КЗ 4: Постоянный ток. Работа тока. Мощность.
1. Организационный момент. (3 мин)
2. Вводная часть. (2 мин)
Тема сегодняшнего урока «Постоянный ток. Работа тока. Мощность».
Мы уже говорили о биологическом действии тока на человека и рассматривали к каким непоправимым последствиям может привести несоблюдение правил техники безопасности при работе с электрическим током и электроприборами. Но также, необходимо сказать, что электричество принесло много пользы для медицины. И вы удивитесь, если узнаете, что сам термин «электричество» придувал не физик, а врач – Гильберт. Еще в 1745 году электрическими «ударами» пытался лечить параличи медик Краценштейн. Жан Поль Марат, врач и физик по профессии, в годы, предшествовавшие Великой французской революции, лечил электричеством. Знаменитые ученые Гальвани, Юнг, Эрстед, Гельмгольц были физиками, физиологами и врачами.
В настоящее время электричество широко используется в медицинской практике: с его помощью устанавливают диагноз, лечат, осуществляют санитарно-профилактические мероприятия.
И для того, чтобы лучше разбираться в методах лечения и диагностики, при которых используется электрический ток, мы должны знать что же такое электрический ток и какие параметры его характеризуют.
План сегодняшнего урока:
1. Условия существования электрического тока.
2. Источники электрической энергии.
3. Физические величины, характеризующие постоянный электрический ток.
4. Биотоки.
3. Актуализация знаний – фронтальный опрос. (5 мин)
Задания к фронтальному опросу:
1. Что такое электрическое поле?
2. На что действует электрическое поле?
3. Что может выступать в качестве носителя заряда?
4. Элементарные носители заряда.
5. Что такое свободные носители заряда?
6. На какие типы можно разделить все вещества по наличию или отсутствию в них свободных носителей заряда?
7. Как перемещается электрический заряд, если его внести в электрическое поле?
4. Изучение нового материала. (всего: 75 мин)
1. Условия существования электрического тока
При наличии внешнего электрического поля одноименно заряженные частицы перемещаются в одном направлении и внутри проводника движется направленный ток электрически заряженных частиц вещества.
- Что будет происходить при отсутствии электрического поля?
(ответ: свободные носители электрического заряда внутри проводников движутся беспорядочно по всевозможным направлениям. Следовательно, в любом направлении они переносят одинаковые количества электронов)
Направленное перемещение электрически заряженных частиц вещества называется электрическим током.
Условия существования электрического тока
Допустим имеется проволока. В веществе проволоки находится огромное количество свободных носителей заряда (электронов), совершающих беспорядочное тепловое движение. Сами по себе электроны не могут направленно перемещаться по проводнику.
Дальнейшее повествование сопровождается демонстрацией элементов электрической цепи и прохождения тока при выполнении всех необходимых условий.
Чтобы привести их в направленное движение необходимо:
1) Источник электрической энергии (источник тока) – В источнике питания механическая, тепловая и другие виды энергии переходит в энергию электрического поля. Под действием энергии электрического поля электроны в веществе приходят в направленное движение.
2) Потребитель электрической энергии (в нем ток выполняет положительную работу)
Простейшим потребителем электрической энергии является резистор – проводник, в котором электрическая энергия полностью превращается в тепловую энергию.
Виды: стержневые, проволочные.
3) Ключ (выключатель)
4) Соединительные провода – по проводам передается электрическая энергия
Электрическая цепь – система проводников, внутри которых осуществляется направленное перемещение электрически заряженных частиц вещества.
Обобщим вышесказанное. Какие необходимые условия для существования электрического тока можно выделить?
Давайте сделаем вывод: для существования электрического тока необходимо
1. Наличие свободных носителей электрического заряда.
2. Наличие источника электрической энергии.
3. Наличие замкнутой электрической цепи.
Все приборы, предназначенные для включения в цепь, должны иметь зажимы (клеммы).Чертеж электрической цепи называется электрической схемой. В таких схемах применяют условные обозначения электрических приборов и элементов цепи.
Условные обозначения электрических приборов и радиоэлементов:
(каждый иллюстрируется примером в презентации)
Задание 1: Изобразите в тетради простейшую электрическую цепь, состоящую из основных элементов.
Участок цепи – часть замкнутой цепи, ограниченная двумя ее точками.
