Постоянный электрический ток · урок 3 из 20

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R04 · PHY8-038

Паспорт: R04 «2.2 Постоянный электрический ток» (20 ч), урок 3/20, единица R04.4 «Действия электрического тока (тепловое, химическое, магнитное)». Тип урока — Н. Опора: PHY8-036 (ток, условия его существования), PHY8-037 (источники тока).
Хронометраж: цели и актуализация 6 мин (сл. 2–3) · проблема и новый материал 16 мин (сл. 4–12) · закрепление 18 мин (сл. 13–16) · рефлексия 3 и ДЗ 2 мин (сл. 17).
Оборудование для демонстраций: источник тока 4,5 В, ключ, лампа на подставке, провода; длинная железная (никелиновая) проволока на двух изолирующих штативах; стакан с раствором медного купороса и два угольных электрода; компас; катушка с железным сердечником, мелкие гвозди или скрепки.
Если не успеваете: сл. 9 и 11 (применение) — коротко, устно; задания 5–6 со сл. 15 — в ДЗ.

R04.4

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Обнаруживать ток

по трём его действиям: тепловому, химическому, магнитному

Объяснять тепловое действие

столкновениями электронов с ионами решётки

Узнавать действие тока в технике

чайник, никелирование, электромагнит, двигатель

Рассчитывать теплоту

полученную водой от нагревателя: $Q = c m Δ t$

REQ-1.1 «использовать понятия» (действия тока) и REQ-1.2 «различать явления по описанию их характерных свойств и на основе опытов» — сл. 4–5, 8, 10, 12. REQ-1.3 «распознавать проявление изученных физических явлений в окружающем мире» — сл. 6, 9, 11, 13, 16.
REQ-1.6 «объяснять физические процессы… строить объяснение из 1–2 логических шагов» — сл. 5. REQ-1.14 «характеризовать принципы действия изученных приборов и технических устройств» — сл. 6, 9, 11. REQ-1.7 «решать расчетные задачи в 2 – 3 действия» — сл. 7, 15.
REQ-1.9 «проводить опыты по наблюдению физических явлений» и REQ-1.13 «соблюдать правила техники безопасности» — сл. 13. Элемент содержания EL-7.7 «Действия электрического тока (тепловое, химическое, магнитное)…».

повторение: R04.1–R04.3

Вспомним

Ток в проводе идёт. Как это узнать?

вопрос	ответ
Что такое электрический ток?	упорядоченное движение заряженных частиц
Какие условия нужны для тока?	свободные заряды, источник, замкнутая цепь
Что делает источник тока?	разделяет заряды, создаёт поле в цепи

Электроны в проводе не видны. По каким признакам узнать, что ток идёт?

6 мин. Ответы открываются по щелчку после ответа класса. Уточнить: в металлах свободные заряды — электроны; в растворах — ионы (подробно — на следующем уроке).
По схеме: какие элементы цепи вы видите? (Источник — длинная черта «+», короткая «−», ключ — разомкнут, лампа.) Что надо сделать, чтобы пошёл ток? (Замкнуть ключ.)
Последний вопрос — проблема урока. Ожидаемый ответ «лампа загорится» — хорошо, это первое действие; спросить: а если лампы в цепи нет?

R04.4

Новый материал · схема

Ток узнают по его действиям

R04.4

Тепловое действие · опыт

Проволока с током нагревается

1

Электроны сталкиваются с ионами решётки

2

Ионы колеблются сильнее

3

Внутренняя энергия растёт — проводник нагревается

Демонстрация: проволоку длиной 1–1,5 м натянуть между изолирующими штативами, замкнуть ключ (кратковременно!). Проволока удлиняется и провисает (тепловое расширение), при большом токе — раскаляется докрасна. Можно повесить бумажный «флажок» в середине — он заметно опустится.
Модель (справа): ионы в узлах кристаллической решётки, между ними под действием поля движутся свободные электроны. Сталкиваясь с ионами, электроны передают им энергию — колебания ионов усиливаются, растёт внутренняя энергия, растёт температура.
Вопрос: почему провода, подводящие ток к лампе, почти не нагреваются, а нить — раскаляется? (Зависит от материала и толщины проводника — узнаем при изучении сопротивления и закона Джоуля–Ленца, PHY8-043, PHY8-047.)

