Урок в 10 классе на тему зависимость сопротивления проводника от температуры

Дата 25.01.2016

Урок физики в 10 классе по теме:

«Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость».

Цель урока:

• Способствовать формированию знаний о линейной зависимости металлического сопротивления проводника от температуры, о физическом смысле температурного коэффициента сопротивления, о зависимости сопротивления электролитов от температуры, практическом применении зависимости металлического сопротивления проводника от температуры, о сверхпроводимости.

• Способствовать формированию общеучебных умений и навыков: строить монологические ответы, решать задачи, наблюдать, делать выводы, работать с таблицей, обобщать.

• Способствовать умению выслушивать друг друга, работать самостоятельно, проводить самооценку своих знаний, работать в группах по созданию презентации и умению представить её.

Этап урока 1. Подготовка к восприятию нового материала.

1. Что понимают под сопротивлением проводника? (физ. величина, характеризующая проводник и показывающая, как проводник препятствует направленному движению заряженных частиц т. е. току)

2. От чего зависит сопротивление проводника? (от размеров проводника и от материала из которого он изготовлен).

3. Какая формула отображает эту зависимость? ( R = , где:ρ - удельное l - сопротивление проводника, s - удельное сопротивление проводника).

Этап урока 2. Создание проблемной ситуации

А как вы думаете зависит ли сопротивление металлического проводника от температуры? (обычно мнения ребят разделяются: одни считают- ДА, другие НЕТ)

Записывается тема урока.

Ставятся задачи перед учениками:

• Выяснить зависит ли сопротивления проводника от температуры.

• Если зависит, то как?

Давайте обратимся к опыту. Включим в цепь, содержащую батарею аккумуляторов, стальную спираль (см. рис.)следовательно с ней включим лампу, по свечению которой можно судить об изменении силы тока в цепи (вместо лампы можно использовать амперметр демонстрационный).

Нагревая спираль при помощи горелки, видим. Что яркость лампы уменьшилась. Следовательно ток в цепи уменьшился. Значит при нагревании стального проводника сопротивление проводника увеличивается. Заменяя стальную спираль другими металлическими проводниками, можно убедиться в том, что при повышении температуры сопротивление всех металлических проводников растет

Ожидаемые результаты:

Ученики наблюдают и делают вывод: 1) при нагревании металлического проводника сопротивление его увеличивается.

2)При повышении температуры сопротивление всех металлических проводников растет, но у одних рост сопротивления сильнее, чем у других.

Этап 3 Объяснение учителя, работа с таблицей № 9 «Температурный коэффициент сопротивления металлов и сплавов»

Рымкевич А.П.

Физика. Задачник. 10-11 кл. : Пособие для общеообразоват. учеб. учреждений -7 е изд., стериотип. -М.: Дрофа, 2010. - 192с.

Многочисленные опыты и электронная теория

Проводимости металлов показывает, что каждое вещество можно характеризовать постоянной для него величиной, называемой температурным коэффициентом сопротивления . Этот коэффициент равен относительному изменению удельного сопротивления при его нагревании на 1 К:

= ; где: - удельное сопротивление при температуре = 0⁰С, - сопротивление при температуре Отсюда зависимость удельного сопротивления металлического проводника от температуры выражается линейной функцией:

ρ = ⋅(1+ )

Графически эту зависимость можно представить так:

ρo

0

t⁰

ρ

Работа с таблицей.

1. Найдите в таблице вещество с наименьшим температурным коэффициентом сопротивления (константан = 0, 00003,К ^-1 удельное сопротивление константана велико: ρ = 10^-6 Ом⋅м), такие сплавы используют для изготовления эталонных сопротивлений и добавочных сопротивлений к измерительным приборам, т. е. в тех случаях, когда требуется , чтобы сопротивление заметно не менялось при колебаниях температуры..

2. Что показывает это число? (относительное изменение удельного сопротивления проводника при его нагревании на 1 К)

3. Какое вещество обладает наибольшим температурным коэффициентом сопротивления? (сталь = 0, 006,К ^-1) Почему я его использовала в опыте самым первым? (он обладает наибольшим коэффициентом сопротивления).

4. Что показывает это число? (относительное изменение удельного сопротивления проводника при его нагревании на 1 К)

5. Проанализируйте данные таблицы и предложите вещество для изготовления термометра , какими преимуществами он обладает по сравнению с жидкостным?

Объяснение на основе молекулярного строения вещества зависимости сопротивления проводника от температуры

Этпап 4

Фрагмент презентации учителя (слайд 1)

Термометр сопротивления

Основной частью термометра служит платиновая проволока, намотанная на керамический каркас.

Достоинства:

можно пользоваться для измерения очень высоких температур и весьма низких;

высокая точность (измеряют температуру с точностью до тысячных долей градуса)

Ответьте на вопросы

Вольтамперная характеристика вольфрамовой нити лампы накаливания при ее работе.

Почему зависимость I=I(U) не прямо пропорциональная ?

1. Сопротивление металлического проводника с ростом температуры…

2. При прохождении тока через сверхпроводник наблюдаются такие действия тока, как…

3. В сильном магнитном поле сверхпроводящие свойства становятся…

4. Какой график на рисунке соответствует зависимости сопротивления проводника от температуры?

5. Как изменятся сила тока, сопротивление и концентрация носителей заряда с ростом температуры медного проводника?

Физические величины Изменение

А) сила тока 1) уменьшится

Б) сопротивление 2) увеличится

В) концентрация 3) не изменится

(7-8 мин. Самопроверка, выставление оценки)

Ответы

1. Увеличивается, 2. Магнитное, 3. Исчезают. 4. 3,

5.

А

Б

В

1

2

3

Реши задачи

• Каков температурный коэффициент электрического сопротивления материала проводника, если при нагревании от 0°С до 100°С его электрическое сопротивление увеличилось на 0,001?

• Электрическое сопротивление вольфрамовой нити электрической лампы при 0 °С равно 3,6 Ом. Найдите электрическое сопротивление нити при 2700К.

Этап 5

Как зависит сопротивление проводника при низких температурах?

Презентация «Сверхпроводимость» (подготовил ученик с хорошей успехами в изучении физики)

Слад 1

Сопротивление металлических проводников уменьшается при понижении температуры. Однако до конца XIX в. нельзя было проверить, как зависит сопротивление проводников от температуры в области очень низких температур.

Слайд 2

В начале XX в. голландскому учёному Г. Камерлинг-Оннесу удалось превратить в жидкое состояние гелий (Tкип = 4,2 К). Это дало возможность измерить сопротивление некоторых чистых металлов при их охлаждении до очень низкой температуры.

Слайд 3

В 1911 г. работа Камерлинг-Оннеса завершилась крупнейшим открытием. Исследуя сопротивление ртути при её постоянном охлаждении, он обнаружил, что при температуре 4,12 К сопротивление ртути скачком падало до нуля. Показан график зависимости удельного сопротивления охлаждения ртути в жидком гелии от температуры.

Слайд 4

Металлы, их температура сверхпроводящего перехода,

Tc, К, год опубликования обнаружения

Слайд 5

• Оннес не только обнаружил сверхпроводимость ртути, олова и свинца, но и нашел первые сверхпроводящие сплавы - сплавы ртути с золотом и оловом.

• С тех пор эта работа продолжалась, «на сверхпроводимость» проверялись всё новые соединения и постепенно класс сверхпроводников расширялся.

• Сверхпроводимость - полная потеря металлом электрического сопротивления при определенной температуре.

Слайд 6

Описаны опыты со свинцовым кольцом

Удивительное свойство сверхпроводимости особенно наглядно было продемонстрировано на заре открытия этого явления в опытах со свинцовым кольцом, находящимся при температуре, близкой к абсолютному нулю.

Если создать в цепи ток, а затем отключить источник питания, то в обычных проводниках он быстро затухает. Ток же, возникающий в сверхпроводнике может сохраняться неограниченно долго благодаря отсутствия сопротивления.

Слайд 7

• Не все материалы могут стать сверхпроводниками, но их число достаточно велико.

• Выяснилось, что при протекании сильных токов по чистым металлам вокруг них создаётся сильное магнитное поле и сверхпроводимость у них пропадает.

• Выход из положения был найден - некоторые сплавы металлов сохраняют сверхпроводимость при протекании по ним сильного тока

Слайд 8

• Высокотемпературные сверхпроводники могут сделать переворот в энергетике. Сверхпроводящие кабели могут без потерь передавать энергию на большие расстояния. Они могут служить обмотками, создающими сильные магнитные поля.

• Высокотемпературные сверхпроводники могут служить в качестве накопителей энергии.

Слайд 9

• Фотография сверхпроводящего кабеля Пучок тончайших

проволочек из сплава ниобия с оловом и трубочек, по

которым течёт жидкий гелий, запрессован в медную

оболочку.

Слайд 10

• Сверхпроводники найдут широко применение

в различных отраслях техники: электроэнергетике (сверхпроводящие обмотки и кабели), транспорте (поезд на магнитной подушке) и др.

Подведение итога урока

Дома: §