Положительные заряды движутся от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим, а отрицательные – наоборот. Движение отдельного заряда в проводнике называют микротоком, а полный ток – макротоком.
За направление электрического тока принято направление движения положительных зарядов, которое совпадает с направлением электрического поля. Направление тока, созданного отрицательно заряженными носителями также совпадает с направлением поля.
Электрическая цепь имеет 2 части:
· Внутренняя часть (цепь внутри ИП)
· Внешняя часть (все то, что подключается к ИП)
Те точки, в которых внешняя цепь граничит с внутренней, называют полюсами. У одного из полюсов имеется самый высокий потенциал, а у другого – самый низкий потенциал по сравнению с другими точками электрической цепи. Полюс с наибольшим потенциалом называют положительным и обозначают знаком «+», а полюс с наименьшим потенциалом называют отрицательным и обозначают знаком «-».
Задание 2: Попробуйте самостоятельно «прочитать» графическую схему электрической цепи, т. е. описать последовательность прохождения электрического тока через элементы, включенные в представленную цепь.
1) 
2) 
3) 
4) 
5) 
2. Источники электрической энергии
1. Гальванический элемент представляет собой преобразователь энергии, в котором химическая превращается в электрическую.
2. Электродвижущая сила источника тока – величина, измеряемая количеством энергии, которое превращается внутри ИТ в электрическую энергию при разделении единицы заряда
3. Электрический генератор - это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.
3. Физические величины, характеризующие постоянный электрический ток
Сила тока – величина, измеряемая количеством электричества, которое переноситя через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Обозначение: I
Единица измерения: А – ампер
Прибор, измеряющий силу тока – амперметр, следует включать в цепь последовательно.
Характеризует интенсивность переноса электрического заряда через поперечное сечение проводника.
Напряжение – разность потенциалов электрического поля между двумя точками электрической цепи (участка цепи).
Обозначение: U
Единица измерения: B – вольт
Прибор, измеряющий напряжение – вольтметр, следует включать в цепь параллельно к участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение.
Работа электрического тока – количество электрической энергии, которое превращается на внешнем участке цепи в другие виды энергии.
Обозначение: А
Единица измерения: Дж – джоуль
- работа, совершаемая при перемещении заряда, электрическим полем. С другой стороны, 
. Следовательно, 
. Итак, получим 
.
- В полной электрической цепи происходит двойное преобразование энергии. Какое? Приведите пример. (пример: в электрических двигателях электрическая энергия 
в механическую, в лампах накаливанияво внутреннюю энергию нити накала +энергия излучения)
Мощность электрического тока – скорость превращения электрической энергии в другие виды энергии.
Обозначение: N
Единица измерения: Вт – ватт
Прибор, измеряющий мощность – ваттметр, имеет 4 клеммы. Подумайте почему?
. Если работу представить через силу тока и напряжение, мы получим формулу
Мощность электрического тока измеряется работой тока, совершаемой им на участке цепи за единицу времени.
Рассмотрим задачу.
Задача 1: Лампочка рассчитана на напряжение 12 В и мощность 6 Вт. Определить силу тока в лампочке при нормальной эксплуатации.
Итак, по знакомому нам алгоритму производим решение
№ шага | Алгоритм | Выполнение |
1. | Внимательно прочитайте текст задачи | Лампочка рассчитана на напряжение 12 В и мощность 6 Вт. Определить силу тока в лампочке при нормальной эксплуатации. |
2. | Запишите в «Дано» буквенное обозначение и числовое значение известных по тексту физических величин. | Дано: U=12 В N=6 Вт |
3. | Под горизонтальной чертой запишите буквенное обозначение неизвестной (искомой) величины, знак «=» и «?» |
|
4. | Проверьте, все ли величины выражены в системе СИ. Если нет, то переводим и записываем результат в столбик «в СИ» | В данной задаче все величины изначально по условию в системе СИ, и соответственно столбик «в СИ» пропускаем. |
5. | Под словом «Решение» 1) изображаем схематический чертеж, поясняющий ситуацию в задаче, | В данной задаче для успешного выполнения не требуется выполнять чертеж электрической схемы |
2) затем записываем формулу для расчета мощности в том виде, в котором присутствуют те физические величины, которые нам известны из условия задачи |
| |
3) дальнейшие действия связаны с преобразованием формулы (необходимо выразить искомое) |
| |
6. | Подставьте числовые значения, вместе с единицами измерения, проведите расчет и работу с единицами измерения |
|
7. | Запишите ответ | Ответ: . |
Задача 2: Сколько стоит за сутки горение лампочки мощностью 40 Вт, если стоимость электроэнергии 1,4 р. за 1 кВт*ч?