R04.4

Тепловое действие · в технике

Лампа накаливания и нагреватели

Нагревательные приборы

чайник, утюг, плитка, паяльник: ток нагревает спираль

Плавкий предохранитель

при слишком большом токе проволочка плавится — цепь размыкается

Энергия: электрическая → внутренняя

Лампа накаливания: вольфрам — тугоплавкий металл (температура плавления около 3400 °C), нить раскаляется до 2500–3000 °C и светится. Колбу заполняют инертным газом, чтобы нить не сгорала (вольфрам не окисляется).
Нагревательные приборы (EL-7.22): спираль из сплава с большим сопротивлением (нихром) — подробнее в PHY8-043 и PHY8-048. Предохранитель — подробно в PHY8-049 «Короткое замыкание».
Вопрос: в каком приборе тепловое действие тока вредно? (Нагрев проводов, компьютера, зарядного устройства — нужны вентиляторы и радиаторы.)

R04.4 · повторение R02

Тепловое действие · расчёт

Чайник: ток нагревает воду

Чайник нагрел 1,5 кг воды от 20 °C до кипения. Какое количество теплоты получила вода?

Q = c m (t_{2} - t_{1})

c = 4200

Дж/(кг·°C) — удельная теплоёмкость воды

Q = 4200 \cdot 1, 5 \cdot (100 - 20)

Q = 504000 Дж = 504 кДж

Повторение строки R02 (количество теплоты): энергию воде передал нагревательный элемент, по которому идёт ток. Ответ: Q = 4200 · 1,5 · 80 = 504 000 Дж = 504 кДж.
По графику: вода нагревается 4 мин; дальше температура не растёт — вода кипит, энергия идёт на парообразование. Вопрос: за сколько минут вода нагрелась на 40 °C? (За 2 мин: от 20 до 60 °C.)
Ошибки: подставлять t₂ = 100 вместо разности (100 − 20); писать массу в граммах. Сколько энергии израсходовал сам чайник, узнаем в PHY8-046 (работа тока) — часть энергии теряется.

R04.4

Химическое действие · опыт

Ток выделяет медь из раствора

1

Лампа горит — ток идёт через раствор

2

На электроде «−» вырос слой меди

Химическое действие: ток выделяет вещества из раствора

Есть в растворах солей, кислот, щелочей и в расплавах. В металлах — нет.

Демонстрация: в стакан с раствором медного купороса (сульфата меди) опустить два угольных стержня, собрать цепь с лампой. Через 3–5 мин вынуть электрод, соединённый с «−» источника: он покрыт красноватым слоем меди. На втором электроде меди нет.
Почему так — на следующем уроке PHY8-039 «Электрический ток в жидкостях и газах» (ионы, электролиз). Сегодня — только признак: вещество выделяется на электроде.
Ловушка: медь выделяется не на обоих электродах, а только на соединённом с «−». ТБ: раствор медного купороса ядовит — работать в перчатках, руки вымыть.

R04.4

Химическое действие · в технике

Где используют химическое действие тока

Гальваностегия

покрытие слоем никеля, хрома, золота от ржавчины

Гальванопластика

точные металлические копии рельефа (Б. С. Якоби, 1838)

Чистые металлы

получение алюминия, очистка меди

Зарядка аккумулятора

электрическая энергия → химическая

Гальваностегия: деталь (ложку, бампер, кран) подключают к «−», пластину покрывающего металла — к «+»; на детали оседает тонкий слой никеля или хрома. Защищает от коррозии и делает поверхность красивой.
Гальванопластика: на восковой слепок осаждают толстый слой меди — получают точную копию (медали, барельефы, клише). Изобрёл петербургский академик Б. С. Якоби в 1838 г. Так покрыты, например, скульптуры Исаакиевского собора.
Алюминий получают электролизом расплава; чистую медь для проводов — электролизом раствора. Вопрос: какое действие тока используют при зарядке телефона? (Химическое: в аккумуляторе идут химические реакции.)

