Конспект урока по физике электрический ток в металлах

Обновлено: 05.05.2024

Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов. Идея таких опытов и первые качественные результаты принадлежат русским физикам Л. И. Мандельштаму и Н. Д. Папалекси (1913 г.). В 1916 году американский физик Р. Толмен и шотландский физик Б. Стюарт усовершенствовали методику этих опытов и выполнили количественные измерения, неопровержимо доказавшие, что ток в металлических проводниках обусловлен движением электронов.

Вложение	Размер
tok_v_metallah.docx	47.19 КБ

Подтяните оценки и знания с репетитором Учи.ру

За лето ребенок растерял знания и нахватал плохих оценок? Не беда! Опытные педагоги помогут вспомнить забытое и лучше понять школьную программу. Переходите на сайт и записывайтесь на бесплатный вводный урок с репетитором.

Вводный урок бесплатно, онлайн, 30 минут

Предварительный просмотр:

. Электрический ток в металлах

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Схема опыта Толмена и Стюарта показана на рис. 1.12.1. Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся по отбросу стрелки гальванометра.

При торможении вращающейся катушки на каждый носитель заряда e действует тормозящая сила которая играет роль сторонней силы, то есть силы неэлектрического происхождения. Сторонняя сила, отнесенная к единице заряда, по определению является напряженностью Eст поля сторонних сил:

Хорошая электропроводность металлов объясняется высокой концентрацией свободных электронов, равной по порядку величины числу атомов в единице объема.

Предположение о том, что за электрический ток в металлах ответственны электроны, возникло значительно раньше опытов Толмена и Стюарта. Еще в 1900 году немецкий ученый П. Друде на основе гипотезы о существовании свободных электронов в металлах создал электронную теорию проводимости металлов. Эта теория получила развитие в работах голландского физика Х. Лоренца и носит название классической электронной теории. Согласно этой теории, электроны в металлах ведут себя как электронный газ, во многом похожий на идеальный газ. Электронный газ заполняет пространство между ионами, образующими кристаллическую решетку металла (рис. 1.12.2).

Из-за взаимодействия с ионами электроны могут покинуть металл, лишь преодолев так называемый потенциальный барьер. Высота этого барьера называется работой выхода. При обычных (комнатных) температурах у электронов не хватает энергии для преодоления потенциального барьера.

Как ионы, образующие решетку, так и электроны участвуют в тепловом движении. Ионы совершают тепловые колебания вблизи положений равновесия – узлов кристаллической решетки. Свободные электроны движутся хаотично и при своем движении сталкиваются с ионами решетки. В результате таких столкновений устанавливается термодинамическое равновесие между электронным газом и решеткой. Согласно теории Друде–Лоренца, электроны обладают такой же средней энергией теплового движения, как и молекулы одноатомного идеального газа. Это позволяет оценить среднюю скорость теплового движения электронов по формулам молекулярно-кинетической теории. При комнатной температуре она оказывается примерно равной 105 м/с.

Малая скорость дрейфа на противоречит опытному факту, что ток во всей цепи постоянного тока устанавливается практически мгновенно. Замыкание цепи вызывает распространение электрического поля со скоростью c = 3·108 м/с. Через время порядка l / с (l – длина цепи) вдоль цепи устанавливается стационарное распределение электрического поля и в ней начинается упорядоченное движение электронов.

В классической электронной теории металлов предполагается, что движение электронов подчиняется законам механики Ньютона. В этой теории пренебрегают взаимодействием электронов между собой, а их взаимодействие с положительными ионами сводят только к соударениям. Предполагается также, что при каждом соударении электрон передает решетке всю накопленную в электрическом поле энергию и поэтому после соударения он начинает движение с нулевой дрейфовой скоростью.

ярким примером расхождения теории и опытов является сверхпроводимость.