Задача 3: При силе тока в электрической цепи 0,3 А напряжение на вольтметре, подключенном к реостату, показывает 120 В. Найдите мощность реостата.
Закон Джоуля-Ленца: Количество теплоты, которое выделяется на участке при прохождении электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению участка цепи и времени прохождения тока.
Если вся электроэнергия полностью превращается в тепловую энергию проводника, то
Какие выводы вы можете сделать из закона Джоуля-Ленца?
Из закона Ома для участка цепи
Какие выводы вы можете сделать из закона Джоуля-Ленца, представленном в таком виде?
Применение теплового действия тока: согласно закону Джоуля-Ленца, наибольшее количество теплоты выделяется на тех участках цепи, сопротивление которых наибольшее. На этом принципе основана:
· Работа всех электронагревательных приборов
· Работа ламп накаливания
· Работа плавких предохранителей для защиты электрической цепи от короткого замыкания
· Контактная сварка металлов (зубопротезное дело основано на этом принципе) – в месте контакта свариваемых деталей выделяется значительное количество теплоты, за счет которой они сильно разогреваются и свариваются.
Задача 4: Чему равно напряжение на концах проводника, если при прохождении по нему электрического тока 4А в течение 7,5 минут выделяется 216 кДж теплоты?
Задача 5: Определите силу тока в кипятильнике, если, подключенный к напряжению 12 В, он нагревает стакан воды от 200С до 1000С за 5 минут. На нагрев воды расходуется 60% энергии. масса воды в стакане 200 г.
Давайте вместе обсудим ход решения задачи:
№ шага | Алгоритм | Выполнение |
1. | Внимательно прочитайте текст задачи | Определите силу тока в кипятильнике, если, подключенный к напряжению 12 В, он нагревает стакан воды от 200С до 1000С за 5 минут. На нагрев воды расходуется 60% энергии. масса воды в стакане 200 г. |
2. | Запишите в «Дано» буквенное обозначение и числовое значение известных по тексту физических величин. | Дано: U=12 В N=6 Вт t1=200C t2=200C m=200г с=4200 =60% |
3. | Под горизонтальной чертой запишите буквенное обозначение неизвестной (искомой) величины, знак «=» и «?» |
|
4. | Проверьте, все ли величины выражены в системе СИ. Если нет, то переводим и записываем результат в столбик «в СИ» | m=0,2 кг |
5. | Под словом «Решение» 1) изображаем схематический чертеж, поясняющий ситуацию в задаче, | В данной задаче для успешного выполнения не требуется выполнять чертеж электрической схемы |
2) затем записываем формулу для расчета мощности в том виде, в котором присутствуют те физические величины, которые нам известны из условия задачи | ||
3) дальнейшие действия связаны с преобразованием формулы (необходимо выразить искомое) | ||
6. | Подставьте числовые значения, вместе с единицами измерения, проведите расчет и работу с единицами измерения | |
7. | Запишите ответ | Ответ: |
Задача 6: Чему равно время прохождения тока по проводнику, если при напряжении на его концах 120 В совершается работа 540 кДж? Сопротивление проводника 24 Ом.
Задача 7: На сколько градусов нагреется вода, если через кипятильник пройдет заряд 100 Кл? напряжение на нагреваВ, масса воды 500 г. Тепловыми потерями пренебречь.
4. Биотоки
Сообщения студентов с минипрезентациями.
5.Закрепление изученного материала. (8 мин)
1. Какие основные элементы электрической цепи без которых не будет осуществляться тока электронов вы можете назвать?
2. Назовите 2 основные части электрической цепи.
3. Назовите физические величины, характеризующие электрический ток.
3. Заключительная часть. (5 мин)
Домашнее задание.
1. Самостоятельно предлагается проанализировать и изучить материал, представленный в учебнике «Физика для средних специальных учебных заведений» , стр.217-227 для того, чтобы обобщить все сведения об электрическом токе, полученные на сегодняшнем уроке.
