Конспект урока: "Электрический ток в металлах и жидкостях"

Учитель МБОУ СОШ №41 Шныренкова Татьяна Вячеславовна Тема урока: « Электрический ток в металлах и жидкостях»

Цель урока: выяснить природу электрического тока, основные закономерности его протекания в металлах и жидкостях.

Задачи урока:

1. Образовательная: установление причин электропроводности металлов и растворов веществ, формирование понятий электролит, электролитическая диссоциация, установление разницы в причине электропроводности металлов и растворов электролитов; формирование умений работать с лабораторным оборудованием, делать выводы на основании наблюдений, проведения эксперимента.

2. Воспитательная: формирование представлений о единстве материального мира, о единой природе физических и химических явлений; развитие мировоззрения, взглядов и представлений о строении материи и вещества.

3. Развивающая: развитие речи, мышления; развитие умений обобщать, делать выводы; формирование эмоциональной сферы личности, развитие исследовательских способностей; развитие умения систематизировать, делать выводы на основании наблюдений.

Оборудование и ТСО: компьютер, мультимедийный проектор, экран, источник питания, электролитическая ванночка, электроды, лампочка, растворы медного купороса, соли, вода, спирт; мультиметры, приборы для измерения температурного коэффициента меди, соединительные провода.

Ход урока:

I. Орг. момент.

II. Актуализация знаний.

На прошлом уроке мы начали изучение темы «Электрический ток в различных средах». Ответим на вопросы:

-что такое электрический ток?

-какие условия необходимы для существования электрического тока?

-какие частицы могут переносить электрический заряд?

Итак, на сегодняшнем уроке мы должны изучить природу электрического тока в двух средах.

Тема нашего урока «Электрический ток в металлах. Электрический ток в жидкостях» (слайд № 1).

Сформулируйте цели урока (слайд № 2).

На прошлом уроке мы подготовили таблицу . Сегодня на уроке вы должны ее заполнить для двух изучаемых сред. В конце урока вместе проверим правильность заполнения таблицы. III.Изучение нового материала.

Еще с 8 класса мы знаем, что носителями электрического заряда в металле является электрон. Но до сих пор мы не привели доказательств этому факту. Электрический ток в металлических проводниках никаких изменений в этих проводниках, кроме их нагревания не вызывает. Это было подтверждено опытами Э. Рикке в 1901 году (слайд №3).

В г.Штудгарде на трамвайной подстанции он включил в главный провод, питающий трамвайные линии, последовательно друг другу 3 тесно прижатых цилиндра: медный, алюминиевый и снова медный. Через эти цилиндры более года проходил электрический ток. После окончания эксперимента цилиндры были изъятии и подверглись тщательному исследованию. Произведя анализ того места, где цилиндры контактировали, 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. Перемещаются частицы, которые у всех веществ одинаковые, то есть электроны.

Окончательно точка в этом вопросе была поставлена русскими физиками Л.И.Мандельштамом и Н.Д.Папалекси в 1913 году, а также английскими физиками Б.Стюартом и Р.Толменом (слайд №4).

Схема опыта (слайд №5).

Ученые приводили в очень быстрое вращение многовитковую катушку вокруг ее оси, концы катушки замыкались на гальванометр. При резком торможении катушки, гальванометр фиксировал кратковременный электрический ток, причина возникновения которого вызвана движением по инерции свободных заряженных частиц между узлами кристаллической решетки металла. По направления стрелки гальванометра выяснили, что заряд частиц отрицательный. Определили отношение q/m. Это отношение оказалось равным отношению заряда к массе для электрона. Итак, экспериментально было доказано, что носителями заряда в металле являются электроны.

Теперь нужно выяснить закономерности протекания тока в металле. Предоставим слово ребятам, которые подготовили презентацию своего исследования зависимости силы тока от напряжения и от сопротивления. (приложение №1 ).

При движении электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки.

- Какие преобразования энергии при этом происходят? ( кинетическая энергия электронов переходит во внутреннюю энергию ионов, следовательно температура проводника увеличивается, проводник нагревается).

- К каким изменениям проводника это может привести? (может измениться сопротивление проводника) .

- Как? ( ученики высказывают гипотезу).

Предложите способ проверить гипотезу, используя оборудование, которое у вас есть на столах (мультиметр, прибор для измерения температурного коэффициента меди, стаканы с горячей и холодной водой).

Ребята проводят измерения сопротивления проводника при разной температуре. Делают вывод: при увеличении температуры металлического проводника, его сопротивление увеличивается.

Теперь послушаем ребят, которые расскажут о своем исследовании «Изучение зависимости сопротивления металла от температуры. Измерение температурного коэффициента сопротивления меди». (приложение №2 )

Мы выяснили, что при уменьшении температуры сопротивление металла уменьшается. Что же произойдет с сопротивлением металла , если его температура будет стремиться к 0К?

До конца 19в. Нельзя было это проверить. Только в начале 20в. Голландскому ученому Г.Камерлингу-Оннесу удалось превратить в жидкое состояние наиболее трудно конденсируемый газ – гелий. Температура кипения жидкого гелия – 4,2 К. Это и дало возможность измерить сопротивление некоторых чистых металлов при их охлаждении до очень низкой температуры. В 1911г. Работа Камерлинга-Оннеса завершилась крупнейшим открытием. Исследуя сопротивление ртути при ее постепенном охлаждении, он обнаружил, что при Т=4,12К сопротивление ртути скачком падает до нуля.

Даем определение критической температуры, сверхпроводимости, строим график зависимости сопротивления металла от температуры при низких температурах.

В 1959г. был проделан опыт, наглядно показывающий удивительное свойство сверхпроводимости. Опыт проводился со свинцовым кольцом, находящимся при критической температуре. Если создать в цепи ток, а потом источник отключить, то в обычных проводниках ток почти мгновенно затухает. Ток же в сверхпроводнике сохраняется неограниченно долго благодаря отсутствию сопротивления. Через 2,5 года после начала опыта никакого уменьшения силы тока в кольце отмечено не было. Дома найдите интересные факты о сверхпроводниках, последние открытия в области сверхпроводимости металлов.

Проведем взаимоопрос по теме «Электрический ток в металлах».

Работа в парах по заполнению таблицы (часть: эл. ток в металлах).

Следующая среда, в которой мы изучим электрический ток – это жидкость.

Проведем опыт: соединим с источником тока последовательно лампу и электролитическую ванну с дистиллированной водой, в которую опущены угольные электроды. Замыкаем цепь, видим, что лампа не горит. Добавляем в воду соль, лампа загорается . Поместим электроды в раствор медного купороса, лампа загорается, а на катоде из раствора выделяется медь. Почему это происходит? (ответы учащихся).

С теорией этого вопроса мы познакомимся с помощью презентации «Электрический ток в жидкостях» (приложение №3). Выступление учащегося.

Итак, при протекании электрического тока через растворы электролитов вместе с зарядом всегда переносится вещество (электролиз). Сейчас мы познакомимся еще с одним интересным исследованием. Выступление учащихся с презентацией «Исследование проводимости жидкости»(приложение № 4). Запишите в тетрадь выводы, которые сделали ребята:

m=kIt (1). Эту формулу ребята получили экспериментально. Мы с вами тоже попробуем рассчитать массу вещества, выделившегося на электроде при электролизе. (Работа в группах).

Электролиз нашел широкое применение в различных областях. Выступление учащегося: презентация «Применение электролиза» (приложение №5).

IV. Закрепление.

Итак, мы с вами познакомились с природой электрического тока в растворах электролитов. Проведем взаимоопрос по этой теме.

Работа в парах по заполнению таблицы (электрический ток в растворах электролитов).

Проверка заполнения таблицы (приложение №6). По мере ответов учащихся, открывается следующее окошко.

V. Подведение итогов урока. Выставление оценок.

VI. Домашнее задание: параграфы 110-112, 119, 120 учебника. Применение сверхпроводимости. Расчет элементарного заряда по значению электрохимического эквивалента меди, полученного экспериментально.