Решение задач - Урок 5 - Электрические явления

Цели: закрепить знания учащихся о работе и мощности электрического тока, о тепловом действии тока; сформировать навыки расчета количества теплоты, выделяемого в различных электрических цепях.

Ход урока

I. Проверка знаний

Первые 10-15 минут урока целесообразно посвятить проверке усвоения материала по теме «Закон Джоуля-Ленца». С этой целью можно провести письменную проверочную работу по карточкам с разноуровневыми индивидуальными заданиями. Для карточек можно предложить следующие варианты заданий:

Уровень 1

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

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

Уровень 2

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

2. 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?

Уровень 3

1. 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?

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

Уровень 4

1. Сколько времени будут нагреваться 1,5 л воды от 20°С до 100°С в электрическом чайнике мощностью 600 Вт, если КПД его 80%?

2. За время 40 с в цепи, состоящей из трех одинаковых проводников, соединенных параллельно и включенных в сеть, выделилось некоторое количество теплоты. За какое время выделится такое же количество теплоты, если проводники соединить последовательно?

II. Повторение изученного

Прежде чем приступить к решению расчетных задач, целесообразно обсудить коллективно ряд качественных вопросов по теме. Далее приведены примеры таких качественных задач, из которых учитель в зависимости от уровня подготовки класса может выбрать наиболее подходящие:

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 одну?

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

6. Можно ли включать в сеть 220 В две последовательно соединенные лампы, на которых написано «25 Вт, 110 В» и «100 Вт, 110 В»?

7. На часть раскаленной спирали электроплитки попала вода. Как изменился накал тех участков спирали, на которые вода не попала? При решении учтите зависимость сопротивления металла от температуры.

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

III. Решение задач

Задача 1

В каком из резисторов, изображенных на рисунке 29, выделится за одно и то же время наибольшее количество теплоты, если R₁ = 6 Ом, R₂ = 3 Ом, R₃ = 5 Ом, R₄ = 24 Ом.

Задача 2

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

Задача 3

Во сколько раз изменится мощность тока в лампах 1 и 2 (рис. 30), и общая потребляемая мощность, если лампа 3 перегорит? Все лампы одинаковы. Напряжение в цепи считайте постоянным.

При высоком уровне подготовки учащихся целесообразно решение комбинированных задач, в которых используются еще и формулы:

Q = cm(t₁ - t₂);

A =FS = Fvt и другие.

Задача 4

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

Задача 5

Какой длины надо взять никелиновую проволоку площадью поперечного сечения 0,84 мм², чтобы изготовить нагреватель на 220 В, при помощи которого можно было бы нагреть 2 л воды от 20 °С до кипения за 10 мин при КПД 80%?

Задача 6

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

Домашнее задание

1. Подготовиться к лабораторной работе № 7.

2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1449, 1452, 1457.