Урок физики в 10 классе «Электрический ток в различных средах»

Урок физики в 10 классе «Электрический ток в различных средах» Тип урока: повторение, обобщение и систематизация знаний Дидактическая цель: создать условия для активного структурирования систематизации и обобщения знаний и умений по теме  «Электрический ток в различных средах» Задачи урока: образовательные:    повторить и обобщить с учащимися представление о природе электрического тока в различных средах; проконтролировать знания по данной теме, воспитательные:    различных средах; отношения к технике; продолжить формирование бесконечности процесса познания на примере основных закономерностей протекания тока в  содействовать воспитанию таких личностных качеств, как чувство ответственности, самостоятельности, инициативы, бережного продолжить формирование у учащихся правильного восприятия мира, интереса к изучаемому предмету, понятия о  познаваемости мира, значения эксперимента в научном познании, развивающие:   совершенствовать познавательные умения: анализировать, обобщать, делать выводы, вести диалог, делать обобщения; развивать познавательные интересы школьников, используя разные формы закрепления изученного материала. План урока 1. Организационный момент Этапы урока Время, мин Приемы и методы 1 Сообщение учителя Деятельность учителя Проверяет, насколько комфортно чувствуют  1 2.  Целеполагание и мотивация 3. Актуализация знаний и умений 4 5 6 7 Закрепление учебного материала Совершенствование, применение знаний и умений,  их систематизация Проверочная работа Домашнее задание 1 2 10 10­15 20­15 1 Сообщение учителя Фронтальный опрос Беседа. Работа с учебником.  Заполнение таблицы Решение задач. Взаимопомощь Контроль учителя. Запись на доске себя ученики, готовность рабочего места,  создает ситуацию успеха Разъясняет цели работы, объясняет, в какой  форме и как будет проходить в конце занятия  проверочная работа Формулирует тему обсуждения, определяя  основные вопросы для повторения Предлагает вопросы с целью закрепления  учебного материала, организует работу  учащихся Предлагает систему задач разного уровня  сложности Цель работы – выявить уровень обученности Ход урока 1. Организационный момент. 2. Целеполагание и мотивация. 3. Актуализация знаний и умений. Определение и формулировка темы обсуждения:    Что такое электрический ток? При каких условиях он возникает и существует?  В каких средах может существовать электрический ток? 4. Закрепление учебного материала. В результате беседы создаем план, по которому учащиеся будут работать, отвечают на вопросы, используют учебник, таблицу в  тетради, которая заполнялась на протяжении изучения всей темы, углубляются знания учащихся по теме. Можно организовать работы в парах или малых группах и выполнить общую презентацию результатов. План: 1. 2. 3. Внутреннее строение вещества (среды). Наличие свободных зарядов в среде и способы создания их, если там их нет. Закон, которому подчиняется ток в данной среде. 2 4. Применения тока в этой среде. Среда Явления Металл Опыты Э.Рикке, 1901 г. 1.   Л.И.Мандельштам, Н.Д.Папалекси, 1913 г., Р.Толмен, Б.Стюарт, 1916 г. некоторое время… Электролиты Полупроводники Вакуум Газы тока  нет 2.  ток  есть 1. Термистор 2. Фоторезистор Через 3.Введение примеси Ge+As (донорная) – n­типа Ge+In (акцепторная) – p­типа 1. Тока нет 2. Ток есть 3. Тока нет Гипотеза Носителями тока в металлах  являются свободные  электроны Электрический ток  представляет собой дрейф  свободных электронов в  кристаллической решётке под  действием электрического  поля 1. Электрического тока нет,  т.к. отсутствуют носители  электрических зарядов. 2. Электрический ток есть, в  процессе электролитической  диссоциации появились  положительные и  отрицательные ионы. … сила тока растет вследствие Нагревание и освещение  приводит к образованию  большого количества зарядов.  Сопротивление уменьшается. Чистые полупроводники  обладают собственной  проводимостью. Происходит  разрыв ковалентных связей.  Появляется «дырка» и  1) Вакуум электрический ток  не пропускает, т.к. в нём  отсутствуют носители  электрических зарядов. 2) Существование  электрического тока  обусловлено появлением  электронов вследствие  термоэлектронной эмиссии Газ в обычных условиях –  диэлектрик Газ становится проводником 3 увеличения скорости  электролитической  диссоциации. … сила тока растет вследствие увеличения концентрации  ионов. электрон Примесная проводимость «лишний электрон» «лишняя дырка» 3) Обратный ток отсутствует При наличии ионизатора  протекает несамостоятельный  газовый разряд. Газовый разряд протекает в  отсутствии ионизатора  вследствие вторичной  ионизации за счет неупругого  соударения электронов с  атомами Модель Характеристики Электронный газ внутри  ионной кристаллической  решётки e=1,6∙10­19 Кл – модуль заряда  электрона n – концентрация электронов v – средняя скорость  упорядоченного движения  электронов S – площадь поперечного  сечения проводника Положительные и  отрицательные ионы +  электрическое поле N – число ионов, достигших  электрода, mi – масса иона, qi – заряд иона, n ­ валентность Четырехвалентные атомы с  ковалентной связью Электроны (при нагревании) +  электрическое поле Ионы, электроны +  электрическое поле n – концентрация носителей  заряда (зависит от  температуры и освещенности) v – средняя скорость  упорядоченного движения  зарядов q – заряд носителя W – энергия ионизации,  необходимая для перехода  электронов из связанного  состояния в свободное e=1,6∙10­19 Кл – модуль заряда  электрона n – концентрация электронов v – средняя скорость  упорядоченного движения  электронов N – число электронов,  испускаемых катодом за  единицу времени при данной  температуре А вых – работа выхода электрона N0 – число частиц газа, N – число ионизированных  частиц,  – коэффициент  ионизации, λ – длина свободного пробега  зарядов, qi – заряд иона, е – заряд электрона Законы Следствия М. Фарадей, 1832 г. m=mi∙N Iн = eN 4 Проводимость Вольт­амперная  характеристика p­n­перехода Iн = eN Условие ионизации  электронным ударом электрохимический   k­ эквивалент Вольт­амперная характеристика   Зависимость сопротивления  (удельного сопротивления)  проводника от температуры Заряд электрона 1911 г. Г. Камерлинг­0ннес ­  сверхпроводимость F=eNA=9,648∙104  постоянная Фарадея Кл/моль– Применение 1. Передача электроэнергии на  расстояние. 2. Расчет и создание  электрических цепей. 3. Получение и использование  сверхпроводников 1. Гальваностегия (получение  точных копий). 2. Рафинирование меди  (получение чистой меди). 3. Электролитическая  полировка, заточка  инструментов. 4. Электрометаллургия  1. Полупроводниковый диод 1. Двухэлектродная  электронная лампа (диод) выпрямитель тока 2. Термистор 1. Тлеющий разряд 2. Дуговой разряд 3. Искровой разряд 4. Коронный разряд 5 (получение алюминия, титана). 5. Гальванопластика (покрытие одного металла другим).  Б.С.Якоби (1837 г.) 6. Аккумуляторы. ­измерение температуры, ­пожарная сигнализация 3. Фоторезистор Выпрямитель переменного  тока 2. Электронно­лучевая трубка Телевизор, осциллограф, ЭВМ ­кино, ­автоматический выключатель  света, ­индикаторы на ИСЗ 4. Фотоэлемент солнечные батареи 5. Фотодиод измерение интенсивности  освещения 6. Светодиод ­источник излучения, ­цифро­знаковые индикаторы 7. Транзистор усилитель мощности в  радиоприборах, ЭВМ 6 5. Совершенствование, применение знаний и умений, их систематизация. Решение задач на повторение, используется дидактический материал. 6. Проверочная работа (контроль усвоения темы) Контрольный тест (индивидуальная работа, если есть возможность, можно выполнить тест на компьютерах). Тест по теме: «Электрический ток в различных средах» 1 вариант Какие частицы являются носителями электрического тока в металлах? 1) А. Только электроны. Б. Электроны и протоны. В. Электроны и положительные ионы. Г. Положительные и отрицательные ионы. Как и почему изменяется электрическое сопротивление полупроводников при увеличении температуры? 2) А. Уменьшается из­за увеличения скорости движения электронов. Б. Увеличивается из­за увеличения амплитуды колебаний положительных ионов кристаллической решетки. В. Уменьшается из­за увеличения концентрации свободных носителей электрического заряда. Г. Увеличивается из­за увеличения концентрации свободных носителей электрического заряд. 