Решение задач закон джоуля ленца

Решение задач по теме «Работа и мощность тока. Закон Джоуля Ленца»

Главная > Решение

Практическое занятие № 3

Решение задач по теме «Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца»

Цель: научиться применять формулы и законы изученной темы для решения задач, научиться оценивать реальность полученных результатов.

Теоретическое обоснование работы:

I=U/R – закон Ома для участка цепи;

I=E/(R+r) – закон Ома для замкнутой цепи;

R=ρ·l/S- сопротивление цилиндрического проводника;

A=I·U·∆t – работа тока;

Q=I 2 ·R·∆t – закон Джоуля – Ленца;

P=I·U – мощность тока.

Примеры решения качественных и расчетных задач:

1). В каком из двух резисторов мощность тока больше при последовательном (см. рис. а) и параллельном (см. рис. б) соединении? R₁ 2 ·R следует, что при последовательном соединении мощность тока в резисторе прямо пропорциональна его сопротивлению. При параллельном соединении сила тока в резисторах не одинакова, поэтому использовать формулу P=I 2 ·R нецелесообразно. В этом случае на всех резисторах одно и то же напряжение, поэтому целесообразно воспользоваться формулой P=U 2 /R. Из нее следует, что при параллельном соединении мощность тока в резисторе обратно пропорциональна его сопротивлению.

Ответ. а). Во втором; б). В первом.

2). Две электрические лампы, мощности которых 60 Вт и 100 Вт, рассчитаны на одно и то же напряжение. Сравните длины нитей накала обеих ламп, если их диаметры одинаковы.

Решение. Мощность равна P=U 2 /R. Поэтому у лампы 100 Вт сопротивление нити накала меньше. Следовательно, ее нить короче, чем у лампы в 60 Вт.

3). Рассчитайте количество теплоты, которое выделит за 5 минут проволочная спираль сопротивлением 50 Ом, если сила тока 1,5 А.

Дано: СИ Решение

R = 50 Ом Q = I 2 ·R·∆t = 1,5 2 ·50·300 = 33750 (Дж)

Найти: Ответ: Q = 33750 Дж

4). Определите сопротивление нити накала лампочки, имеющей номинальную мощность 100 Вт, включенной в сеть с напряжением 220 В.

Дано: Решение

Р = 100 Вт Используя формулы P = I·U, I = U/R, получаем формулу для

U = 220 В вычисления мощности P = U 2 /R.

Найти: Выражаем из этой формулы сопротивление R = U 2 /P.

R R = 220 2 /100 = 484 (Ом)

Ответ: R = 484 Ом

Задачи для самостоятельного решения:

1). Комната освещена с помощью елочной гирлянды, состоящей из 35 электрических лампочек, соединенных последовательно и питаемых от городской сети. После того как одна лампочка перегорела, оставшиеся 34 лампочки снова соединили последовательно и включили в сеть. Когда в комнате светлее: при 35 или при 34 лампочках?

2) Можно ли на место перегоревшего предохранителя вставить пучок медных проволок («жучок»)? Ответ обосновать.

3). Определите сопротивление электрического паяльника, потребляющего ток мощностью 300 Вт от сети напряжением 220 В.

4). Электродвигатель, включенный в сеть, работал 2 ч. Расход энергии при этом составил 1600 кДж. Определите мощность электродвигателя.

5). Нагреватель из нихромовой проволоки (ρ = 110·10 -8 Ом·м) длиной 5 м и диаметром

0,25 мм включается в сеть постоянного тока напряжением 110 В. Определите мощность нагревателя.

gigabaza.ru

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца

Модульная технология. 8-й класс

В настоящее время очень много говорят о том, что наша система образования не отвечает современным требованиям. Подготовка выпускников оставляет желать лучшего. Учащиеся тяжело ориентируются в меняющихся ситуациях, не могут самостоятельно приобретать знания и применять их на практике, не умеют грамотно работать с информацией и т.д. Решение этих проблем возможно через личностно-ориентированные технологии обучения, одной из которых является 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 определённого 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 такого обучения выражает прежде всего его целенаправленность, способствующую 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. 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 их перенос в новые условия, ученик учится самостоятельно организовывать усвоение нового материала.

