Перейти к содержанию

Работа электрического тока

Как связать работу электрических сил с напряжением и зарядом, вывести A = UIt и применять формулу с корректными единицами.

Открыт · Презентация · Методичка

Конспект урока

Лампа подключена к источнику и светит. Если оставить её включённой вдвое дольше, изменится ли выполненная электрическими силами работа?

Лампа и секундомер: работа зависит от времени

Сначала прогноз. При одинаковых UU и II лампа работала сначала 60 с60\ \text{с}, затем 120 с120\ \text{с}. Во сколько раз, по-твоему, изменится работа? Запиши ответ и причину до чтения формул.

Что называют работой тока

Точнее говорить о работе электрических сил, которые перемещают заряд по участку цепи. В школьной речи это значение называют работой электрического тока и обозначают буквой AA.

A=qU,U=Aq.A=qU,\qquad U=\frac{A}{q}.

Как получить измеряемую формулу

I=qt,q=It.I=\frac{q}{t},\qquad q=It.

Подставим q=Itq=It в формулу A=qUA=qU:

Логическая цепочка вывода формулы работы

A=UIt.\boxed{A=UIt}.

Формула относится к устойчивому режиму, где UU и II не меняются в течение рассматриваемого интервала. При сравнении разных режимов работа изменяется вместе с любым из множителей UU, II или tt.

Что именно преобразуется

Работа тока — это мера преобразованной электрической энергии. В лампе часть энергии превращается во внутреннюю энергию и излучение, в электродвигателе — также в механическую работу. Формула A=UItA=UIt не сообщает сама по себе, в какие формы перешла энергия: она определяет общий энергетический итог на участке за выбранное время. Поэтому одинаковая работа ещё не означает одинаковый наблюдаемый эффект у разных устройств. Связывай результат с конкретным участком цепи и интервалом времени.

Полезная проверка: если один из множителей равен нулю, работа на выбранном участке за этот интервал тоже равна нулю. Так можно заметить пропущенный множитель ещё до вычислений.

Единицы

1 Дж=1 В1 А1 с.1\ \text{Дж}=1\ \text{В}\cdot1\ \text{А}\cdot1\ \text{с}.

Перед подстановкой переводи минуты в секунды: 2 мин=120 с2\ \text{мин}=120\ \text{с}.

Разобранный пример

Лампа работает при U=6,0 ВU=6{,}0\ \text{В}, I=0,30 АI=0{,}30\ \text{А} и t=2,0 минt=2{,}0\ \text{мин}.

t=2,060=120 с,t=2{,}0\cdot60=120\ \text{с}, A=UIt=6,00,30120=216 Дж.A=UIt=6{,}0\cdot0{,}30\cdot120=216\ \text{Дж}.

Если при неизменных UU и II увеличить время вдвое, работа тоже увеличится вдвое.

Мини-исследование без подключения к сети

Используй модельные данные безопасной учебной низковольтной цепи. Не подключай приборы к бытовой розетке.

РежимUU, ВII, Аtt, сA=UItA=UIt, Дж
16,06{,}00,300{,}306060
26,06{,}00,300{,}30120120

Три фактора работы электрического тока

Сформулируй вывод: какая величина изменилась и во сколько раз вслед за ней изменилась работа? Изменяй только один фактор либо явно укажи, что изменились несколько.

Найди ошибки до открытия ответа

Ошибочное решениеЧто нужно проверить
A=60,30=1,8 ДжA=6\cdot0{,}30=1{,}8\ \text{Дж}Какая величина отсутствует? Какова единица ВА\text{В}\cdot\text{А}?
3 минt=3 с3\ \text{мин}\Rightarrow t=3\ \text{с}Верно ли переведено время?
A=120,2540=120 АA=12\cdot0{,}25\cdot40=120\ \text{А}Какая физическая величина найдена и какова её единица?

Проверь себя

  1. Почему формула A=qUA=qU не всегда удобна для измерения?
  2. Выведи A=UItA=UIt в две строки.
  3. Как изменится работа при увеличении времени в три раза, если UU и II постоянны?
  4. Найди работу при U=12 ВU=12\ \text{В}, I=0,25 АI=0{,}25\ \text{А} и t=40 сt=40\ \text{с}.
  5. Исправь расчёт для U=6 ВU=6\ \text{В}, I=0,2 АI=0{,}2\ \text{А} и t=3 минt=3\ \text{мин}.

Итог

  • A=qUA=qU, а с учётом q=Itq=It получаем A=UItA=UIt.
  • 1 Дж=1 В1 А1 с1\ \text{Дж}=1\ \text{В}\cdot1\ \text{А}\cdot1\ \text{с}.
  • При неизменных UU и II работа прямо пропорциональна времени.

Ответы

  1. Заряд обычно не измеряют непосредственно; удобнее измерить II и tt.
  2. q=Itq=It; A=qU=UItA=qU=UIt.
  3. Увеличится в три раза.
  4. A=120,2540=120 ДжA=12\cdot0{,}25\cdot40=120\ \text{Дж}.
  5. t=180 сt=180\ \text{с}, поэтому A=60,2180=216 ДжA=6\cdot0{,}2\cdot180=216\ \text{Дж}.

Мини-исследование: A1=108 ДжA_1=108\ \text{Дж}, A2=216 ДжA_2=216\ \text{Дж}. При неизменных UU и II удвоение времени удвоило работу.

Диагностика ошибок: в первом решении потеряно время и получена мощность 1,8 Вт1{,}8\ \text{Вт}; во втором 3 мин=180 с3\ \text{мин}=180\ \text{с}; в третьем число верно, но единица должна быть Дж\text{Дж}.

Материалы урока

Скачать и открыть

Учителю

2 материала

Презентация · для учителей

Презентация «Работа электрического тока»

Исследовательский урок: смысл работы электрических сил, вывод A=qU→A=UIt, единицы, расчёт, контролируемое сравнение и диагностика типичных ошибок.

Скачать PPTX

Методичка · для учителей

Поурочное планирование и опорная схема (РБ)

Урок открытия знания: работа электрических сил, вывод A=qU→A=UIt, единицы, безопасное сравнение режимов, рабочий лист, ключи и адаптация.

Скачать DOCX

Поурочное планирование и опорная схема (РБ)

DOCX

Комментарии

Войдите, чтобы оставлять комментарии.

Пока нет комментариев. Будьте первым!