Цель урока: Продолжить изучение природы электрического тока в металлах, экспериментальным путем изучить действие электрического тока.
Задачи урока:
- Образовательная – формирование единых взглядов на природу электрического тока, формирование умения работать с электрическими схемами, собирать электрические цепи.
- Развивающая – формирование умения находить ошибки и не допускать их при применении знаний на практике, а также логично объяснять новые явления, применять свои знания в нестандартных ситуациях.
- Воспитательная – воспитывать чувство любви к своей Родине, формирование умения концентрировать внимание, вести диалог, аргументировано отстаивать свое мнение .
Оборудование и материалы: источники тока, электрическая лампочка для карманного фонаря, электрический звонок, выключатели, подводящие провода, раствор медно купороса, электромагнит, медная и цинковая пластинки, модель кристаллической решетки, гальванометр.
ТСО: компьютерная презентация, мультимедийный проектор.
Демонстрации:
- Сборка простейших электрических цепей.
- Выделение меди при электролизе CuSO4.
- Действие катушки с током, как электромагнита.
- Получение источника тока используя лимон и медную и цинковую пластинку.
План урока.
- Актуализация опорных знаний – 10 мин.
- Изучение нового материала «Электрический ток в металлах» – 10 мин.
- Закрепление – 3 мин.
- Минутка отдыха – 1 мин.
- Изучение нового материала «Действия электрического тока». 12 мин.
- Закрепление – 5 мин.
- Домашнее задание – 2 мин.
- Итоги урока – 2 мин.
Ход урока
1. Актуализация опорных знаний – 10 мин.
– Здравствуйте ребята .Сегодня мы продолжим изучение темы «электрический ток»
Для вспоминания пройденный темы, давайте ответим на следующие вопросы
1) Что называется электрическим током?
Эталон ответа. Упорядоченное направленное движение частиц.
2) Что необходимо, чтобы в цепи существовал электрический ток или назовите элементы цепи?
Э. ответа. Источник тока, проводники, потребитель тока, и все эти элементы должны быть замкнуты.
3) Работа со схемами.
А теперь проверим, как вы видите нарушения в составлении электрических цепей.
Перед вами две эл. цепи, схемы которых представлены на экране.
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.
Учитель Ребята, мы наблюдали работающий цепь. Скажите, можно ли сказать смотрев на провода, что здесь течет ток?
Ответ учащихся.
Ответ нет, потому что мы не видим движение зарядов.
Учитель И так, для подробного получения ответа на этот вопрос, мы перейдем к изучению новой темы .
2. Изучение нового материала «Электрический ток в металлах» – 10 мин.
Слайд Тема нашего урока: «Электрический ток в металлах. Действия электрического тока»
Ребята кто знает, как можно избежать действия электрического тока при случайном прикосновении к электроприбору, которое оказалось под напряжением?
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.
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 первый русский ученый – естествоиспытатель мирового значения, 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).
Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. Частицы в кристаллах расположены в определённом порядке, образуя пространственную (кристаллическую) решётку. Как вам уже известно, в любом металле часть валентных электронов покидает свои места в атоме, в результате чего атом превращается в положительный ион. В узлах кристаллической решётки металла расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны (электронный газ), т.е. не связанные с ядрами своих атомов.
Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален.
Какие же электрические заряды движутся под действием электрического поля в металлических проводниках? Мы можем предположить, что под действием электрического поля движутся свободные электроны. Но это наше предположение нуждается в доказательстве.
В 1899 г. К. Рикке на трамвайной подстанции в Штуттгарте включил в главный провод, питающий трамвайные линии, последовательно друг другу торцами три тесно прижатых цилиндра; два крайних были медными, а средний – алюминиевым.
Через эти цилиндры более года проходил электрический ток. Произведя тщательный анализ того места, где цилиндры контактировали, К. Рикке не обнаружил в меди атомов алюминия, а в алюминии – атомов меди, т. е. диффузия не произошла. Таким образом, он экспериментально доказал, что при прохождении по проводнику электрического тока ионы не перемещаются. Следовательно, перемещаются одни лишь свободные электроны, а они у всех веществ одинаковые.
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 экране. Слайд
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.
электрический ток в металлических проводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов, под действием электрического поля
Если в проводнике нет электрического поля, то электроны движутся хаотично, аналогично тому, как движутся молекулы газов или жидкостей. В каждый момент времени скорости различных электронов отличаются по модулям и по направлениям. Если же в проводнике создано электрическое поле, то электроны, сохраняя свое хаотичное движение, начинают смещаться в сторону положительного полюса источника. Вместе с беспорядочным движением электронов возникает и упорядоченный их перенос – дрейф.
Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике под действием электрического поля – несколько миллиметров в секунду, а иногда и ещё меньше. Но как только в проводнике возникает электрическое поле, оно с огромной скоростью, близкой к скорости света в вакууме (300 000 км /с), распространяется по всей длине проводника.
Одновременно с распространением электрического поля все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника. Так, например, при замыкании цепи электрической лампы в упорядоченное движение приходят и электроны, имеющиеся в спирали лампы.
Понять это поможет сравнение электрического тока с течением воды в водопроводе, а распространения электрического поля – с распространением давления воды. При подъёме воды в водонапорную башню очень быстро по всей водопроводной системе распространяется давление (напор) воды. Когда мы открываем кран, то вода уже находится под давлением и начинает течь. Но из крана течёт та вода, которая была в нём, а вода из башни дойдёт до крана много позднее, т.к. движение воды происходит с меньшей скоростью, чем распространение давления.
Когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля.
Электрический сигнал, посланный, например, по проводам из Москвы во Владивосток (s=8000 км), приходит туда примерно через 0,03 с.
Минутка отдыха.
Ребята, однажды великого мыслителя Сократа спросили о том, что, по его мнению, легче всего в жизни? Он ответил, что легче всего – поучать других, а труднее – познать самого себя.
На уроках физики мы говорим о познании природы. Но сегодня давайте лянем « в себя». Как мы воспринимаем окружающий мир? Как художники или как мыслители?
- Встаньте, поднимите руки в верх, потянитесь.
- Переплетите пальцы рук.
- Посмотрите какой палец левой или правой руки оказался у вас вверху? Результат запишите «Л» или «П»
- Скрестите руки на груди. («поза Наполеона») Какая рука сверху?
- Поаплодируйте. Какая рука сверху?
Подведем итоги.
Учитывая, что результат «ЛЛЛ» соответствует художественному типу личности, а «ППП» – типу мышления.
Какой же тип мышления преобладает у вашего класса?
Несколько «художников», несколько «мыслителей», а большинство ребят – гармонично развитые личности, которым свойственно, как логическое, так и образное мышление.
А теперь можно переходить к познанию внешнего мира.
Электрический ток в металлах. Переходим к следующему блоку «Действия электрического тока»
Изучение нового материала «Действия электрического тока»
Мы не можем видеть движущиеся в металлическом проводнике электроны. О наличии тока в цепи мы можем судить по различным явлениям, которые вызывает электрический ток. Такие явления называют действиями тока. Некоторые из этих действий легко наблюдать на опыте.
Тепловое действие тока. (Слайд)
Химическое действие тока. Химическое действие эл. тока впервые было открыто в 1800 г. (Слайд)
Опыт. Проведем опыт с раствором медного купороса. Два угольных электрода, опускаем в дисцилированную воду замыкаем цепь. Наблюдаем, что Эл. лампочка не загорается. Берем раствор медного купороса и подсоединяем к источнику тока. Эл лампочка загорается.
Вывод. Химическое действие тока состоит в том, что в некоторых растворах кислот (солей, щелочей) при прохождении через них электрического тока наблюдается выделение веществ. Вещества, содержащиеся в растворе, откладываются на электродах, опущенных в этот раствор. При пропускании тока через раствор медного купороса (CuSo4) на отрицательно заряженном электроде выделится чистая медь (Сu). Это используют для получения чистых металлов.
Путем электролиза получают алюминий (это единственный промышленный способ его получения), химические чистые металлы, производят никелирование, хромирование, золочение.
Для предохранения металлов от коррозии их поверхность часто покрывают трудно окисляемыми металлами, т. е. производят никелирование или хромирование. Этот процесс называется гальваностегией.
Магнитное действие тока. Слайд
Опыт. Катушку с железным сердечником включаем в цепь и наблюдает притяжение металлических предметов.
Использование магнитного действия тока в гальванометрах.
Слайд
Гальванометр. Схематическое обозначение
Закрепление изученного материала.
Решаем задачи по сборнику задач В.И. Лукашик
- №1248
- №1250
- ? Почему нельзя прикасаться к неизолированным электрическим проводам голыми руками?
(Влага на руках всегда содержит раствор различных солей и является электролитом. Поэтому она создает хороший контакт между проводами и кожей.)
Анализируя ответы учащихся ставим оценки .
Задание на дом. Параграф. 34, 35Л. №1260, 1261. придумать схему управления звонком с двух точек (ребятам).