- Обучающая цель: Дать понятие электрического тока и выяснить условия, при которых он возникает. Ввести величины, характеризующие электрический ток: силу тока, плотность тока, используя субъективный опыт учеников.
- Развивающая цель: Развитие логического мышления через формирование понятий: сила тока, плотность тока.
- Воспитывающая цель: Научить культуре общения учащихся, партнерству.
Виды педагогических технологий, применяемые на данном уроке:
- Игровая (ролевая игра - обобщение знаний “Электростатика”)
- Личностно-ориентированное обучение (беседа - ответы на вопросы; развитие, понимание и объяснение опытов, творчество и исследовательский поиск при решение проблемного вопроса).
Система принципов: последовательность, сознательность и активность, наглядность, доступность, научность, связь теории с практикой.
Ход урока
Проверка умений и навыков учащегося.
В предыдущей главе мы рассматривали электрические явления, в которых электрические заряды находились в покое, то есть изучили электростатику. Ввели важнейшие понятия, используемые во всей электродинамике: электрический заряд, электрическое поле, потенциал и разность потенциалов, электроемкость, энергия электрического поля. Давайте повторим электростатику. Действующие лица: электрическое поле, отрицательный заряд, напряженность, потенциал, работа.
Итак, небольшой спектакль:
Отрицательный заряд.
Мы наш спектакль посвящаем
Электростатике родной.
Итак, мы Поле представляем,
А это главный наш герой!
(Выходит Поле).
Поле.
Нет ничего приятней роли:
Ведь я таинственно и всемогуще.
Я, как вы догадались, электрическое поле.
В спектакле я – ведущий.
Отрицательный заряд. Не понимаю, в чем ваша таинственность?
Поле.
В чем? А в том, что… мы ничего про то не знаем,
Из чего состоит это поле
И откуда оно взялось.
Но зато мы все понимаем
То, что мы изучаем в школе,
То есть ряд необычных, новых,
Целый ряд дивных поля свойств.
Положительный заряд. Свойство первое!
Поле.
А я существую и денно и нощно,
Тела заряженные я окружаю.
На каждое тело я действую точно
И в действии этом себя проявляю.
Положительный заряд. Свойство второе!
Поле.
Я материально, хоть не тело,
Не вещество и не частица.
Я существую, хоть глазами
Меня увидеть вам нельзя.
Но, как я только что пропело, могу я ясно проявиться,
Когда действую на тело,
И этим покажу себя.
Положительный заряд. Свойство третье!
Поле. Позвольте, прежде чем перейти к третьему свойству, познакомить вас с одной своей знакомой.
(Выходит Напряженность).
Напряженность.
Я Напряженность – силовая характеристика его. (Показывает на Поле).
И силе численно равна я,
С которой действует оно
На единичный, на зарядик,
Что в точку данную внесен.
И я сегодня очень рада,
Что мой визит к вам нанесен.
Поле. Ну вот! Теперь можно перейти к следующему свойству.
Положительный заряд. Свойство третье!
Напряженность.
Если во всех точках пространства
Напряженность электрического поля
Одинакова, то тогда
Поле такое однородно.
Если же во всех точках пространства
Напряженность электрического поля
Неодинакова, то тогда
Поле такое неоднородно.
Положительный заряд. Свойство четвертое!
Работа.
Себе заряженное тело представьте,
Которое перемещается где-то.
От формы его траектории, кстати,
Поля работа не зависит при этом.
Когда ж траектория замкнута эта,
То поля работу к нулю приравняем.
И поле такое мы в случаях этих
Потенциальным всегда называем.
Положительный заряд. Свойство пятое!
Поле. Позвольте же, куда вы так торопитесь? Сейчас выход другого героя.
Потенциал. Я просто отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду. Ясно?
Отрицательный заряд. Вполне.
Положительный заряд. Свойство пятое!
Потенциал.
Вот есть у нас дивная точка пространства.
Частицы, допустим, здесь две заряженные
Поле создают в этой точке, представьте.
И есть у полей этих две напряженности, а напряженность вообще в результате
У поля у этого в точке пространства
Их геометрической сумме равняется.
И принцип такой суперпозицией называется.
Все действующие лица. Поле – это пространство, в котором, поверьте нам, друзья, проявляется действие сил электрических на заряженные тела.
Изучение нового материала.
Давайте попытаемся разрешить следующую проблему на уроке: Какие условия необходимы, чтобы в цепи тек ток?
- Что называется электрическим током? (Электрическим током называется направленное упорядоченное движение заряженных частиц.)
- Чтобы получить электрический ток в проводнике,
что нужно создать в нем? (Нужно создать в нем
электрическое поле)
Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в этом проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил, возникнет электрический ток. - С помощью чего электрическое поле в проводниках длительное время поддерживаться? (Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока)
Источники тока бывают различные, но во всяком из них имеются скопления положительно заряженных и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полосах источника тока, которые обеспечивают “?? – разность потенциалов”.
