Система уроків Робота і потужність електричного струму

Робота електричного струму

Мета .З’ясувати, що треба розуміти під поняттям „робота електричного струму”, як її обчислити, в яких одиницях виміряємо роботу електричного струму. Продовжити формування енергетичного характеру електричного струму (здатність виконувати роботу).

Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу.

Хід уроку.

1.Організаційний момент.

2.Актуалізація опорних знань.

   Оголошується тема уроку. Після цього відновлюється в пам’яті учнів те, що вони вчили про роботу раніше. Зокрема, що роботу треба розуміти як міру перетворення одного виду енергії в інший. Учні з допомогою вчителя наводять приклади.

   Наприклад:

а)коли тіло рухається вертикально вгору, його кінетична енергія перетворюється в потенціальну.

б) двигун автомашини перетворює енергію палива у механічну. При цьому виконується робота, яка дорівнює кількості теплоти, що перейшла у механічну енергію.

  Вчитель.

1.Яка фізична величина називається напругою.

2.Напруга в електромережі дорівнює 127В. Що це означає?

3.Що таке електричний струм? Які умови існування струму?

4.Які основні дії викликає електричний струм? Яка дія завжди властива струму?

Висновок . Будь-яке перетворення енергії з одного виду в інший характеризується виконанням роботи.

Відомо, що напруга U на кінцях ділянки дорівнює роботі, що виконується при перенесенні зарядженими частинками в цій ділянці заряду в 1 кл.

звідси    A=U∙q

Висновок. Щоб визначити роботу електричного струму на якій-небудь ділянці кола, треба напругу на кінцях цієї ділянки кола помножити на електричний заряд (кількість електрики). Що пройшов по ній.

   Але  q=I∙t   звідси    A= U∙I∙ t

    Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює добутку напруги на кінцях цієї ділянки на силу струму і час протягом якого виконувалась робота.

[А]=1В∙1А∙1с=1Дж

   Для вимірювання роботи електричного струму потрібні: вольтметр,  амперметр, годинник. На практиці роботу електричного виміряють спеціальними приладами-лічильниками.

3. Закріплення.

1.Виконайте перетворення в СІ одиниць роботи:

520кДж=…Дж                       625мДж=…Дж

1МДж=   …Дж                       0.09кДж=…Дж

5∙10⁵Дж=…Дж                       7гДж =… Дж

2. Як визначається робота електричного струму на ділянці кола ?

3. Якими приладами виміряємо роботу електричного струму?

4. В електричній лампочці при напрузі 220 В проходить струм 0.5 А. Підрахуйте , скільки енергії витратиться за час вашого перебування в школі, якщо ідучи з дому, ви забули вимкнути таку лампочку.

5. Яку роботу виконує електричний струм в електродвигуні настільного вентилятора за 30с, якщо при напрузі 220 В сила струму в двигуні дорівнює 0.1А?

6. Тест на збереження енергії. (Додайте усі відповіді так. Якщо ви отримали: від 1 до 5 відповідей так : вам ще багато чого слід навчитися, отже почніть уже зараз. Від 6 до 10 відповідей так: у вас багато корисних навичок, які стануть основою для подальшої роботи над собою. Від 1 до 15 відповідей так: ви - гарний приклад для всіх інших. Від 16 до 20 відповідей так: хтось з вашої родини повинен стати міністром з питань охорони довкілля.

Тест на збереження енергії

Дайте відповіді на запитання анкети та перевірте, чи вмієте ви заощаджувати енергію

У нашому домі	так	ні
Ми записуємо наше енергоспоживання
Ми вимикаємо світло в кімнаті, коли виходимо з неї
Пральна машина завжди повністю завантажена, коли ми нею користуємося
Холодильник стоїть у прохолодній кімнаті
Ми не ставимо меблі перед обігрівачами
Ми почали використовувати енергозберігаючі жарівки
Ми користуємося місцевим освітленням (настільна лампа, бра, торшер)
Ми провітрюємо приміщення швидко та ефективно протягом кількох хвилин
Ми заклеюємо вікна на зиму
Ми зашторюємо вікна на ніч
Ми закриваємо кришкою каструлю, коли готуємо їжу
Ми часто розморожуємо холодильник
Ми миємо посуд у мийці
Ми миємося під душем, а не приймаємо ванну
Ми ходимо пішки чи їздимо на велосипеді до школи і на роботу
Ми знижуємо температуру в приміщенні коли виходимо
Ми знижуємо температуру в приміщенні вночі
Ми повторно використовуємо скло, папір, метал
Ми не купуємо товари, якими можна скористуватися лише один раз
Ми не купуємо товари у великих упаковках
Ми ремонтуємо речі, замість того, щоб замінити їх

4. Домашнє завдання.

§

1.     З’ясувати, чи є можливості в оточуючій вас обстановці зекономити електроенергію за  рахунок своєчасного вимикання споживачів струму? Скільки Дж енергії можна зекономити? Наведіть розрахунки.

2.     Зняти покази лічильника коли прийдете із школи і коли будете іти в школу.

Потужність електричного струму

Мета .Дати поняття про потужність електричного струму, одиниці її вимірювання. Вчити застосовувати здобуті знання для розв’язування задач із технічним змістом і енергозбереженням.

Тип уроку .Урок вивчення нового навчального матеріалу.

Хід уроку

1.Організаційний момент.

2. Перевірка домашнього завдання:

1Чому дорівнює електрична напруга на ділянці кола?

2 Як через напругу і електричний заряд, що проходить через ділянку кола визначити роботу електричного струму на цій ділянці?

3 Які формули для роботи струму вам відомі?

4 Перевірка домашньої задачі.

3.Викладання нового матеріалу:

   Учні з допомогою вчителя пригадують , яку фізичну величину називають потужністю.

   Отже, щоб знайти середню  потужність, треба роботу розділити на час.

  Р – потужність струму.

                      

звідси                                  

[Р]=1В∙1А=1Вт;      ;    Дж =Вт ∙сВт =Дж / с

    Виміряти потужність струму можна вольтметром і амперметром або спеціальним приладом ватметром.

   В побуті зручно роботу струму виміряти не у Джоулях, а через спеціальні одиниці потужності і часу (кВт год.).

1Вт год.=1Вт∙3600с=3600Дж

1гВт год.=100Вт∙3600с=360000Дж

1кВт год.=1000Вт∙3600с=3600000Дж

   Номінальна потужність-потужність, яка необхідна для нормальної дії приладів.

   Розгляд таблиці потужностей.

   Задача . Підрахувати вартість електроенергії за показами вашого лічильника (домашнє завдання) при тарифі 12 коп. за 1 кВт год.

4.Закріплення нового матеріалу.

1) яка з виконаних робіт більша і в скільки разів?

а)15 кВт год.     і     300 Дж                б)2гВт год.    і    200 Дж

2) скільки „коштує” блискавка, якщо напруга між грозовою хмарою і заземленням наближено дорівнює 50∙10⁶В, а максимальна сила струму 2∙10⁵А, а тривалість блискавки – близько тисячної частини секунди 0.001 с.

3)чи завжди значення потужності, споживаної електролампочкою, збігається з потужністю, вказаною на її балоні? Яка можлива причина розбіжності?

4)дві електролампочки потужністю 25 Вт і 75 Вт увімкнені в електромережу з напругою 220 В. У волоску якої з них проходить струм більшої сили і в скільки разів?

5. Домашнє завдання:§

Задача. Яка потужність тих приладів які у вас є, і користуєтесь ними кожного дня? Підрахуйте скільки енергії вони споживають за час їх роботи. Чи завжди економно користуєтесь ними? Оцініть скільки коштує ваше марнотратство (за 1 місяць, за рік).   

Заповніть таблицю. Кожний вечір протягом тижня записуйте покази лічильника електричної енергії  в один і той самий час. Щоб з’ясувати скільки енергії було використано за останні 24 години, відніміть покази лічильника, одержані напередодні. Позначте результат кружечком у відповідному рядку в колонці. Через тиждень з’єднайте всі кружечки лінією. Ви одержите графік спожитої у вашому будинку електроенергії протягом тижня. Додайте всі результати, щоб одержати загальну кількість енергії у вашому будинку протягом тижня.

   Після того, як ви вивчите способи економії електроенергії та будете їх застосовувати, знову заповніть таблицю, але лінію намалюйте іншим кольором. порівняйте результати.

Вимірювання енергії вдома

кВт/год	понеділок	вівторок	середа	четвер	п’ятниця	субота	неділя
20
19
…
2
1

  

Лабораторна робота №7

Визначення потужності й роботи струму

Мета. Навчити учнів виконувати вимірювання потужності й роботи струму з використанням амперметра, вольтметра, годинника; закріпити вміння складати електричне коло, вмикати амперметр і вольтметр та вимірювати силу струму і напругу.

Тип уроку. Урок удосконалення знань учнів, набуття експериментальних навичок.

Хід уроку

1.Організаційний момент.

2. Актуалізація опорних знань.

1.Які енергетичні перетворення відбуваються у зовнішній ділянці кола і в джерелі струму?

2.Що таке потужність і робота електричного струму?

3.Як практично визначити потужність(роботу),яку споживає ділянка кола?

4. Які одиниці вимірювання потужності (роботи) електричного струму використовують на практиці?

5.Які прямі вимірювання треба виконати, щоб визначити потужність і роботу електричного струму?

6.Як правильно складати електричне коло?

Рівень А

Обладнання: джерело струму, амперметр, вольтметр, низьковольтна лампочка на підставці, реостат, годинник.

Завдання. 1. Повторіть за підручником тему „Робота і потужність електричного струму”

2.Складіть коло з джерела струму, лампочки, реостата, ключа, амперметра, з’єднавши їх послідовно.

3. Замкніть ключ, запишіть покази приладів і обчисліть потужність струму в лампочці.

4. Позначте час вмикання і вимикання лампочки. За часом їх світіння і потужністю визначте роботу струму в лампочці.

5. Повторіть вимірювання кілька разів, змінюючи силу струму в лампочці.

6. Результати вимірювань запишіть у таблицю

№ досліду	Сила струму І,А	Напруга на лампочці U,В	Потужність Р,Вт	Час t,с	Робота струму А, Дж
1 2 3

Домашнє завдання.1. Який струм має більшу потужність: силою 6А за напруги 220В чи силою  220мА за напруги 6,6кВ? 2. Яка найбільша потужність  може споживатися в квартирі, якщо плавкі запобіжники розраховані на максимальну силу струму 6А за напруги 220В?

Рівень В

Обладнання: джерело струму, амперметр, вольтметр, низьковольтна лампочка на підставці, ключ, з’єднувальні провідники, годинник.

Завдання. 1. Запишіть характеристики засобів вимірювання.

2.     Намалюйте схему електричного кола для вимірювання потужності. Зазначте полярність клем амперметра і вольтметра. Складіть коло за схемою.

3.    Замкніть ключ, запишіть покази приладів і обчисліть потужність, яку споживає лампочка.                                                                                                                 4. Позначте час вмикання і вимикання лампочки. За часом їх світіння і по      тужністю визначте роботу струму в лампочці.

5.     Повторіть вимірювання кілька разів змінюючи силу струму в лампочці.

6.     Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю.

№ досліду	Назва приладу	Покази приладу	Межа похибки			Результати вимірювань	Потужність струму, Вт
			Вимі рювального приладу	Відлічу- вання	Вимірю- вання
1	Вольтметр Амперметр Годинник
2	Вольтметр Амперметр Годинник
3	Вольтметр Амперметр Годинник

7. Обчисліть межу похибки посереднього вимірювання потужності і роботи:

h_p = P₀ - (U₀ - h_u)(I₀ - h_i),

де   P₀ = U₀I₀

h₀ = A₀ - (U₀ - h_u)(I₀ - h_i)(t₀ - h_i)

де A₀ = U₀I₀t₀

Запишіть результати в прийнятому вигляді:

P₀ = P₀ ± h_p, A = A₀ ± h_a.

8.     Порівняйте здобуті результати і перевірте, чи збігаються знайдені значення потужності з потужністю, позначеною на електричній лампочці.  Зробіть висновки.

Домашнє завдання. 1. За паспортними даними обчисліть потужність усіх лампочок у люстрах вашої квартири, праски, пилососа, холодильника, телевізора. Обчисліть загальну потужність усіх споживачів електроенергії.

2.Прилад, розрахований на напругу 220В, увімкнули в розетку, напруга в якій 110В. Збільшиться чи зменшиться споживана приладом потужність і в скільки разів? Опір приладу вважати незмінним.

Лабораторна робота №8

Визначення ККД установки з електричним нагрівником

Мета. Навчити учнів обчислювати ККД установки з електричним нагрівником.

Тип уроку. Урок удосконалення знань, формування експериментальних умінь.

Хід уроку

1.Актуалізація опорних знань:

1.Що таке ККД установки ?

2. Яку теплоту вважають повною, а яку корисною, коли нагрівають воду в посудині на електроплитці?

3. Як визначити корисну кількість теплоти? Які величини для цього треба виміряти?

4. Як обчислити кількість теплоти, що виділяється в нагрівальному елементі під час проходження в ньому струму?

5. Які вимірювальні прилади потрібні для виконання цієї роботи?

6. як визначити масу води, що є в посудині? Як це зробити, якщо є лише міра місткості?

7. Які правила користування лабораторним термометром?

2. Виконання лабораторної роботи:

рівень А

Обладнання спіраль, посудина з водою, мензурка, термометр, годинник(або секундомір), внутрішня посудина від калориметра, амперметр, вольтметр, з’єднувальні проводи, джерело струму.

Завдання. 1.Складіть коло за схемою:

    2.У посудину від калориметра налийте 100-150 г води. Виміряйте початкову температуру води. Опустіть у воду спіраль, увімкніть струм і нагрійте воду до 40-50ºС.

   Визначте час,  протягом якого нагрівалася вода. Змініть покази вольтметра і амперметра. Результати вимірювань запишіть у таблицю.

Маса води m,кг	Почат кова  температура води t1,ºC	Кінцева температура води t2,ºС	Час нагрівання τ,с	Сила струму І,А	Напруга U,В	Потужність Р,Вт	Робота струму А, Дж	Кількість тепло- ти Q,Дж	Теплова віддача ККД %

3.Використовуючи дані таблиці, обчисліть:

 а) потужність струму, якщо відомі  робота струму і час нагрівання;

 б)роботу струму, якщо відомі потужність струму і час нагрівання;

  в)кількість теплоти, затрачену на нагрівання води;

  г) теплову віддачу нагрівника. 100%

Домашнє завдання. 1.Визначте загальну потужність усіх споживачів електричної енергії (ламп, нагрівальних приладів, телевізора тощо), які є в квартирі. Значення потужності, споживаної кожним приладом, можна визначити з його паспорта або з напису на самому приладі чи лампі. 2.Яка найбільша потужність може споживатися в квартирі, якщо плавкі запобіжники розраховані на максимальний струм 6А за напруги 220В?

Рівень В

Обладнання: реостат, дротяна спіраль на підставці, посудина з водою, терези або вимірювальний циліндр (мензурка), термометр,  годинник (секундомір), калориметр, вольтметр, з’єднувальні провідники, джерело струму.

Завдання. 1.запишіть характеристики засобів вимірювання.

2.Відміряйте 100см³ води і влийте в калориметр.

3.накресліть схему кола для виконання роботи, зазначте полярність клем для приладів.

4.Складіть коло за схемою. Замкніть ключ і реостатом встановіть силу струму, зазначену вчителем. Розімкніть коло, вставте нагрівальний елемент у воду.

5.Виміряйте початкову температуру води.

6.Замкніть коло і нагрівайте воду протягом 10 – 15 хв.

7.Під час нагрівання виміряйте силу струму і напругу на нагрівальному елементі. Виміряйте кінцеву температуру води.

8.Результати вимірювань об’єму, сили струму, напруги, початкової і кінцевої температур води, часу проходження струму запишіть в таблицю. Запишіть також значення густини і питомої теплоємності води.

№п/п	Позначення вимірюваної величини	Покази засобів вимірювання	Межа похибки			Результати вимірювання
			відлічування	Засобів вимірювання	вимірювання
1	V
2	І
3	U
4	t
5	t
6	τ
7	ρ

9.     за результатами прямих вимірювань обчисліть потужність нагрівального елемента та його ККД.

10.                       обчисліть межу похибки посереднього вимірювання потужності за формулами: Р₀=U₀I₀;   h_p=P₀-(U₀-h_u)(I₀-h_i).

Результати запишіть у прийнятому вигляді: P=P₀⁺_-h_p.

11.                       результат посереднього вимірювання ККД запишіть із відповідною кіль        кістю значущих цифр. Значення τ, ρ, с вважати точними числами.

Домашнє завдання.1. Розгляньте електричний кип’ятильник. З яких частин він складається? Як влаштований нагрівальний елемент? На яку силу струму він розрахований? Чому не можна виймати кип’ятильник із води, не вимкнувши його з електромережі.

2. Чому під час проходження струму дротами мережі вони майже не нагріваються, а спіраль електроплитки сильно розжарюється, хоча сила струму в спіралі і дротах однакова?

Тематичне оцінювання по темі „Робота і потужність електричного струму”

Мета .Перевірити знання учнів, контроль за здобутими знаннями і вміннями. Розвивати логічне мислення.

Тип уроку. Урок контролю і корекції знань та вмінь.

Хід уроку

1.Виконання контрольної роботи.

Варіант 1.

Рівень 1

1.Для вимірювання потужності електричного струму використовують…

а) амперметр; б) вольтметр; ватметр.

2. з наведених фізичних величин у джоулях вимірюється:

а) сила струму; б) робота струму; в)напруга

3. Яка з нижченаведених величин може бути потужністю електричного струму:

а) 400 кВт год.;  б) 400 Вт  в)400В

Рівень 2

1.     Як зміниться кількість теплоти, яка виділяється в провіднику зі струмом за певний інтервал часу, якщо при сталому опорі силу струму в ньому збільшити в двічі?

а)збільшиться у 2 рази; б) збільшиться в 4 рази; в) зменшиться в 4 рази.

2. Робота електричного струму електропечі за добу становить 360 кВт год. Яка потужність печі?

Рівень 3

1.     Опір нагрівального елемента електричного чайника 60 Ом. Яка потужність струму, який споживає чайник при напрузі 220В?

Рівень 4

1.     Дві лампочки з опорами 2 Ом і 3 Ом з’єднані паралельно. У нерозгалуженій частині кола йде струм силою 2 А. Обчислити потужності струму в лампочках.

Варіант 2.

Рівень 1

1.     кількість теплоти, що виділяється у провіднику під час проходження електричного струму,…

а) пропорційна значенню сили струму;

б) обернено пропорційна значенню сили струму;

в) пропорційна квадрату значення сили струму.

2. Потужність електричного струму виміряють у :

а) Дж;    б) Вт;      в) В.

3. Роботу електричного струму визначають за формулою:

а) А=Рt;  б) Р=UІ;   в) U=ІR.

Рівень 2

1.     Як зміниться потужність споживача, якщо, не змінюючи опору, напругу на ньому зменшити в 4 рази?

а) збільшиться в 4 рази; б) зменшиться в 4 рази; в)збільшиться в 16 разів.

2. Праска за напруги 200 В споживає потужність 0.75 кВт. Яка сила струму проходить у нагрівному елементі праски?

Рівень 3

1.     Сила струму в електродвигуні за напруги 380 В становить 40 А. Який ККД двигуна, якщо його механічна потужність дорівнює 7.6 кВт?

Рівень 4

1.     Для ліквідації ожеледиці на проводі електрифікованої залізничної дороги по ньому пропускають електричний струм силою 450 А за напруги 600 В. Визначити ККД процесу електронагрівання, якщо за 0ºС протягом 20 хвилин плавиться 225 кг льоду.

Варіант 3

Рівень 1

1.     Яка з наведених величин може бути роботою електричного струму?

а)25 Вт;  б)25 Дж; в)25 А.

2. Потужність електричного струму можна визначити за формулою…

а) U/R;       б)It;        в)A/t;         г)q/t.

3. З названих фізичних величин у ватах вимірюється:

а) сила струму; б) напруга; в) потужність.

Рівень 2

1 Як зміниться кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом за певний інтервал часу, якщо при сталому опору напругу на ньому збільшити у 4 рази?

а) збільшиться у 4 рази; б) зменшиться у 4 рази; в) збільшиться у 16 разів.

2. На цоколі лампочки написано „6.3 В4 280 мА”. Яка потужність лампочки?

Рівень 3

1.     Яке значення напруги джерела, до якого під’єднана електроплитка, якщо за 15 хвилин у нагрівному елементі, опір якого становлять 0.18 кОм, виділиться 2∙10⁵ Дж теплоти?

Рівень 4

1.     Визначити ККД електричного мідного паяльника масою 100 г, якщо він нагрівається струмом силою 5 А на 500ºС за 5 хвилин. Опір спіралі нагрівника дорівнює 25 Ом.

Варіант 4

Рівень 1

1.     Робота електричного струму вимірюється:

а) амперметром; б) ватметром; в) вольтметром.

2. Потужність електричного струму можна визначити за формулою:

а) Р=ІU; б)U=IR ;     в)A=IUt

3. Яка з нижче наведених величин може бути потужністю електричного струму?

а) 5кА;      б)5кВ;    в)5кВт.

Рівень 2

1.     Як зміниться потужність споживача, якщо при сталому опорі силу струму збільшити втричі ?

а) збільшиться утричі; б) зменшиться утричі; в) збільшиться у 9 разів.

2. Яка потужність електрочайника якщо при напрузі 220В сила струму у його нагрівальному елементі дорівнює 2.73 А?

Рівень 3

1.     Чому дорівнює сила струму у електричному кип’ятильнику, якщо протягом 10 хв. У ньому виділилося 30 кДж теплоти? Опір спіралі нагрівного елемента становить 50 Ом.

Рівень 4

1. Скільки часу нагріватиметься 2 л води від 25ºС до кипіння у електричному чайнику, потужність якого дорівнює 500Вт і ККД-75%?