Конспект урока по теме «Электрический ток в металлах. Действия электрического тока. Направление электрического тока» Цель урока: Развитие понятия «электрический ток» через рассмотрения частного случая (прохождение электрического тока в металлах) и действий электрического тока. Основной материал: Повторение сведений о структуре металла. Природа электрического тока в металлах. Действия электрического тока и их практическое применение. Направление электрического тока. Эпиграф: Наука не может двигаться по заказу в том или другом направлении: она изучает только то, что в данный момент созрело, для чего выработаны методы исследования. К. А. Тимирязев Модель урока 1.Актуализация познавательного опыта, лежащего в основе построения нового способа действия. Мотивация учебной деятельности. Вступление: Электрический ток порой внушает людям ужас, например, молния, а порой восхищение как иллюминация в праздник. Сам электрический ток ни плох, ни хорош. Как спички в руках ребенка – залог пожара, так и электрический ток в руках невежды – предвестник беды. Хоть и «нельзя объять необъятное», но про электрический ток не знать то, что каждый разумный человек знает в наше время – людей смешить. 2.Изучение нового материала. Вопрос №1: Для чего нужны проводники? Из какого вещества сделано большинство проводников, используемых человечеством? Ответ: Проводники способны проводить электрические заряды. Большинство проводников используемых в быту и Рис. №1 промышленности металлические. Вопрос №2: Почему проводники являются проводниками, а непроводники непроводниками? Какие особенности их строения позволяют им пропускать сквозь себя электрические заряды? Ответ: В металлах есть свободные электроны, которые движутся непрерывно и беспорядочно между Рис. №2 положительными ионами кристаллической решетки (рис. №2). Если электроны данного металла могут свободно перемещаться внутри металла, то и любые другие электроны также будут перемещаться по данному проводнику. В непроводниках электроны удерживаются ядром, и поэтому там нет свободных зарядов. Вопрос №3: Что произойдет в металле, если в проводнике создать электрическое поле? Рис. №3 Ответ: Электроны под действием электрического поля 1 начнут смещаться в направлении противоположном направлению электрического поля. Ионы кристаллической решетки останутся неподвижными. Вопрос №4: Прекратится ли тепловое (непрерывное и беспорядочное) движение свободных электронов и ионов кристаллической решетки с того момента как в проводнике возникнет электрическое поле? Ответ: Тепловое движение не электронов и ионов не прекратится. На тепловое (беспорядочное) движение наложится упорядоченное движение электронов под действие электрического поля. Электроны, непрерывно и беспорядочно двигаясь, начнут смещаться вдоль поля – дрейфовать. Для того чтобы это стало понятным, приведем следующие аналогии: Аналогия №1: Вечером над деревьями или пучками травы собираются стаи мошкары. Каждая мошка непрерывно и беспорядочно движется. При возникновении ветерка стая мошкары начнет смещаться в определенном направлении, хотя беспорядочное движение мошкары не прекратится. Аналогия №2: Люди на прогулочном катере веселятся, непрерывно и беспорядочно перемещаясь по катеру в разных направлениях. При этом все они движутся упорядоченно вместе с кораблем. Вопрос №5: Как показывают эксперименты, если батарейку (3,5 В) замкнуть проволокой длиной 1 м, то скорость упорядоченного движения электронов в этой проволоке будет составлять тысячные доли миллиметров в секунду. В бытовой сети эта скорость будет выше, но все равно не будет превосходить миллиметра в секунду. Почему же при замыкании цепи, даже если выключатель находится от электрической лампочки достаточно далеко (несколько метров), она вспыхивает практически мгновенно? Ответ: Несмотря на небольшую скорость упорядоченного движения электронов, электрическое поле распространяется в проводнике со скоростью света (300000 км/с). Одновременно с распространением по проводнику электрического поля по всей длине проводника приходят в движение свободные электроны. В качестве примера помогающего усвоению данного учебного материала проведем следующие аналогии: Аналогия №1: Природный газ по газопроводу поступает из Сибири в Европу. Весь газопровод заполнен газом (аналогия проводника, заполненного свободными электронами). Когда на одном из концов газопровода (в Сибири) поднимают давление, то оно со скоростью