Согласно классической электронной теории, удельное сопротивление металлов должно монотонно уменьшаться при охлаждении, оставаясь конечным при всех температурах. Такая зависимость действительно наблюдается на опыте при сравнительно высоких температурах. При более низких температурах порядка нескольких кельвинов удельное сопротивление многих металлов перестает зависеть от температуры и достигает некоторого предельного значения. Однако наибольший интерес представляет удивительное явление сверхпроводимости, открытое датским физиком Х. Каммерлинг-Оннесом в 1911 году. При некоторой определенной температуре Tкр, различной для разных веществ, удельное сопротивление скачком уменьшается до нуля (рис. 1.12.4). Критическая температура у ртути равна 4,1 К, у аллюминия 1,2 К, у олова 3,7 К. Сверхпроводимость наблюдается не только у элементов, но и у многих химических соединений и сплавов. Например, соединение ниобия с оловом (Ni3Sn) имеет критическую температуру 18 К. Некоторые вещества, переходящие при низких температурах в сверхпроводящее состояние, не являются проводниками при обычных температурах. В то же время такие «хорошие» проводники, как медь и серебро, не становятся сверхпроводниками при низких температурах.

Вещества в сверхпроводящем состоянии обладают исключительными свойствами. Практически наиболее важным их них является способность длительное время (многие годы) поддерживать без затухания электрический ток, возбужденный в сверхпроводящей цепи.

Классическая электронная теория не способна объяснить явление сверхпроводимости. Объяснение механизма этого явления было дано только через 60 лет после его открытия на основе квантово-механических представлений.

Научный интерес к сверхпроводимости возрастал по мере открытия новых материалов с более высокими критическими температурами. Значительный шаг в этом направлении произошел в 1986 году, когда было обнаружено, что у одного сложного керамического соединения Tкр = 35 K. Уже в следующем 1987 году физики сумели создать новую керамику с критической температурой 98 К, превышающей температуру жидкого азота (77 К). Явление перехода веществ в сверхпроводящее состояние при температурах, превышающих температуру кипения жидкого азота, было названо высокотемпературной сверхпроводимостью. В 1988 году было создано керамическое соединение на основе элементов Tl–Ca–Ba–Cu–O с критической температурой 125 К.

В настоящее время ведутся интенсивные работы по поиску новых веществ с еще более высокими значениями Tкр. Ученые надеятся получить вещество в сверхпроводящем состоянии при комнатной температуре. Если это произойдет, это будет настоящей революцией в науке, технике и вообще в жизни людей.

Следует отметить, что до настоящего времени механизм высокотемпературной сверхпроводимости керамических материалов до конца не выяснен.

Конспект урока по физике "Электрический ток в металлах"

Цели урока: сформировать понятие о природе электрического тока в металлах и его направлении; выяснить, какие действия способен совершать электрический ток; показать практическую направленность изучаемого материала; формировать научно-материалистическое мировоззрение, развивать логическое мышление, формировать представление о процессе научного познания; вырабатывать умение слушать и быть услышанным, прививать культуру умственного труда, воспитывать чувства гордости и уважения к людям, внесшим вклад в развитие науки

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Организационный момент в виде слайд – шоу под стихотворение В. Шефнера

Я еще не устал удивляться

Чудесам, что есть на земле, -

Телевизору, голосу раций

И компьютеру на столе.

Самолеты летят сквозь тучи,

Ходят по морю корабли, -

Как до этих вещей могучих

Домечтаться люди смогли?

Как придумать могли такое,

Что кассета нам песню поет,

Что на кнопку нажмешь рукою –

И средь ночи день настает.

Я вверяю себя трамваю,

Я гляжу на экран кино.

Эту технику понимая,

Изумляюсь я все равно.

Ток по проволоке струится,

Спутник ходит по небесам…

Человеку стоит дивиться

Человеческим чудесам.

1) Что такое электрический ток?

2) Перечислите условия существования электрического тока.

3) Какие вещества называют проводниками электричества?

4) Что такое источник тока? Каково его назначение?

Все металлы являются проводниками электрического тока и в твердом состоянии имеют кристаллическое строение.

Из курса химии вам известно, что валентные электроны в металлах легко покидают свой атом и становятся свободными. В узлах кристаллической решётки металлов расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся электроны. Электроны не связаны с ядрами своих атомов и движутся беспорядочно, поэтому их называют свободными. В свою очередь, свободные электроны в металлах называют электронным газом.

В металлах электронная проводимость

Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален.

Если в металлах создать электрическое поле, то свободные электроны продолжат двигаться хаотически и будут смещаться в сторону положительного полюса источника тока. Затем движение электронов становится направленным и возникает электрический ток.

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение свободных электронов

Опыт русских учёных Мандельштама и Папалекси, проведенный ими в 1913 году, экспериментально показал, что проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов.

Л. И. Мандельштам (1879—1949; основатель школы радиофизиков) и Н. Д. Папалекси (1880 — 1947; крупнейший советский физик, академик, председатель Всесоюзного научного совета по радиофизике и радиотехнике при АН СССР) в 1913 году поставили оригинальный опыт по установлению природы тока в металлах.

Взяли катушку с проводом и стали крутить ее в разные стороны. Раскрутят, к примеру, по часовой стрелке, потом резко остановят и — назад.

Рассуждали они примерно так: если металлический проводник привести в быстрое движение, а затем резко остановить, то, когда катушка внезапно останавливается, электроны еще некоторое время должны двигаться по инерции. В результате в проводнике возникнет кратковременный ток, который можно зафиксировать гальванометром. По отклонению стрелки прибора можно установить знак заряда движущихся частиц, а по отношению заряда частиц к их массе – установить, какие именно частицы создают ток.

Движение электронов по проводу — электрический ток. Как задумали, так и получилось. Подсоединили к концам провода телефон и услышали звук. Раз в телефоне слышен звук, следовательно, через него ток протекает.

Опыт Мандельштама и Папалекси в 1916 году повторили американские ученые Толмен и Стюарт. Они тоже крутили катушку, но вместо телефона к ее концам подсоединили прибор для измерения заряда. Им удалось измерить массу частицы. Данные Толмена и Стюарта потом много раз проверялись и уточнялись другими учеными, и теперь вы знаете, что масса электрона

m_e = 9, 1 ∙ 10 -31 кг

Удельный заряд электрона, то есть заряд, приходящийся на единицу массы,

Скорость движения самих электронов в проводнике под действием электрического поля мала (несколько мм в секунду).

Но почему при замыкании электрической цепи лампочка загорается практически мгновенно?

Оказывается электрическое поле распространяется с огромной скоростью (близкой к с = 300 000 км/с) по всей длине проводника. Под действием электрического поля в упорядоченное движение приходят свободные электроны, находящиеся не только в подводящих проводниках, но и в спирали самой лампы.

Поэтому, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля.

Основные характеристики тока в металлах (проводниках):

а) сила тока в проводнике

I = envS где e = 1,6 ∙ 10 -19 Кл – модуль

заряда электрона

n – концентрация электронов

v ≈ 10 4 - c редняя скорость

S - площадь поперечного

сечения проводника

б) вольт-амперная характеристика (зависимость силы тока в

проводнике от напряжения)

в) зависимость сопротивления проводника от температуры

В опыте, о котором мы сегодня говорили, после остановки проводника направленное движение частиц быстро прекращается, потому что проводник оказывает току сопротивление. Сопротивление металлического проводника зависит не только от его геометрических размеров и вещества, но и от температуры. Это можно подтвердить таким опытом. Если соединить стальную спираль с источником тока и постепенно нагревать её, то при постоянном напряжении сила тока будет уменьшаться. Это говорит о том, что сопротивление спирали возрастает.

R = R ₀ (1 + t ) где R ₀ – сопротивление до

α -температурный коэффициент

Если провести этот же опыт с другими спиралями, то можно заметить, что при увеличении температуры сопротивление этих спиралей тоже увеличивается, но его изменение будет другим.

Зная, как зависит сопротивление металлического проводника от температуры, измеряв сопротивление, можно определить температуру проводника. Этот факт положен в основу работы так называемых термометров сопротивления.

Вопрос учащимся:

· Где применяется электрический ток в металлах? (Проводники для передачи электроэнергии на расстояние, сердечник трансформатора для преобразования электрической энергии, трубы для предотвращения коррозии, спираль лампы для освещения, спираль ТЭНа для нагрева, и т. д.)

В чём заключается явление сверхпроводимости?

· Каков характер движения электронов в металлах при отсутствии электрического поля?

Тема урока: "Электрический ток в металлах"

Цель: Формирование у обучающихся знаний об электрическом токе в металлах, действиях электрического тока и их применениях.

Задачи:

· Образовательная – формирование единых взглядов на природу электрического тока в металлах, формирование умения работать с электрическими схемами.

· 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 – воспитание внимательности, познавательного интереса к предмету;

o формирование умения строить логическую цепочку рассуждений;

o воспитывать дисциплинированность, ответственное отношение к учебному труду;

Тип урока - комбинированный

Формы работы учащихся - индивидуальная, фронтальная

СТРУКТУРА И ХОД УРОКА

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Время
(в мин.)

Организация внимания и порядка в классе, взаимное приветствие, проверка присутствующих, проверка готовности класса к уроку.

Воспринимают информацию, сообщаемую учителем, позитивный настрой на урок.

Актуализация пройденного материала.

Повторение условных обозначений, применяемых в схемах; предлагаются различные задания

Повторяют условные обозначения, применяемые в схемах; делают в тетрадях и на доске чертежи схем

Постановка темы и цели урока.

Обеспечение мотивации и принятия учащимися цели учебно-познавательной деятельности

Принимают участие в формулировке цели урока, отвечают на вопросы учителя.

Изучение нового материала.

Демонстрация учебного материала (презентация) Работа с учебником (стр.79 – 80)

Объясняет новый материал

Смотрят и слушают, работают с учебником

Воспринимают информацию, сообщаемую учителем. Составляют конспект.

Формулирование вопросов учащимися учителю по изученному материалу.

Отвечает на вопросы.

Предлагает физическую зарядку

Формулирование контрольного задания.

Предлагает тест по изученному материалу и анализирует результат выполнения задания учащимися.

Знакомятся с заданием и выполняют его, самопроверка

Обобщение, систематизация, закрепление знаний по изученному материалу.

Предлагает дополнительный материал, применяемый в жизни

Выслушивают доклад ученика

Рефлексия. Подведение итогов урока.

Формулирует и комментирует домашнее задание

Слушают и фиксируют в дневниках

· Готовность к активной учебно-познавательной деятельности, понимание практической значимости материала.

· Мультимедийная презентация повышает наглядность предлагаемого для изучения материала, позволяет активизировать внимание учащихся, предоставляет возможность демонстрации опытов, представление которых на уроке затруднительно.

· Использование компьютера при работе с тестами позволяет быстро оценить уровень усвоенных учащимися знаний, что позволяет оперативно осуществлять обратную связь на уроке с целью коррекции возможных ошибок учащихся.

Средства обучения.

· Компьютер, мультимедийный проектор, экран, электронные учебные издания.

I .

Учитель : Повторим изученное.

Пять человек собирают цепи (которые впоследствии будут демонстрировать действия тока).

Остальные отвечают на вопросы и выполняют задания.

1. Электрический ток - …

2. Условия получения электрического тока

3. Что происходит внутри источника питания

4. Что такое электрический полюс

5. Виды источников тока (показать). Какое преобразование энергии происходит?

Условные обозначения, применяемые в схемах

Почему не горит исправная лампа в первой цепи при замыкании ключа?

(Рис. 1) Почему не звенит звонок во второй цепи при замыкании цепи? (Рис. 2)

1. Из источника питания, ключа, звонка, лампы.

II .

О золотом кольце

- Зачем надевают кольцо золотое

На палец. Когда обручаются двое? –

Меня любопытная леди спросила.

Не став пред вопросом в тупик,

Ответил я так собеседнице милой:

- Владеет любовь электрической силой.

А золото – проводник.

Р. Бернс

Учитель: почему в металлических проводниках протекает электрический ток?

Цель: познакомиться с особенностями электрического тока в металлах и его действиями.

1. Повторить строение металлов

2. Убедиться, что металл в обычных условиях нейтрален

3. Выяснить, что представляет собой электрический ток в металлах

4. Представить доказательства физиков

Учитель объявляет тему урока

Учитель: Что называется металлом?

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.

(МЕТАЛЛЫ — это вещества, обладающие высокой электропроводностью и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью и металлическим блеском)

(Работа с учебником. Рассмотрим рис.52 (стр.79 – 80) [1]

Модель металла - кристаллическая решетка, в узлах которой частицы совершают хаотичное колебательное движение.

Учащиеся выполняют опорный конспект (записи в тетрадях)

В узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы

В пространстве между ними движутся свободные электроны

Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решетки

Электроны взаимодействуют не друг с другом, а с ионами кристаллической решётки. При каждом соударении электрон передаёт свою кинетическую энергию.

Учащиеся рассматривают интерактивную модель строения металла

Учитель : рассматриваем видеофрагмент и делаем выводы

Вывод:

1. В обычных условиях металл электрически нейтрален

2. Свободные электроны движутся в нём беспорядочно

3. Если создать в металле электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно (упорядоченно), т. е. возникнет электрический ток

4. Беспорядочное движение электронов сохраняется

Учитель : Что представляет собой электрический ток в металлах?

Минутка отдыха. Учитель предлагает физические упражнения движения заряженных частиц (колебания положительных частиц около положения равновесия и беспорядочного движения отрицательных частиц). Зарядка для глаз.

Подтверждение теоретического материала. Рассматриваем опыты физиков из нашей страны Леонида Исааковича Мендельштама и Николая Дмитриевича Папалекси, а также американских физиков Бальфура Стюарта и Роберта Толмена.

Опыт Мандельштама и Папалекси проведен в 1916 году. Цель опыта состояла в проверке того, есть ли масса у носителя электрического тока, электрона. Если масса у электрона есть, то он должен подчиняться законам механики, в частности закону инерции. К примеру, если движущийся проводник резко затормозить, то электроны еще некоторое время будут двигаться в том же направлении по инерции.

Для этой проверки исследователи вращали катушку с проходящим током, а затем резко останавливали ее. Возникающий бросок тока регистрировали с помощью телефона.

По щелчку тока в телефонах Мандельштамм и Папалекси установили, что электрон обладает массой. Но измерить эту массу они не смогли. Поэтому этот опыт — качественный.

Позже американские физики Толмен и Стюарт, используя ту же идею вращения катушки, измерили массу электрона. Для этого они измеряли возникающий при торможении катушки заряд на ее выводах.

Рассмотреть интерактивную модель опытов.

Учитель: какова же скорость движения самих электронов в проводнике под действием электрического поля? Что возникает в проводнике и распространяется с большой скоростью?

Учащиеся находят ответы в учебнике (стр. 80):

Невелика, всего несколько миллиметров в секунду, а иногда и ещё меньше.

Если возникает в проводнике электрическое поле, оно с огромной скоростью распространяется по всей длине проводника (близкой к скорости света 300 000 км/с), одновременно начинают двигаться электроны в одном направлении по всей длине проводника

Сравнение электрического тока с течением воды в водопроводе, а распространения электрического поля – с распространением давления воды.

Как направлен ток? Указать на схемах.

Тестирование. Самопроверка, самооценка.

Учитель: вернемся к цепям, которые собрали в начале урока.

Действия тока

1. Тепловое. Где применяется

2. Механическое. Где применяется.

3. Магнитное. Где применяется.

4. Химическое. Где применяется

5. Световое, звуковое.

6. Физиологическое. Электрический ток действует не только в местах контактов с телом человека и на пути прохождения через организм, но и вызывает рефлекторное действие, проявляющееся в нарушении нормальной деятельности сердечно-сосудистой и нервной системы, дыхания и т. д.

Термическое действие характеризуется нагревом тканей, вплоть до ожогов; электролитическое разложением органических жидкостей, в том числе и крови; биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биоэлектрических процессов и сопровождается раздражением и возбуждением живых тканей и сокращением мышц.

Закрепление материала . Учащиеся отвечают на вопросы.

· Как объяснить, что в обычных условиях металл электрически нейтрален?

· Что происходит с электронами металла при возникновении в нем электрического поля?

· Что представляет собой электрический ток в металлах?

· Какую скорость имеют ввиду, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике?

(Рефлексия. Итоги урока.

Домашнее задание параграф 34, 35

Литература

1. Физика 8 класс / А.В. Перышкин.- М.: Дрофа, 2011 г.

2. Тесты по физике /А.В. Чеботарева. Издательство “Экзамен” – М., 2010 г. (к учебнику А.В. Перышкина)

8 класс. Урок Электрический ток в металлах. Направление электрического тока.
план-конспект урока по физике (8 класс)

Цель урока: Продолжить изучение природы электрического тока в металлах.

План урока.

Актуализация опорных знаний.
Изучение нового материала «Электрический ток в металлах».
Закрепление.
Минутка отдыха.
Изучение нового материала «Направление электрического тока».
Закрепление.
Домашнее задание.
Итоги урока.

Вложение	Размер
urok.doc	72.5 КБ
urok_tok_v_metallah_-.ppt	1.11 МБ

Электрический ток в металлах. Направление электрического тока.

Цель урока : Продолжить изучение природы электрического тока в металлах.

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, прививать любовь к художественной литературе, формирование умения концентрировать внимание, вести диалог, аргументировано отстаивать свое мнение.

Оборудование и материалы : Источник тока, эл. лампа, звонок, провода, ключ

ТСО : компьютерная презентация, мультимедийный проектор.

1. Актуализация опорных знаний.

Здравствуйте ребята наш урок, я хочу начать с такого четверостишья:

Как наша прожила б планета,

Как люди жили бы на ней

Без теплоты, магнита, света

И электрических лучей.

Ребята, знания науки всегда, помогает человеку в жизни, а незнания приводит подчас к трагическим последствиям. Сделайте из этих слов для себя правильные выводы.

В моем четверостишье упоминается о электрических лучах. Как вы думаете, что это такое? (электрический ток)

Эталон ответа. Упорядоченное направленное движение частиц.

Что необходимо, чтобы в цепи существовал электрический ток?

Эталон 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)

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?

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)

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.

3 . Где надо расположить источник тока, чтобы при замыкании ключа К 1 зазвенел звонок, а при замыкании ключа К 2 загорелась лампа? (Рис. 3)

Эталон ответа. Источник тока необходимо располагать параллельно ветвям, содержащим звонок и лампу.

Приглашается ученик, который дал правильный ответ и, изобразив подсоединение источника тока на схеме, подключает его в цепь. Затем, замыкая поочередно ключ К 1 и К 2 , демонстрирует правильный ответ. Учитель дает задание ученикам вовремя подготовки ответа зарисовать полную схему подключения приборов в тетрадях. (Рис. 4)

Учитель. Хочу вам напомнить, что при работе с электрическими цепями необходимо соблюдать правила по технике безопасности. Недопустимо касаться оголенных проводников, неисправных участков цепи и полюсов источника.

Задача: С какой целью на стыках рельсов электрифицированных железных дорог делают толстые медные перемычки или сваривают рельсы?

Ответ. Рельсы проводят электрический ток и, следовательно, чтобы цепь не была разомкнута, делают медные перемычки или сваривают рельсы.

2.Изучение нового материала «Электрический ток в металлах» - 10 мин .

Тема нашего урока: «Электрический ток в металлах. Направление электрического тока»

Учитель. 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?

Эталон ответа. Заземление выполняют из металла.

Учитель. Почему предпочитают именно эти вещества, мы ответим после изучения новой темы “Электрический ток в металлах. Направление электрического тока”. 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.

Металлическими называют решётки, в узлах которых находятся атомы и ионы металла. Для металлов характерны физические свойства: пластичность, ковкость, металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность.

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. Мы знаем, что в металле есть свободные электроны, но есть и заряженные ионы кристаллической решетки. А если и они переносят ток?

Для проверки этого предположения В 1899 г. К. Рикке, создатель теории проводимости металлов, поставил такой опыт: на трамвайной подстанции в Штутгарте 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. Итак, электрический ток в металлических проводниках создается упорядоченным движением свободных электронов.

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.

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.

Говоря об упорядоченном движении электронов, нельзя не сказать о скорости их движения. Опыт: Обратимся к цепи, собранной по предложенной схеме (открывается часть доски с нарисованной схемой на рис.5):

Замыкаем ключ и лампочка загорается практически сразу. Вот это скорость!

Предполагаете ли вы, что свободный электрон “добежал” от отрицательного полюса источника до лампочки за столь короткий отрезок времени?

Эталон ответа. Необходимо различать понятия: скорость распространения электрического поля и скорость движения конкретных электронов. Скорость распространения электрического поля такая же, как и света в вакууме 300 000 км/с. При создании электрического поля в электрической цепи, одновременно с ним все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника. И такая скорость упорядоченного движения электронов в металлах примерно равна 1 – 3 мм /с.

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 0,03с.

Слайд 12 ( один щелчок мыши)

3. 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 заглянем « в себя». Как мы воспринимаем окружающий мир? Как художники или как мыслители?

Встаньте, поднимите руки вверх, 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?

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.

4. Изучение нового материала.

