Конспект урока "Носители электрического заряда в различных средах" 10 класс


Кармышева Алла Юрьевна
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Лицей 83
города Уфы, учитель физики.
Урок по физике в 10 классе на тему: «Носители электрического
заряда в различных средах».
Раздел программы: «Ток в различных средах».
Тема урока: Носители электрического заряда в различных средах.
Место урока в разделе – 1-ый урок главы.
Цель урока: раскрыть механизм протекания электрического тока в
металлах, электролитах, полупроводниках, газах и вакууме.
Задачи урока:
- образовательные: сформировать знания о носителях электрического заряда в
различных средах и условиях их возникновения; умения сравнивать,
анализировать и делать выводы; работать в группе.
- воспитательные: формировать диалектическое мировоззрение.
- развивающие: развивать речь, мышление, умение анализировать и выделять
существенные признаки.
Тип урока: изучение нового материала (комбинированный).
Метод обучения: проблемное изложение изучаемого материала.
Подготовка к уроку:
- оборудование для демонстраций (источник тока, гальванометр, лампочка,
резистор, соединительные провода, дистиллированная вода, порошок медного
купороса, набор по электролизу, электронная лампа-диод, электрометр, свеча,
конденсатор на изолирующих штативах, термоэлемент полупроводниковый на
подставке, спиртовка).
- раздаточный материал – карточки с вопросами по теме.
-технические средства обучения: компьютер с мультимедиапроектором,
интерактивная доска, комплект Votum по количеству учеников в классе.
План урока:
1) Организация начала занятия - 1 мин.
2) Повторение (2 мин.)
3) Объяснение нового материала – 30 мин.
4) Закрепление нового материала – 7 мин.
5) Подведение итогов занятия, выставление оценок – 3 мин.
6) Объяснение домашнего задания – 2 мин.
Ход урока.
Ребята, сегодня на уроке нам предстоит выяснить механизм протекания
электрического тока в различных средах, типы носителей электрического
заряда и условия их возникновения.
Но, чтобы справиться с поставленной задачей, нам сначала необходимо
выполнить материал, заданный вам на сегодня для повторения.
Итак, ответьте на вопросы:
1) Что называется электрическим током?
2) Как называются вещества, способные пропускать электрический ток? не
проводящие электрический ток?
3) Что представляет собой электрический ток в металлах?
4) Что является мельчайшей частицей вещества?
5) Является ли электрон носителем свойств вещества?
6) Что называется электролитами?
На сегодняшнем уроке нам предстоит рассмотреть ток в металлах,
электролитах, газах, полупроводниках и вакууме. Для удобства давайте
начертим таблицу, в которой будем отражать все полученные результаты.
На сегодняшнем уроке нам предстоит рассмотреть ток в металлах,
электролитах, газах, полупроводниках и вакууме. Для удобства давайте
начертим таблицу, в которой будем отражать все полученные результаты.
Демонстрация 1: протекание электрического тока через резистор
(вспыхнувшая лампочка фиксирует наличие электрического тока).
Ток в металлах уже изучен нами в предыдущей главе «Постоянный
электрический ток». (Вместе с ребятами вспомнить, что носителями
электрического заряда в металлах являются электроны, которые присутствуют
в строении металлов и при включении внешнего электрического поля
становятся свободными и упорядоченно движутся против силовых линий
электрического поля, т.е. возникает электрический ток).
Демонстрация 2: сравнение электропроводности воды, медного купороса и его
водного раствора.
а) электроды опускаются в сосуд с дистилированной водой (лампочка не
горит);
б) электроды опускаются в сосуд с порошком медного купороса (лампочка не
горит);
в) электроды опускаются в сосуд с водным раствором медного купороса
(лампочка загорается).
Вывод: в водном растворе медного купороса существуют носители
электрического заряда.
На интерактивной доске объясняется
механизм возникновения носителей заряда
в водном растворе.
Молекула медного купороса представляет собой 2 иона:
положительный ион и отрицательный ион .
Название среды
Носители
электрического
заряда
Условия
возникновения
носителей эл.
заряда.
Происходит ли
перенос вещества
при протекании
тока?
Металлы
Электролиты
Газы
Полупроводники
Вакуум
Т.к. со всех сторон эта молекула окружена диполями
воды, то кулоновские силы, возникающие при
взаимодействии диполей воды с и , в конце
концов разрывают молекулу на ионы, которые
движутся: положительный ион меди к
отрицательному электроду, а отрицательный ион
- к положительному электроду, т.е. возникает
электрический ток.
Таким образом, источником возникновения носителей
электрического заряда является процесс
электролитической диссоциации. Поскольку
ионы являются носителями свойств вещества,
то при протекании тока через электролит происходит перенос вещества.
Демонстрация 3: Ионизация газов. К пластинам плоского конденсатора
подключают электрометр (заряженный) и наблюдают, что электрометр
длительное время не разряжается, потому что между пластинами находится
воздух, который является диэлектриком. Затем между пластинами вносится
зажженная свеча, и электрометр быстро разряжается.
Попросить ребят объяснить увиденное, подводя к мысли о том, что пламя
является ионизатором, а в результате ионизации появились свободные
электроны и положительные ионы, которые, двигаясь упорядоченно, создают
электрический ток.
Движение ионов в газах создает перенос вещества.
Полупроводники это вещества, которые по способности проводить
электрический ток занимают промежуточное положение между проводниками
и диэлектриками. К полупроводникам относятся редкоземельные металлы
(элементы IV группы таблицы Менделеева), некоторые сплавы.
Рассмотрим один из типичных представителей полупроводников германий.
Атом Ge со всех сторон окружен своими соседями, у каждого атома на внешней
орбите 4 электрона. Таким образом, два соседних атома связаны между собой 4
парами электронов, такая связь атомов называется парноэлектронной. Ни
одного свободного носителя нет.
Но если полупроводник подвергнуть внешнему воздействию виде тепла,
света и т.д.), то полученной энергии может хватить на то, чтобы выбить
электрон со своего места, т.е. он станет свободным, а на его месте образуется
вакансия, называемая словом дырка. Дырка не имеет заряда, это вообще не
частица, но всего лишь отсутствие электрона, но дырка ведет себя как
положительный заряд, и, если электрон заполнит дырку, то носителей заряда
станет на 2 меньше.
Дырки могут передвигаться путем их заполнения
электронами. Таким образом, направление движения
дырок противоположно направлению движения
электронов. Если число дырок и электронов одинаково,
это собственная проводимость.
Вывод: носителями электрического заряда
в полупроводниках являются электроны и дырки.
Если в 4-хвалентный элемент ввести 5-валентную примесь, то число свободных
электронов будет больше, чем дырок это электронная проводимость, а если
примесь будет 3-хвалентной, то дырок будет больше, чем электронов. Такая
проводимость называется примесной дырочной.
Таким образом, для возникновения носителей электрического заряда в
полупроводниках нужно либо внешнее воздействие, либо примесь.
Демонстрация 4: 2 вида электропроводности помощью полупроводникового
термоэлемента и гальванометра).
Т.к. электроны не переносят вещество, то переноса вещества при прохождении
тока через полупроводник не происходит.
Демонстрация 5: наблюдение термоэлектронной эмиссии с помощью
электронной лампы-диода и электрометра.
При пропускании тока через проводник он нагревается и энергия, выделенная в
полупроводнике, способна выбить из этого проводника большое количество
электронов.
Если часть электронов металла приобретает энергию, достаточную для
преодоления потенциального барьера их связи с металлом, то происходит
явление эмиссии.
Электронная эмиссия может происходить, в частности, при нагревании металла
(например, при пропускании по нему тока). В этом случае говорят о
термоэлектронной эмиссии.
Итак, давайте заполним таблицу:
Носители
электрического
заряда
Условия
возникновения
носителей
эл. заряда
Происходит ли
перенос вещества
при протекании тока
металлы
электроны
содержатся в
кристаллической
решетке
нет
электролиты
положительные и
отрицательные
ионы
электролитическ
ая диссоциация
есть
газы
электроны и
положительные
ионы
ионизатор
да
Ну, а теперь давайте проверим, как вы усвоили объяснение нового материала.
Таблица на доске закрывается, детям предлагаются задания с тестовыми
вопросами.
Вопросы для контроля (по системе VOTUM).
1)В каких средах электрический ток создается направленным движением
электронов?
2)В каких средах при протекании тока не происходит переноса вещества?
3)Какими носителями заряда создается ток в полупроводниках?
4)В одном случае в образец германия добавили трехвалентный индий, в другом
пятивалентный бор. Какой тип проводимости преобладает в каждом случае?
5)Какими носителями электрического заряда создается электрический ток в
вакууме?
6)В какой среде носителями заряда являются электроны и ионы?
7)Благодаря какому процессу может протекать ток в электролитах?
Подводятся итоги занятия, выставляются оценки.
Дети записывают домашнее задание, дается подробная инструкция по его
выполнению.
Д/з: §106, 107, 112.
полупроводник
и
электроны и дырки
внешнее
воздействие или
примесь
нет
вакуум
электроны
эмиссия
нет