Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / План урока на тему "Зависимость сопротивления проводников от температуры" (10 класс)
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Физика

План урока на тему "Зависимость сопротивления проводников от температуры" (10 класс)

библиотека
материалов

Зависимость сопротивления проводников от температуры.

Сверхпроводимость.


Цель урока: объяснить физическую природу зависимости сопротивления проводников от температуры; ввести понятие температурного коэффициента сопротивления и сверхпроводимости.

Задачи урока:

Образовательные:

  • на основе демонстрации опытов объяснить увеличения сопротивления металлов от температуры и уменьшения у электролитов, получить формулу связи R от t ;

  • ознакомить с явлением сверхпроводимости

Развивающие:

  • развитие речи, умения выражать и защищать свою точку зрения;

  • развитие познавательных умений

Воспитательные:

  • вовлечь всех учащихся в творческую работу;

  • воспитание мотивов учения, положительного отношения к знаниям

Тип урока: комбинированный.

Формы организации урока: фронтальная, индивидуальная.

Методы: рассказ, демонстрация опытов, исследование, записи на доске, беседа.

Тип урока: комбинированный.

Формы организации урока: фронтальная, индивидуальная.

Методы: рассказ, демонстрация опытов, исследование, записи на доске, беседа.

Оборудование к уроку:

1) прибор для показа зависимости сопротивления металлов от температуры;

2) спиртовка, спичка;

3) раствор медного купороса;

4) амперметр постоянного тока;

5)гальванометр

6)U-образная трубка

7) источник постоянного тока.

8) ПК, мультимедиа-проектор, компьютерная презентация.

Ход урока

I. Оргмомент.

II. Фронтальный опрос (Слайд 1)

Электрический ток в металлах

а) Что называют электрическим током?

б) Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

в) Перечислите хорошие проводники электрического тока.

г) Какой проводимостью обладают металлы? Чем это объясняется?

Носители свободных зарядов в металлах

- свободные электроны, которые упорядоченно перемещаются вдоль проводника под действием электрического поля с постоянной средней скоростью (из-за тормозного действия положительно заряженных ионов кристаллической решетки) (Слайд 4,5)

Металлы обладают электронной проводимостью.


hello_html_m401becdb.png

III.Зависимость сопротивления проводника R от температуры:

а) Как можно рассчитать сопротивление проводника?

б) Что такое ρ?

hello_html_30603b6.png


Различные вещества имеют разные удельные сопротивления (см. § 104).

Проблемный вопрос. Зависит ли сопротивление от состояния проводника? от его температуры? Выслушать мнение учащихся. Ответ должен дать опыт.

Если пропустить ток от аккумулятора через стальную спираль, а затем начать нагревать ее в пламени горелки, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с изменением температуры сопротивление проводника меняется. (Опыт№1, рис 1.) Учащиеся наблюдают уменьшение накала спирали и уменьшение силы тока в цепи.

Вопросы учащимся: Как обьяснить данный опыт?

Как меняется сопротивление спирали в зависимости от температуры?

Выслушать рассуждения учащихся.

Увеличение сопротивления можно объяснить тем, при повышении температуры увеличивается скорость и амплитуда хаотического движения ионов кристаллической решетки металла и свободных электронов. Это приводит к более частым их соударениям, что затрудняет направленное движение электронов, то есть увеличивает электрическое сопротивление. (Слайд 7)

Если при температуре, равной 0°С, сопротивление проводника равно Rо, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, прямо пропорционально изменению температуры t:

hello_html_m4cfadc91.gif

При нагревании размеры проводника меняются мало, а в основном меняется удельное сопротивление.

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры:

hello_html_3c5e6d28.png

где ρ0 - удельное сопротивление при 0 градусов,

t - температура,

α - температурный коэффициент сопротивления

( т.е. относительное изменение удельного сопротивления проводника при нагревании его на один градус)

hello_html_23074682.png


Для металлов и сплавов hello_html_m35afda3a.png

Обычно для чистых металлов принимается hello_html_m5e330ca4.png

Таким образом, для металлических проводников с ростом температуры


hello_html_5431ec4f.png Рис 1

увеличивается удельное сопротивление, увеличивается сопротивление проводника и уменьшается электрический ток в цепи.

Сопротивление проводника при изменении температуры можно рассчитать по формуле:


R = Ro (1 + αt)


где Ro - сопротивление проводника при 0 градусов Цельсия

t - температура проводника

α - температурный коэффициент сопротивления

(Слайды 8,9)

Хотя коэффициент α довольно мал, учет зависимости сопротивления от температуры при расчете нагревательных приборов совершенно необходим. Так, сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока более чем в 10 раз.

У некоторых сплавов, например, у сплава меди с никелем (константан), температурный коэффициент сопротивления очень мал: α ≈ 10-5 K-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.

Вывод. Удельное сопротивление (соответственно и сопротивление) металлов растет линейно с увеличением температуры.

(Дополнительно.) У растворов электролитов оно уменьшается при увеличении температуры. (рис.2)

(Опыт №2.) Учащиеся наблюдают увеличение силы тока, проходящего через раствор медного купороса при нагревании раствора.

Вопрос учащимся: Как обьяснить данный опыт?


Выслушать мнение учащихся по наблюдаемому опыту.

Уменьшение сопротивления объясняется увеличением степени диссоциации и образованием свободных носителей зарядов

(Слайд 10)

hello_html_663df504.pngРис. 2


IV. Явление сверхпроводимости

Сверхпроводимость – физическое явление, заключающееся в скачкообразном падении до нуля сопротивления вещества.

Сверхпроводник – вещество, которое может переходить в сверхпроводящее состояние.

Открытие низкотемпературной сверхпроводимости:

1911г. - голландский ученый Камерлинг - Онес

наблюдается при сверхнизких температурах (ниже 25 К) во многих металлах и сплавах;

при таких температурах удельное сопротивление этих веществ становится исчезающе малым.

(Слайды 11,12)

В 1957 г. дано теоретическое объяснение явления сверхпроводимости:

Купер (США), Боголюбов (СССР)

1957г. опыт Коллинза: ток в замкнутой цепи без источника тока не прекращался в течение 2,5 лет.

В 1986 г. открыта (для металлокерамики) высокотемпературная сверхпроводимость (при 100 К).


Трудность достижения сверхпроводимости:

- необходимость сильного охлаждения вещества


Применение явления сверхпроводимости (Слайд 13)

1)Экранирование

Сверхпроводник не пропускает магнитный поток, следовательно, он экранирует электромагнитное излучение. Используется в микроволновых устройствах, а также при создании установок для защиты от излучения при ядерном взрыве

2)Магниты

- научно-исследовательское оборудование

- магнитная левитация

- получение сильных магнитных полей;

- мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой в ускорителях и генераторах.

НТСП магниты используются в ускорителях частиц и установках термоядерного синтеза

Интенсивно проводятся работы по созданию поездов на магнитной подушке. Прототип в Японии использует НТСП.

3)Передача энергии

4)Аккумулирование

Возможность аккумулировать электроэнергию в виде циркулирующего тока

5)Вычислительные устройства

Комбинация полупроводниковых и сверхпроводящих приборов открывает новые возможности в конструировании аппаратуры.


В настоящий момент в энергетике существует большая проблема

- большие потери электроэнергии при передаче ее по проводам.


Возможное решение проблемы:

при сверхпроводимости сопротивление проводников приблизительно равно 0 и потери энергии резко уменьшаются


Вещество с самой высокой температурой сверхпроводимости. В марте 1988 г. в Исследовательском центре компании ИБМ в Сан-Хосе, штат Калифорния, США, при температуре –148°С было получено явление сверхпроводимости. Проводником служила смесь оксидов таллия, кальция, бария и меди – Тl2Са2Ва2Сu3Оx.


???

1. Когда электрическая лампочка потребляет большую мощность: сразу после включения ее в сеть или спустя несколько минут?

2. Если бы сопротивление спирали электроплитки не менялось с температурой, то ее длина при номинальной мощности должна быть большей или меньшей?


V. Закрепление изученного материала методом решения задач. (Слайды 14-17)

1.Сопротивление медного провода при 00С равно 4 Ом. Найдите его сопротивление при 500С. Если температурный коэффициент сопротивления меди α = 4,3∙10-3 К-1.

2.(№864-Р). При какой температуре сопротивление серебряного проводника станет 2 раза больше, чем при 00С?

3.(868 №) На сколько процентов изменится мощность, потребляемая электромагнитом, обмотка которого выполнена из медной проволоки. При изменении температуры от 0 до 300С?

4. (№869-Р) На баллоне электрической лампы написано 220 В, 100 Вт. Для измерения сопротивления нити накала в холодном состоянии на лампу подали напряжение 2 В, при этом сила тока была 54 мА. Найти приблизительно температуру накала вольфрамовой нити

Решения задач:

  1. hello_html_12b172c.gif


  1. (№864)hello_html_mb7fb895.gif


  1. (868) hello_html_m6b62e870.gif


Ответ: уменьшится на 11%


  1. (869) hello_html_m5c71bff4.gif


1+hello_html_62602cc7.gif=hello_html_m669c915a.gif; hello_html_m5c8005be.gif


На дом:§113,114.

№865,870


  1. Сопротивление вольфрамовой нити лампы при 20˚С равно 20 Ом, а при 3000˚С равно 250 Ом. Найти α вольфрамовой нити (0,0042 град-1)


Дополнительный материал к уроку

Металлический термометр сопротивления


Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Наиболее распространённый тип термометров сопротивления — платиновые термометры. Это объясняется тем, что платина имеет высокий температурный коэффициент сопротивления и высокую стойкость к окислению. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом не менее 0,003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Действующий стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ Р 8.625-2006 (Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). В стандарте приведены диапазоны, классы допуска, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте впервые отказались от нормирования конкретных номинальных сопротивлений. Сопротивление изготовленного термометра может быть любым. Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает погрешность не лучше 0,1 °C (класс АА при 0 °C). Термометры сопротивления на основе напыленной на подложку плёнки отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов составляет 660 °C (класс С), для плёночных 600 °C (класс С).


Краткая теория сверхпроводимости.


Современная теория сверхпроводимости состоит в том, что при температурах, близких к нулю Кельвина, происходит особое взаимодействие между электронами (с порождением и поглощением фотонов), которое характеризуется притяжением между электронами. При таком взаимодействии фотонное притяжение электронов сильнее кулоновского отталкивания. А поэтому все электроны проводимости образуют связанный коллектив, который не может отдавать энергию малыми порциями. Энергия коллективизированных электронов не расходуется на тепловые колебания ионов. А поэтому сопротивление проводника практически равно нулю. Критическая температура (при которой удельное сопротивление резко падает) для сверхпроводников находится по таблице. Сверхпроводники применяются для получения мощных электромагнитов в ускорительных приборах.


Литература

1.Г.Я.Мякишев. Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10

2. А.П. Рымкевич. Сборник задач по физике

http://class-fizika.narod.ru/10_9.htm

http://www.electrolibrary.info/history/sverkhprovodimost.htm

http://www.nado5.ru/e-book/zavisimost-soprotivleniya-provodnika-ot-temperatury

http://do.gendocs.ru/docs/index-380436.html?page=3

http://elementy.ru/lib/430825/430831



Автор
Дата добавления 24.10.2015
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров2106
Номер материала ДВ-093119
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх