Работа и мощность электрического тока - Электрические явления

Цель: выяснить характер зависимости между энергией, выделяемой на участке цепи, электрическим током и сопротивлением этого участка цепи.

Демонстрации: механическая работа электрического тока; измерение мощности в электрической цепи с помощью амперметра и вольтметра.

Ход урока

I. Анализ итогов контрольной работы

Перед началом изучения новой темы необходимо проанализировать результаты контрольной работы по темам «Строение атома» и «Сила тока, напряжение, сопротивление», остановиться на наиболее характерных ошибках, возможно, разобрать решение некоторых задач у доски.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Работа электрического тока как характеристика процесса превращения электрической энергии.

2. Расчет работы электрического тока.

3. Мощность электрического тока.

4. Измерение работы и мощности электрического тока.

1. Изучение нового материала целесообразно начать с повторения понятий энергии и механической работы, с которыми учащиеся знакомились при изучении механики в 7 классе.

Учитель задает вопрос:

- Что понимают под механической энергией и работой?

В качестве примера можно рассмотреть падение тела в поле тяготения Земли, приведя следующие рассуждения: если тело массой т падает с высоты h₁ до высоты h₂, то при этом сила тяжести совершает работу А = mg(h₁ - h₂). Эта работа равна изменению потенциальной энергии тела: А = Е_п1 – Е_п2. Но общая механическая энергия тела не изменилась, она стала равной сумме потенциальной и кинетической энергии тела на высоте h₂. Отсюда вывод: работа характеризует изменение энергии или превращение одного вида энергии в другой. В данном случае происходит превращение одного вида механической энергии (потенциальной) в механическую энергию другого вида (кинетическую).

Далее учитель сообщает, что работа электрического тока также характеризует процесс превращения энергии одного вида (энергии электрического поля) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механическую и другие виды энергии).

При введении понятия работы электрического тока можно воспользоваться опытами, непосредственно демонстрирующими механическую работу электрического тока (подъем груза электродвигателем). Для демонстрации собирают установку из электродвигателя, последовательно с которым включают реостат и демонстрационный амперметр.

Учащиеся на опыте видят, что электрический ток совершает работу, следовательно, электрическая энергия превращается в механическую.

- Какие еще явления показывают, что электрический ток может совершать работу?

2. Чтобы установить, от чего зависит работа электрического тока, можно воспользоваться установкой с лампой накаливания. Изменяя сопротивление реостата, демонстрируется различное свечение лампы. Одновременно замеряется значение силы тока и напряжение в этих случаях. Очевидно, чем ярче светится лампа, тем больше выделяется в ней энергии и, следовательно, тем большую работу совершает электрический ток. Следовательно, именно этому случаю соответствуют и большие значения силы тока и напряжения. Опыт дает возможность качественно установить, что:

Работа электрического тока А пропорциональна силе тока I, напряжению U н времени прохождения тока t:

А = IUt.

Формулу работы можно получить и из известного учащимся выражения Отсюда: А = Uq = Iut.

За единицу работы электрического тока принят Джоуль. Джоуль равен работе, выполняемой электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В за 1 с:

1 Дж = 1 В · 1 А · 1 с.

3. Мощность электрического тока. С понятием мощности учащиеся уже встречались при изучении механики. Поэтому вначале можно повторить определение мощности и единицы ее измерения.

- Что понимают под механической мощностью? (Ответы учеников.) Чтобы найти среднюю мощность электрического тока, надо его работу разделить на время:

За единицу мощности принят ватт (Вт):

1 Вт = 1 В · 1 А.

4. Для измерения работы электрического тока нужен прибор, учитывающий напряжение, силу тока и время прохождения тока. Таким прибором является электрический счетчик. Электрические счетчики устанавливаются везде, где используется электрическая энергия.

Для измерения, мощности электрического тока используются ваттметры, учитывающие напряжение и силу тока. Измерить мощность можно и с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, умножают напряжение на силу тока, найденные по показаниям приборов.

III. Решение задач

Если в конце урока остается время, его желательно посвятить решению задач:

Задача 1

Два резистора имеют сопротивления по 1 Ом. Какова будет мощность тока, если подключить к источнику постоянного напряжения 1 В один резистор? Два резистора параллельно? Два резистора последовательно?

Задача 2

Какую работу совершит электрический ток в лампочке карманного фонаря за 10 мин, если напряжение 4 В, а сила тока 250 мА?

Задача 3

При перемещении заряда 50 Кл по проводнику совершена работа 200 Дж. Определить время прохождения тока и мощность.

Задача 4

Определите КПД электрического двигателя, который при напряжении 220 В и силе тока 2 А за 30 с поднимает груз массой 100 кг на высоту 10 м. Решение: По определению КПД - это отношение полезной работы к затраченной: Полезная работа равна A_п = mgh, затраченная работа - А₃ = UIt.

Тогда

(Ответ: η ≈ 76%.)

Задача 5

Увеличится или уменьшится потребляемая елочной гирляндой мощность, если уменьшить количество лампочек на одну?

Домашнее задание

1. § 50-52 учебника; вопросы к параграфу.

2. Сб. задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1396, 1398, 1405, 1407.