В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней, световой в электрическую.
Показ демонстраций:
- Так например – в электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая.
- Если две проволоки, изготовленные из разных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток. Такой источник тока называется термоэлементом, в нем внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую.
- При освещении некоторых веществ, например, силена, оксида меди, кремния, световая энергия превращается в электрическую – это явление фотоэффекта. На нем основано устройство и действие фотоэлементов.
Вернемся к проблеме, которую нужно разрешить.
Значит, для протекания тока необходимо:
- наличие свободных заряженных частиц и сил, действующих на них в одном направлении.
- должна быть разность потенциалов на концах проводника.
Необходимо наличие замкнутой электрической цепи, в которую входят источники тока, обеспечивающие разность потенциалов (?? ) – это так называемая внутренняя часть цепи. Во внешнюю часть цепи входят провода; различная нагрузка и электрические измерительные приборы.
Поле, создаваемое движущимися зарядами называются стационарными. Стационарное электрическое поле, как и электростатическое поле, является потенциальным. Но между электростатическим и стационарным электрическим полем имеется существенное различие:
Заполняем таблицу:
| ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ | СТАЦИОНАРНОЕ |
| 1. Поле внутри проводника отсутствует. (Е = 0), а вне проводника вектор Е + к его поверхности. 2. Имеет эквипотенциальные поверхности. 3. Не создает м/поля, так как заряды неподвижны. |
1. Существует как внутри проводника, так
и вокруг его. Внутри проводника это поле
однообразно, вектор Е параллелен оси проводника;
вне проводника поле неоднообразно, вектор Е
направлен под углом к поверхности проводника. 2. Нет эквипотенциальных поверхностей. 3. Создает м/поле, так как заряды движутся. |
Но мы не можем видеть движущиеся в проводнике заряженные частицы – электроны. О наличии электрического тока в цепи мы можем судить лишь по действиям.
Проводник, по которому течет ток, нагревается (демонстрация – электрическая плитка, электрическая лампа).
Электрический ток может изменять химический состав проводника (например, выделять его химические составные части). Демонстрация – раствор CuSO4, процесс электролиза.
Оказывает магнитное действие, то есть силовое действие на соседние токи и намагничивающиеся тела. (демонстрация проволочная рамка и постоянный магнит, электромагнит с грузом)
Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном устройствах, на заводах для переноски изделий из стали и чугуна, если они обладают большой подъемной силой.
Рассмотрим характеристики электрического тока:
Количественными характеристиками электрического тока как направленного движения зарядов под действием электрического поля источником является сила тока и плотность тока. Силой тока называют скалярную физическую величину, определяемую величиной заряда, переносимого через поперечное сечение проводника в единицу времени.
Предел отношения dq/dt при dt = 0, называется мгновенной силой тока.
I = 
Сила тока в СИ измеряется в Амперах.
[ I ] = [ Кл/c] = [A]
1мА = 10-3А, 1мкА = 10-6А
Измеряют силу тока амперметром. В электрическую цепь его включают последовательно с потребителями электрической энергии. Потребителя электрической энергии называют нагрузкой источника тока.
Схематическое изображение.
За направление тока принято направление положительных зарядов.
Величина, характеризующая быстроту переноса заряда в проводнике через единицу площади его поперечного сечения, называется плотностью тока. Плотность тока – это сила тока, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения проводника.
j = I/S
Характеризует распределение электрического тока по сечению проводника.
В СИ j = [A/м2]
Плотность тока – векторная величина. Направление вектора плотности совпадает с направлением скорости направленного движения положительных зарядов в стационарном электрическом поле, то есть так как I = q/t, то j = q/tS
Плотность тока можно выразить через скорость направленного движения зарядов. Предположим, что участок цепи представляет собой однородный цилиндрический проводник из металла площадью поперечного сечения S и длиной l. В объеме проводника V = S ? l содержится n частиц, заряд каждой из них равен заряду электрона. При создании стационарного поля в проводнике заряженные частицы движутся направленно со средней скоростью <n >. Пусть за промежуток времени t все n носители тока пройдут через поперечное сечение у торца проводника. Тогда суммарный заряд, перенесенный через это сечение q = ne
J = nel / St ? l = n/V ? e? l / t, где n/V – n0 – концентрация свободных электронов в проводнике.
l /t = <V>, тогда j = e n0 <V>
В векторной форме j = e n0 <V>
I = e n0 <V> S
Сила тока зависит от заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения проводника.
Закрепление: - составление электрических схем, решение задачи по сборнику А. П. Рымкевич: № 778.
Вывод по всему уроку.
Дома: §48 – Пинский, решение задач (условия задач в тетради)