Постоянный электрический ток · урок 12 из 20

Закон Джоуля–Ленца

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R04 · PHY8-047

R04.14

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Объяснять тепловое действие тока

почему проводник с током нагревается

Формулировать закон Джоуля–Ленца

$Q = I^{2} Rt$ — величины и единицы

Решать расчётные задачи

находить Q, I, R, t и КПД нагревателя

Объяснять устройство нагревателей

чайник, лампа, предохранитель

REQ-1.5 «характеризовать… физические явления и процессы, используя изученные законы, при этом давать словесную формулировку закона и записывать его математическое выражение» — сл. 7–9. REQ-1.6 «объяснять физические процессы… строить объяснение из 1–2 логических шагов» — сл. 4, 5, 10. REQ-1.7 «решать расчетные задачи в 2 – 3 действия» — сл. 12–16. REQ-1.14 «характеризовать принципы действия изученных приборов и технических устройств» (нагревательные электроприборы, предохранители) — сл. 11.
Элемент содержания EL-7.12 «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля- Ленца». Виды деятельности ФРП: «Определение КПД нагревателя», «Решение задач с использованием закона Джоуля–Ленца».

повторение: R04.11, R04.13

Вспомним

Закон Ома, работа и мощность тока

закон Ома

I = \frac{U}{R}

работа тока

A = U I t

мощность тока

P = U I

Лампа: $U = 220$ В, $I = 0, 5$ А.

Мощность лампы?

$P = 220 \cdot 0, 5 = 110$ Вт

Работа тока за 1 мин?

$A = 110 \cdot 60 = 6600$ Дж

R04.14

Проблема

Спираль раскалена, а шнур холодный. Почему?

Соединение последовательное — сила тока в шнуре и спирали одинакова.

От чего зависит выделяемая теплота?

сила тока I?сопротивление R?время t?

R04.14

Явление → модель

Почему проводник с током нагревается

Модель — из уроков R04.1 и R04.9: ток в металле — упорядоченное движение свободных электронов; сопротивление возникает из-за их взаимодействия с ионами кристаллической решётки.
Каждое столкновение передаёт ионам часть энергии → колебания ионов усиливаются → температура проводника растёт. Работа тока превращается во внутреннюю энергию.
Вопрос: где столкновений больше — в проводнике с большим или малым сопротивлением? (С большим — значит, и теплоты больше. Проверим опытом.)

R04.14 · опыт

Опыт

Какая проволока нагреет воду сильнее?

Оборудование: источник, ключ, амперметр, медная и никелиновая проволоки одинаковых размеров, 2 сосуда с водой, 2 термометра.

Проволоки — последовательно: ток в них одинаков.
Замкнуть ключ на 3 мин.
Сравнить нагрев воды Δt.

Никелин: R больше — Q больше. Чем дольше ток — тем больше Q.

Демонстрация или видео. Удельное сопротивление никелина ≈ 0,42 Ом·мм²/м, меди ≈ 0,017 Ом·мм²/м — сопротивление никелиновой проволоки в ≈ 25 раз больше (урок R04.10). Числа Δt на рисунке условные.
Почему последовательно? Чтобы сила тока и время были одинаковыми — меняем только R (метод «одна переменная»).
Если реостатом увеличить ток в 2 раза, за то же время вода нагреется примерно в 4 раза сильнее — это покажут графики (сл. 9). Техника безопасности: не касаться оголённых проводов, ключ размыкать после опыта.

R04.14

Вывод формулы

Работа тока целиком переходит в теплоту

$A = U I t$ работа тока на участке

$Q = A$ проводник неподвижен, нет химических реакций

$U = I R$ закон Ома

$Q = I R \cdot I \cdot t = I^{2} Rt$

Q = I^{2} Rt

Джоуль (Англия, 1841) и Ленц (Россия, 1842) установили закон опытами, независимо друг от друга.

R04.14

Запомнить

Закон Джоуля–Ленца

Q = I^{2} Rt

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.

Q

количество теплоты
Дж

I

сила тока
А

R

сопротивление
Ом

t

время
с

R04.14

Графики зависимостей

Q растёт пропорционально t и R, а от I — как квадрат

R04.14 · связь с R04.12

Где выделится больше теплоты

Последовательное и параллельное соединение

Последовательно: I одинакова

Q = I^{2} Rt

больше теплоты — в большем R

Параллельно: U одинаково

Q = \frac{U ^{2}}{R} t

больше теплоты — в меньшем R

R04.14 · R04.4

Тепловое действие тока вокруг нас

Где теплота полезна, а где — потери

R04.14

Закрепление · образцы

Решаем по закону Джоуля–Ленца

Через резистор сопротивлением 50 Ом течёт ток 2 А. Сколько теплоты выделится за 5 мин?

