Урок физики в 10 классе на тему «Электрический ток в различных средах. Электронная проводимость металлов»
Скачать 97.97 Kb.
|
| Урок физики в 10 классе на тему « Электрический ток в различных средах. Электронная проводимость металлов ». Филимоненкова Л.В. Болотнянская средняя школа, май, 2005г. Цель урока: разъяснить физическую природу электрической проводимости веществ с точки зрения электронной теории; привить интерес к науке физике: история открытий, классические опыты и учёные-физики; воспитывать самостоятельность, ответственное отношение к учёбе, стремление к самообразованию. План урока:
Материалы и оборудование: раздаточный материал с опорным конспектом и алгоритмом решения задачи, компьютер, доска. Ход урока:
Ученики работают с опорным конспектом, представленным в виде таблицы. Учитель:
По физической природе зарядов – носителей электрического тока электропроводность подразделяют на: а) электронную (чисто электронную, чисто дырочную и электронно-дырочную); б) ионную (катионную, анионную, смешанную анионную и катионную); в) смешанную (электронно-ионную).
а) проводники ( ρ <10-6 Ом*м), б) диэлектрики ( ρ >108 Ом*м), в) полупроводники ( 108 Ом*м > ρ > 10-6 Ом*м). Однако такое деление условно, так как под воздействием ряда факторов (нагревание, облучение, примеси) удельное сопротивление веществ и их вольт-амперная характеристика изменяются, и иногда очень существенно. 4) Поговорим подробнее о проводимости металлов. 2.Игровой момент «Орешек знаний» : Учитель: Прежде, чем продолжить свою лекцию, я хочу убедиться в том, что у вас хорошая память, и вы способны воспринять дальнейший материал. «Орешек знаний твёрд, но мы не привыкли отступать, И расколоть его поможет блиц-игра «Хочу всё знать». Ученики за компьютерами работают с презентациями «Орешек знаний».               Если на все вопросы даны правильные ответы – удары по «Ореху», то внутри «Ореха» откроется фамилия учёного. Нужно кратко рассказать о его научных открытиях.Если ответы неверные, то ученик продолжает «бить» по «Ореху», пока не отколется вся «скорлупа», попросив помощь у других учеников, уже справившихся со своими «Орехами». В одном «Орехе» спрятана фамилия учёного К.Рикке, в другом – Мандельштам, в третьем – Ом. Ученик 1: опыт К.Рикке (1901 год): Три предварительно взвешенных цилиндра (два медных и один алюминиевый) Рикке сложил отшлифованными торцами так, что алюминиевый оказался между медными. Затем цилиндры были включены в цепь постоянного тока: через них в течение года проходил большой ток (ток, питавший городскую трамвайную сеть). За это время через цилиндры прошёл электрический заряд, равный приблизительно 3,5 млн Кл. Вторичное взвешивание цилиндров, показало, что масса цилиндров в результате опыта не изменилась. При исследовании соприкасавшихся торцов под микроскопом было установлено, что имеются лишь незначительные следы проникновения металлов, которые не превышают результатов обычной диффузии атомов в твёрдых телах. Результаты опыта свидетельствовали о том, что в переносе зарядов в металлах ионы не участвуют. Ученик 2: опыты Мандельштама Л.И. и Папалекси Н.Д. (1913 год – Советский Союз) и Т.Стюарт и Р.Толмен (1916 год - США): Суть опытов сводится к тому, что на катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга. К концам дисков при помощи скользящих контактов присоединяют гальванометр. Катушку приводят в быстрое движение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся относительно проводника по инерции и, следовательно, в катушке возникает электрический ток. Ток существует незначительное время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц, образующее ток, прекращается. Направление тока говорит о том, что он создаётся движением отрицательно заряженных частиц. В этих опытах учёным удалось измерить удельный заряд частиц, создающих ток. Он оказался равным 1,8*1011 Кл/ кг. Эта величина совпадает с отношением заряда электрона к его массе е/m, найденным ранее из других опытов. Ученик 3.Ом Георг Симон (1787-1854) немецкий физик. Работал школьным учителем. Он открыл закон зависимости силы тока от напряжения для участка цепи, а также закон, определяющий силу тока в замкнутой цепи. Чувствительный прибор для измерения силы тока он изготовил сам. В качестве источника напряжения Ом использовал термопару: два спаянных вместе проводника из различных металлов. Увеличивая разность температур спаев, Ом менял напряжение, которое пропорционально этой разности температур. Кроме того Ом нашёл зависимость сопротивления проводника от длины и площади его поперечного сечения. Учитель (продолжение лекции): 5. Основы электронной теории электропроводности металлов. На основе этих и других опытов П.Друде в 1900 году создал теорию электропроводности металлов, в основе которой лежат следующие допущения: а) свободные электроны в металле ведут себя как молекулы идеального газа; «электронный газ» подчиняется законам идеального газа; б) движение свободных электронов в металле подчиняется законам классической механики Ньютона; в) свободные электроны в процессе их хаотического движения сталкиваются не между собой (как молекулы идеального газа), а с ионами кристаллической решётки; г) при столкновениях электронов с ионами электроны передают ионам свою кинетическую энергию полностью. 6. Вывод закона Ома из электронной теории. Надо сказать, что теория П.