Тема занятия: “Электрический ток в металлах”
Тип занятия: урок – провокация, 8 класс
Продолжительность занятия: 40 мин.
Цели занятия:
формирование единых
взглядов на природу электрического тока.
Оснащение занятий:
Оборудование и материалы: источники тока, электрическая лампочка для карманного фонаря, электрические звонки, резистор, выключатели, подводящие провода, модель кристаллической решетки.
ТСО и учебно-наглядные пособия: графопроектор, плакат и кроссворд “Электрический ток в металлах”, кодопленки с рисунками и схемами цепей, таблицы с новой терминологией.
h
Раздаточный материал: карточки с вопросами для начального среза знаний; чистые листы для ответов.
Ход урока
Вступление. Каждый современный человек должен иметь представление об электрических явлениях, уметь правильно пользоваться электрическими приборами, а для этого необходимо знать законы для электрического тока.
I. Опрос
Учитель. Появились ли у вас вопросы при выполнении домашнего задания? ( При наличии вопросов учитель отвечает на них). Если вопросов нет, проверим решение задач № 2, 3 из упражнения 13. (Приглашаются ученики к доске, решают данные задачи и дают объяснения). Проверив и закрепив свои знания, вы теперь все должны письменно ответить на тестовые задания, которые предложены в карточках. На это задание отводится 8 минут.
Ученики подписывают листы, учитель раздает карточки. ( Варианты 2-4 в приложении 1).
Вариант 1
На рисунке 1 изображены условные обозначения, применяемые на схемах. Каким номером обозначены…
I (1) пересечение проводов?.
II (1) ключ?
III (1) электрический звонок?
IV (1) плавкий предохранитель?
V (1) соединение проводов?
VI (2) потребители электроэнергии?
VII (1) приборы управления?1. Первым.
2. Вторым
3. Третьим
4. Четвертым
5. Пятым
VIII (II) Из каких частей состоит электрическая цепь, изображенная на рисунке?
1.Элемент, выключатель, лампа, провода.
2. Батарея элементов, звонок, выключатель, провода.
3. Батарея элементов, лампа, выключатель, провода.
По истечении времени, отведенного для выполнения проверочной работы, учитель собирает карточки и ответы учащихся.
Учитель. Проверьте свои ответы:
На экран с помощью графопроектора проецируются правильные ответы. (Приложение 2).
II. Актуализация опорных знаний.
Учитель. А теперь проверим, как вы видите нарушения в составлении электрических цепей.
Перед вами три цепи, схемы которых представлены на доске.
 |
 |
1. Почему не горит исправная лампа в первой цепи при замыкании ключа? (Рис. 1)
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Электрическая цепь имеет разрыв. Чтобы лампа загорелась, в цепи должен существовать электрический ток, а это возможно при замкнутой цепи, состоящей только из проводников электричества.
Учитель. А чем проводники отличаются от непроводников или изоляторов?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Проводники – такие тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. А в изоляторах такие переходы невозможны, и лампа загорается.
Приглашается ученик, который дал правильный ответ и он, устранив разрыв, демонстрирует правильный ответ. Лампа загорается.
2. Почему не звенит звонок во второй цепи при замыкании цепи? (Рис. 2)
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Для получения электрического тока в проводнике, надо в нем создать электрическое поле. Под действием этого поля свободные заряженные частицы начнут двигаться упорядоченно, а это и есть электрический ток. Электрическое поле в проводниках создается и может длительно поддерживаться источниками электрического поля. Электрическая цепь должна иметь источник тока. Подключаем цепь к источнику тока и звонок звенит.
Приглашается ученик, который дал правильный ответ и он, подсоединив к цепи источник тока, демонстрирует правильный ответ.
3. Где надо расположить источник тока, чтобы при замыкании ключа К1 зазвенел звонок, а при замыкании ключа К2 загорелась лампа? (Рис. 3)
 Рис. 3 |
 Рис. 4 |
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Источник тока необходимо располагать параллельно ветвям, содержащим звонок и лампу.
Приглашается ученик, который дал правильный ответ и, изобразив подсоединение источника тока на схеме, подключает его в цепь. Затем, замыкая поочередно ключ К1 и К2, демонстрирует правильный ответ. Учитель дает задание ученикам вовремя подготовки ответа зарисовать полную схему подключения приборов в тетрадях. (Рис. 4)
Учитель. Хочу вам напомнить, что при работе с электрическими цепями необходимо соблюдать правила по технике безопасности. Недопустимо касаться оголенных проводников, неисправных участков цепи и полюсов источника.
III. Изложение нового материала.
Учитель. Как можно избежать действия электрического тока при случайном прикосновении к электроприбору, которое оказалось под напряжением?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Для этого необходимо заземление, так как земля является проводником и, благодаря своим огромным размерам, может удерживать большой заряд.
Учитель. Из каких материалов выполняется заземление?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Заземление выполняют из металла.
Учитель. Почему предпочитают именно эти вещества, мы ответим после изучения новой темы “Электрический ток в металлах”. Запишите тему урока в тетрадь.