Модульный урок позволяет решить задачу дифференциации, способствует осознанному подходу к обучению, даёт возможность сориентироваться в предложенном материале и выбрать уровень изучения по своим знаниям, а также формирует стремление к освоению более сложного материала темы.

Рассмотрим примерную логическую структуру содержания урока по модульной технологии.

Хотя модульный урок требует большой затраты времени на подготовку (обдумывание темы и хода урока, подбор материала, оформление урока), работа учителя во время урока облегчается. Кроме того, в процессе такой систематической работы происходит накопление материала, что ведёт к уменьшению времени подготовки в дальнейшем.

Рассмотрим, как можно использовать данную технологию, на примере представленного урока физики. Этот урок стоит в конце темы «Электрические явления», материал не сложен для самостоятельного изучения, т.к. у учащихся к этому времени уже имеется багаж знаний по теме и отработан навык решения задач.

Логическая структура урока по модульной технологии может выглядеть так.

1. Постановка целей урока.

2. Повторение изученного по теме (входной контроль). Первые 5–7 мин можно посвятить проверке качества усвоения материала, для чего дать письменную работу по карточкам с разноуровневыми заданиями или провести устный опрос.

3. Изучение теоретического материала по новой теме. Самостоятельная работа учащихся с использованием учебника и карты учащегося.

4. Закрепление материала. Ответы на вопросы и решение задач.

5. Самопроверка. Решение задач.

6. Осмысление. Ученик возвращается к целям, поставленным в начале урока.

7. Экспертный контроль. Ответы на вопросы учителя, небольшая проверочная работа.

Например (в четырёх вариантах):

Карта учащегося

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца

fiz.1september.ru

Урок по теме «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца»

Цели урока: организовать деятельность обучающихся по восприятию, осмыслению и первичному запоминанию закона Джоуля-Ленца, фактов: причины нагревания проводников электрическим током,

способствовать формированию умений решать задачи на применение закона Джоуля-Ленца, объяснять физические явления на основе закона Джоуля-Ленца,

совершенствовать вычислительные навыки, навык преобразования формул, навык перевода единиц физических величин в СИ,

применить дифференцированный подход в обучении,

создать условия для развития мышления, внимания, памяти, познавательного интереса, грамотной речи,

воспитывать культуру общения

I . Организационный этап.

II . Этап подготовки к активной деятельности на основном этапе:

1.Решение задач в группах (первые две задачи на «3», остальные три на «4» и «5»).

1. Напряжение в осветительной сети 220 В. Сопротивление спирали 20 Ом. Найти силу тока. (11 А).

2. Сила тока в электрической лампе 11 А.Напряжение равно 55 В. Вычислить её сопротивление. (5 Ом)

3. Две лампы сопротивлением 5 Ом и 7 Ом включены последовательно в цепь, сила тока в которой 4 А. Найдите напряжение на каждой лампе и общее напряжение.( U ₁ = 20 В U ₂ = 28 В U = 48 В).

4. Электрический двигатель в течение 2 мин совершает работу 17,28 кДж. Напряжение в цепи 48 В . Вычислить мощность двигателя и силу тока в цепи.( 144 Вт, 3 А).

5. В электрическую цепь включены параллельно две спирали. Их общее сопротивление 4 Ом. Сила тока, проходящего через первую спираль 3 А, через вторую 5 А. Найдите мощность тока.(256 Вт).

2.Фронтальная беседа по вопросам:

1. Дайте определение электрического тока

2. Что представляет собой электрический ток в металлах?

3.Что представляет собой электрический ток в растворах и расплавах электролитов?

4. Какие действия оказывает электрический ток?

5. В чем заключается тепловое действие тока?

III . Этап изучения нового материала.

1. Постановка цели урока.

