Урок по физике на тему: "Зависимость сопротивления проводников от температуры. Сверхпроводимость."

Урок физики в 8 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 𝛂 металлов и сплавов»

Многочисленные опыты и  электронная теория

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

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

ρ = ⋅(1+ 𝛂)

Графически эту зависимость можно представить так:

 

Работа с таблицей.

1.      Найдите в таблице вещество с наименьшим температурным коэффициентом сопротивления (константан 𝛂 = 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 𝛂 = 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: п. 40 доклад