Сьогодні о 18:00
Вебінар:
«
Цивільний захист у закладах освіти: складаємо мобілізаційний план
»
Взяти участь Всі події

Конспект уроку "Електричний струм у металах"

Фізика

Для кого: 8 Клас, 9 Клас, 11 Клас

09.09.2019

2208

46

0

Опис документу:
МЕТА УРОКУ: ознайомити учнів із елементами класичної електронної теорії; з'ясувати природу носіїв заряду в металах; розширити та поглибити знання учнів про електричний струм у різних середовищах, зокрема в металах; показати практичну значущість набутих знань у побуті, техніці, на виробництві; розвивати інтерес до вивчення фізики. ТИП УРОКУ: урок вивчення й первинного закріплення знань. ДЕМОНСТРАЦІЇ: відеофрагменти фільму «Електричний струм у металах».
Перегляд
матеріалу
Отримати код

Урок з фізики для 9 класу на тему:

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ в МЕТАЛАХ

Мета уроку:

ознайомити учнів із елементами класичної електронної теорії;

з'ясувати природу носіїв заряду в металах;

розширити та поглибити знання учнів про електричний струм у різних середовищах, зокрема в металах;

показати практичну значущість набутих знань у побуті, техніці, на виробництві;

розвивати інтерес до вивчення фізики.

Тип уроку:

урок вивчення й первинного закріплення знань.

Демонстрації:

відеофрагменти фільму «Електричний струм у металах».

План викладення нового матеріалу:

1. Електронна провідність металів.

2. Експериментальний доказ існування вільних електронів у металах.

Хід уроку:

1. Актуалізація опорних знань.

Перевірити знання учнів по минулій темі (у вигляді фронтального опитування).

1. Що таке електричний струм? (Електричний струм — це впорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок.)

2. Що потрібно створити в провіднику, щоб у ньому виник і протягом певного часу існував електричний струм? (Щоб надати зарядженим частинкам напрямленого руху, в об'ємі провідника утворюють електричне поле. Під дією електричного поля вільні заряджені частинки рухаються в напрямі прикладених до них електричних сил, тобто у провіднику виникає електричний струм.)

3. Що називається джерелом електричного струму? ( Джерелами електричного струму називають пристрої, у яких відбувається перетворення енергії певного виду на електричну енергію.)

4. Які джерела електричного струму ви знаєте? (Людина у своїй практичній діяльності використовує різноманітні джерела електричного струму, які за видом перетворюваної енергії можна поділяти на: хімічні (гальванічні елементи, акумулятори), світлові (фотоелементи, сонячні батареї), теплові (термоелементи), механічні (електрофорна машина, генератори електричного струму різного роду).

5. Хто перший створив гальванічний елемент? Яке походження цієї назви? (Перше найпростіше хімічне джерело струму, яке не втратило свого практичного значення й дотепер, створив у 1799 р. італійський фізик Алессандро Вольта і назвав його гальванічним елементом на честь засновника вчення про електрику Луїджі Гальвані.)

6. Яка будова найпростішого гальванічного елемента? (Гальванічний елемент складається з цинкової посудини, заповненої желеподібною сумішшю хімічних речовин. У суміш вставлено вугільний стержень. Зверху посудину залито шаром смоли.)

7. Яка енергія перетворюється на електричну в сонячних батареях? Термоелементах? (У сонячних батареях відбувається пряме перетворення енергії сонячного випромінювання в електричну енергію. У термоелементах внутрішня енергія нагрівника перетворюється в електричну енергію.)

8. З чого складається найпростіше електричне коло? (Найпростіше електричне коло складається з джерела струму, споживача електричної енергії (лампа, електродвигун), з'єднувальних провідників і пристрою для замикання та розмикання кола — вимикача.)

9. Що таке схема електричного кола? (Креслення, на якому зображують різні способи з'єднання елементів електричного кола, називають схемою електричного кола.)

2. Виклад нового матеріалу.

Електричний струм можуть проводити рідини та тверді речовини, за певних умов електричний струм проводять і гази. Вивчення електричного струму в різних середовищах почнемо з вивчення струму в металах. По-перше, тому, що всі без винятку метали добре проводять електричний струм, а по-друге, саме з провідністю металів пов'язане широке застосування електричної енергії в житті людини.

Ви вже знаєте, що електричний струм — це впорядкований рух вільних електричних зарядів під дією електричного поля джерела струму. Але нам потрібно знати: які ці заряди? Як вони рухаються?

Для цього розглянемо внутрішню будову металевих провідників. У будь-якому металі частина електронів покидає свої місця в атомі, в результаті чого атом перетворюється на позитивний йон. Позитивні йони в металах розміщуються в строгому порядку, утворюючи так звані кристалічні ґратки (мал.1; відеофрагмент №1).

(мал. 1)

Між йонами хаотично рухаються вільні електрони у вигляді електронного газу(мал2.).

(мал. 2)

Негативний заряд усіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх йонів кристалічних ґраток. Тому за звичайних умов металевий провідник електрично нейтральний. (мал. 3)

(мал. 3)

Тож які електричні заряди рухаються під дією електричного поля в металевих провідниках?

У 1899 p. K. Рікке (мал. 4; відеофрагмент №4) на трамвайній підстанції у Штутгарті вмикав у головний провід, яким подавалося живлення трамвайним лініям, послідовно три металевих циліндри, тісно притиснутих один до одного торцями: два крайніх — мідних, а середній — алюмінієвий. Через ці циліндри понад рік проходив електричний струм (мал. 5). У результаті точного зважування виявилося, що дифузія в металах не відбулася: в мідних циліндрах не було атомів алюмінію і навпаки (мал. 6).

(мал. 4) (мал. 5) (мал. 6)

Таким чином, К. Рікке довів, що під час проходження провідником електричного струму йони не переміщуються, а в різних металах переміщуються лише електрони. Отже, електричний струм у металевих провідниках створюється впорядкованим рухом електронів.

Тепер залишається з'ясувати: як рухаються вільні електрони?

За відсутності у провіднику електричного поля, електрони рухаються хаотично, подібно до того, як рухаються молекули газів або рідин. У будь-який момент часу швидкості руху різних електронів відрізняються значенням і напрямом.

За наявності у провіднику електричного поля, електрони, зберігаючи свій хаотичний рух, починають зміщуватися у напрямі позитивного полюса джерела. Разом з безладним рухом електронів виникає і їх упорядкований рух(мал. 7 стрілками вказано напрямок зміщення електронів; відеофрагмент №6).

(мал. 7)

Тепер можна дійти дуже важливого висновку:

електричний струм у металах (металевих провідниках) — це впорядкований рух електронів під дією електричного поля, яке створює джерело електричного струму.

Дослідженнями, що стосуються електронної провідності металів, займався український вчений А. Е. Малиновський (1884-1937). Він представив свою інтерпретацію взаємодії вільних електронів і позитивних йонів у металах. Зробив уточнення до теорії дослідів, які виконали у 1916 р. американський фізик Р. Толмен (мал. 8 (на фото разом з А. Ейнштейном))і шотландський фізик. Б. Стюарт .(мал. 9) Вони розкручували до великої швидкості котушку з мідного тонкого дроту навколо її осі, потім різко гальмували її і при цьому реєстрували в колі короткочасний електричний струм, зумовлений інерцією носіїв заряду, якими виявилися саме електрони (мал. 10 відеофрагмент №8).

(мал. 8) (мал. 9) (мал. 10)

3. Повторення та закріплення матеріалу (у вигляді фронтального опитування):

1. Яка будова металевого провідника? (У будь-якому металі частина електронів покидає свої місця в атомі, в результаті чого атом перетворюється на позитивний йон. Позитивні йони в металах розміщуються в строгому порядку, утворюючи так звані кристалічні ґратки. Між йонами хаотично рухаються вільні електрони у вигляді електронного газу.)

2. Поясніть, чому за звичайних умов будь-який шматок металу є електрично нейтральним. (Негативний заряд усіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх йонів кристалічних ґраток. Тому за звичайних умов металевий провідник електрично нейтральний.)

3. Як довести, що електричний струм у металах виникає внаслідок руху електронів, а не руху йонів? Опишіть відповідний дослід. (У 1899 p. K. Рікке на трамвайній підстанції у Штутгарті вмикав у головний провід, яким подавалося живлення трамвайним лініям, послідовно три металевих циліндри, тісно притиснутих один до одного торцями: два крайніх — мідних, а середній — алюмінієвий. Через ці циліндри понад рік проходив електричний струм. У результаті точного зважування виявилося, що дифузія в металах не відбулася: в мідних циліндрах не було атомів алюмінію і навпаки.

Таким чином, К. Рікке довів, що під час проходження провідником електричного струму йони не переміщуються, а в різних металах переміщуються лише електрони. Отже, електричний струм у металевих провідниках створюється впорядкованим рухом електронів.

4. Як рухаються електрони у провіднику при відсутності в ньому електричного поля і при наявності його? (За відсутності у провіднику електричного поля, електрони рухаються хаотично, подібно до того, як рухаються молекули газів або рідин. У будь-який момент часу швидкості руху різних електронів відрізняються значенням і напрямом.

За наявності у провіднику електричного поля, електрони, зберігаючи свій хаотичний рух, починають зміщуватися у напрямі позитивного полюса джерела. Разом з безладним рухом електронів виникає і їх упорядкований рух.)

5. Поясніть природу електричного струму в металах. (Електричний струм у металах (металевих провідниках) — це впорядкований рух електронів під дією електричного поля, яке створює джерело електричного струму.)

4. Домашнє завдання:

§9 (Фізика: підруч. для 9 класу загальноосвіт. навч. закл./ В. Д. Сиротюк. – К.: Зодіак-ЕКО, 2009. – 208с.: іл). Дати відповіді на запитання після параграфу;

№№ 11.1 – 11.3, 11.18, 11.19.(Фізика. 9 клас: Збірник задач / І. Ю. Ненашев – Х.: Видавництво "Ранок", 2010. – 144 с.)

Повторити §8

Переглянути фільм "Електричний струм в металах"

§

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу.