Робота і потужність струму

Тема:  Робота і потужність струму.

 Мета:

▪ сформувати знання про роботу й потужність струму, про прилади         для їх вимірювання;

▪ формувати й розвивати уміння  розв’язувати задачі на застосування формули роботи і потужності струму;

▪розвивати творчі здібності й логічне мислення;

▪виховувати дисциплінованість і увагу.

Тип уроку: формування знань та вмінь.

Форма уроку  урок-бесіда

Обладнання: мультимедійний проектор,

Основні поняття:  робота (Дж), потужність (Вт), лічильник, вартість.

Хід  уроку

I.Організаційна частина.

 Створення емоційного настрою. Вступне слово вчителя.

 Чим більше в мене роботи,  тим більше я навчаюся. (М. Фарадей) – говорив Фарадей – видатний англійський вчений. На кожному уроці ви ознайомлюєтесь з новими поняттями, новими фізичними величинами, приладами для їх вимірювання, способи ввімкнення їх в електричне коло.   Отримання нових знань базується на знаннях, отриманих на попередніх уроках. Ви багато працюєте, але чим більше знань ви отримуєте, тим ви становитесь сильнішими, компетентнішими .

    Давайте з вами згадаємо

  І.Актуалізація опорних знань учнів.

( усне опитування)

1)    Які існують  види з’єднання провідників?

 _ Очікувані відповіді учнів:

Існує послідовне і паралельне  з’єднання провідників.

Послідовне – це таке з’єднання провідників, споживачів електроенергії,  при якому кінець пешого елемента кола з’єднується з початком другого, кінець другого – з початком третього і т.д.

Паралельним називають таке з’єднання приєднуються до однієї точки електричного кола, а кінці – до іншої.

2)Чому паралельне  з’єднання  провідників є більш економнічним, ніж послідовне?

Очікувані відповіді учнів:

При паралельному з’єднанні загальний опір кола мінімальний, а при послідовному – максимальний, тому  що при послідовному з'єднанні додаються опори, а при паралельному – величини , обернені до опору. Отже  при  послідовному з'єднанні будуть  більші втрати енергії.

№ 1: Як зміниться сила струму в ялинковій гірлянді, якщо до неї послідовно приєднати ще одну лампу?

Очікувані відповіді учнів:

Сила струму в такій гірлянді зменшиться, тому що при послідовному з'єднанні опори додаються, отже загальний опір кола – збільшиться, а за законом Ома   сила струму у колі обернено пропорційна опору провідника.

 №2. Яка ялинкова гірлянда біль зручна: з послідовним чи паралельним з’єднанням? Чому?

Очікувані відповіді учнів:

Більш зручною буде гірлянда з послідовним з’єднанням, тому що якщо одна з лампочок перегорить, інші будуть продовжувати горіти, чого не спостерігається при послідовному з’єднанні, так як при цьому буде виникати розрив кола – лампа перегоріла.

№3. В освітлювальну мережу ввімкнули послідовно дві лампи з різними опором. Яка з них світитиметься яскравіше? Чому?

Очікувані відповіді учнів

Лампа, яка має більший опір буде світитися яскравіше, тому що на ній буде більша напруга, а отже і робота електричного поля буде більшою.

№4 .Що характеризує напруга в електричному колі? Сила струму?

Очікувані відповіді учнів

Напруга – це фізична величина, яка характеризує роботу електричного поля на певній ділянці кола і чисельно дорівнює відношенню роботи електричного поля до електричного заряду, що пройшов по цій ділянці.

№5Навіщо нам дома побутові прилади?

Очікувані відповіді учнів

Побутові прилади потрібні для того, щоб виконувати певну роботу.

ІІ.Сприйняття і засвоєння учнями навчального матеріалу.

Дія всіх вам відомих електричних приладів відбувається за рахунок електричної енергії, яку постачає джерело струму.  В результаті цього одержуємо світло, тепло, звук, механічний рух, світло тощо, тобто різні види енергії.  Cьогодні на уроці ми розглянемо і вивчимо  такі поняття , як робота і потужність струму.

 Робота електричного струму – фізична величина, що характеризує перетворення електричної енергії в інші види енергії.

( викликаємо учня до дошки)

 Ми знаємо, що напруга – це фізична величина, що характеризує електричне поле, яке переміщує вільні заряди, створюючи струм.

-Нагадай, будь ласка, що таке напруга? Що вона характеризує?

 Очікувані відповіді учнів

Напруга на кінцях певної ділянки кола визначається відношенням роботи А електричного струму на цій ділянці до електричного заряду, що пройшов по ній записує на дошці формулу)

- Як можна визначити електричний заряд, що пройшов по провіднику?

Очікувані відповіді учнів

Заряд, що пройшов по провіднику дорівнює добутку сили струму на час його проходження ( записує на дошці)

                                              U =A/q       A= Uq

                                            A= IUt           q= It

-         Приходимо до висновку:

Щоб визначити роботу електричного струму на ділянці кола, потрібно напругу на кінцях цієї ділянки помножити на силу струму в ній і час, протягом якого виконувалася робота.

 Одиниця роботи  

                                   А = В*А*с= Дж

Вчитель читає загадку:

Загадка : Так, він – суворий контролер,

                 Зі стінки завжди дивиться.

                  Та тільки світло запали,

                   Він все собі фіксує,

                   І скільки світла  витрачав,

                   Тобі він  порахує.

 Роботу вимірюють лічильниками.( показ слайдів.)

Вчитель:

 На будь-яких електричних приладах завжди можна побачити «потужність 1,2 кВт». Ви пам’ятаєте з механіки, що у ватах вимірюють потужність, отже тут мова іде про потужність електричного струму.

Потужність електричного струму – фізична величина, що характеризує здатність електричного струму виконувати певну роботу за одиницю часу.

 P= A/t    P = U I

Потужністю електричного струму визначається добутком напруги на кінцях ділянки кола і сили струму в цій ділянці.

Одиницею потужності є   Р = В·А = Вт (ват) ( показ слайдів)

1 гВт = 100 Вт

1 кВт = 1 000 Вт

1 МВт = 1 000 000 Вт

1 ГВт = 1 000 000 000 Вт

Щоб виміряти потужність електричного струму в колі, потрібні амперметр і вольтметр. Використовують також спеціальний прилад -  ватметр, яким можна безпосередньо виміряти потужність електричного струму в колі.

 Таблиця потужностей деяких електричних приладів.  (Показ слайдів)

Так як побутові прилади розраховано на напругу 220 В, але на різну силу струму. Отже, потужність споживачів електроенергії різна, тому й однакову  роботу вони виконують за різний час.

  З визначення потужності випливає формула роботи     А = Р·t

             1 Дж = 1 Вт·1 с = 1 Вт·с

              1 кВт·год = 3 600 000 Дж = 3,6 МДж

 Покази лічильника, що вимірює спожиту приладами у квартирі електричну енергію (роботу електричного струму), виражено саме в  кіловат-годинах.

( дивимося на форзац у книжку, обговорюємо витрати електроенергії)

За використання електроенергії ми сплачуємо гроші. Для розрахунку коштів ми будемо застосовувати формулу:

 Вартість = робота · тариф.

Задача.1.

Визначити , скільки електроенергії споживає електродвигун за 2 робочі дні,  якщо він щоденно працює по 8 год  при напрузі 220 В та силі струму 10 А. Обчисліть вартість витраченої енергії при  тарифі   25 коп за 1 кВт · год.

Задача 2. Два резистори опорами 2 і 4 Ом підключаємо до джерела постійної напруги 4 В.: а) послідовно б) паралельно. Яка потужність струму в кожному резисторі ?

Задача 3. Визначити потужність електрочайника , якщо при напрузі 220 В протягом 5 хв, через його спіраль проходить заряд 520 Кл.

Додому: придумайте задачу (2) на визначення скільки електроенергії споживають ваші побутові прилади.

 Придумайте дослід, яким чином можна виміряти потужність струму. Розробіть алгоритм виконання лабораторної роботи, та підберіть необхідні прилади. 

Магнітна дія струму

ТЕМА. Магнітна дія струму. Магнітне поле провідника зі струмом.

Мета уроку:

навчальна – з’ясувати фізичну природу електричного струму в металах, ознайомитися із явищем надпровідності;

розвивальна – розвинути практичні навички провівши дослід, що демонструє залежність опору металів від температури;

виховна – виховати інтерес до даної теми.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Демонстрації: «Дослід Ерстеда – відхилення магнітної стрілки», «Дослід із двома паралельними провідниками».

