Открытый урок по физике в 11-м классе по теме «Электрический ток в металлах»

Цели:

• Образовательная – формирование единых взглядов на природу электрического тока.
• Развивающая - формирование умения логично объяснять новые ранее неизвестные явления, используя имеющиеся знания.
• Воспитательная - формирование умений концентрировать внимание, вести диалог, аргументировано отстаивать свое мнение.

Ход урока

1. Постановка целей урока и темы.
2. Актуализация знаний и решение логических задач.
3. Изучение нового материала.
4. Минутка отдыха.
5. Ответы на вопросы.
6. Решение задач
7. Итоги урока.
8. Постановка домашнего задания.

Задание 1

Актуализация знаний и решение логических задач

1. Соотнесите физические величины и физические приборы для их измерения:

2. Что называется электрическим током?

3. Что необходимо, чтобы в цепи существовал электрический ток?

4. Работа со схемами. Перед вами две схемы электрических цепей (рис.)

А) Почему не горит исправная лампа в первой цепи при замыкании ключа? (Рис. 1)

Б) Почему не звенит звонок во второй цепи при замыкании цепи? (Рис. 2)

5. Все металлы проводят электричество. Ртуть - металл. Следовательно, ртуть проводит электричество. Все арабы смуглы. Ахмед смугл. Следовательно, Ахмед - араб. Верны ли эти утверждения?

6. Твёрдую сталь в форме бублика разогревают над костром. Вследствие этого сталь расширяется. Будет ли отверстие в бублике увеличиваться, уменьшаться или же останется прежнего размера?

7. Получение какой, электроэнергии обходится дороже - атомной или солнечной?

8. Взвесим банку со спящими мухами. Затем встряхнем ее, чтобы мухи летали, и снова взвесим. Изменится ли вес банки?

9. Расстояние между столбами изгороди равно 5 м. Сколько столбов понадобится, чтобы огородить треугольный участок со сторонами 20 м, 20 м и 30 м?

Изучение нового материала “Электрический ток в металлах”

1. Вопрос: 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.

2. Вопрос: Из каких материалов выполняется заземление?

Ответ учащихся.

Эталон ответа. Заземление выполняют из металла.

Задание 2. Прочитайте и составьте план ответа.

Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. Частицы в кристаллах расположены в определённом порядке, образуя пространственную (кристаллическую) решётку. 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.

Существование электронов проводимости в металлах было доказано учёными и в другом опыте. Если привести в быстрое вращение проволочную катушку, а затем её резко остановить, то в такой цепи электроизмерительный прибор покажет наличие кратковременного тока, хотя в цепи нет источника тока. Это продолжали двигаться электроны проводимости.

Итак, 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 невелика - 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.

Задание 3. Минутка отдыха

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 глянем “в себя”. Как мы воспринимаем окружающий мир? Как художники или как мыслители?

1. Встаньте, поднимите руки вверх, потянитесь.

2. Переплетите пальцы рук.

3. Посмотрите какой большой палец левой или правой руки оказался у вас вверху? Результат запишите “Л” или “П”

4. Скрестите руки на груди (“поза Наполеона”). Какая рука сверху? Результат запишите “Л” или “П”.

5. Поаплодируйте. Какая рука сверху? Результат запишите “Л” или “П”.

Подведем итоги

Учитывая, что результат “ЛЛЛ” соответствует художественному типу личности, а “ППП” - типу мышления.

Различный результат – гармонично развитые личности, которым свойственно, как логическое, так и образное мышление.

Задание 4. Ответьте кратко

Ответьте на вопросы:

1. Все ли металлы имеют кристаллическую решетку?

2. Что находится в узлах кристаллической решётки металлов?

3. Чему равен отрицательный заряд всех свободных электронов?

4. Что экспериментально доказал К. Рикке?

5. Большая ли скорость упорядоченного движения электронов в проводнике?

Найдите лишнее:

6. Фарадей, электролит, масса, положительные и отрицательные ионы, вакуум, электрохимический эквивалент.

7. Газ, электроны, p-n переход, запирающий слой.

8. Анод, катод, трение, термоэлектронная эмиссия, нить накала.

9. Ионизация, рекомбинация, самостоятельный разряд, раствор соли.

10. Диффузия, катушка, ток, гальванометр, электрон.

Тест

11. Для получения в проводнике электрического тока необходимо:
а) создать в нем электрические заряды;
б) разделить в нем электрические заряды;
в) создать в нем электрическое поле.

12. Какие из перечисленных веществ относятся к проводникам?
а) эбонит;
б) пластмасса;
в) металлы;
г) резина.

13. На рисунке изображена электрическая схема. Какими номерами обозначены источник тока, потребители электроэнергии? 

а) 3; 4, 1;
б)5; 1, 3; 
в) 2; 1, 3. 

Разгадайте ребусы

14.

Задание 5. Решите задачи

1. Чему равна сила тока в электрической лампе карманного фонаря, если сопротивление нити накала 20 Ом и лампа подключена к батарейке напряжением 2,5 В?

2. При напряжении 110 В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 5 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем увеличить на 10 В?

3. Какое нужно приложить напряжение к проводнику сопротивлением 0,25 Ом, чтобы в проводнике была сила тока 30 А?

4. Определите сопротивление электрической лампы, сила тока в которой 0,5 А при напряжении 120 В.

5. Чему равна сила тока в электрической лампе, если сопротивление кабеля 200 Ом и лампа подключена к розетке напряжением 220 В?

6. При напряжении 220В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 3 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем уменьшить на 10 В?

Домашнее задание

1. Параграф 16. Учебник В. А. Касьянов. Физика - 11
2. Задача: При напряжении 100 В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 2 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем увеличить на 15 В? или , или Упр 16 (2, 3)
3. (Индивидуально Сообщение: 1. Ванна Нерона. 2. Электрическая нянька.)

Рефлексия