Давайте попытаемся сформулировать цели урока, т. е. на какие вопросы мы должны сегодня ответить. проводников электрическим током сначала на примере металлов.

Какое строение имеют металлы? ( В узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны.)

Что представляет собой электрический ток в металлах? (Упорядоченное движение свободных электронов).

Что происходит при движении свободных электронов? (Они взаимодействуют с узлами (ионами) кристаллической решетки)

Что происходит в результате этого взаимодействия? (Свободные электроны передают свою энергию ионам кристаллической решетки)

В результате внутренняя энергия проводника увеличивается. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам.

Аналогично объясняется нагревание и других проводников: растворов кислот, щелочей и солей при прохождении тока. Ионы, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с атомами или ионами проводника и передают свою энергию. В результате работы тока внутренняя энергия проводника увеличивается.

3. Изучение закона Джоуля-Ленца.

В неподвижных проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, равно работе тока.

По какой формуле рассчитывается работа тока? (А= IUt )

Так как Q = A , то Q = IUt .

Выразите напряжение из закона Ома. ( U = IR )

Подставим значение напряжения в формулу работы тока. ( Q = I * IR * Rt = I 2 Rt ) Полученная формула называется законом Джоуля-Ленца и позволяет рассчитать количество теплоты, выделяемое проводником с током.

Давайте попытаемся сформулировать этот закон.

Закон был установлен экспериментально независимо друг от друга английским ученым Д. Джоулем и русским ученым Э. Ленцем. Поэтому он носит двойное название: закон Джоуля-Ленца.

Сообщение обучающегося о Д. Джоуле и Э.Ленце

5.Применение теплового действия тока

Сообщение обучающегося о применении теплового действия тока

IV . Этап применения знаний :

Устные упражнения: а) Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, при увеличении силы тока в 2 раза? (Увеличится в 4 раза)

б) Два проводника: медный и железный равной длины и сечения включены в цепь с одной и той же силой тока. В каком проводнике: медном или железном выделится большее количество теплоты? (В железном, так как удельное сопротивление железа больше, чем у меди, а количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционально сопротивлению проводника, которое, в свою очередь, прямо пропорционально удельному электрическому сопротивлению)

2. Фронтальное решение.

1.В спирали электроплитки сопротивлением 80 Ом сила тока 2 А. Сколько времени была включена в сеть плитка, если в ней выделилось 320 кДж тепла?

Решение: Q = I 2 Rt . t = t =

2.Какое количество теплоты выделится в железном проводнике длиной 10 см и сечением 0,1 мм 2 за 1 минуту при силе тока 2 А?

Решение. Q = I 2 Rt R = Q = I 2 t , Q = 4 А² 0,1Ом мм²/м 0,1/0,1 мм² *60 с = 24 Дж

3. В электрокипятильнике емкостью 5 л с КПД 70% вода нагревается от 10 до 100 градусов Цельсия за 20 минут. Какой силы ток проходит по спирали электрокипятильника, если напряжение в сети 220 В?

А п = с m ( t 2 — t 1 ) m = V A п = с V ( t 2 — t 1 )

V . Подведение итогов урока.

Какова причина нагревания проводника электрическим током?

xn--j1ahfl.xn--p1ai

Урок решения задач по теме: «Работа эл. тока. Закон Джоуля-Ленца»

Курсы профессиональной переподготовки от Московского учебного центра «Профессионал»

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования только до 31 августа действуют скидки до 50% при обучении на курсах профессиональной переподготовки (184 курса на выбор).

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: ВЫБРАТЬ КУРС

Урок решения задач по теме: « Работа эл. тока. Закон Джоуля-Ленца » 8 класс.

Цель урока: Закрепить знания учащихся о работе и мощности электрического тока. Сформировать навыки расчета количества теплоты, выделяемого в различных электрических цепях.Проверить знание формут по теме.

Показать, что физические величины являются характеристиками свойств материальных объектов.

Развивать логическое мышление, вычислительные навыки.