передачи упругих деформаций газа (сжатия и разрежения), равной 500 м/с, распространяется по газопроводу и быстро передается в Европу. Но газ, находящийся в Сибири, попадает в Европу значительно позже, так как скорость его движения по трубам (аналогия скорости движения электронов) значительно меньше скорости передачи давления. Аналогия №2: Участники хореографического ансамбля разучивают хоровод. Каждый участник хоровода по команде делает один шаг в сторону, а весь хоровод приходит в движение. Команда (звуковая волна) в этом случае является аналогией электрического поля в проводнике, а каждый шаг танцоров является аналогией движения свободных электронов в проводнике. Опыт №1: На штативе укрепляется плитка с открытой спиралью и подключается к источнику тока. Вывод: Электрический ток оказывает тепловое действие. Причина – под действием электрического поля электроны разгоняются и в момент удара об ионы электрической решетки, электрическая энергия переходит во внутреннюю энергию. 2 Опыт №2: Два угольных электрода опустив в раствор медного купороса, подключают к источнику постоянного тока. Через некоторые время на электроде, соединенном с отрицательным полюсом источник тока (катоде) из раствора выделяется чистая медь. Вывод: Электрический ток оказывает химическое действие. Ионы возникают в растворе в результате взаимодействия молекул растворяемого вещества с молекулами воды: CuSO4 Cu SO4 . Ионы в растворах электролитов, как и свободные электроны в Ме, движутся беспорядочно. Но когда электроды присоединяют к полюсам источник тока, то под действием электрического поля они начинают двигаться в отрицательном направлении, сохраняя хаотическое движение. Дойдя до соответствующих электродов, ионы отдают им свои заряды и, став атомами или молекулами, выделяются на электродах или вступают в химические реакции. Опыт №3: Подносим к железным скрепкам постоянный магнит – скрепки притягиваются. Железный гвоздь обматывается проволокой с изоляцией. Подносим гвоздь обмотанный проволокой – скрепки не притягиваются. Подключим провод к источнику тока – скрепки притягиваются к гвоздю. Вывод: Электрический ток оказывает магнитное действие. Данное действие будет более подробно изучено позднее. Вопрос: Какие действия из вышеперечисленных могут наблюдаться в твердых? жидких? газообразных? плазменных проводниках? Вывод: Тепловое действие может наблюдаться во всех, кроме сверхпроводников. Химическое действие только в жидких проводниках. Магнитное действие наблюдается всегда во всех проводниках. Вопрос: По какому действию целесообразнее определять наличие электрического тока? Ответ: Так как магнитное действие наблюдается во всех проводниках, то в основе приборов определяющих наличие тока в цепи (гальванометр) лежит это действие. Опыт №4: Опустив в растворах медного купороса, угольные стержни наблюдают осаждение меди на отрицательном электроде. Поменяв направление тока, обнаруживаем постепенное растворение меди на аноде и выделение ее на другом электроде (отрицательном). Ток пропускают до тех пор, пока анод полностью не очистится от меди. Вывод: Ионы медного купороса двигаются от « - » к «+» электроду. А положительные ионы от «+» к « - » электрода. За направление тока принято движение зарядов от «+» к « ». Примечание: Несмотря на то, что в металлах могут перемещаться только электроны (отрицательные заряды) (рис. №4), а положительные ионы не могут перемещаться, все равно за направление тока принято то направление, по которому движется (или могли двигаться) в проводнике положительные заряды, т.е. направление от положительного полюса источника тока Рис. №4 к отрицательному. 3.Закрепление изученного материала. 1.При проверке качества батарейка от карманного фонарика иногда прикасаются языком к металлическим пластинам. Почему электричество батарейки горьковато на вкус? 2.Почему магнитный компас дает неверные показания, если вблизи находится провод с электрическим током? 3.Совокупная рефлексия учебной деятельности. Апробация полученной физической модели. 3 Наука славится высокой точностью и почти абсолютной достоверностью своих результатов. Но, как нам известно, в металлическом проводнике электрический ток создается движением отрицательных заряженных частиц, а направление электрического тока все равно считается противоположным движению электронов. Не абсурд ли отрицать очевидное? Почему никого из ученых это особо не волнует? 4)Домашнее задание. § 34, 35, 36. 4