Cols=2 gutter=24> 2004/№2 Засновники

Вид материала

Диплом

Содержание ІІ група: “хіміки-експериментатори” Отже, заряд переноситься в металах не іонами. Отже, дослід підтвердив існування інерційного руху носіїв заряду. Отже, це електрони. Задача №5. Змінюємо групи за попереднім принципом. Пропонується розглянути учням такі питання

Подобный материал:

• Cols=2 gutter=24> 2004/№3 Засновники, 3012.42kb.
• Cols=2 gutter=24> 2004/№4 Засновники, 2183.65kb.
• Cols=2 gutter=24> 2005/№2 Засновники, 2193.94kb.
• Cols=2 gutter=24> 2005/№4 Засновники, 2823.78kb.
• Cols=2 gutter=24> 2007/№3 Засновники, 2007.95kb.
• Cols=2 gutter=24> 2006/№2 Засновники, 2232.08kb.
• Cols=2 gutter=24> 2007/№2 Засновники, 1975.25kb.
• Cols=2 gutter=24> 2006/№4 Засновники, 2613.23kb.
• Cols=2 gutter=47> пбоюл кошмак, 159.62kb.
• Cols=3 gutter=38> Список улиц г. Пскова, 135.43kb.

ІІ група: “хіміки-експериментатори”

Запитання 1. Хімічні властивості металів.

Очікувані відповіді учнів:

Атоми металів порівняно легко віддають валентні електрони і перетворюються на позитивно заряджені іони. Тому метали є відновниками. У цьому і полягає їхня головна і найбільш загальна хімічна властивість. Метали, як відновники, вступають у реакцію з простими речовинами: киснем, хлором, сіркою та складними речовинами: водою, кислотами, розчинами солей. (Відповіді учнів супроводжуються записами на дошці відповідних хімічних знаків та реакцій).


Демонстраційні експерименти.

1. Взаємодія металів з киснем.
   
2. Взаємодія металів з кислотами.
   
3. Взаємодія металів із солями.
   

Вчитель хімії.

На основі проведеного хімічного аналізу металів можна зробити висновок, що метали є кристалами з різного типу кристалічними ґратками, для яких характерним є металічний зв’язок. Вільні електрони являють собою “електронний газ”. Хімічні та фізичні властивості металів обумовлені будовою та місцем у періодичній системі.

Вчитель фізики.

Фізикам пропонуються завдання, які дають можливість пояснити електропровідність металів.

ІІІ група: “фізики-теоретики”

Запитання 1. Навести приклади дослідів, які підтверджують електронну провідність металів (таблиця 1).

Очікувані відповіді учнів:

а) дослід Рікке (німецький фізик) 1901 р. Три попередньо зважених металевих циліндри (два мідних та один алюмінієвий) склали вимірювальними основами так, що алюмінієвий циліндр був посередині. Циліндри підключили в коло постійного струму на рік (струм, що живив міську центральну мережу). За цей період пройшов заряд 3,5 млн Кл., повторне зважування з точністю до 0,03 мг показало, що маси циліндрів не змінилися. У циліндрах під мікроскопом не було виявлено проникнення одного металу в інший.

Отже, заряд переноситься в металах не іонами.

б) дослід Мандельштама-Папалексі: Л. І. Мандельштам і Н. Д. Папалексі, 1913 р.

Ідея досліду зводилась до виявлення електричного струму при раптовій зупинці провідника, який швидко рухається.

Дротяна котушка L замкнута на телефон. Змінний струм, який виникав, короткочасно викликав звук у телефонній трубці.

Отже, дослід підтвердив існування інерційного руху носіїв заряду.

в) дослід Стюарта-Толмена: (американські фізики Т. Стюарт і Р. Толмен) 1916 р. Аналогічний дослід. Довжина обмотки 500 м, лінійна швидкість 300 м/с.

Напрям короткочасного струму відповідав напряму інерційного руху від’ємно заряджених частинок. На основі результатів досліду визначено відношення заряду до маси носіїв заряду. 10^-30 кг.

Отже, це електрони.


Запитання 2. Основи теорії електронної провідності металів Лоренца-Друде.

Очікувані відповіді учнів:

Німецький фізик П. Друде 1900 р. створив теорію електропровідності металів:

1. вільні електрони в металі ведуть себе, як молекули ідеального газу; “електронний газ” підлягає законам ідеального газу;
   
2. рух вільних електронів у металі підлягає законам класичної механіки Ньютона;
   
3. вільні електрони в процесі їх хаотичного руху взаємодіють не між собою, а з іонами кристалічної решітки;
   
4. при співударах з іонами кристалічної ґратки електрони передають іонам усю свою кінетичну енергію.
   

Запитання 3. Довести чи спростувати твердження: “Електричний струм в металах – це впорядкований рух електронів”.

Очікувані відповіді учнів:

Визначимо зв’язок між швидкістю впорядкованого руху електронів у металі.

q=eN – заряд, який проходить через поперечний переріз провідника за час t.

D=t, – середня швидкість впорядкованого руху електронів.

N=nV, n – концентрація електронів. V=Sd=St

Отже:

I

I=

=
=====enS




Розглянемо мідний провідник перерізом 1 мм², по якому проходить струм 1 А. Концентрація електронів дорівнює концентрації атомів (оскільки на 1 атом припадає 1 електрон). N=10²⁹m^-3

>=

Отже, швидкість впорядкованого руху електронів становить лише долі сантиметра за секунду.

Оцінимо швидкість хаотичного руху електронів в провіднику, вважаючи електронний газ газом, для якого справедливим є рівняння стану ідеального газу:

=

При Т=27⁰С Т = 300 К:

=

Отже, швидкість хаотичного руху електронів у мільярд разів більша за швидкість впорядкованого руху. Це означає, що строго впорядкований рух електронів уздовж провідника не можна вважати електричним струмом. Під дією електричного поля електрони, рухаючись хаотично, поступово зміщуються по провіднику (здійснюється дрейфовий рух електронів).


ІV група: “фізики-експериментатори”

Запитання 1. Записати формулу та пояснити залежність опору металів від температури.

Демонстраційний експеримент:

1. Залежність опору металів від температури.
   
2. Експериментальне завдання: визначити термічний коефіцієнт міді.
   

Після проведення демонстрації та виконання експериментального завдання учням пропонується короткочасна самостійна робота.

Задача №1. Розрахувати опір мідного провідника, при нагріванні на 100 К, якщо опір до нагрівання 10 Ом. (R=14,3 Ом).

Задача №2. Розрахувати опір вольфрамового провідника при нагріванні на 100 К, якщо опір до нагрівання 10 Ом. (R=14,8 Ом).

Задача №3. Розрахувати опір ніхромового провідника при нагріванні на 100 К, якщо опір до нагрівання 10 Ом. (R=10,1 Ом).

Задача №4. Розрахувати опір сталевого провідника при нагріванні на 100 К, якщо опір до нагрівання 10 Ом. (R=16 Ом).

Задача №5. Розрахувати опір свинцевого провідника при нагріванні на 100 К, якщо опір до нагрівання 10 Ом. (R=13,7 Ом).

(Перевірка виконання домашніх задач проводиться фронтальним опитуванням, що дає можливість порівняти зміну опору різних металів при нагріванні на 100⁰ С та їх термічні коефіцієнти. Невелика складність даних задач передбачає їх швидкий розв’язок та виконання розрахунків.)


Вчитель фізики.

Чи можуть “фізики - теоретики” доповнити та уточнити питання залежності опору металів від температури:


ІІІ група: “фізики-теоретики”

Запитання 1. Пояснити суть явища надпровідності та його застосування (пояснення робиться на основі квантової фізики).

Очікувані відповіді учнів:

Явище надпровідності відкрите голландським фізиком Комерлінгом-Оннесом 1911 р. При температурі 4,15 К опір ртуті практично зникає. Т_к!

1985 р. – матеріали Т_к = 20К

1986 р. – матеріали Т_к = 30К

1987 р. – матеріали Т_к = 162К

На сьогоднішній день Т_к = 162К відкрито надпровідні полімери.

Зіткнення електронів не з іонами кристалічної ґратки, а з фононами – звуковими хвилями, які випромінюються за рахунок коливального руху іонів і які зникають в області низьких температур. Отже, опір металу → 0.


Застосування:

• генератори електричного струму, магнітне поле в яких створюється електромагнітами з обмоткою із надпровідника (таблиця);
  
• надпровідні кабелі;
  
• надпровідні елементи для ЕВМ;
  
• надпровідні резонатори в електротехніці.
  

Вчитель фізики.

Отже, можна зробити висновок, що структура твердого тіла (у даному випадку – металів) значно складніша. “Живі кристали” – у вершинах ґратки яких знаходяться додатньо заряджені іони, які коливаються, випромінюючи “звукові хвилі”. Електрони взаємодіють не між собою, а з фононами. Електрони вільно рухаються, утворюючи “ідеальний газ”, який відповідає основним характеристикам “ідеального газу” та газовим законам. Електричний струм в металах – це “дрейфовий” рух електронів. Зміна опору металів з температурою пояснюється взаємодією електронів з фононами.

Вчитель хімії.

Розглянемо перехідні метали:

• місце в періодичній системі;
  
• тип зв’язку між атомами.
  

(Оскільки, ефективним було б повторення даних понять як з точки зору фізики, так і хімії усіма учнями кла-су, то зручно змінити групи за таким принципом: “фізики-теоретики” – “хіміки-експериментато-ри”“фізики-експериментатори” – “хіміки-теоретики”. Така мобільність груп надає можливість всебічного глобального повторення навчального матеріалу. При розгляді питань передбачаються доповнення з усіх груп, які оцінюються та враховуються вчителем. Учням пропонується розглянути такі питання відповідно до груп).


ІV група: “хіміки-теоретики”

1. Охарактеризувати металічний та ковалентний зв’язок (періодична система хімічних елементів).
   

Вчитель фізики.

Розглянемо електричний струм у “перехідних металах” – напівпровідниках.


ІІ група “фізики-теоретики”

1. Охарактеризувати власну провідність напівпровідників. (Таблиця “Електричний струм у напівпровідниках”.)
   
2. Охарактеризувати домішкову провідність напівпровідників.
   
3. Що таке р-п перехід? (Таблиця “Напівпровідниковий діод”.)
   
4. Охарактеризувати напівпровідниковий діод. (Таблиця.)
   
5. Охарактеризувати транзистор, принцип роботи. (Таблиця “Транзистор”.)
   

І група “фізики-експериментатори”

1. Залежність опору напівпровідників від температури, від освітленості.
   
2. Експериментальне завдання: “Визначення вольт-амперної характеристики напівпровіднико-вого діода”.
   
3. Застосування напівпровідникових приладів.
   

Вчитель фізики.

Ми з вами розглянули провідність простих хімічних елементів, металів та елементів, які проявляють амфотерні властивості, тобто “перехідних металів”. Зупинимось тепер на провідності складних речовин: розплавів та розчинів електролітів.

Вчитель хімії.

Розглянемо електричний струм в розчинах та розплавах електролітів. ( Змінюємо групи за попереднім принципом. Пропонується розглянути учням такі питання)


І група “хіміки-теоретики”

1. Що таке електроліти? Навести приклади.
   
2. Основні положення теорії електролітичної дисоціації.
   
3. Що таке ступінь дисоціації? Які електроліти сильні, а які слабкі?
   

ІІ група “хіміки-експериментатори”

1. У чому суть процесу електролізу? Що таке електроліз?
   
2. Застосування електролізу (Таблиця “Застосування електролізу”, демонстрації: “Електро-провідність розчину кухонної солі”, “Електроліз CuSO₄”).
   

Вчитель фізики.

Для кількісного аналізу процесу електролізу можна скористатись законами Фарадея.


ІІІ група “фізики-теоретики”

1. Закони Фарадея.
   
2. Застосування електрокінетичних явищ у медицині.
   

Вчитель хімії.

Спробуйте розв’язати такі задачі, користуючись основними законами та формулами, повтореними з курсу хімії та фізики. (Самостійна робота 7 хвилин.)


Фізика.

Задача 1. При електролізі розчину азотнокислого срібла протягом однієї години виділилось 9,4 г срібла. Визначити ЕРС поляризації, якщо напруга на затискачах ванни 4,2 В, а опір розчину 1,5 Ом. (Е_п0,7 В).

Хімія.

Задача 2. Один із способів промислового добування кальцію – електроліз розплавленого кальційхлориду. Яка маса металу буде добута, якщо відомо, що внаслідок електролізу виділиться хлор, об’ємом 896 л (н.у.) (1,6 кг).

(Після виконання короткочасної самостійної роботи, аналізу вибраних задач учням пропонується зробити висновок про провідність електролітів.)


Вчитель фізики.

Проаналізуємо умови проходження електричного струму у вакуумі. Поясніть, чи має фізичний зміст таке речення: “Електричний струм у вакуумі”?

(Ця частина уроку проводиться у формі фронтального опитування, що дає змогу вчителеві активізувати учнів. Учням пропонується дати відповіді на такі питання.)

1. Що таке термоелектронна емісія?
   
2. Принцип роботи вакуумного діода. (Таблиця “Вакуумний діод”, демонстрація вакуумного діода.)
   
3. Вольт-амперна характеристика вакуумного діода.
   
4. Електронно-променева трубка. Будова, принцип роботи. (Таблиця “Електронно-променева трубка”.)
   

Вчитель фізики.

Проаналізуємо умови проходження електричного струму у газах.

(Це повторення навчального матеріалу зручно проводити у формі фронтального опитування.)

1. Що є носіями електричного струму у газах?
   
2. Що таке ударна іонізація газу?
   
3. Типи газових розрядів: самостійний, несамостійний.
   
4. Вольт-амперна характеристика газів.
   

Вчитель проводить демонстрацію видів самостійного розряду (тліючого та іскрового) та фрагментів діафільму “Види газових розрядів” (коронний та дуговий розряди).

(При відповідях на кожне з поставлених питань необхідно підкреслити практичне застосування даного виду газових розрядів.)

5. Що таке плазма?
   
6. Які види плазми вам відомі?
   
7. Шляхи одержання високотемпературної плазми.
   

ІV. Оцінювання результатів уроку, підведення підсумку.

Після розгляду даних питань учням пропонується у зошитах заповнити таблицю, яка завершує систематизацію та узагальнення навчальних досягнень учнів з теми “Електричний струм у різних середовищах”.

Метали	Напівпровідники	Електроліти	Вакуум	Гази
					Носії електричного струму
					Вольт-амперна характеристика
					Залежність опору від температури

Учні разом з вчителем підсумовують роботу, виконану протягом двох уроків, роблять висновки щодо очікуваних результатів.


Вчитель фізики.

1. Як вам працювалось?
   
2. Чи задоволені ви результатами своєї праці?
   
3. Що справило на вас найсильніше враження?
   

Література

1. Пометун О., Пироженко Л. Сучасний урок. Інтерактивні технології навчання. – К.: Вид-во А.С.К., 2004.
   
2. Мнеян М.Г. Сверхпроводники в современном мире. – М.: Просвещение, 1991.
   
3. Буров В.О., Дік Ю.І. Практикум з фізики в середній школі. – К.: Рад. шк., 1990.
   
4. Мансветова Г.П., Гудкова В.Ф. Физический эксперимент в школе. – М.: Просвещение, 1981.
   
5. Гончаренко С.І. Фізика-11. Пробний навчальний посібник для 11 класів ліцеїв і гімназій природничо-наукового профілю. – К.: Освіта, 1995.
   
6. Сюше Ж.П. Физическая химия полупроводников. – М.: Металлургия, 1989.