Будемо будувати методичну розробку наступним чином, спочатку визначається основна дидактична ідея, потім — результати за групами, а вже через проблемні ситуації, дослідження, пояснення та рефлексію учні виходять на потрібне поняття.
Тип уроку: урок формування нових знань і способів діяльності.
Основна ідея уроку: спираючись на сформовані в 8 класі поняття електричного струму, електричного поля, сили струму та електричного опору, підвести учнів до розуміння мікроскопічної природи електричного струму в металах; з'ясувати роль вільних електронів у провідності металів та пояснити, чому під час нагрівання металевого провідника його електричний опір збільшується.
Результати навчання у фокусі уроку
| Група | Результат, який формуємо |
|---|---|
| 1. Пізнання світу природи засобами наукового дослідження | Спостерігає прояви електричного струму в металевих провідниках; досліджує залежність електричного опору металу від температури; висуває припущення щодо мікроскопічної природи електричного струму; аналізує результати досліду та формулює висновки. |
| 2. Опрацювання, систематизація та представлення інформації | Опрацьовує інформацію про будову металів і рух вільних електронів; працює зі схемами, моделями, графіками та формулами; встановлює зв'язок між температурою та опором металевого провідника; представляє результати спостережень і пояснень. |
| 3. Усвідомлення закономірностей природи, ролі природничих наук і техніки | Розуміє, що носіями електричного струму в металах є вільні електрони; пояснює напрямлений рух електронів під дією електричного поля; встановлює залежність електричного опору металу від температури; розуміє фізичний зміст температурного коефіцієнта опору та явища надпровідності. |
| 4. Розвиток наукового мислення, розв'язання проблем | Аналізує проблемні ситуації, пов'язані з електропровідністю металів; пояснює, чому металевий провідник нагрівається під час проходження струму; прогнозує зміну опору провідника при зміні температури; застосовує набуті знання для пояснення роботи електричних пристроїв і розв'язування якісних та розрахункових задач. |
Хід уроку
І. Організація навчальної діяльності
ІІ. Актуалізація знань
Учитель пропонує пригадати матеріал 8 класу.
— Що називають електричним струмом?
— Які умови необхідні для існування електричного струму?
— Що є джерелом електричного поля в електричному колі?
— Що характеризує сила струму?
— Що характеризує електричний опір?
— Від чого залежить опір провідника?
Учитель звертає увагу на останнє запитання:
Ми знаємо, від чого залежить опір провідника, але ще не розглядали детально, чому саме температура впливає на опір металу.
ІІІ. Створення проблемної ситуації
IV. Дослідницька ситуація «Чи впливає температура на опір?»
V. Що відбувається всередині металу?
У металі атоми розташовані у певному порядку, утворюючи кристалічну ґратку.
Частина електронів може вільно переміщуватися між атомами.
Учитель:
Уявімо метал як своєрідну «сітку», у якій можуть рухатися вільні електрони.
Без електричного поля
Електрони здійснюють хаотичний тепловий рух.
Учитель запитує:
Якщо електрони рухаються, чому в колі не виникає електричний струм?
Учні доходять висновку:
Рух електронів є хаотичним, тому немає переважного напрямку руху.
VI. Електричне поле впорядковує рух
Що зміниться, якщо до металевого провідника під'єднати джерело струму?
Учні пригадують поняття електричного поля.
Учитель:
Електричне поле діє на вільні електрони. До їхнього хаотичного руху додається напрямлений рух.
Формуємо поняття:
Електричний струм у металах — це впорядкований рух вільних електронів під дією електричного поля.
VII. Важливе уточнення про напрям струму
Учитель ставить запитання:
Якщо носіями струму в металі є електрони, то в якому напрямку вони рухаються?
Учні встановлюють:
електрони рухаються від негативного полюса джерела до позитивного.
Учитель нагадує:
За домовленістю напрям електричного струму вважають протилежним напрямку руху електронів.
Тобто:
напрям струму →
напрям руху електронів ←
Цей момент важливо проговорити, оскільки він часто спричиняє труднощі під час подальшого вивчення електрики.
VIII. Чому метал чинить опір руху електронів?
Учитель:
Якщо електрони можуть рухатися всередині металу, чому їхній рух не є абсолютно вільним?
Учні висувають припущення.
Учитель пояснює:
Під час руху електрони взаємодіють із частинками кристалічної ґратки. Через ці взаємодії напрямлений рух електронів утруднюється.
Так формується фізичне пояснення електричного опору металу.
IX. Чому при нагріванні опір збільшується?
Учитель повертається до проблеми уроку.
Що відбувається з частинками кристалічної ґратки під час нагрівання?
Учні:
Вони коливаються сильніше.
Учитель:
Отже, під час нагрівання металу коливання частинок кристалічної ґратки посилюються. Електронам стає важче здійснювати напрямлений рух.
Схема на дошці:
підвищення температури
↓
посилення коливань частинок ґратки
↓
більше перешкод руху електронів
↓
збільшення електричного опору
X. Формуємо закономірність
Для металевого провідника в певному температурному інтервалі:
де:
— опір за температури ;
— опір за початкової температури ;
— температурний коефіцієнт опору;
.