Обладнання: джерело струму, ключ, магнітна стрілка, реостат, набір провідників.

ХІД УРОКУ

1.     Організаційний момент.

2.     Актуалізація опорних знань.

1.     Що таке постійний магніт?

2.     Назвіть основні властивості постійних магнітів.

3.     За допомогою яких дослідів можна виявити властивості постійних магнітів?

4.     Як розташовуються в магнітному полі магнітні стрілки?

5.     Наведіть означення магнітних ліній.

6.     Який напрямок взято за напрямок ліній магнітного поля?

7.     Як можна побачити спектр магнітного поля?

8.     Доведіть, що Земля має магнітне поле.

9.     Як розташовані магнітні полюси Землі відносно географічних?

10.         Чим можна пояснити виникнення магнітних бур?

11.         Що таке магнітна аномалія?

3.     ПОСТАНОВКА НАВЧАЛЬНОЇ ПРОБЛЕМИ

На даному уроці ми повинні з вами ознайомитися з магнітними полями провідника, зі струмом і котушки зі струмом; розглянути графічне зображення магнітних полів і навчити знаходити напрямок силових ліній магнітного поля.

4.    Вивчення нового матеріалу

1.     Взаємодія прямолінійних провідників зі струмами

Після досліду Ерстеда наступний крок у зближенні «електрики» і «магнетизму» зробив французький фізик Андре Марі Ампер. Він здогадався, що якщо провідники зі струмами взаємодіють з магнітами, то ці провідники повинні взаємодіяти й один з одним, причому фізична природа цієї взаємодії така сама, як і природа взаємодії магнітів.

Досліди, поставлені Ампером, підтвердили його здогад. Виявилося, що провідники зі струмами дійсно взаємодіють один з одним — наприклад, паралельні провідники зі струмом притягуються, якщо струми в провідниках течуть в одному напрямку, і відштовхуються, якщо струми течуть у протилежних напрямках.

Необхідно звернути увагу учнів на те, що взаємодія провідників, по яких течуть струми, обумовлена не електричною взаємодією, тому що ці провідники електрично-нейтральні.

Взаємодію провідників, по яких течуть струми, використовували для визначення одиниці сили струму в системі СІ.

Одиницю струму на честь Ампера назвали ампером (позначається А).

ü 1 А — це сила такого постійного струмі/, що при проходженні по двох паралельних прямолінійних нескінченно довгих провідниках дуже малого перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликає між провідниками силу взаємодії, що дорівнює 2 • 10 ⁷ Н на кожен метр довжини.

Досліджуючи взаємодію котушок, по яких течуть струми, однієї з одною і з постійними магнітами, Ампер помітив, що торці котушок зі струмами подібні до полюсів магніту.

2.     Гіпотеза Ампера

Спостерігаючи подібність у взаємодії котушок, по яких течуть струми, і магнітів, Ампер припустив, що всі магнітні взаємодії обумовлені взаємодією електричних струмів. Це припущення одержало назву гіпотези Ампера. Відповідно до цієї гіпотези

ü властивості постійних магнітів обумовлені циркулюючими в них однаково спрямованими незатухаючими «молекулярними» струмами.

У внутрішніх частинах магніту «сусідні» молекулярні струми спрямовані протилежно і тому компенсують один одного. Але поблизу поверхні магніту ці струми течуть в одному напрямку, утворюючи ніби струм, що обтікає поверхню магніту.

Цей «поверхневий струм», як вважав Ампер, і надає постійному магніту його магнітних властивостей.

Гіпотеза Ампера пояснює також, чому не вдається роз'єднати полюса магніту: адже кожна половинка магніту знову подібна котушці зі струмом.

3.     Магнітне поле прямого проводу зі струмом

За допомогою залізних ошурок можна виявити основні особливості магнітного поля, що створюється проводом зі струмом. Можна помітити, що поблизу проводу ошурки утворюють концентричні кола. Якщо замість ошурок помістити кілька маленьких магнітних стрілок, то вони розташуються уздовж уявних кіл.

ü Силові лінії магнітного поля прямого проводу зі струмом мають вид концентричних кіл.

Напрямок силових ліній магнітного поля можна визначити за допомогою правила свердлика:

ü якщо обертати свердлик так, щоб напрямок його поступального руху збігся з напрямком струму, то напрямок обертання ручки буравчика покаже напрямок ліній магнітної індукції.

Для знаходження напрямку силових ліній магнітного поля можна скористатися і правилом «обхвату» правою рукою:

ü якщо правою рукою «обхопити» провідник так, щоб великий палець був спрямований у напрямку струму, то чотири пальці покажуть напрямок силових ліній магнітного поля.

4.            Магнітне поле котушки зі струмом

Насипавши на скло залізні ошурки й підключивши котушку до джерела струму, можна побачити картину магнітного поля котушки зі струмом.

Як видно з рисунка, магнітне поле котушки зі струмом подібне до поля смугового магніту. Усередині котушки магнітне поле прак­тично однорідне.

Для знаходження напрямку силових ліній магнітного поля можна скористатися і правилом «обхвату» правою рукою для котушки зі струмом:

ü якщо правою рукою «обхопити» котушку зі струмом, розташувавши чотири пальці у напрямку струму, то відігнутий великий палець укаже напрямок силових ліній усередині котушки.

Силові лінії магнітного поля є уявними лініями, і тому побачити їх безпосередньо не можна. Дрібні залізні ошурки намагнічуються в магнітному полі, перетворюючись на маленькі магнітні стрілки. А ці малюсінькі стрілки орієнтуються уздовж ліній магнітної індукції, роблячи їх теж видимими.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

ü Як взаємодіють паралельні провідники зі струмом?

ü У чому полягає гіпотеза Ампера?

ü Як розташовуються залізні ошурки (магнітні стрілки) у магнітному полі прямого проводу зі струмом?

ü Як можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля, створюваного прямим проводом зі струмом?

ü Як розташовуються залізні ошурки (магнітні стрілки) у магнітному полі котушки зі струмом?

ü Як можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля, створюваного котушкою зі струмом?

5.     ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1.     Якісні питання

1.    Як на досліді показати, що напрямок силових ліній магнітного поля пов'язаний з напрямком струму?

2.    Як використовувати правило «обхвату» правою рукою для визначення напрямку струму в котушці, якщо відоме положення її полюсів?

2.      Навчаємося розв'язувати задачі

1.     На рисунку зображена силова лінія магнітного поля, утвореного провідником зі струмом. Визначте напрямок струму.

2.     Намалюйте силові лінії магнітного поля котушки зі струмом. Укажіть їхній напрямок.

3.     Через провід (див. рисунок) іде електричний струм. У якому напрямку повернеться магнітна стрілка, поміщена в точку А? У точку С? (Відповідь: Північним полюсом до нас; північним полюсом від нас.)

4.        Визначте напрямок струму в провіднику, переріз якого і магнітне поле показані на рисунку.

6.     ПІДВЕДЕННЯ ПІДСУМКУ УРОКУ

Паралельні провідники зі струмом притягуються, якщо струми в провідниках течуть в одному напрямку, і відштовхуються, якщо струми течуть у протилежних напрямках.

•         1 А — це сила такого постійного струму, що при проходженні по двох паралельних прямолінійних нескінченно довгих провідниках дуже малого перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликає між провідниками силу взаємодії, рівну 2 -10⁷ Н на кожен метр довжини.

•         Гіпотеза Ампера: властивості постійних магнітів обумовлені циркулюючими в них однаково спрямованими незатухаючими «молекулярними» струмами.

•         Силові лінії магнітного поля прямого проводу зі струмом мають вид концентричних кіл.

•         Якщо обертати свердлик так, щоб напрямок його поступального руху збігся з напрямком струму, то напрямок обертання ручки буравчика покаже напрямок ліній магнітної індукції.

•         Якщо правою рукою «обхопити» провідник так, щоб великий палець був спрямований у напрямку струму, то чотири пальці покажуть напрямок силових ліній магнітного поля.

• Якщо правою рукою « обхопити » котушку зі струмом, розташувавши чотири пальці у напрямку струму, то відігнутий великий палець укаже напрямок силових ліній усередині котушки.