Тема: «Действия электрического тока

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