Тема: Електрична провідність матеріалів: провідники, напівпровідники та діелектрики. Струм у металах

Мета:

навчальна: з'ясування природи струму в металах на основі класичної електронної теорії; формування уявлень про провідники, напівпровідники, діелектрики, напрям струму, швидкість струму;

розвиваюча: розвивати критичне, логічне мислення та пізнавальний інтерес.

виховна: виховувати спостережливість, дисциплінованість; формувати науковий світогляд.

Обладнання: модель кристалічної решітки, м'яч; металеві провідники, джерело струму, вимикач, магнітна стрілка, цвях, з'єднувальні провідники, приклади діелектриків, напівпровідників, ілюстрації з підручника.

Тип уроку: повідомлення нового матеріалу.

Структура уроку

I.                    Організаційний етап.

II.            Актуалізація опорних знань.

III.         Мотивація навчальної діяльності. Оголошення теми, мети уроку.

IV.         Повідомлення нового матеріалу

1.                Струм у металах.

2.                Швидкість струму.

3.                Провідники струму.

4.                Напрям струму.

5.                Напівпровідники.

V. Закріплення нового матеріалу.

VI. Підбиття підсумків уроку. Рефлексія.

VIІ. Завдання додому.

Хід уроку

І. Організаційний етап

Вітання.

II. Актуалізація опорних знань

1. Заслуховування повідомлення

«Чим небезпечний електричний струм»

2. Інтерактивна вправа «Візитна картка».

Створити візитну картку електричного струму. (Учні почергово називають основні моменти (властивості, ознаки), пов’язані з електричним струмом, що найкраще його характеризують).

ПІ. Мотивація навчальної діяльності

У XIX ст. в Швейцарії була винайдена «Електрична нянька». Під простирадло дитячого ліжечка підкладали дві тоненькі металеві сітки, ізольовані сухою прокладкою та з'єднані з низьковольтним джерелом струму і дзвінком. Щойно прокладка намокала, електричне коло замикалось і починав дзвеніти дзвінок, який сповіщав маму, що потрібно поміняти пелюшки.

Чи можна було використати сітки не металеві, а пластмасові? Чому прокладка між сітками мала бути обов'язково суха? На ці та інші запитання ви зможете дати відповідь упродовж уроку. Тема сьогоднішнього уроку: «Електрична провідність матеріалів: провідники, напівпровідники та діелектрики. Струм у металах»

IV. Повідомлення нового матеріалу

1. Струм у металах

Ми вже знаємо, що речовини можна поділити на провідники та діелектрики. Пригадайте та наведіть приклади таких речовин. За яким критерієм відбувається цей поділ? (Учні дають відповіді)

Ви вже переконалися на попередньому уроці, що хорошими провідниками є метали.

Метали у твердому стані, як відомо, мають кристалічну будову. Частинки в кристалах розміщені в певному порядку, утворюючи просторову (кристалічну) решітку.

У вузлах кристалічної решітки металу розміщені позитивні іони, а в просторі між ними рухаються вільні електрони, тобто електрони, не зв'язані з ядрами атомів.

Негативний заряд усіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх іонів решітки. Тому за звичайних умов метал електрично нейтральний. Вільні електрони в ньому рухаються безладно. Але якщо в металі створити електричне поле, то вільні електрони почнуть напрямлено рухатися під дією електричних сил — виникне електричний струм. Безладний рух окремих електронів при цьому зберігається, подібно до того, як зберігається безладний рух комахи у зграйці, коли під впливом вітру вся зграйка переміщується в одному напрямі.

Отже, електричний струм у металах — це впорядкований рух вільних електронів.

2. Швидкість струму

Як ви гадаєте, яка швидкість електричного струму? (Учні висовують свої гіпотези.) Швидкість руху самих електронів у провіднику невелика — кілька міліметрів на секунду, але щойно в провіднику виникає електричне поле, воно з величезною швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі (300 000 км/с), поширюється по всій довжині провідника. Одночасно з поширенням електричного поля всі електрони починають рухатися в одному напрямі по всій довжині провідника. Коли говорять про швидкість електричного струму в провіднику, то мають на увазі швидкість поширення по провіднику електричного поля.

3. Провідники струму

Поряд із металами добрими провідниками, тобто речовинами з великою кількістю вільних заряджених частинок, є водні розчини та розплави електролітів та іонізований газ (плазма).

Якщо в металах електричний струм створюють вільні електрони, то в електролітах — розплавах і розчинах кислот, лугів, солей у воді або в інших розчинах — іони (як позитивно, так і негативно заряджені). Під дією електричного поля позитивно заряджені частинки рухаються в одному напрямку, а негативно заряджені — у протилежному. В газах струм утворюють рухомі іони обох знаків, а також електрони.

4. Напрям струму

У багатьох випадках ми говоримо не про напрям руху заряджених частинок, а про напрям струму. Напрям руху яких заряджених частинок в електричному полі треба було б узяти за напрям струму?

Оскільки здебільшого ми маємо справу з металами, то за напрям струму в колі доцільно було б узяти напрям руху електронів. Але цілком умовно та історично склалося, що за напрям струму взяли той напрям, у якому рухаються (або могли б рухатися) позитивно заряджені частинки, тобто напрям від позитивно зарядженого полюса джерела струму до негативно зарядженого.

5. Напівпровідники

У другій половині XX ст. у різних галузях народного господарства набули поширення напівпровідникові прилади. Їх велика популярність пояснюється високою економічністю, довговічністю і міцністю за малих габаритів. Які ж речовини є напівпровідниками? Зазвичай напівпровідниками вважають речовини, що займають проміжне місце за здатністю проводити електричний струм між провідниками та діелектриками. Характерна особливість напівпровідників – це значна залежність їх провідності від стану речовини: температури, освітлення, наявності домішок тощо. Напівпровідники за одних умов виявляють властивості провідників, а за інших — діелектриків. Наприклад, за низьких температур напівпровідники є, фактично, діелектриками, а при підвищенні температури їхня провідність збільшується. До напівпровідників належать такі матеріали: кремній, германій, селен та ін.

V. Закріплення нового матеріалу.

1. Вправа «Спіймай помилку»

Вчитель зачитує твердження. Якщо учень вважає, що воно хибне, то піднімає руку.

Твердження:

ü Електричний струм — це хаотичний рух заряджених частинок (-).

ü Електричний струм у металах — це впорядкований рух вільних електронів (+).

ü Речовини за здатністю проводити електричний струм поділяються на діелектрики, напівпровідники та провідники (+).

ü У водних розчинах та розплавах електролітів носіями струму є тільки позитивні іони (-).

ü У газах струм утворюють рухомі іони обох знаків, а також електрони (+).

ü За напрям струму обрано напрям руху електронів (-).

ü Кремній, германій та селен — це діелектрики (+).

ü Ебоніт, скло, повітря, бензин, гума — це хороші провідники струму (-).

ü Тіло людини — це хороший провідник (+).

ü Характерна особливість напівпровідників — дуже сильна залежність їхньої провідності від стану речовини: температури, освітлення, наявності домішок тощо (+).

ü  

2. Задача

Електричне поле поширюється у вакуумі зі швидкістю 300 000 км/с. за який час воно пошириться на відстань, що дорівнює земному екватору (радіус Землі 6,4·10⁶ м), та на відстань від Землі до Сонця (1,5·10¹¹ м).

VI. Підбиття підсумків уроку. Рефлексія.

1.     Цікаво вам сьогодні було?

2.     Чи дізналися ви щось нове?

3.     Що саме вас зацікавило?

VІI. Завдання додому

1. Опрацювати § 9,  10 ст. 43.

2. Задача (винахідницька)

Як за допомогою електричного кола:(джерело струму, лампочка, ключ) з’ясувати чи заходиться в посудині дистильована вода (вода, звільнена від домішок)?

(Треба під єднати в таке коло дві пластинки, приєднані до різних полюсів джерела струму, і опустити їх у воду. Якщо лампочка засвітиться, тобто йтиме електричний струм у колі, значить вода НЕ дистильована. Якщо ж навпаки (струму не буде) – вода дистильована. Користуємося тим, що вода з домішками є провідником струму).