Урок физики в 8-м классе "Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы"

Цель урока: ознакомление учащихся с использованием теплового действия тока на практике.

Демонстрации:

• Устройство лампы накаливания.
• Нагревание проводников из разных веществ электрическим током.
• Устройство и принцип действия электронагревательных приборов (утюга, электрического чайника и др.).
• Видеофильм «Электрическая лампа накаливания».
• Мультимедийная презентация.

Ход урока

1. Организационный момент:

• приветствие учащихся,
• предварительная организация класса (проверка отсутствующих, проверка готовности учащихся к началу работы),
• мобилизующее начало урока: «Самые справедливые судьи, к проверке домашнего задания готовы? Самые смелые и совсем не смелые ответчики, к проверке домашнего задания готовы?»

2. Проверка домашнего задания.

Класс делится на три группы (по рядам).

1-й ряд работает по карточкам в парах (взаимоконтроль).

По мере изучения темы «Электрические явления» учащиеся изготавливают небольшие карточки с обозначениями изученных физических величин (I, U, R…), которые используются при самоподготовке дома и при проверке домашнего задания в классе. Работая в парах, учащиеся по очереди тянут карточки, называют формулу и дают определение соответствующей величины. Работа в парах длится, как правило, 3-5 минут. Учитель в момент работы пар может присоединиться и слушать ответы учащихся и даже оставляет за собой право одного вопроса любому ученику. Обычно в этом нет никакой необходимости, потому что учащиеся очень дорожат доверием учителя и спрашивают друг друга очень строго. На следующем уроке это задание выполняет другая группа. (Варианты карточек и примерные ответы учащихся приведены в таблице 1.)

Таблица 1

Надпись на карточке	Ответ учащегося
	Формула	Определение
I		Сила тока – это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени.
U		Напряжение – это величина, показывающая, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда.
R		Электрическое сопротивление – это способность проводника препятствовать прохождению тока.
A		Работа электрического тока – это величина, равная произведению силы тока на напряжение на концах этого участка и на время прохождения тока.
P		Мощность электрического тока – это величина, равная произведению силы тока на напряжение.
Закон Джоуля-Ленца		Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и на время прохождения тока.
I послед. соед.		При последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же.
U послед. соед.		При последовательном соединении полное напряжение в цепи равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.
R послед. соед.		Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников.
I парал. соед.		Сила тока в цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках.
U парал. соед.		При параллельном соединении напряжение на участке цепи и на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же.
R парал. соед.		При параллельном соединении обратное значение полного сопротивления равно сумме обратных значений каждого сопротивления.
Закон Ома для участка цепи		Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

2-й ряд выполняет задание «Восстанови формулы». Оно может выполняться как на доске, так и индивидуально по карточкам. Цепочка первого уровня сложности содержит преимущественно основные формулы, во втором уровне сложности – производные. Банк подобных цепочек с большим желанием пополняют сами учащиеся. Последними, как правило, располагаются формулы, являющиеся связующим звеном между материалом прошлого урока и новым материалом данного урока. За каждый вид деятельности учащиеся получают баллы, которые по окончании урока превращаются в оценку. (Примеры заданий «Восстанови формулы» приведены на рисунке 1).

Рисунок 1

3-й ряд решает разноуровневые задачи по карточкам. У каждого ученика своя карточка, которая содержит две задачи. Работа в паре проходит следующим образом. Один из учеников объясняет решение первой задачи своему партнёру. Второй слушает, осмысливает, задаёт вопросы. Затем они меняются ролями. Учащимся, нуждающимся в помощи, помощь оказывают либо преподаватель, либо ученики, решившие свою задачу. После усвоения первой задачи «проблемный» ученик решает вторую задачу самостоятельно. После этого ученики обмениваются тетрадями и проверяют их. После проверки ученики пишут в тетрадях друг друга «проверил» и ставят свою подпись. (Примеры задач к данному уроку приведены в таблице 2).

Таблица 2

3. Изучение нового материала (актуализация знаний.)