R = 50

Ом

I = 2

А

t = 5

мин

= 300

с

Q - ?

Q = I^{2} Rt

Q = 2^{2} \cdot 50 \cdot 300

Q = 60000 Дж

Ответ: 60 кДж

Спираль плитки сопротивлением 44 Ом включена в сеть 220 В. Сколько теплоты выделится за 10 мин?

R = 44

Ом

U = 220

В

t = 10

мин

= 600

с

Q - ?

I = \frac{U}{R} = \frac{220}{44} = 5 А

Q = 5^{2} \cdot 44 \cdot 600

Q = 660000 Дж

Ответ: 660 кДж

R04.14 · практика

Определение КПД нагревателя

Отдала спираль — получила вода

отдала спираль

Q_{1} = I^{2} Rt

получила вода

Q_{2} = c m Δ t

КПД

η = \frac{Q _{2}}{Q _{1}} \cdot 100%

Кипятильник: $I = 5$ А, $R = 40$ Ом, $t = 7$ мин. Вода 1 кг нагрелась от 20 °C до 100 °C. КПД?

$Q_{1} = 5^{2} \cdot 40 \cdot 420 = 420000$ Дж

$Q_{2} = 4200 \cdot 1 \cdot 80 = 336000$ Дж

$η = \frac{336 000}{420 000} \cdot 100% = 80%$

20 % — потери: теплота уходит сосуду и воздуху.

R04.14

Осторожно

Типичные ошибки

Где ошибаются	Неверно	Верно
забыли квадрат	$Q = 2 \cdot 50 \cdot 300$	$Q = 2^{2} \cdot 50 \cdot 300$
время в минутах	$t = 5$	$t = 300$ с
ток вырос в 2 раза	Q выросло в 2 раза	Q выросло в 4 раза
«больше R — всегда горячее»	и при параллельном	только при одинаковом I

R04.14

Закрепление

Решите

базаТок 3 А, сопротивление 20 Ом. Сколько теплоты выделится за 1 мин?
базаКак изменится Q, если силу тока уменьшить в 3 раза?
повыш.За 2 мин в спирали при токе 4 А выделилось 48 кДж. Найдите её сопротивление.

повыш.Резисторы 10 Ом и 30 Ом соединены последовательно. В каком выделится больше теплоты и во сколько раз? А при параллельном?
практикаЧайник мощностью 2000 Вт работал 3 мин. Сколько теплоты выделила спираль?

R04.14 · формат ОГЭ

ОГЭ, линия 10 · расчёт: работа тока

Сколько теплоты выделит спираль?

10Через спираль электроплитки сопротивлением 40 Ом течёт ток 5 А. Какое количество теплоты выделится в спирали за 2 мин?

Ответ:

кДж

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Почему проводник с током нагревается?
Сформулируйте закон Джоуля–Ленца.
Ток увеличили в 2 раза — что с Q?

Домашнее задание

$I = 0, 5$ А, $R = 200$ Ом. Сколько теплоты выделится за 10 мин?
Почему спираль раскаляется, а подводящие провода — нет?
Тренажёр: reknow.ru/8/physics/8_physics_zakon_oma.htm

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-047 · Закон Джоуля–Ленца

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R04 «2.2 Постоянный электрический ток», 20 ч · урок 12/20 · тип Н
Единицы → слайды	R04.14 «Закон Джоуля–Ленца» → 2, 4–17 · повторение R04.11 «Закон Ома», R04.13 «Работа и мощность тока» → 3 · связь R04.12 → 10, R04.4 (тепловое действие) → 11
Результаты	REQ-1.5 (закон: формулировка и формула) → 7–9 · REQ-1.4 (величины, единицы, графики) → 8, 9 · REQ-1.6 (объяснение процессов) → 4, 5, 10 · REQ-1.9 (опыт) → 6 · REQ-1.13 (техника безопасности) → 6 · REQ-1.14 (принцип действия нагревательных приборов, предохранителей) → 11 · REQ-1.7 (расчётные задачи) → 12, 13, 15, 16
Элементы	EL-7.12 «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля- Ленца» → 4–17 · EL-7.22 (нагревательные электроприборы, предохранители) → 11
Виды деятельности	«Определение КПД нагревателя» → 13 · «Решение задач с использованием закона Джоуля–Ленца» → 12, 15, 16 · «Объяснение устройства и принципа действия домашних электронагревательных приборов» → 11
ОГЭ	линия 10 (расчёт: работа тока) → 16
Вне урока	бытовые потребители, расчёт стоимости электроэнергии — PHY8-048; короткое замыкание и плавкие предохранители подробно — PHY8-049; практикум по R04 — PHY8-050
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending