленца началась рано: после второго курса университета он по рекомендации ректора в качестве физика научной экспедиции отправился в кругосветное плавание. заложил основы первой в России научной школы физиков-электротехников, из которой впоследствии вышли такие ученые, как , и др. В 1843 году Ленц после проведения экспериментов независимо от Джоуля приходит к установлению закона теплового действия тока. На основании 16 серий измерений Ленц в статье «О законах выделения тепла гальваническим током» сделал следующий вывод: нагревание проволоки гальваническим током пропорционально ее сопротивлению и квадрату силы тока.