R04.4

Магнитное действие · опыт

Ток поворачивает стрелку и притягивает железо

Демонстрация 1: провод натянуть над компасом вдоль стрелки (с севера на юг). Замыкаем ключ — стрелка поворачивается поперёк провода; меняем полюса источника — стрелка поворачивается в другую сторону. Впервые это заметил Х. Эрстед в 1820 г. (подробно — PHY8-058).
Демонстрация 2: катушка из изолированного провода на железном сердечнике — электромагнит. При замкнутом ключе притягивает гвозди и скрепки, при разомкнутом — отпускает.
Вопрос: почему стрелка поворачивается, хотя провод в целом не заряжен? (Действует не заряд, а ток — движение зарядов создаёт магнитное поле.) Магнитное действие есть всегда, при любом токе.

R04.4

Магнитное действие · в технике

Где используют магнитное действие тока

Электромагнитный кран

поднимает металлолом

Электрический звонок

электромагнит тянет молоточек

Электродвигатель

вентилятор, трамвай, электромобиль

Стрелочные приборы

амперметр, вольтметр

Энергия: в двигателе электрическая → механическая

Электромагнит (EL-7.22): сила притяжения регулируется током, груз отпускают, разомкнув цепь. Звонок: электромагнит притягивает якорь с молоточком, цепь размыкается, якорь возвращается — и так много раз в секунду.
Электродвигатель постоянного тока — PHY8-059. В стрелочных амперметре и вольтметре рамка с током поворачивается в поле магнита — PHY8-041, PHY8-042.
Вопрос: какие действия тока работают в фене? (Тепловое — спираль, магнитное — двигатель вентилятора.)

R04.4

Сводная таблица · запомнить

Три действия тока

действие	где наблюдается	энергия тока →	пример
тепловое	в проводниках: металлах, растворах, газах	внутренняя	чайник, лампа
химическое	только в растворах и расплавах	химическая	никелирование, аккумулятор
магнитное	всегда, при любом токе	механическая (в двигателе)	электромагнит, двигатель

Ответ на вопрос урока: ток узнают по его действиям. Надёжнее всего — по магнитному: компас поворачивается при любом токе.

R04.4 · опыт

Наблюдение · работа в парах

Наблюдаем три действия в одной цепи

Оборудование: источник 4,5 В, ключ, лампа, стакан с раствором медного купороса, 2 угольных электрода, компас, провода.

Соберите цепь при разомкнутом ключе.
Замкните ключ: лампа горит — тепловое.
Стрелка компаса повернулась — магнитное.
Через 5 мин: медь на электроде «−» — химическое.
Разомкните ключ, запишите вывод.

ТБ: раствор руками не трогать, после опыта вымыть руки.

Вид деятельности ФРП «Наблюдение различных видов действия электрического тока и обнаружение этих видов действия в повседневной жизни». Если нет комплектов для пар — демонстрация учителем.
Схема: условные обозначения — источник (длинная черта «+»), ключ, лампа; компас кладут под провод, провод — вдоль стрелки. Ток в цепи один и тот же, поэтому все три действия наблюдаются одновременно.
Ошибка: собирать цепь при замкнутом ключе; класть компас далеко от провода (при малом токе стрелка поворачивается слабо — провод сложить в несколько витков). Запись в тетради: таблица «действие — что наблюдали».

R04.4

Осторожно

Типичные ошибки

Неверно	Верно
Химическое действие есть в любом проводе	Только в растворах и расплавах
Медь оседает на обоих электродах	Только на электроде «−»
Лампа светится — тепловое действие ни при чём	Нить светится, потому что раскалена током
Провод не греется — значит, тока нет	Проверь компасом: магнитное действие есть всегда

R04.4

Закрепление

Решите

базаКакое действие тока используют: в электроплитке, в электромагнитном кране, при никелировании ложек?
базаКакие действия тока проявляются в фене?
базаПо медному проводу идёт ток. Какие действия тока можно обнаружить? Какого нет?