При изучении нового материала мы будем использовать некоторые уже хорошо вам известные явления, понятия, закономерности, электроприборы. При объяснении я намеренно допущу 4 ошибки. В тетрадях запишите “Исправить ошибки”. Вы, слушая внимательно, отметите те ошибки, которые, на ваш взгляд, я допущу. После окончания моего объяснения назовете, какие ошибки я допустила. И мы все вместе их исправим и сделаем правильные выводы.
Итак, наш разговор пойдет о металлах. Самое известное из ранних определений металла было дано в середине XVIII века М.В. Ломоносовым: “Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец”. Спустя два с половиной века многое стало известно о металлах. К числу металлов относится более 75% всех элементов таблицы Д. И. Менделеева, и подобрать абсолютно точное определение для металлов – почти безнадежная задача.
Поэтому сегодня, в общем случае можно воспользоваться определением М.В.Ломоносова, добавив к первым двум свойствам, им предложенным, еще три. Вы узнаете все свойства металлов. Начнем знакомство с одним из них – электропроводностью.
Вспомним строение металлов. Модель металла - кристаллическая решетка, в узлах которой частицы совершают хаотичное колебательное движение. (Представлена модель кристаллической решетки, а на экране проецируется изображение модели строения металлов).
Рис. 5
Амплитуда колебаний частиц, т. е. отклонение от положения равновесия то в одну, то в другую сторону, этих частиц, а, следовательно, и скорость их колебаний тем больше, чем ниже температура металла. *
Что же это за частицы?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. В некоторых атомах, находящихся в узлах кристаллической решетки, внешние электроны слабо связаны с ядром своего атома и способны покинуть атом и стать свободными электронами. Атом, потерявший электрон, становится отрицательным ионом. *
Учитель. Свободные электроны потому и свободные, что могут свободно хаотично перемещаться по всему металлу между узлов кристаллической решетки. (Рисунок 5). Такое движение свободных электронов еще называют тепловым.
Рис. 6
Как вы думаете, изменился ли при этом заряд металла?
Ответ учащихся (Учащиеся могут сразу исправить ошибку, назвав атом, потерявший электрон положительным и на основе этого объяснить нейтральный заряд металла).
Эталон ответа. Чтобы не происходило внутри данного образца, в целом его заряд остается равным нулю.
Учитель. Итак, в металле есть свободные электроны. Это является одним из условий существования электрического тока.
Перечислите все условия необходимые для существования электрического тока?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Помимо наличия свободных носителей зарядов, необходимо создать электрическое поле в проводнике, т. е. чтобы с одной стороны металла был избыток отрицательных зарядов, а с другой стороны – избыток положительных зарядов.
Учитель. Обратимся к модели металла. (На экране модель металла с изображенными хаотично движущимися свободными электронами.) (Рис. 6).
Как же будут двигаться свободные электроны при наличии электрического поля?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Свободные электроны начнут двигаться упорядоченно в одном направлении, но при этом будут сохранять свое хаотичное “тепловое” движение.
Учитель. Движение свободных электронов в металле будет напоминать движение мошкары в рое, сносимом ветром в одном из направлений. Рассмотрим модель. На экране модель металла, в котором свободные электроны движутся упорядоченно под действием сил электрического поля и в то же самое время продолжают хаотичное движение, которое, как нам известно, никогда не может прекратиться. (Рис. 7)
Рис. 7
Итак, сделаем важное заключение: упорядоченное движение свободных электронов в металлах под действием электрического поля называется электрическим током в металлах.
Как вы считаете, смещаются ли в металле другие частицы – ионы?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Ионы и атомы не смещаются вдоль кристаллической решетки.
Учитель. Но это, очевидное сейчас утверждение, требовало подтверждение во время создания теории электричества. И таким подтверждением явился опыт, проведенный немецким ученым физиком Рикке в 1901 году.
Рассмотрим схему опыта.
Рис. 8
Проводники одинаковые по объему и форме два из меди и один из алюминия последовательно соединены, как показано на рисунке 8. В течение одного года в цепи существовал электрический ток, характеристики которого не изменялись. Во время этого процесса степень интенсивности явления диффузии, которое происходит при соприкосновении металлов, была такой же, как и при отсутствии электрического тока в цепи. Таким образом, опыт подтвердил выводы теории: электрический ток в цепи не сопровождается переносом вещества, носителями электрического заряда в металлах являются свободные электроны.
Заключительным подтверждением этому факту явился опыт, проведенный в 1913 году физиками нашей страны Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси, а также американскими физиками Б. Стюартом и Р. Толменом. Посмотрите рисунок на таблице. (Открывается таблица, укрепленная на доске). Ученые приводили в очень быстрое вращение многовитковую катушку вокруг ее оси. Затем, при резком торможении катушки концы ее замыкались на гальванометр, и прибор регистрировал кратковременный электрический ток. Причина возникновения, которого вызвана движением по инерции свободных заряженных частиц между узлов кристаллической решетки металла. Так как из опыта известно направление начальной скорости и направление получаемого тока, то можно найти знак заряда носителей: он оказывается отрицательным. Следовательно, свободные носители зарядов в металле - свободные электроны. По отклонению стрелки гальванометра можно судить о величине протекающего в цепи электрического заряда. Опыт подтвердил теорию. Триумф классической теории электричества состоялся.
Но как быть с выбором направления электрического тока? Наиболее распространенные проводники, которые используются в электрических цепях, это металлы. Электрический ток в металлах, а это упорядоченное движение свободных электронов, следовательно, за направление электрического тока целесообразно принять движение отрицательно заряженных частицы. Однако… Продолжение начатой фразы вы найдете в § 36 учебника. Прочитайте 4 и 5 абзацы. (После прочтения текста учениками). Обратимся к рис. 8 и сделаем вывод: за направление электрического тока принято упорядоченное движение положительно заряженных частиц, т. е. направление движения от положительного полюса источника тока к отрицательному.
Говоря об упорядоченном движении электронов, нельзя не сказать о скорости их движения. Обратимся к цепи, собранной по предложенной схеме (открывается часть доски с нарисованной схемой на рис.9):
Рис. 9
Замыкаем ключ и лампочка загорается практически сразу. Вот это скорость!
Предполагаете ли вы, что свободный электрон “добежал” от отрицательного полюса источника до лампочки за столь короткий отрезок времени?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Необходимо различать понятия: скорость распространения электрического поля и скорость движения конкретных электронов. Скорость распространения электрического поля такая же, как и света в вакууме 300 000 км/с. При создании электрического поля в электрической цепи, одновременно с ним все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника. И такая скорость упорядоченного движения электронов в металлах примерно равна 1 – 3 мм /с.
Учитель. Если заряженное тело соединить с землей металлическим проводником, то оно разряжается практически полностью, т. е. любое тело очень быстро отдает заряд земле. Это известное явление широко используют, когда хотят избавиться от нежелательных зарядов, и называют заземлением. Например, опасны заряды, накапливающиеся на деталях бензовозов при трении. Поэтому с бензовоза свешивается толстая веревка, волочащаяся по земле при движении. И свободные электроны переходят из отрицательно заряженного тела в землю или, наоборот, из земли к положительно заряженному телу.*
Молния может ударить в водопроводную систему, тогда любой человек, прикоснувшись к трубам, может получить травму. Также нередки случаи возникновения пожаров при попадании молнии, в какое либо строение. Для устранения подобных случаев, необходимо заземлять тела, на которых накапливаются заряды. Вот одно из домашних заданий: привести свои примеры использования заземления.
Закрепление.
Учитель. Итак, назовите допущенные при объяснении ошибки.
Ответы учащихся.
Эталоны ответов.
1. Скорость колебательного движения ионов и атомов в узлах кристаллической решетки тем больше, чем выше температура данного металла.
2. В атомах металлов внешние электроны, слабо связаны с ядром и покинув атом, становятся свободными. Атом, потерявший отрицательно заряженный электрон, становится положительным ионом. Металл в целом остается нейтральным.
3. В схеме цепи на рисунке у источника тока оба полюса отрицательные, а для создания электрического поля, необходимо, чтобы один полюс источника тока имел избыток положительного заряда, а другой – избыток отрицательного заряда. В этом случае создается электрическое поле, под действием сил которого свободные электроны приходят в упорядоченное движение, а это и есть электрический ток в металлах.
4. Для заземления необходимо использовать не изоляторы, к которым относится и веревка, а проводники – металлы, в которых свободные электроны перемещаются от заряженного тела к земле или, наоборот, из земли к положительно заряженному телу.
Еще раз повторите главные выводы урока.
Ответ учащихся.
Учитель. В учебнике на странице 80 прочитайте определение электрического тока в металлах. Выполните конспект урока в тетрадях. (Приложение 3).
Пока ученики выполняют это задание, учитель проверяет тестовые задания и выставляет оценки. После выполнения записей - продолжение закрепления знаний.
Учитель. Рассмотрим некоторые примеры.
1. Зачем ножи рубильников в сетях с сильными токами снабжаются пружинами?
Ответ учащихся.
Эталон ответа. Пружины необходимы, чтобы при резком ударе металлического рубильника, свободные электроны не продолжили свое движение по инерции. Иначе они покинут металл, и тот в свою очередь зарядится положительно.
2. (Если позволяет время, можно начать решать кроссворд на уроке).
Учитель. Перед вами кроссворд в виде кристаллической решетки металла. Впишите начальные буквы слов, предложенных ниже, и вы получите название главного действующего лица в создании электрического тока в металлах. (На экране – кроссворд). (Приложение 4).
V. Подведение итогов.
Учитель называет фамилии учащихся, активно работавших во время урока, и ставит им оценки за устные ответы. Затем зачитывает оценки за решение тестов.
VI. Задание на дом
§ 35, упр.13(5); привести примеры использования заземления; продолжить решение (решить), приведенный на плакате кроссворд. (Приложение 4).
Урок окончен. Всего доброго.