Учитель:
Температурний коефіцієнт опору характеризує, як змінюється опір речовини зі зміною температури.
Для металів:
Тому зі збільшенням температури опір металевого провідника збільшується.
XI. Робота з графіком
Учитель демонструє графік залежності .
Запитання:
Яка величина відкладена по горизонтальній осі?
Яка — по вертикальній?
Як змінюється опір зі збільшенням температури?
Чи є ця залежність прямою лінією?
Що можна сказати про метал із більшим температурним коефіцієнтом?
Учні аналізують графік і формулюють висновок.
XII. Проблемне завдання «Холодна і гаряча лампа»
Учитель:
Лампа розжарювання має металеву спіраль. Після вмикання спіраль швидко нагрівається.
Запитання:
Чому опір спіралі холодної лампи відрізняється від її опору після нагрівання?
Учні використовують щойно сформовані знання.
Очікувана логіка:
нагрівання спіралі
↓
зростання температури
↓
посилення коливань кристалічної ґратки
↓
збільшення опору
XIII. Явище надпровідності
Учитель ставить проблемне запитання:
Ми з'ясували, що в металів при нагріванні опір збільшується. А чи можна зробити так, щоб опір металу став надзвичайно малим?
Учитель вводить поняття надпровідності.
За певних дуже низьких температур деякі речовини переходять у стан, у якому їхній електричний опір стає практично нульовим.
Запитання
Чому таке явище може бути важливим для техніки?
Учні висловлюють припущення.
Учитель наводить приклади застосування надпровідності:
потужні магнітні системи;
медична діагностика;
наукові установки;
спеціальні електричні системи.
XIV. Порівнюємо три ситуації
На дошці:
| Ситуація | Рух електронів | Електричний струм |
|---|---|---|
| Метал без зовнішнього електричного поля | хаотичний | немає напрямленого струму |
| Метал у електричному полі | хаотичний + напрямлений | є струм |
| Нагрівання металу | посилюється тепловий рух частинок ґратки | опір зростає |
Учні пояснюють кожен рядок.
XV. Застосування знань
Завдання 1
Два однакові металеві провідники перебувають за різних температур.
Перший має температуру , другий — .
У якого провідника більший опір?
Обґрунтуй відповідь.
Завдання 2
Чому електричний дріт під час проходження струму може нагріватися?
Учні мають пов'язати:
електричне поле → напрямлений рух електронів → взаємодія з ґраткою → виділення енергії → нагрівання.
Завдання 3
Чому збільшення температури металевого провідника не призводить до зменшення його опору?
Учень має використати мікроскопічне пояснення.
XVI. Формувальне оцінювання
| Ознака результату | Що демонструє учень |
|---|---|
| Спостерігає | визначає зміну опору металу під час нагрівання |
| Досліджує | висуває припущення та аналізує результат досліду |
| Опрацьовує інформацію | читає схеми, графіки, формули |
| Пояснює | пояснює природу електричного струму в металах |
| Встановлює закономірність | пов'язує температуру металу з його опором |
| Застосовує знання | пояснює роботу електричних пристроїв |
| Розв'язує проблеми | обґрунтовує відповіді на проблемні запитання |
| Робить висновок | формулює залежність між температурою та опором |
XVII. Рефлексія
Учитель пропонує завершити речення:
Електричний струм у металах — це...
Носіями струму в металах є...
Без електричного поля електрони...
Під дією електричного поля електрони...
Під час нагрівання металу його опір...
Це відбувається тому, що...
Температурний коефіцієнт опору характеризує...
Підсумкове проблемне запитання
Як можна пояснити залежність електричного опору металевого провідника від температури, якщо розглядати метал на рівні частинок?
Очікувана логіка:
підвищення температури → посилення коливань частинок кристалічної ґратки → збільшення взаємодії з електронами → утруднення їхнього напрямленого руху → збільшення опору.
XVIII. Домашнє завдання
Обов'язкове:
Опрацювати матеріал уроку.
Знати означення електричного струму в металах.
Пояснювати роль вільних електронів.
Пояснювати залежність опору металу від температури.
Опрацювати формулу
На вибір:
Дослідницьке:
З'ясувати, де в техніці використовують залежність електричного опору металів від температури.
Інформаційне:
Підготувати коротке повідомлення про явище надпровідності.
Проблемне:
Знайти приклад пристрою, у якому зміна електричного опору залежно від температури використовується для вимірювання або автоматичного регулювання температури.
Місце уроку в траєкторії формування результатів
Попередня ланка:
електричний струм → сила струму → напруга → опір → закон Ома
↓
але що є носіями струму в речовині?
↓
будова металу
↓
вільні електрони
↓
напрямлений рух електронів
↓
електричний струм у металах
↓
взаємодія електронів із кристалічною ґраткою
↓
електричний опір
↓
нагрівання металу
↓
посилення теплових коливань ґратки
↓
збільшення опору
↓
температурний коефіцієнт опору
↓
надпровідність
Немає коментарів:
Дописати коментар