Методы и приемы

Повторение и провер основных формул

Беседа. Самостоятельная работа. Решение задач. Работа со схемами. Запись на доске.

Запись на доске и в дневниках.

I .Организационный момент .

II . Проверка знаний . (Самостоятельная работа на 15 мин по теме «Закон Джоуля-Ленца»).

В чем причина короткого замыкания? К чему оно приводит в электрической цепи?

Параллельно соединенные медная и железная проволоки одинаковой длины и сечения подключены к аккумулятору. В какой из них выделится большее количество теплоты за одинаковое время?

Сколько теплоты выделится в электрическом нагревателе в течение 2 мин, если его сопротивление 20 Ом, а сила тока в цепи 6 А?

В спирали электроплитки, включенной в розетку с напряжением 220 В, при силе тока 3,5 А выделилось 690 кДж теплоты. Сколько времени была включена в сеть плитка?

Два резистора сопротивлением 6 Ом и 10 Ом включены в цепь последовательно. Какое количество теплоты выделится в каждом резисторе за 2 мин, если напряжение во втором равно 20 В?

Два проводника соединены параллельно. В первом за 1 мин выделилось 3,6 кДж теплоты, а во втором за то же время – 1,2 кДж. Вычислить сопротивление второго проводника, если сопротивление первого равно 2 Ом.

III .Повторение изученного: ( качественные задачи).

1. Сила тока в сетевом шнуре и спирали электроплитки одна и та же. Почему же спираль раскаляется, а шнур остается холодным?

2. Почему в предохранителях обычно используют проволочку из свинца?

3. На одной лампе написано «220 В, 100 Вт», на другой «220 В, 40 Вт». У какой из них сопротивление нити накала в рабочем состоянии больше?

4. Увеличится или уменьшится потребляемая елочной гирляндой мощность, если уменьшить количество лампочек на одну7

5. Как следует подключить к источнику напряжения пять резисторов с различными сопротивлениями, чтобы получить максимальное количество теплоты за 1 мин?

6. Перегоревшую нагревательную спираль заменили другой, которая отличается только меньшим диаметром проволоки. Как изменилась мощность нагревателя?

IV . Решение расчетных задач.

В каком из резисторов, изобра

I I жженных на рис, выделится

R 1 за одно и то же время

R 2 R 3 наибольшее количество

теплоты, если R 1 = 6 Ом,

R 4 R 2 =3 Ом, R 3 = 5 Ом, R 4=24Ом

Резисторы сопротивлением 24 Ом и 72 Ом подключены к источнику постоянного напряжения один раз последовательно, а другой раз параллельно. В каком случае в первом из резисторов выделится большее количество теплоты за одно и то же время? Во сколько раз?

Определите, на сколько градусов нагреются 100 г воды, если на нагрев их израсходовано все количество теплоты, выделяющееся при протекании тока 5 А по проводнику сопротивлением 10 Ом в течении 2 мин.

Какой длины надо взять никелиновую проволоку площадью поперечного сечения 0,84 мм 2 , чтобы изготовить нагреватель на 220 В, при помощи которого можно было бы нагреть 2 л воды от 20 0 С до кипения за 10 мин при КПД 80 %?

Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 3 кг воды, начальная температура которой 10 0 С. Сила тока в нагревателе 7 А, напряжение в сети 220 В. Какая часть потребляемая нагревателем энергии передается окружающей среде?

www.metod-kopilka.ru

Урок физики в 8-м классе «Нагревание проводников. Закон Джоуля-Ленца»

Разделы: Физика

Цель урока:

• Формирование у учащихся представления о тепловом действии электрического тока и его причинах.
• Вывести закона Джоуля-Ленца.
• Содействовать в понимании практической значимости данной темы.

• Развивать интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, сравнивать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, размышлять, анализировать, делать выводы)

• Формировать коммуникативных умений учащихся.
• содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

Оборудование: компьютер, проектор, экран.

Тип урока: Изучение нового материала.