А теперь можно переходить к познанию внешнего мира. Закончили этап - электрический ток в металлах. Переходим к следующему блоку «Направление электрического тока»

Но как быть с выбором направления электрического тока? Наиболее распространенные проводники, которые используются в электрических цепях, это металлы. Электрический ток в металлах, а это упорядоченное движение свободных электронов, следовательно, за направление электрического тока целесообразно принять движение отрицательно заряженных частицы. Однако… Продолжение начатой фразы вы найдете в § 36 учебника. Прочитайте 4 и 5 абзацы. (После прочтения текста учениками). Обратимся к рис. 8 и сделаем вывод : за направление электрического тока принято упорядоченное движение положительно заряженных частиц, т. е. направление движения от положительного полюса источника тока к отрицательному.

Итак, существуют два направления электрического тока

1. Истинное направление. Это направление от минуса источника до его плюса. В этом направлении идут электроны, поэтому направление называется истинным.

Техническое направление противоположно истинному. Это направление от плюса источника до его минуса.

Техническое направление возникло исторически. Когда люди не знали природы тока, то установили, чтобы все показывали одинаково от плюса к минусу. Когда узнали что ток это поток электронов, движущийся от минуса к плюсу, то решили это направление оставить и назвать его техническим и пользоваться им в технике.

Возникает вопрос, когда и каким направлением пользоваться.

Когда речь идет о природе тока, то нужно пользоваться истинным направлением. В остальных случаях пользуются техническим направлением.

Не будет ли недоразумений.

Не будет, так как в технике имеет значение электрическая цепь, а не направление тока в ней.

5. Закрепление изученного материала. Слайд 13

Китайский философ Конфуций как – то сказал, словно для нас с вами

«Хорошо обладать природным дарованием, но упражнения, друзья, дают нам больше, чем природное дарование».

Русская пословица гласит: « Учиться всегда пригодится».

? 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.)

Конспект урока Электрический ток в металлах. Действие электрического тока Направление электрического тока.

Цель урока : Продолжить изучение природы электрического тока в металлах.

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, прививать любовь к художественной литературе, формирование умения концентрировать внимание, вести диалог, аргументировано отстаивать свое мнение.

Оборудование и материалы : Источник тока, эл. лампа, звонок, провода, ключ

: компьютерная презентация, мультимедийный проектор.

1. Актуализация опорных знаний.

1) Что называется электрическим током?

Эталон ответа. Упорядоченное направленное движение частиц.

2) Что необходимо, чтобы в цепи существовал электрический ток?

Эталон ответа . Источник тока, проводники, потребитель тока, и все эти элементы должны быть замкнуты.

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?

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.

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.

3 . Где надо расположить источник тока, чтобы при замыкании ключа К₁ зазвенел звонок, а при замыкании ключа К₂ загорелась лампа? (Рис. 3)

Эталон ответа. Источник тока необходимо располагать параллельно ветвям, содержащим звонок и лампу.

Приглашается ученик, который дал правильный ответ и, изобразив подсоединение источника тока на схеме, подключает его в цепь. Затем, замыкая поочередно ключ К₁ и К₂, демонстрирует правильный ответ. Учитель дает задание ученикам вовремя подготовки ответа зарисовать полную схему подключения приборов в тетрадях. (Рис. 4)

Учитель. Хочу вам напомнить, что при работе с электрическими цепями необходимо соблюдать правила по технике безопасности. Недопустимо касаться оголенных проводников, неисправных участков цепи и полюсов источника.

2.Изучение нового материала «Электрический ток в металлах» - 10 мин.

Учитель. 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?

Эталон ответа. Заземление выполняют из металла.

Учитель. Почему предпочитают именно эти вещества, мы ответим после изучения новой темы “Электрический ток в металлах. Направление электрического тока”. Запишите тему урока в тетрадь.

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.

Эталон ответа. Необходимо различать понятия: скорость распространения электрического поля и скорость движения конкретных электронов. Скорость распространения электрического поля такая же, как и света в вакууме 300 000 км/с. При создании электрического поля в электрической цепи, одновременно с ним все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника. И такая скорость упорядоченного движения электронов в металлах примерно равна 1 – 3 мм /с.

3. Минутка отдыха .

1. Встаньте, поднимите руки вверх, потянитесь.

2. Переплетите пальцы рук.

3. Посмотрите, какой палец левой или правой руки оказался у вас вверху? Результат запишите «Л» или «П»

4. Скрестите руки на груди («поза Наполеона») Какая рука сверху?

5. Поаплодируйте. Какая рука сверху?