Урок "Проводимость металлов" 10 класс

Тема: Зависимость сопротивления проводника от температуры

Цели урока:

Изучить новый материал по теме «Зависимость сопротивления от температуры».

Развитие у учащихся УУД работы с электронными таблицами.

Воспитание внимательности при работе с электрическим оборудованием.

Приборы и материалы:

Компьютер, документ-камера, штатив с муфтой и лапкой, амперметр, вольтметр, источник тока, спиртовка, лампа накаливания (220 в, 100вт), лампа накаливания (10в. 5 вт), грифель карандаша.

Ход урока

1. Организационный момент

Здравствуйте ребята, здравствуйте дорогие гости. Мы начинаем наш урок. Постарайтесь до конца урока найти вопрос, который бы вызывал у вас наибольшее затруднение. Самые каверзные и креативные вопросы по данной теме будут оценены.

1. Повторение ранее изученного материала

Прежде чем приступить к изучению новой темы, мы вспомним ранее изученный материал, который нам сегодня понадобится.

Мы с вами ранее разбирали физические процессы и явления, связанные с электрическими цепями. Рассматривали последовательное и параллельное соединение проводников, разбирались, как будут изменяться те или иные физические величины в том или ином соединение проводников. Выясняли причины и суть данных явлений. Искали работу совершаемую током, находили мощность электрических устройств. Вспомните, на что мы чаще всего опирались при рассмотрении тех или иных явлений? Какая формула, какое правило или какой закон мы постоянно применяли?

Закон Ома.

Кто мне его подскажет или самостоятельно запишет доске формулу?

Сила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. I=U/R

Правильно, но это закон Ома для участка цепи, а для полной цепи?

I=E/(r+R) Сила тока прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивления цепи и внутреннего сопротивления источника тока.

Замечательно. Но нас еще будет интересовать количество теплоты, которое выделяется на проводнике с током. По какой формуле эту физическую величину можно рассчитать?

Закон Джоуля-ЛенцаQ=I²Rt

Хорошо. Все правильно. Добавим еще формулу мощности P=IU. Эти законы вам хорошо известны еще из курса физики 8-го класса и поэтому не должны составлять трудности. Теперь вспомним, на какие виды делятся вещества по их проводимости.

Проводники, диэлектрики и полупроводники.

Правильно, еще мы не упомянули растворы и расплавы солей. Давайте теперь посмотрим, так ли просты наши формулы и так ли просты электрические свойства различных веществ.

1. Постановка проблемы и определение темы урока

Перед вами обычная лампа накаливания мощностью 150 Вт, данная лампа рассчитана на напряжение 220 В. Используя эти сведения, вычислим, каким сопротивлением обладает данный источник света.

Дано:

U=220В

P=150 Вт.

Решение

Для нахождения сопротивления воспользуемся законом Ома для участка цепи и формулой мощности.

I=U/R, P=UI =R=U/I, I=P/U =R=U²/P подставляем значения и получаем R=48400/150=323 Ом. Измерим теперь сопротивление нашей лампы и посмотрим верны ли наши расчеты.

Опыт 1

Схема установки на слайде.

Измерение сопротивления лампы с использованием амперметра, вольтметра и источника тока. (с помощью документ-камеры все шкалы приборов выносятся на экран)

Мы видим, что сопротивление лампы оказывается в несколько раз меньше расчетного. Как можно трактовать результаты эксперимента?

Скорее всего, сопротивление лампы изменяется от ее температуры. Когда лампа горит в полную мощность, ее спираль сильно нагревается, что и приводит к изменению сопротивления.

Формулирование темы урока

Да, действительно это так, сопротивление проводника изменяется с температурой. Мы сегодня займемся исследованием данного вопроса. Как бы вы определили тему нашего урока.

Зависимость электрического сопротивления от температуры.

Запишите, пожалуйста, тему в тетрадь.

1. Изучение нового материала

Чтобы удостовериться на опыте, что с увеличением температуры, сопротивление растет, проведем следующий эксперимент. Мы не будем использовать нашу электролампочку рассчитанную на 220 вольт, так как это напряжение опасно для жизни, а для этого опыта возьмем менее мощную с расчетным напряжением 10 вольт. Данное напряжение не представляет угрозы для жизни.

Опыт 2

Собирается установка из вольтметра, амперметра, источника тока и лампы. Показания вольтметра и амперметра проецируются на экран с помощью документ-камеры. Один из учащихся приглашается за компьютер учителя, на котором открыта электронная таблица с занесенными заранее формулами расчета сопротивления и функцией построения графика. Все снимаемые показания напряжения и силы тока заносятся учащимся в электронную таблицу. После проведения эксперимента, проектор переключается на компьютер и выводит на экран результат опыта с построенным графиком изменения сопротивления. Во время опыта внимание учащихся направляется на раскаляющуюся спираль лампы.

Чем можно объяснить такое странное поведение сопротивления у проводников?

Скорее всего, из-за теплового движения молекул, электроны испытывают больше столкновений при движении.

Действительно, по современным представлениям, именно тепловое движение атомов в узлах кристаллической решетки металлов, мешает движению электронов, что в свою очередь приводит к уменьшению проводимости металла.

Зависимость сопротивления различных веществ уже хорошо исследована. Перед вами график зависимости сопротивления для металла, мы видим, что с ростом температуры растет и сопротивление. Особо отмечена точка 0⁰С. Сопротивление при этой температуре сопротивление проводника считается отправной точкой для дальнейшего исследования. Мы видим, что зависимость линейная, следовательно, и формула должна быть для нас не очень сложной.

(R-R₀)/R₀=αt, где R₀ это сопротивление проводника при температуре 0⁰С.

В этой формуле нас будет интересовать величина α, которая называется температурным коэффициентом сопротивления. Для металлов α0, равен примерно 1/273 К^-1, но только для чистых металлов, для сплавов температурный коэффициент изменяется в значительных диапазонах в зависимости от вещества. Взгляните на таблицу.

ТАБЛИЦА

температурный коэффициент

сопротивления металлических проволок

Видно, что чистые металлы обладают примерно одинаковым температурным коэффициентом сопротивления.

Но кроме проводников, мы часто имеем дело с полупроводниками и диэлектриками. Как они будут вести себя при изменении температуры?

Чтобы ответить на этот вопрос необходимо вспомнить строение этих веществ.

У диэлектриков нет свободных заряженных частиц, в то время как у полупроводников имеется небольшое количество электронов и дырок.

Опыт 3

Грифель карандаша закрепляется в лапке штатива. К грифелю крепятся зажимы проводов, и подключается амперметр, вольтметр и источник тока. По грифелю пропускается ток и фиксируется данные амперметра. После этого поджигается спиртовка и производится нагрев грифеля. На амперметре наблюдается увеличение тока, что свидетельствует о том, что сопротивление уменьшается.

Каковы ваши предположения о возможных изменениях в проводимости данных веществ при изменении температуры?

Полупроводники при нагревании увеличивают свою проводимость, так как тепловое движение высвобождает электроны, и в веществе становится больше носителей заряда, что ведет к увеличению силы тока.

ПРИМЕНЕНИЕ

Теперь рассмотрим вопрос о том, где все эти знания могут применяться? Ваши предположения.

Наверное, для правильного расчета сопротивления нагревательных приборов. Для измерения больших температур, где обычный термометр использовать уже нельзя.

Демонстрация полупроводниковых термометров.

1. Задание на дом

Учить параграф 111 стр. 274.

Запишите домашнее задание.

1. Закрепление

У вас на партах лежат карточки с заданиями, прочтите их и ответьте на поставленные в них вопросы. (Приложение)

(дается некоторое время) .

В начале урока. Я попросил вас придумать трудные для вас вопросы, на которые сложно найти ответ. Учитель выбирает 2-3 человек, остальные записывают вопросы на листок и сдают. Сегодня мы с вами познакомились с новым для вас явлением – зависимостью сопротивления электрического тока от температуры. Спасибо за успешную работу на уроке.

Объявление оценок

Приложение

Вопросы к уроку

1. Раскаленная до красна электрическим током проволока опускается до половины в воду. При этом, не опущенная в воду часть, раскаляется еще сильнее. Объясните этот факт.

2. Когда электролампочка потребляет больше мощности: в первый момент после включения ее в электросеть или спустя некоторое время?