Ход урока

I. Организационный этап.

Приглядывайтесь к облакам,
Прислушивайтесь к птицам,
Притрагивайтесь к ручейкам –
Ничто не повторится.
За часом час, за мигом миг
Впадайте в изумление.
Всё будет так, и всё не так
Через одно мгновение…

На данном этапе учитель предлагает учащимся самостоятельно сформулировать цель урока.

II. Активизация знаний.

Вспомним некоторые вопросы, которые потребуются, чтобы изучить новую тему:

1. Что называют электрическим током? (Упорядоченное движение заряженных частиц)
2. Какие действия тока вам известны? (Тепловое, электрическое, магнитное, химическое)
3. Чему равна работа тока? (A=IUT)
4. В каких единицах измеряется работа? (Джоулях)
5. Закон Ома. (I=U/R U=IR R=U/I)
6. Закон сохранения и превращения энергии. (Во всех явления, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.)
7. Вставьте пропущенные в формулах буквы. Выразите единицы измерения.

III. Изучение нового материала.

Давайте потрем ладошки. Что мы чувствуем? Почему они нагреваются?

Исследуя на опыте нагревание проводников током, русский физик Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) и английский физик Джеймс Джоуль (1818–1889) установили, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении через него электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению R проводника, квадрату силы тока I и времени t, в течение которого поддерживается ток в проводнике. Этот закон, носящий название закона Джоуля – Ленца, можно выразить следующей формулой:

(1)
где Q – выделившееся количество теплоты в джоулях, R – сопротивление в омах, I – сила тока в амперах, t – время в секундах.

Измерения, приводящие к закону Джоуля-Ленца, можно выполнить, поместив в калориметр (рис. 1) проводник с известным сопротивлением R и пропуская через него ток определенной силы I в течение известного времени t. Количество выделяющейся при этом теплоты Q определим, составив уравнение теплового баланса, как это принято при калориметрических измерениях. Производя опыты при различных значениях R, I и t, получим зависимость, выраженную законом Джоуля-Ленца. Пользуясь законом Ома, мы можем выразить силу тока I через напряжение U на концах проводника и его сопротивление R. Подставляя выражение I=U/R в формулу (1), найдем

(2)

Рис. 1. Калориметр для проверки закона Джоуля-Ленца

Формулы (1) и (2) позволяют рассчитать количество теплоты, выделяющееся в отдельных проводниках, соединенных последовательно и параллельно. При последовательном соединении во всех проводниках течет ток одной и той же силы (§ 50). Поэтому для сравнения количеств теплоты, выделяющихся в отдельных проводниках, удобнее формула (1). Она показывает, что при последовательном соединении нескольких проводников в каждом выделяется количество теплоты, пропорциональное сопротивлению проводника. При параллельном соединении ток в проводниках различен, но напряжение на их концах (в точках разветвления) имеет одно и то же значение (§ 50). Поэтому в этом случае удобнее пользоваться формулой (2). Она показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется количество теплоты, обратно пропорциональное сопротивлению проводника.

IV. Физкультминутка.

В кабинете физики на одной из стен имеются изображения трёх голубей разного цвета. Под спокойную музыку учащимся предлагается зафиксировать внимание на одном из них, затем закрыть глаза, медленно повернуть голову и мысленно перенести изображение голубя на противоположную стену. То же самое проделывается с остальными изображениями голубей. Тем самым обеспечивается отдых глазам и головному мозгу.

V. Закрепление новых знаний.

Решение задач.

Задача №1

Известно, что безопасным для человека является постоянный ток 100 мкА. Какое количество теплоты выделится за 1 мин в теле человека при прохождении тока от конца одной руки до конца другой руки (при сухой коже), если сопротивление этого участка равно 15000 Ом?

Протекание через тело человека тока большой силы вызывает нагрев и ожог участков тела, разложение крови, непроизвольное сокращение мышц, смерть.

Задача №2

Какое количество теплоты выделяется за 10 мин спиралью электронагревательного прибора, если известны его сопротивление и сила тока в ней.

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai