Конспект урока по физике в 10 классе по теме "Электрический ток в различных средах"
план-конспект урока (физика, 10 класс) по теме

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Гимназия №20»

Конспект

открытого урока на тему:

«Электрический ток в различных средах».

10 класс

гуманитарный профиль

Автор: Петрунин Олег

 Анатольевич,

учитель физики.

г. Донской

2009 год.

Конспект урока по физике на тему: “Электрический ток в различных средах”.

10 класс гуманитарный профиль.

Цели урока:

Дидактические - создать условия для систематизации и обобщения учебного материала, используя информационно-коммуникационную технологию обучения.

Познавательные – знать понятия «свободные носители электрического заряда», вольт – амперная характеристика, закономерности электрического тока в различных средах, уметь применять знания об основных положениях электродинамики для объяснения электропроводимости различных сред, активизация учебно-познавательной деятельности учащихся.

Развивающие – продолжить работу по овладению методами научного познания, развивать интеллектуальные умения учащихся (наблюдать, сравнивать, анализировать, применять знания, делать выводы), творческие способности.

Воспитательные – продолжить формирование научного мировоззрения, интереса к физике, воспитывать умение работать организованно, в творческих группах, показать эвристическую роль теории и границы её применимости.

Тип урока – урок повторения, систематизации и обобщения учебного материала.

Главная методическая идея – построение урока на деятельностной основе.

Оборудование: 

таблицы по теме «Электрический ток в различных средах» (электрический ток в газах, р-n-переход, электронно-лучевая трубка), электрическая цепь для демонстрации эл. тока  в растворе электролита, оборудование для демонстрации электрического тока в воздухе, осциллограф, диоды, триоды, транзисторы, калькуляторы, галогеновая лампа;

компьютер, видеопроектор, компьютерные презентации по теме «Электрический ток в различных средах».

            Cтруктурный план урока с комментариями.

1. Организационный этап.

Приветствие, пояснения учителя по предстоящей работе, о назначении таблиц и тестов, лежащих на столах учащихся.

2. Создание мотивации и постановка учебной задачи.

2.1. Беседа с учащимися:

Современный мир наполнен огромным количеством электрических приборов, устройств, механизмов, машин и т.д. Можете ли вы представить, каким бы стал этот мир, если вдруг, в один момент, исчезли эти многообразные электрические приборы, и человечество лишилось накопленных знаний об электрическом токе?

В ходе беседы с учащимися приходим к выводу, что человечество в своём техническом развитии оказалось бы в средневековье. Лишь в 19 веке человечество научилось использовать электрический ток и с тех пор сделало гигантский скачок в своём техническом развитии, качественно изменив весь облик цивилизации. Человеку было недостаточно использования тока в металлических проводниках. Следуя по дороге открытий и познания, физики изучили закономерности электрического тока в полупроводниках, электролитах, газах и даже в вакууме. Разумно поставить вопрос: насколько мы на своих уроках продвинулись в изучении электрического тока?

Сегодня на уроке мы

- вспомним закономерности прохождения тока в различных средах;

- сравним физическую природу тока в этих средах;

- обратим внимание на механизм образования свободных носителей эл. зарядов;

- уточним применение электрического тока в различных средах.

По ходу урока прозвучат выступления учащихся, которые, работая в составе микрогрупп, подготовили сообщения по отдельным вопросам темы. Нам совместно необходимо проанализировать и оценить качество подготовленных сообщений и по ходу работы заполнить обобщающую таблицу, которая позволит систематизировать наши знания по данной теме.

3. Применение знаний (сообщения учащихся с использованием компьютерных презентаций).

Учащиеся делают сообщения, используя при этом подготовленные ими компьютерные презентации, по темам:

1. Электрический ток в металлах.
2. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов.
3. Электрический ток в газах.
4. Электрический ток в полупроводниках.
5. Электрический ток в вакууме.

После каждого выступления учащиеся заполняют обобщающую таблицу (см. в конце конспекта). Обращается внимание на экспериментальное обоснование теоретических положений проводимости в различных средах, свободные носители электрических зарядов, зависимость сопротивления от температуры, вольт - амперные характеристики, основные законы и формулы, а также на применение электрического тока. Учащиеся демонстрируют опыты, доказывающие электропроводность раствора электролита и воздуха.

4. Исследовательская работа.

Учитель. Разобьёмся на четыре группы, каждая из которых проанализирует задание, направленное на анализ изученных явлений и выявление новых закономерностей, требующих в свою очередь научного объяснения.

Задание №1. Проанализируйте:

1. Какова природа свободных носителей электрического заряда в различных средах?
2. Объясните механизм образования свободных носителей зарядов в различных средах.
3. Что вам известно о концентрации свободных носителей зарядов в разных средах? От чего она зависит?

Задание №2.  

1. Вспомните, какая теория объясняет явление прохождения тока в различных средах? Каковы основные законы тока в различных средах?
2. Проанализируйте вольт-амперные характеристики для металлов и растворов электролитов; сравните их и объясните отличие.
3. Объясните вольт-амперную характеристику для газов.

Задание №3.

1. Проанализируйте вольт - амперную характеристику для вакуума (для вакуумного диода). Почему в отличие от металлического проводника характеристика диода нелинейная? Когда наступает явление насыщения тока? От чего зависит сила тока насыщения?
2. Проанализируйте вольт-амперную характеристику р-п-перехода. Объясните причины отличия в вольт-амперных характеристиках прямого и обратного переходов. (Используйте при объяснении соответствующую таблицу, поясняющую процессы, происходящие в приконтактной области.)
3. По виду вольт-амперной характеристики сделайте вывод о сопротивлении p-n-перехода в прямом и обратном направлениях.

Задание №4. Расскажите о практическом применении электрического тока в различных средах,       ориентируясь на следующие вопросы:

1. В каких устройствах используется зависимость сопротивления металлов от температуры?
2. Приведите примеры применения в технике и производстве устройств, в основе которых используются закономерности электрического тока в различных средах.

5. Отчёты групп по заданиям.

Примерные ответы учащихся по заданиям:

Группа №1. 

1. В металлах свободными носителями зарядов являются свободные электроны, в жидкостях - положительные и отрицательные ионы, в газах - ионы и электроны, в полупроводниках - электроны и дырки (или свободные и связанные электроны), в вакууме - электроны.
2. Механизм образования свободных носителей зарядов в различных средах неодинаков. (Далее ученики рассказывают об электронной проводимости металлов, о явлении электролитической диссоциации в растворах электролитов, об ионизации газов, термоэлектронной эмиссии в вакууме. Более подробно поясняется физическая природа собственной и примесной электропроводимости полупроводников. При объяснении используются таблицы, иллюстрирующие механизм образования свободных электронов и дырок, влияния на проводимость наличия донорных и акцепторных примесей)
3. В металлах концентрация электронов 1028—1029 м-3 остается почти постоянной при разных температурах.

В жидкостях концентрация ионов зависит от содержания в водном растворе кислот, солей и щелочей, т. е. от концентрации самих растворов, с повышением температуры концентрация возрастает.

В газах концентрация ионов и электронов определяется свойствами самого ионизатора.

В вакууме концентрация электронов в электронном облаке повышается при увеличении температуры нити накала и, кроме того, в значительной мере зависит от оксидного покрытия катода.

В полупроводниках концентрация носителей определяется наличием примесей, создающих преимущественно электронную или дырочную проводимость, и зависит от температуры и освещенности полупроводника.

Группа №2.

1. Ученик указывает на электронную теорию, с точки зрения которой объясняется электропроводимость всех сред; поясняет закон Ома для металлов и закон Фарадея для растворов электролитов.
2. Ученик отмечает, что график вольт-амперной характеристики жидких проводников не проходит через начало координат, а смещен вправо. Это объясняется появлением ЭДС поляризации, которая направлена против ЭДС источника. Когда внешнее напряжение достигнет значения ЭДС поляризации U = п появляется ток. Изменение силы тока происходит в соответствии с законом Ома.
3. Ученик показывает вольт-амперную характеристику для газов, поясняет участки графика, сущность насыщения тока, механизм самостоятельного разряда (ионизацию электронным ударом).

Группа №3.

1. Ученики отвечают аналогично второй группе обучающихся, объясняя вид вольт-амперной характеристики тока в вакууме (для диода).
2. Ученики рассматривают вольт-амперную характеристику прямого и обратного переходов. При ее повторении используется соответствующая таблица, поясняющая процессы, происходящие в приконтактной области.
3. Формулируют вывод о том, что сопротивление р-n-перехода в прямом направлении незначительно, а в обратном – большое.

6. Обобщающая беседа.

Учитель. Итак, мы убедились, что изучение вольт-амперных характеристик позволяет сделать важные выводы о прохождении тока в различных средах. Можно ли по виду вольт-амперных характеристик сделать какие-либо выводы о сопротивлениях сред? Обратите внимание: одни характеристики являются линейными, другие - нет.

Ученик. Вольт-амперные характеристики для металлов и электролитов показывают прямую пропорциональную зависимость силы тока от напряжения, потому что сопротивление проводников постоянно. Нелинейность других характеристик показывает, что сопротивление изменяется.

Учитель. Верно. Нелинейность характеристик указывает на непостоянство сопротивления. Какова зависимость сопротивления сред от температуры? От каких факторов зависит сопротивление?

(Ученик поясняет, как зависит удельное сопротивление металлов от температуры, записывает формулу, показывает график этой зависимости, поясняет формулу зависимости сопротивления проводника от линейных размеров.)

В чем сходство и различие этой зависимости для металлических и жидких проводников?

Ученик. У металлов и жидкостей сопротивление при постоянной температуре не изменяется с ростом напряжения; кроме того, оно прямо пропорционально длине проводника, удельному сопротивлению и обратно пропорционально поперечному сечению. Различие в том, что сопротивление металлов с повышением температуры увеличивается, а у жидкостей, наоборот, уменьшается.

(Учитель предлагает объяснить с точки зрения электронной теории последнюю закономерность.)

Учитель. Объясните с помощью электронных представлений зависимость сопротивления газов и полупроводников от температуры.

(При ответе ученик подчеркивает общую причину, вызывающую уменьшение сопротивления при нагревании газов и полупроводников - увеличение  концентрации  свободных носителей зарядов. Затем подробно объясняет физическую сущность процессов, приводящих к увеличению концентраций носителей.)

Учитель. Мы выяснили вид вольт-амперных характеристик для различных сред, их сходство и различия; сравнили характер зависимости сопротивления от температуры. Электрический ток в различных средах имеет большое практическое применение. Предоставим слово группе №4.

Группа №4.

1. Зависимость сопротивления металлов от температуры используется в термометрах сопротивления. (Далее ученик поясняет устройство и назначение термометра сопротивления.)
2. Учащиеся рассказывают об использовании металлических проводников, о технических применениях электролиза и различных типов газового разряда, поясняют устройства вакуумного диода и электроннолучевой трубки, приводят примеры полупроводниковых приборов. Во время рассказа учащиеся используют учебные таблицы.

Учитель. Мы проанализировали явления прохождения тока через различные среды. Еще раз убедились, что объяснить эти явления можно с точки зрения электронной теории. Мы упоминали о таком явлении, которое нельзя объяснить классической электронной теорией. Напомните это явление.

Ученик.   Это явление сверхпроводимости.

Учитель. Верно. При температурах, близких к абсолютному нулю, проявляются иные законы микромира, которые описываются квантовой механикой. Это говорит о том, что электронная теория имеет определенные границы применимости.

7. Подведение итогов урока, рефлексия.

Обратимся еще раз к таблице. В верхней строчке ее отражены опыты, с помощью которых мы выяснили природу свободных носителей электрических зарядов. Затем мы рассматривали основные положения электронной теории, объясняющие причины возникновения носителей зарядов, а также вольт-амперные характеристики. Далее выяснили, от чего зависят сопротивления сред. Завершили тему изучением вопросов о техническом применении электрического тока в различных средах. Приборы, технические устройства и другие примеры практического применения тока в различных средах основаны на использовании выводов и следствий электронной теории. Таким образом, экспериментально подтверждается истинность теоретических следствий, а, следовательно, и самой теории.

Учитель оценивает работу учащихся и выставляет отметки.

8. Домашнее задание (может быть выполнено на уроке при наличии свободного времени).

Выполнить тест по теме «Электрический ток в различных средах».

Тест выполняется по вариантам.

Выводы по уроку. На уроке проводится обобщающее повторение основных вопросов темы «Электрический ток в различных средах», а также углубление и систематизация знаний обучающихся. Вначале учащиеся делают сообщения по вопросам темы, используя при этом компьютерные презентации, что является результатом их самостоятельной проектной деятельности. В ходе выступлений повторяется уже изученный учащимися учебный материал, но в совершенно иной форме. Далее сопоставляются опыты, приводящие к электронным представлениям о механизме проводимости сред; затем сравниваются графики вольт-амперных характеристик для различных сред; выявляются особенности изменения сопротивления сред в зависимости от температуры. Основные выводы, формулы, графики, рисунки по теме оформляются в виде таблицы, в которой также дается план анализ вопросов темы. Использование таблицы «Электрический ток в различных средах» способствует систематизации знаний, делает восприятие более наглядным, облегчает сравнение явлений электропроводимости различных сред. После повторения всех вопросов плана и заполнения таблицы учащиеся еще раз просматривают материал и делают вывод о том, в какой последовательности развивались научные знания об электрическом токе в различных средах.

На уроке применялись инфомационно-коммуникационная технология (при подготовке компьютерной презентации и выступлениях обучающихся с опорой на разработанную презентацию), технология личностно-ориентированного обучения (самостоятельный выбор темы презентации, определение состава группы для совместной работы и т.д.), технология дифференцированного обучения (работа по группам на уроке при выполнении исследовательской работы), использовался проектный метод обучения (при подготовке презентации и выступления).

Для развития познавательной активности школьников проводится демонстрационный эксперимент: прохождение электрического тока через раствор электролита и через воздух.

Открытый урок проведён в мае 2009 года в рамках работы городского методического объединения учителей физики учителем Петруниным О.А.