3) А. Соль в воде распадается на заряженные ионы Na+  и Cl­. Б. После растворения соли молекулы NaCl переносят заряд В. В растворе от молекулы NaCl отрываются электроны и переносят заряд. Г. При взаимодействии с солью молекулы воды распадаются на ионы водорода и кислорода. Чистая вода является диэлектриком. Почему водный раствор соли NaCl является проводником? Каким образом освобождаются из катода электроны, создающие изображение в электронно­лучевой трубке телевизора? 4) А. В результате действия электрического поля между катодом и анодом. Б. В результате электролиза. В. В результате термоэлектронной эмиссии. Г. В результате ионизации атомов электронным ударом. 7 5) Что   из   перечисленного   ниже   способно   пропускать   ток   только   в   одном   направлении,   а,   значит,   служит   для   выпрямления переменного тока? 2. Полупроводниковый диод. 3. Раствор электролита. 4. Резистор. 1. Электронная лампа. А. Только 2. Б. Только 1 и 2. В. Только 3. Г. Только 4. 6) Если цилиндрическую катушку с проводом с замкнутыми концами привести в быстрое вращение вокруг оси цилиндра и затем резко остановить, то в цепи обнаруживается электрический ток. Почему? А. Под влиянием магнитного поля Земли. Б. В результате электростатической индукции. В. В результате электромагнитной индукции. Г. В результате движения электронов по инерции.  Какие эффекты из перечисленных ниже наблюдаются при протекании электрического тока в сверхпроводнике? Нагревание проводника. Медленное убывание силы тока со временем. Возникновение магнитного поля. 7) 1. 2. 3. А. Только 1. Б. Только 2. В. Только 3. Г. 1 и 3.   Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы с донорными примесями? 8) А. В основном электронной. Б. В основном дырочной. В. В равной степени электронной и дырочной. Г. Ионной. 9) В четырехвалентный германий добавили: 1) пятивалентный фосфор, 2) трехвалентный индий. 8 Каким типом проводимости будет обладать полупроводник в каждом случае? А. 1­ дырочной, 2­ электронной. Б. 1­ электронной, 2­ дырочной. В. В обоих случаях электронной. Г. В обоих случаях дырочной. Решите задачи. 1) Сопротивление вольфрамовой нити электрической лампы при 20ºС равно 35,8 Ом. Какова будет температура  нити  лампочки, если  при  включении в сеть напряжением 120 В по нити идет ток  0,33 А? Температурный коэффициент сопротивления вольфрама 0,0046 К­1. При получении алюминия электролизом раствора  Al2О3  в расплавленном веществе проходил ток 20 кА при напряжении на 2) электродах   в   5   В.   Найти   время,   в   течение   которого   будет   выделена   1   т   алюминия.   Какая   работа   была   при   этом   совершена электрическим током? Электрохимический эквивалент алюминия 0,093 мг/Кл. Какие частицы являются носителями электрического тока в электролитах? 1) А. Только электроны. Б. Электроны и протоны. В. Электроны и положительные ионы. Г. Положительные и отрицательные ионы. 2 вариант Как и почему изменяется электрическое сопротивление металлов при увеличении температуры? 2) А. Увеличивается из­за увеличения скорости движения электронов. Б. Уменьшается из­за увеличения скорости движения электронов. В. Увеличивается из­за увеличения амплитуды колебаний положительных ионов кристаллической решетки. Г. Уменьшается из­за увеличения амплитуды колебаний положительных ионов кристаллической решетки. Чистая вода является диэлектриком. Почему водный раствор соли CuSO4 является проводником? 3) А. Соль в воде распадается на заряженные ионы Cu2+  и SO 2 4 Б. После растворения соли молекулы CuSO4 переносят заряд ­. 9 В результате какого явления освобождаются из катода электроны, создающие ток в вакуумном диоде (электронной лампе)? В. В растворе от молекулы CuSO4 отрываются электроны и переносят заряд. Г. При взаимодействии с солью молекулы воды распадаются на ионы водорода и кислорода. 4) А. В результате действия электрического поля между катодом и анодом. Б. В результате электролиза. В. В результате термоэлектронной эмиссии. Г. В результате ионизации атомов электронным ударом. В каком из ниже перечисленных устройств сила тока не зависит от полярности приложенного напряжения? 2. Полупроводниковый диод. 3. Раствор электролита. 4. Резистор. 5) 1. Электронная лампа. А. Только 1. Б. Только 1 и 2. В. Только 4. Г. Только 3 и 4. 6) Если два цилиндра, один из которых медный, а другой – алюминиевый, плотно прижать друг к другу, а затем на длительное время включить в цепь, то мы не обнаружим проникновения веществ цилиндров друг в друга. Почему? А. Электрический ток в металлах образован молекулами вещества. Б. Электрический ток в металлах образован положительными и отрицательными ионами. В. Электрический ток в металлах образован свободными электронами. Г. Электрический ток в металлах образован протонами. 7) Какие эффекты из перечисленных ниже не наблюдаются при протекании электрического тока в сверхпроводнике? 1. 2. 3. Нагревание проводника. Медленное убывание силы тока со временем. Возникновение магнитного поля А. Только 1. Б. Только 2. В. Только 3. Г. 1 и 3. 8) Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей? 10 А. В основном электронной. Б. В основном дырочной. В. В равной степени электронной и дырочной. Г. Ионной. В четырехвалентный кремний добавили: 1) трехвалентный индий, 2) пятивалентный фосфор. 9) Каким типом проводимости будет обладать полупроводник в каждом случае? А. 1­ дырочной, 2­ электронной. Б. 1­ электронной, 2­ дырочной. В. В обоих случаях электронной. Г. В обоих случаях дырочной. Решите задачи. 1) Реостат из железной проволоки включен в цепь постоянного тока. Сопротивление реостата при 0º С равно 120 Ом. Сила тока в цепи составляла 22 мА. Какой станет сила тока в цепи, если реостат нагреется на 50º С? Температурный коэффициент сопротивления железа 6∙10­3 К­1? 2) Медная пластинка общей площадью 25 см2 служит катодом при электролизе медного купороса (CuSO4). После пропускания в  течение некоторого времени тока, силой 0,5 А масса пластинки увеличилась на 99 мг. Найти: а) сколько времени пропускался ток. б)  какой толщины образовался слой меди на пластинке. Электрохимический эквивалент меди 0,33 мг/Кл. Плотность меди 8900 кг/м3. 7. Домашнее задание. Краткие итоги главы учебника. Итог: учащиеся вместе с учителем подводят итоги урока, учитель сообщает и комментирует оценки, полученные за урок.  ­ Мы ещё и ещё раз убедились в необходимости познания мира. И чтобы чувствовать себя защищенной, надо использовать эти знания  на благо человека ­ в медицине, биологии, химии, астрономии, в быту и на производстве. Рефлексия: после подведения итогов урока учащимся предлагается ответить на вопросы рефлексии, оценив свою работу на уроке и  сам урок.  Дополнительный материал к уроку (можно рассмотреть на этом уроке или ранее в теме или предложить учащимся подготовить  небольшие интересные сообщения, или смонтировать несколько слайдов, или придумать другую форму): 11 1. В 1752 г. американский государственный и политический деятель, первый Бенджамин Франклин, исследовал природу молнии,  запуская в грозу воздушный змей. (Опыт очень опасный!) Когда верёвка намокала, по ней стекали атмосферные электрические заряды, и  между нею и соединёнными с землёй металлическими предметами (столбиком, ключом) проскакивали искры. 2. Российскими учёными были разработаны и апробированы биоманипуляторы ­ механические устройства, управление которыми  осуществляется с помощью биотоков человека. Биотоки оператора снимаются браслетом, надетым на предплечье, где расположены мышцы,  отвечающие за сгибание и разгибание пальцев. Затем усиливаются и по проводам передаются манипулятору, повторяющему движения  оператора. В 1960 г. на конгрессе Федерации по автоматическому управлению в Москве пятнадцатилетний мальчик, не имевший кисти руки,  взял искусственной рукой мел и написал на доске: «Привет участникам конгресса!» 3. В медицине когда­то применялся «статический душ», или франклинизация. Над головой больного на расстоянии 10­15 см  помещали электрод в виде звезды, другой электрод находился под ногами на изолирующей подставке. На электроды подавалось 40­50 кВ  постоянного напряжения. Так осуществлялось воздействие на области головы, шеи, слизистую оболочку. 4. По технике безопасности все инструменты для электромонтажных работ снабжены изолирующими ручками. Сам монтёр должен  работать в обуви на резиновой подошве или на резиновом коврике. Воздействие Ток  1 мА не ощущается 3 мА покалывание 3~5 мА  8­10 мА  до 13 мА  15 мА  0,1­0,2 А    5. При нарушении ритма работы сердца используется вживляемый человеку кардиостимулятор или «водитель ритма», посылающий  электрические сигналы сердечной мышце. Он покрыт биологически инертным полимером, позволяющим избежать отторжения организмом.  Провода, покрытые силиконовой резиной, подводятся к сердечной мышце. 60­70 импульсов в минуту при токе 3­5 мА позволяют  поддерживать сердечный ритм. раздражающее ощущение непроизвольное сокращение мышц «отпускающие токи» «неотпускающие токи» беспорядочные сокращения сердечной мышцы 6. Особенно часто страдают от удара молнии дубы, имеющие глубокие корни, доходящие до водоносных слоев почвы. При попадании  молнии в лиственные деревья ток идёт по сердцевине, где наибольшее количество сока. Закипая, сок разрывает дерево. А у смолистого  дерева, например сосны, сопротивление сердцевины больше сопротивления смолы, и ток идёт по поверхности, по смоле. 12 7. Нервные клетки ­ нейроны ­ отвечают на раздражители внешней среды или самого организма при помощи электрических импульсов по отростку нервной клетки ­ аксону. «Проводником» сигнала можно условно считать цитоплазму, а «изолятором» ­ плазматическую  мембрану клетки, хотя сопротивление цитоплазмы слишком велико, а изоляционные свойства мембраны слишком слабы. Поэтому нельзя  считать прохождение импульса по аксону полностью аналогичным прохождению тока, в нём происходят сложные электрохимические  реакции. 8. Гигантский электрический скат создаёт в воде напряжение 50­60 В, нильский сом ­ 350 В, а угорь­электрофорус ­ более 500 В. На  тело самой рыбы это напряжение не оказывает никакого действия. Мышечная ткань электрических органов ­ проводник, а соединительная ­  изолятор. 9. Из­за худшей проводимости пресной воды по сравнению с солёной, пресноводным рыбам необходимо создавать более высокое  напряжение, чем морским. Оказавшись в пресной воде, обитатель морей ­ ромбовидный скат не сможет использовать своё электрическое  «оружие».   10. При выполнении любой работы, связанной с электричеством, необходимо соблюдать технику безопасности, работать  инструментами с изолированными ручками, на изолирующей подставке. Надо помнить, что мокрые руки, повреждённая кожа или большие  поверхности контакта увеличивают опасность поражения электрическим током. В этих случаях может быть смертельным напряжение 100­120 В. (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)) 11. Электрокардиография ­ важнейшее медицинское исследование, позволяющее получать информацию о работе сердца.  Электрокардиограмма кривая, полученная при регистрации электрических импульсов сердца. Чтобы уменьшить сопротивление кожи и  облегчить путь электрическому сигналу по потовым и сальным железам, поверхность кожи под электродами смачивают водой. 12. «...Такое электрическое свечение остроконечий наблюдают не только на море, но и суше, особенно в горах. Ещё Юлий Цезарь  описал, как однажды ночью в облачную погоду острия копий его солдат светились такими огоньками. В горах случается, что это свечение  появляется даже на людях ­ на волосах, шапках. При этом слышится тихое жужжание. Этот огонь не жжёт, это свечение, холодное свечение.  Если такое свечение будет вокруг спички, она не загорится». Я. И. Перельман. Занимательные задачи и опыты 13 13. Органические вещества плотных тканей живых организмов являются диэлектриками, жидкости ­ проводниками. Больше всего  препятствуют прохождению электрического тока роговой слой кожи, кость без надкостницы и сухожилия. При пропускании тока очень  короткими, но многочисленными импульсами происходит разогрев тканей организма, что используется при диатермии. 14. Птицы часто сидят на проводах, но им не вредит электрический ток. Ведь сидят они на одном проводе, а второй проходит от него  на некотором расстоянии. (Тело сидящей на проводе птицы представляет собой как бы ответвление цепи, сопротивление которого по  сравнению с другой ветвью (короткого участка между ногами птицы) огромно. Поэтому сила тока в этой ветви (в теле птицы) ничтожна и  безвредна). 15. Электрофорез ­ физиотерапевтическое лечение, применяющееся в разных областях медицины. При проведении этой процедуры  образуется сложная электрическая цепь растворов лекарственных средств и растворов электролитов, входящих в состав крови. 14