Конспект урока по физике 10 класс. Электронная проводимость металлов. Зависимость сопротивления от температуры.

Урок № 62 Физика 10 класс дата 12.05

Тема урока. Электронная проводимость металлов. Зависимость сопротивления от температуры.

Цели урока: Сформировать понятие о природе электрического тока в металлах. Развивать умение наблюдать, формировать представление о процессе научного познания. Развивать познавательный интерес к предмету.

Планируемые результаты.

Предметные.

Научиться объяснять значение понятий: электронная проводимость, сверхпроводимость, критическая температура; знать основные виды проводимости; знать назначение и область применения сверхпроводников.

Метапредметные.

Коммуникативные: с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации, слушать и вступать в диалог, участвовать в коллективном обсуждении проблем.

Регулятивные: осознавать самого себя как движущую силу своего научения, свою способность к преодолению препятствий и самокоррекции.

Познавательные: анализировать и синтезировать знания, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическую цепь рассуждений, структурировать знания.

Личностные.

Формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики.

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Оборудование: ПК, проектор, ИКТ-слайды, интерактивная доска, видеоурок.

Ход урока

1.Орг. момент.

2. Актуализация опорных знаний.

1.Назовите электрические величины и укажите способы их измерений и вычислений. (Указывается единица измерения, называется прибор ).

2.Какой закон устанавливает связь между этими тремя величинами?

3. Как называется электроизмерительный прибор для измерения силы тока через резистор и как он включается в электрическую цепь? (Амперметр, последовательно)

4. Как называется электроизмерительный прибор для измерения напряжения на резисторе и как он включается в электрическую цепь? (Вольтметр, параллельно).

5. Запишите закон Ома для полной цепи

3. Мотивация учебных действий.

4.Изучение нового материала. Просмотр видеоурока: Демонстрация электрического тока в металлах.

Рассмотрим металлические проводники. Пока мы ничего не говорили об объяснении проводимости с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Их концентрация велика. 10²⁸ 1/м³. Эти электроны участвуют в беспорядочном тепловом движении. Под действием электрического поля они начинают перемещаться упорядоченно со средней скоростью порядка 10^-4м/с.

Экспериментальное доказательство существования свободных электронов в металлах. Опыт Мандельштама и Папалекси.

Опыт Рикке. Три предварительно взвешенных цилиндра (2 медных и один алюминиевый) Рикке сложил отшлифованными торцами так, что алюминиевый оказался между медными. Затем цилиндры были включены в цепь постоянного тока: через них в течение года проходил ток. Вторичное взвешивание цилиндров показало, что масса цилиндров не изменялась. При исследовании торцов не было обнаружено проникновение одного металла в другой. Результаты свидетельствовали о том, что в переносе заряда в металлах ионы не участвуют.

Какой можно сделать вывод? Носителями зарядов являются электроны.

Движение электронов в металле. Электроны под действием постоянной силы, действующей на них со стороны электрического поля, приобретают определенную скорость упорядоченного движения. Эта скорость не увеличивается в дальнейшем со временем, так как со стороны ионов кристаллической решетки на электроны действует некоторая тормозящая сила. В результате V~E. Следовательно, скорость V пропорциональна напряжению U. E=U/l, где l – длина проводника. Мы знаем, что I=q₀nVS, поэтому можем сказать, что I~U. В это состоит качественное объяснение закона Ома на основе электронной теории проводимости металлов.

Построить удовлетворительную количественную теорию движения электронов в металле на основе законов классической механики невозможно. Условия движения электронов в металле таковы, что классическая механика Ньютона не применима для описания этого движения. Это видно из примера. Если экспериментально определить среднюю кинетическую энергию движения электронов в металле при комнатной температуре mV²/2 = 3/2kT, то получается температура 10⁵ – 10⁶ K. Такая температура существует внутри звезд. Движение электронов в металле подчиняется законам квантовой механики.

Физкультминутка.

Зависимость сопротивления проводника от температуры.

Сверхпроводимость.

3.Закрепление изученного материала.

1. Составить кластер по данной теме.

1. Какое строение имеют металлы в твердом состоянии?

1. Кристаллическое

2. Аморфное

3. Полимолекулярное

2. Что находятся в узлах кристаллической решетки в металлах?

1. Отрицательные ионы

2. Положительные ионы

3. Протоны

3. Чему равен отрицательный заряд всех свободных электронов?

1. Положительному заряду всех ионов решетки, взятый с противоположным знаком

2. Положительному заряду всех ионов решетки, взятый с тем же знаком

3. Отрицательному заряду всех ионов решетки

4. Имеет ли заряд металл в обычных условиях?

1. Нет, он электрически нейтрален

2. Да, он электрически стабилен

3. Да, он электрически свободен

5. Как двигаются в металле свободные электроны?

1. Упорядоченно

2. Беспорядочно

3. По орбитам вокруг ядер атомов

6. Под действием чего в металле возникает электрический ток?

1. Под действием электрического поля

2. Под действием магнитного поля

3. Под действием электромагнитного поля

7. Что создает ток в металлах?

1. Упорядоченное движение свободных электронов

2. Упорядоченное движение положительных ионов

3. Упорядоченное движение отрицательных ионов

8. Кто из русских ученых не причастен к доказательству того, что ток в металлах обусловлен свободными электронами?

1. Мандельштам

2. Папалекси

3. Алферов

9. Кто из американских ученых не причастен к доказательству того, что ток в металлах обусловлен свободными электронами?

1. Стюарт

2. Толмен

3. Альварес

10. За какое время электрический сигнал проходит по проводам из Москвы во Владивосток (8 000 км)?

1. 0,03 с

2. 0,003 с

3. 0,3 с

Ответы

1.

Какое строение имеют металлы в твердом состоянии?

Кристаллическое

2.

Что находятся в узлах кристаллической решетки в металлах?

Положительные ионы

3.

Чему равен отрицательный заряд всех свободных электронов?

Положительному заряду всех ионов решетки, взятый с противоположным знаком

4.

Имеет ли заряд металл в обычных условиях?

Нет, он электрически нейтрален

5.

Как двигаются в металле свободные электроны?

Беспорядоченно6.

Под действием чего в металле возникает электрический ток?

Под действием электрического поля

7.

Что создает ток в металлах?

Упорядоченное движение свободных электронов

8.

Кто из русских ученых не причастен к доказательству того, что ток в металлах обусловлен свободными электронами?

Алферов

9.

Кто из американских ученых не причастен к доказательству того, что ток в металлах обусловлен свободными электронами?

Альварес

10.

За какое время электрический сигнал проходит по проводам из Москвы во Владивосток (8 000 км)?

0,03 с

4. Подведение итогов урока. Оценивание.

5.Домашнее задание: изучить§ 108-109, отвечать устно на вопросы

6.Рефлексия