Друде – весьма упрощённое представление об электронной проводимости в металле как об идеальном электронном газе, потому что она: во-первых, не раскрывает природу зависимости электрического сопротивления от абсолютной температуры, во-вторых, классическая механика Ньютона также не может здесь применяться, иначе по закону сохранения энергии (m*v2/2=3*k*T/2) мы получим температуру порядка 105 – 106 К. Такая температура существует внутри звёзд, а движение электронов в металле подчиняется законам квантовой механики. Тем не менее, используя эту теорию, можно теоретически получить основной закон, связывающий силу тока в металлическом проводнике с напряжением на его концах. Электроны под влиянием постоянной силы, действующей на них со стороны электрического поля, приобретают определённую скорость упорядоченного движения. Эта скорость в дальнейшем со временем не увеличивается, так как со стороны ионов кристаллической решётки на электроны действует некоторая тормозящая сила. В результате получаем такую логическую цепочку взаимосвязанных физических величин: I= U / R ~ I ~ v ~ F ~ E ~ U I=q0*n*v*S ; F=m*(v-v0)/t; F=q*E; E=U/d;    Таким образом, сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах проводника I~U. В этом состоит качественное объяснение закона Ома на основе электронной теории проводимости металлов. Ученик у доски подписывает формулы под знаками пропорциональностей. 7. Вольт-амперная характеристика металлов. 1 Вольт-амперная характеристика металлов выглядит как прямая линия, исходящая из начала координат с определённым углом наклона к оси напряжений, зависящим от сопротивления проводника: c   I R1 tg α = U/ I = R. R   U 0 2 R2  α  2>R1. 3.Закрепление знаний, умений, навыков. Решение задачи: Катушка намотана из медного провода массой 1 кг и сечением 0,1 мм2. Разность потенциалов на её концах 110 В. Определите скорость дрейфа электронов проводимости и среднюю силу, с которой электрическое поле действует на один электрон. Сравните скорость дрейфа электронов со скоростью распространения электромагнитного взаимодействия в вакууме. Алгоритм решения задачи:  СИ: m(Cu)= 1,06*10-25 кг Решение:
Дано: m=1 кг S= 0,1 мм2 U=110 B ρус=1,7*10-2 Ом*мм2/м m(Cu)=64 а.е.м. |е|=1,6*10-19 Кл с=3*108м/с NA=6,02*1023 моль-1 ρ 4) формула для расчёта длины проводника, выраженной через объём и площадь поперечного сечения проводника l=… 5) формула для расчёта объёма проводника, выраженного через массу и плотность меди V=… 6)формула для расчёта концентрации электронов n=…., где N – число электронов в указанной массе медного провода (считаем медь одновалентной), N=… 7) подставляя в формулу для v все перечисленные данные, получаем v=… 8)сравним v со скоростью с. 9) сила, действующая на заряд со стороны электрического поля с напряжённостью Е, равна F=… пл= 8,9*103 кг/м3  v=? F=? Оценки за урок. Д/З: §111, 112, вопросы после параграфов. Литература:
Приложение. Опорный конспект по теме: «Электрическая проводимость различных веществ».
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
I
0 U
I
0 T
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Конспект : 1 «Электрическая проводимость различных веществ» 2 Электронная проводимость металлов» |  | Контрольная работа по физике для 11 класса Тема: «Электрический ток в различных средах» Цель: проверить усвоение учащимися изученного материала; выяснить теоретические знания по теме и умение применять их при решении... |
| Итоги конкурса «Я иду на урок» 2013 О. Н. Наливайченко Электрический... ... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Элективный курс «Электрический ток в разных средах» рассчитан на 12 часов. Курс рассчитан на уч-ся 10-11 классов основной средней... |
| Урок в 9 классе по теме: «Явление электромагнитной индукции» После опыта Х. Эрстеда, который показал, что электрический ток порождает магнитное поле, стало понятно насколько тесно связаны электрические... | | Электрический ток. Закон Ома для участка цепи За направление тока принимают направление движения положительных частиц, которое совпадает с направлением напряженности поля, создающего... |
| Урок физики в 5 классе. Тема: «Поведение световых лучей в различных веществах» Ребята! Мы продолжаем с вами принимать участие в проекте «Успешное чтение», поэтому сегодня у нас необычный урок физики, к нам снова... | | Содержание программы. Введение. Актуальность компетентностного подхода... Составление алгоритма решения задач по разделам: кинематика, динамика, молекулярная физика, газовые законы, электрический ток, магнетизм,... |
| Программы дисциплин электротехника введение краткая характеристика... Электрическое поле и его основные характеристики. Электропроводность. Электрический ток и его разновидности. Характеристики тока.... | | Урок на тему «Щелочноземельные металлы и их соединения» Цели: на основе имеющихся знаний выяснить строение атома, свойства щ/зем металлов, их применение познакомиться с основными соединениями... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Повторить понятия «электрический ток», «электролиты», «электролитическая диссоциация», «ионы» | | Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновения... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Электрический ток в металлах. Действия электрического тока» Волкова Светлана Анатольевна, I кк | | Уроках. Урок по теме: "Гармонические колебания" (алгебра + физика) «Переменный электрический ток», «Электромагнитное поле и волны». Таким образом, цель данного урока создать своеобразный мостик между... |
| План-конспект урока электрический ток. Сила тока. Источник тока Дробно – рациональных функций и построение их графиков с использованием прикладных и инструментальных программных средств | | Урок физики в 7-м классе на тему "Способы изменения давления" Учитель приветствует учеников, отмечает в журнале отсутствующих. Учащиеся приветствуют учителя |
