Технологическая карта урока физики по теме «Лампа накаливания»

Тема урока: «Лампа накаливания»

Учитель: Жуков Виктор Юрьевич, учитель физики МБОУ «Гимназия», ГО Протвино, Московская область

Тип урока: комбинированный

Тип обучения: проблемное обучение

Образовательные технологии: проблемно-диалогического обучения

Цель: выяснить, как устроена лампа накаливания, принцип её действия, историю возникновения.

Задачи урока:

1. Изучить устройство лампы накаливания, назначение её основных элементов.

2. Познакомится с историей изобретения лампы накаливания и вкладом русских учёных в её создании.

3. Изучить явление зависимости сопротивление проводника от его температуры.

4. Оценить преимущества и недостатки ламп накаливания по сравнению с энергосберегающими и светодиодными лампами.

Личностные результаты:

- формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся, коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками и старшими в процессе образовательной и учебно-исследовательской деятельности;

- усвоение правил индивидуального и коллективного безопасного поведения в ситуациях, угрожающих жизни и здоровью людей.

Метапредметные результаты:

- овладение навыками самостоятельного приобретения знаний и умений, организации учебной деятельности, планирования, самоконтроля и оценки;

- приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием разных источников; формирование умений воспринимать, перерабатывать и представлять информацию в словесной и образной формах; развитие монологической и диалогической речи, умений формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение.

Предметные результаты:

- формирование целостной научной картины мира; первоначальных представлений о физической сущности электромагнитных явлений;

- приобретение опыта наблюдения физических явлений; умения сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с объективными реалиями жизни;

- понимание физических основ и принципов действия лампы накаливания;

развитие умения планировать в повседневной жизни свои действия с применением полученных знаний законов электродинамики;

- воспитание ответственного и бережного отношения к окружающей среде.

Приложение 1

Мультиметр — комбинированный электроизмерительный прибор

Информация по безопасности

Проверьте провода, соединители и щупы на отсутствие в них разрывов или трещин изоляции.

Если значение измеряемого параметра заранее не известно, установите максимальный диапазон.

Подключайте испытательный щуп после подключения общего. Разъединяйте в обратном порядке.

Не измеряйте сопротивление в схеме, находящейся под напряжением.

Во избежание поражения электрическим током из-за неправильных показаний прибора заменяйте батарею немедленно при появлении значка разряда батареи.

Всегда держите пальцы за барьерной кромкой щупов.

Измерение сопротивления

1. Вставьте красный щуп в гнездо «V,Ω» черный - в гнездо "СОМ".

2. Установите переключатель функций на требуемый диапазон и подсоедините концы щупов к измеряемому сопротивлению.

3. Когда цепь разомкнута на дисплее будет индицироваться "1".

4. При изменении сопротивлений в схеме убедитесь, что схема обесточена и все конденсаторы полностью разряжены.

Задание 1.

Используя мультиметр, измерьте сопротивление лампы накаливания в «холодном» режиме.

Задание 2.

Используя характеристики лампы накаливания на упаковке, рассчитайте сопротивление лампы накаливания в «рабочем» режиме.

Приложение 2

К онструкция лампы накаливания

1 – колба;

2 – полость колбы (вакуумированная или наполненная газом);

3 – нить накала;

4, 5 – электроды (токовые вводы);

6 – крючки держатели тела накала;

7 – ножка лампы;

8 – внешнее звено токоввода, предохранитель;

9 – корпус цоколя;

10 – изолятор цоколя;

11 – контакт донышка цоколя.

Стеклянная колба защищает нить от сгорания в окружающем воздухе. Колбы первых ламп были вакуумированные. Для уменьшения скорости испарения нити современные лампы заполняются буферным газом. В качестве буферного газа используется смесь азота с аргоном. Более дорогие лампы содержат криптон или ксенон.

В современных лампах применяются спирали из вольфрама (температура плавления 3387 °C). Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения необходимого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Нить часто имеет вид двойной или тройной спирали. При включении нить накала находится при комнатной температуре (её сопротивление меньше рабочего сопротивления), поэтому при включении через нить протекает очень большой ток. По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. 

Если во время работы лампы происходит разрыв нити, то обычно загорается электрическая дуга. В результате сила тока в цепи может намного превысить допустимые пределы, что приведёт к перегреву проводов и спровоцирует пожар. Для того, чтобы разомкнуть цепь при возгорании дуги, в конструкции лампы предусмотрен плавкий предохранитель. Он представляет собой отрезок тонкой проволоки и расположен в цоколе лампы накаливания.

Задание 1

Чему равна длина вольфрамовой нити в лампе, если её сопротивление 50 Ом? Площадь сечения провода 0,002 мм2. Удельное сопротивление вольфрама 0,055 . Ответ выразите в метрах и округлите до десятых.

Задание 2

Для чего лампа накаливания наполняется буферным газом? Что используется в качестве буферного газа в современных лампах накаливания?

Приложение 3

История изобретения лампы накаливания

Процесс возникновения и распространения ламп накаливания был довольно долгим и запутанным, а вклад в изобретение вложил не один ученый-изобретатель.

В 1872 году русский ученый Александр Николаевич Лодыгин придумал пропустить электрический ток через угольный стержень. Он поместил стержень в безвоздушное пространство стеклянной прозрачной колбы. В 1873 г. в Санкт-Петербурге было продемонстрировано несколько фонарей с такими лампами.

В 1879 году американский изобретатель Томас Эдисон заменил угольный стержень обугленной бамбуковой нитью. Именно он в 1879 году получил патент на изобретение лампы накаливания с угольной нитью. По этой причине именно его называют «отцом лампы накаливания». Эдисон предложил применять в конструкции ламп резьбовую систему патрон-цоколь. Данная конструкция используется и сегодня. Цоколь в лампах накаливания маркируют «Е-XX», где «Е» - цоколь Эдисона (Edison Screw), а «XX» - наружный диаметр в мм. Наибольшей популярностью пользуются цоколи Е27 и Е14.

В 1890 году Лодыгин предлагает заменить нить накаливания на металлическую, созданную из тугоплавкого металла – вольфрама. В 1910 году американский химик Ирвинг Ленгмюр предложил заменить ровную вольфрамовую нить на скрученную в тонкую спираль. Это помогло уменьшить размеры стеклянной колбы и повысить светоотдачу. Ленгмюр предложил заполнять колбу инертными газами для уменьшения скорости испарения вольфрама.

Задание 1

Кто первым в России изобрёл лампу накаливания? Что представляло собой тело накала?

Задание 2

Кто предложил использовать в качестве тела накала вольфрамовую нить? Какими свойствами обладает вольфрам?

Задание 3

Что обозначает Е27 в маркировке лампы?

Задание 4

Кто и зачем предложил скручивать вольфрамовую нить в спираль?

Задание 5

Почему нельзя с уверенностью утверждать, кому принадлежит авторство изобретения лампы накаливания?

Приложение 4

Сравнение современных электрических ламп*

* В таблице представлены параметры, которые характерны для качественных ламп и ответственных производителей.

Задание: Необходимо выбрать наилучшую лампу для комнатного освещения. Заполните таблицу, сравнив лампы по предложенным параметрам. При оценке используйте сравнение: низкий, средний или высокий и аналогичные.

Приложение 5

Зависимость сопротивления металлов от температуры

Зависимость сопротивления металлов от температуры учитывается при изготовлении спиралей для электронагревательных приборов, ламп: длину проволоки спирали и допускаемую силу тока рассчитывают по их сопротивлению в нагретом состоянии. Зависимость сопротивления металлов от температуры используется в термометрах сопротивления, которые применяются для измерения температуры тепловых двигателей, газовых турбин и т. д.

При нагревании металла увеличивается тепловое движение электронов и скорость колебания ионов в кристаллической решетке, в результате этого возрастает число столкновений электронов, образующих ток, с ионами. Это и вызывает увеличение сопротивления проводника.

Опыты показывают, что при изменении температуры проводников из различных веществ на одно и то же число градусов сопротивление их изменяется неодинаково. Для характеристики зависимости сопротивления проводника от его температуры введена величина, называемая температурным коэффициентом сопротивления α. Зависимость сопротивления от температуры является линейной функцией в широком диапазоне изменения температуры: , где – отличие температуры от .

Задание 1

Используя среднее значения сопротивления лампы в «холодном» режиме и сопротивление лампы в «рабочем» режиме рассчитайте температуру нити накала работающей лампы.

Задание 2

Предложите способ измерения температуры тепловых двигателей с помощью термометра сопротивления.

Приложение 6

Экономическое сравнение ламп

Гражданин Лампочкин решил сэкономить на электроэнергии. У него возник вопрос, может следовало бы заменить лампы накаливания на светодиодные лампы? Тогда была бы экономия денежных средств и электроэнергии? Как вы думаете: прав ли гражданин Лампочкин?

Обоснуйте свои выводы, используя исходные данные:

тариф на электроэнергию в Московской области с 1 января 2023 г.: 6,73 ₽ за кВт·ч;

в домике три комнаты, в каждой комнате по две лампочки;

среднее время работы светодиодной лампы 30000 часов;

среднее время работы обычной лампы 1000 часов;

ежедневно лампы горят около 6 часов, в год 2000 часов.