Учитель. Любой проводник, по которому идёт электрический ток, нагревается. К этому выводу впервые пришли независимо друг от друга Джеймс Джоуль и Эмилий Христианович Ленц. Этот опытный факт нашёл своё отражение в законе Джоуля-Ленца, который мы изучали на прошлом уроке (формула 1). Сегодня нам предстоит ознакомиться с использованием теплового действия тока на практике. Мы с вами должны выявить общую закономерность всех нагревательных приборов и изучить устройство лампы накаливания. Но для начала нам нужно опытным путём выяснить, какой из проводников, имеющихся у вас на столах, при прохождении по нему тока нагревается сильней? Что для этого нужно сделать? Выслушав предложения, учитель подводит учащихся к демонстрации опыта, показывающего тепловое действие тока в цепи, состоящей из трёх последовательно соединённых проводников, обладающих разным удельным сопротивлением: медного, стального и никелинового. Ток во всех последовательно соединённых проводниках одинаков (можно убедиться с помощью амперметра). Количество же выделяющейся теплоты в проводниках разное. С помощью вольтметра учащиеся измеряют напряжение на концах каждого проводника и, используя закон Ома для участка цепи, рассчитывают сопротивление проводников. Из опыта делается вывод: нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается. (Подтверждается формулой (1).)

Учитель обращает внимание учащихся на тот факт, что длины и площади поперечного сечения проводников одинаковые. Значит, единственное отличие этих проводников – разные удельные сопротивления. (Что подтверждается формулой (2)). Учащиеся делают вывод: чтобы проводник нагрелся сильней, он должен обладать большим удельным сопротивлением. (Демонстрация слайда 1 (см. приложение).)

Используя данные таблицы 8 учебника, учащиеся предлагают вещество, наиболее подходящее для изготовления нагревательного элемента.

Постановка проблемного вопроса.

Удельное сопротивление вольфрама в два раза меньше, чем железа. Почему же именно вольфрам используется в качестве нити накала в электрических лампочках? (Демонстрируется слайд 2, из которого видно, что вольфрам – очень тугоплавкий металл, именно поэтому предпочтение отдают именно ему.) Внимание учащихся заостряется на практическом применении материалов, обладающих большим удельным сопротивлением.

Проблемный вопрос.

Почему нагревательные элементы не изготавливают из фарфора, у которого удельное сопротивление в миллиарды раз больше всех веществ, приведённых в таблице?

Учащиеся обобщают полученную информацию и отвечают на вопрос: «Какими свойствами должно обладать вещество, используемое для изготовления нагревательных элементов?»

Вывод записывают в тетрадь: нагревательный элемент представляет собой проводник, обладающий большим удельным сопротивлением и высокой температурой плавления.

Учащимся предлагается на некоторое время стать изобретателями и предложить свой способ изготовления небольшого нагревательного элемента (миниатюрного кипятильника). После нескольких предложений учащихся демонстрируется слайд 3, который содержит несколько советов по изготовлению нагревательного элемента, среди которых наиболее ценным является последний.

Внимание!
Не торопитесь собирать кипятильник самостоятельно раньше следующего урока физики, на котором речь пойдёт о коротком замыкании!!!

Задания группам.

1. Рассмотрите электрическую лампу накаливания (рисунок 2).
(Учащимся выдаётся оригинал.)

Рисунок 2

Прочитав текст карточки для первой группы и, пользуясь материалом §54 и рисунком 83 учебника, выделите основные элементы лампы накаливания.

Ответы учащихся могут быть такими:
а) Основными элементами электрической лампочки являются: стеклянная колба, нить накала (спираль), два проводка, цоколь с винтовой нарезкой.
б)

• Стеклянная колба.
• Спираль из вольфрама.
• Молибденовые держатели.
• Стеклянный или металлический штенгель.
• Вводы.
• Стеклянная лопатка.
• Цоколь.
• Носик.

(Предложенный ответ, в случае необходимости, корректируется учителем и записывается в тетрадь всеми учащимися.)

Учитель в стихотворной форме предлагает ещё один из вариантов устройства лампочки:

Чтобы лампочку создать,
Нужно колбочку вам взять,
Выкачать оттуда воздух,
Поместить туда спираль.
Пусть спираль подержат ту
Проводочков пара.
Помни, что важнее всех –
Это нить накала!

(Демонстрация слайда №5 и видеофильма «Электрическая лампа накаливания»).

Карточка для первой группы учащихся:

Все многочисленные разновидности ламп накаливания состоят из однотипных частей, различающихся размерами и формой. Устройство типичной лампы накаливания таково: внутри колбы (1) на стеклянном или металлическом штенгеле (4) с помощью держателей (3) из молибденовой проволоки закреплено тело накала (2) (спираль из вольфрама). Концы спирали прикреплены к концам вводов (5); средняя часть вводов с целью создания плотного вакуумного соединения со стеклянной лопаткой (6) выполняется из платинита или молибдена. В процессе вакуумной обработки колба лампы накаливания наполняется инертным газом, после чего штенгель заваривается с образованием носика (8). Для защиты носика, а также для крепления в патроне лампа накаливания снабжается цоколем (9), прикрепляемым к колбе цоколёвочной мастикой (7).

2. Рассмотрите нагревательный элемент электрического чайника (рисунок 3). (Учащимся выдаётся оригинал).

Рисунок 3

Какие особенности нагревательного элемента вас заинтересовали? Пользуясь материалом §54 и рисунками 84 и 85 учебника, ответьте на вопросы:

• Каково на ваш взгляд назначение каждой составляющей нагревательного элемента, обозначенной цифрами 1 – 3 на карточке для вашей группы?
• Какова роль элемента, обозначенного цифрой 4?
• Почему нагревательный элемент имеет такое сложное строение?

(Прямого ответа на этот вопрос в учебнике нет. Рассматривается случай, когда проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала (слюды, керамики). Учащимся предлагается более «усовершенствованный» нагревательный элемент, который большинство учащихся никогда не видели «изнутри» (рисунок 4)).

Рисунок 4

Предположительный ответ учащихся:
Нагревательный элемент электрического чайника состоит из трёх частей: внутреннего проводника 1, играющего роль нагревателя, слоя изолятора 2 и внешнего металлического корпуса 3. Цифрой 4 обозначен проводник для подвода электроэнергии.

Демонстрация слайда 4 и комментарий учителя:

Любой электронагреватель состоит из пары проводников с низким сопротивлением (для подвода энергии), соединенных проводником с высоким сопротивлением (собственно нагревателем), а в остальных местах разделенных изолятором. (Учащиеся записывают в тетрадь, схему зарисовывают.) При этом вся конструкция (по крайней мере в зоне нагрева) должна выдерживать рабочую температуру нагревателя. Такое сложное строение нагревательного элемента объясняется соблюдением безопасности использования электрических нагревательных приборов. Совсем недавно использовались электрические плитки с открытой спиралью. В случае выгибания спирали могло произойти соприкосновение спирали, например, с кастрюлей. В результате чего под напряжение мог попасть человек, дотронувшийся до такой кастрюли.

«Фото из прошлого»

Учащимся предлагается рассмотреть рисунок 5 и ответить на вопрос девушек 9-го класса: почему утюг «чернеет» всегда в одном и том же месте?

Рисунок 5

Учащиеся могут предположить, что утюг «чернеет» в местах, где нагревательный элемент расположен наиболее близко.
Им предлагается обнаружить этот нагревательный элемент. Оказывается, в большинстве случаев это сделать не так-то просто. Убрав верхнюю часть утюга, учащиеся приходят к выводу, что он почти пустой. А нагревательный элемент скрыт в нижней части утюга (подошве) и имеет такую же особенность, как и нагревательный элемент электрического чайника – состоит из трёх слоёв (рисунок 6).

Рисунок 6

4. Закрепление и обобщение изученного материала.
(Учитель предлагает учащимся самостоятельно сформулировать основные выводы урока (совпадают с записями в тетрадях).) Учитель отмечает тот факт, что наука постоянно развивается, появляются новые материалы с совершенно уникальными, как нам кажется сегодня, свойствами. (Демонстрация слайда 6.)

5. Контроль знаний (проверка усвоенного на уроке).

1. Приведите примеры использования теплового действия тока на практике.
2. Что представляет собой нагревательный элемент электронагревательного прибора?
3. Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали и ленты нагревательного элемента?
4. Какие известные вам материалы обладают необходимыми для нагревательного элемента свойствами?
5. Расскажите, как устроена современная лампа накаливания.
6. Зачем баллоны современных ламп накаливания наполняют инертным газом?

6. Запись домашнего задания.

§54, задание 8 (1или 2) по желанию.

7. Подведение итогов урока