Электрический ток в металлах. Направление электрического тока.

8 класс

Электрический ток в металлах. Направление электрического тока.

Цель урока: познакомить учащихся с особенностями электрического тока в металлах, с превращениями энергии электрического тока в другие виды энергии, примерами их применения на практике;

создать условия для понимания и усвоения учащимися примеров химического, теплового и магнитного действия электрического тока и их использования в технике;

продолжить развитие умения работать с текстом учебника.

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

ТСО: компьютерная презентация, мультимедийный проектор.

Ход урока.

1. Организационный этап. Взаимное приветствие учителя и учащихся, проверка готовности к уроку.

2. Актуализация опорных знаний.

Слайд 1

1. Каково назначение источника тока в электрической цепи?

Ответ: источник тока в электрической цепи предназначен для создания электрического поля.

1. Какие источники электрического тока вам известны?

Ответ: электрофорная машина, термоэлемент, фотоэлемент, гальванический элемент, аккумулятор, генератор.

1. В чем состоит отличие проводников от диэлектриков?

Ответ: в проводниках есть свободные электроны, а в диэлектриках нет свободных электронов. В диэлектриках электроны прочно удерживается в атомах и не могут свободно двигаться в электрическом поле.

1. Что такое электрический ток?

Ответ: Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

1. Из каких частей состоит электрическая цепь?

Ответ: простейшая электрическая цепь состоит из источника тока, приемника электроэнергии, замыкающего устройства, соединенных между собой проводами.

Слайд 2

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.

Слайд 3

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.

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»

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.

Слайд 5

Изучите параграф 35 учебника и ответьте на вопросы:

• Направление движения каких частиц в проводнике принято за направление тока?

• От какого полюса источника тока и к какому принято считать направление тока?

Слайд 6

Нарисуйте схему электрической цепи по рисунку и укажите стрелками направление тока в электрической цепи

Слайд 7

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?

Слайд 8

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.

Слайд 9

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.

Слайд 10, 11

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):

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?

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?

Подведем итоги.

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.

Слайд 12

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.

 2.Техническое направление

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.)

Слайды 14 – 16

1. Задание на дом.

Слайд 17

§§ 34, 36

7. Итоги урока.

7