повыш.Кипятильник нагрел 0,5 кг воды от 20 °C до 80 °C. Какое количество теплоты получила вода? $c = 4200$ Дж/(кг·°C).
повыш.Лампы в цепи нет. Как, не разрывая цепь, узнать, идёт ли по проводу ток?
практикаКак с помощью раствора медного купороса узнать, какой провод соединён с «−» источника?

Ответы: 1) тепловое; магнитное; химическое. 2) Тепловое (нагревательная спираль) и магнитное (двигатель вентилятора). 3) Тепловое и магнитное; химического нет — в металле не переносится вещество.
4) Q = cm(t₂ − t₁) = 4200 · 0,5 · (80 − 20) = 126 000 Дж = 126 кДж. 5) Поднести к проводу компас (провод вдоль стрелки): если стрелка повернулась — ток идёт. 6) Опустить концы проводов (с угольными электродами) в раствор: через несколько минут на электроде, соединённом с «−», появится слой меди.
1–3 — все; 4–6 — по готовности. В задаче 4 — краткое условие «Дано» и единицы СИ.

R04.4 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 3: распознайте явление

3Установите соответствие между опытами и явлениями, которые в них наблюдаются. К каждой позиции первого столбца подберите позицию второго.

ОПЫТЫ

А) При замыкании ключа к железному сердечнику катушки притянулись гвозди.

Б) На угольном электроде в растворе медного купороса появился слой меди.

ЯВЛЕНИЯ

1) тепловое действие тока

2) химическое действие тока

3) магнитное действие тока

4) электризация тел

Ответ:

А	Б

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Назовите три действия тока.
Какое действие есть при любом токе?
Что было сегодня самым трудным?

Домашнее задание

Найдите дома 5 приборов и запишите, какое действие тока в каждом.
Чайник нагрел 2 кг воды от 15 °C до 100 °C. Найдите $Q$ .
Тренажёр: reknow.ru/8/physics/8_physics_zakon_oma.htm

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-038 · Действия электрического тока (тепловое, химическое, магнитное)

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R04 «2.2 Постоянный электрический ток», 20 ч · урок 3/20 · тип Н
Единицы → слайды	R04.4 «Действия электрического тока (тепловое, химическое, магнитное)» → 2, 4–17 · повторение R04.1–R04.3 → 3 · повторение R02 (количество теплоты) → 7, 15
Результаты	REQ-1.1 (понятия) → 4, 12 · REQ-1.2 (различать явления по опытам) → 5, 8, 10, 16 · REQ-1.3 (распознавать в окружающем мире) → 6, 9, 11, 15 · REQ-1.6 (объяснение в 1–2 шага) → 5, 12 · REQ-1.7 (расчётные задачи) → 7, 15 · REQ-1.9 (опыты по наблюдению) → 13 · REQ-1.13 (ТБ) → 8, 13 · REQ-1.14 (принцип действия устройств) → 6, 9, 11
Элементы	EL-7.7 «Действия электрического тока (тепловое, химическое, магнитное)…» → 4–14 · EL-7.22 (электроосветительные и нагревательные приборы, предохранители, электромагнит, электродвигатель) → 6, 11
Виды деятельности	«Наблюдение различных видов действия электрического тока и обнаружение этих видов действия в повседневной жизни» → 5, 8, 10, 13, 17
ОГЭ	линия 3 (распознавание явлений) → 16
Вне урока	ток в жидкостях и газах, электролиз — PHY8-039; сопротивление, закон Джоуля–Ленца — PHY8-043, PHY8-047; предохранители и короткое замыкание — PHY8-049; опыт Эрстеда, электромагнит, электродвигатель — PHY8-058, PHY8-059
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending