Урок по физике по теме "Электрический ток в различных средах"

Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики

Государственное профессиональное образовательное учреждение

Торезский горный техникум им.А.Ф.Засядько

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

открытого занятия

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ

по дисциплине

ФИЗИКА

Специальность: 21.02.17«Подземная разработка полезных ископаемых»

2015

Методическая разработка открытого занятия по дисциплине «Физика».

Подготовил Кучеренко В.В.-  преподаватель ГПОУ «Торезский горный техникум им. А.Ф.Засядько», преподаватель квалификационной категории «Специалист первой   категории»

Изложена методика проведения лекционного занятия, направленного на развитие навыков поисково-экспериментальной  самостоятельной работы студентов.

Для преподавателей физики государственных профессиональных образовательных учреждений

Рецензенты:   Бережная Елена Владимировна- преподаватель физики                                        ГПОУ «Шахтёрский техникум кино и телевидения им.А.А.Ханженкова», преподаватель квалификационной категории «Специалист высшей категории»

                       Моисеева Наталия Ивановна – преподаватель физики ГПОУ

                         «Торезский горный техникум им.А.Ф.Засядько»,преподава-тель квалификационной категории «Специалист первой   категории»

Одобрена и рекомендована с целью практического применения

цикловой комиссией физико-математических дисциплин

протокол № ___ от «___»_________2015 г.

Председатель ЦК__________ А.М. Тарасова

СОДЕРЖАНИЕ

1. Аннотация ...................................................................................................	4
2. Методические рекомендации по проведению занятия ..............................	5
3. План открытого занятия ...............................................................................	6
4. Структура занятия .........................................................................................	7
5. Ход занятия ....................................................................................................	8
6. Приложения ...................................................................................................	14

                                           АННОТАЦИЯ

Современная физика имеет фундаментальное значение для теории познания, формирования научного мировоззрения, понимания строения и свойств окружающего  мира.

Одним из важных разделов физики является электродинамика, которая рассматривает распределение и перемещение электрических зарядов в пространстве и веществе, а также использование и распределение электрической энергии на предприятиях и в быту.

Изучение условий прохождения электрического тока в жидкостях привело английского химика Деви к открытию ряда новых химических элементов  - щелочных и щелочноземельных, например натрия и калия в 1807 году, а в 1808-кальция.
           Используя электролиз воды,  Деви впервые показал, что вода не является простым элементом, как считали его современники. Применив элекролиз он также доказал, что многие другие элементы имеют сложное строение  ( например щелочи, которые до этого представляли простыми элементами).

Большое значение  для становления в науке электрических представлений имели работы физика Майкла Фарадея и открытые им законы электролиза.
            В наше время  с помощью электролиза вырабатывают алюминий ( это единый осуществляемый  в промышленности процесс ), рафинируют от примесей медь, которая потом используется в электротехнической промышленности и прочее.
           Цель написания данной методической разработки – ознакомление преподавателей с методикой проведения тематической лекции , которая содержит элементы поисково-экспериментальной и самостоятельной работы студентов. Считаю, что лекция как вид занятия более всего отвечает данной теме занятия и позволяет использовать разные методы  и формы изложения учебного материала и контроля знаний студентов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ

И ПРОВЕДЕНИЮ ЗАНЯТИЯ

Подготовку к лекции можно условно разделить на три этапа:

1. Предварительная работа. Первый этап – исследовательский процесс. Я определил актуальность будущей лекции,по теме «Электрический ток в электолитах», практическую значимость темы, установил круг вопросов, решение которых будет необходимо будущим механикам,в их профессиональной деятельности.

2. Разработка содержания будущей лекции. Постановка в начале занятия вопроса,заданного студентам: «Какие условия необходимы,чтобы электрическая лампа излучала свет?», позволяет проводить аккуализацию опорных знаний студентов. 

Во время работы над текстом лекции, при определении объёма информации, которую необходимо сообщить студентам, внесении ключевых параметров, понятий о них развернутыми определениями возник вопрос визуального оформления теоретического материала.То есть создание презентации по соответствующей теме дисциплины «Физика».

Мой опыт работы в техникуме позволяет сделать вывод о том,что студенты закончив учёбу и приступив к производственной деятельности по новому осмысливают связь теории с практикой, развитие научно-технического прогресса. Поэтому, обьяснив на примерах,как за последние 20-25 лет расширилась сфера практического применения электрического тока в неметаллических проводниках, перед ними уже сейчас необходимо ставить вопрос о скорейшем внедрении в повседневную жизнь энергосберегающих технологий и защиты окружающей среды.

Все эти вопросы я ввёл и планирую реализовать и осветить при изучении данной темы

3. Подготовка к лекции как к акту публичного выступления – третий этап работы. На этом этапе я планирую реализовать и осветить при изучении данной темы все эти вопросы в процессе выступления перед  студентами.

ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ

Дисциплина: Физика

Группа: 1 ПРПИ-15                                               

Дата проведения:  15.02.2015г.   

Специальность:  21.02.17«Подземная разработка полезных ископаемых»

Тема занятия:  Электрический ток в электролитах

Цель занятия:

Методическая:

Совершенствовать:

-                                 методику проведения лекционного занятия с элементами поисково-экспериментальной и самостоятельной работы студентов;

-            различные средства актуализации знаний студентов и методику закрепления материала.

Дидактическая:

-                                 изучить физическое содержание первого и второго законов Фарадея, ознакомить студентов с техническим применением электролиза .       

-                                 развивать логическое мышление и познавательную активность студентов;

-                                 формировать у студентов умение самостоятельной работы с учебным материалом и навыки поисково-экспериментальной деятельности

Воспитательная:        

-             формировать интерес к будущей профессии;

-             содействовать развитию чувства ответственности.

Вид занятия:   лекция

Форма проведения: лекция с элементами поисково-экспериментальной и самостоятельной работы студентов.

Межпредметные связи:

Обеспечивающие:    химия , математика.

Обеспечиваемые:  общая электротехника, технология конструкционных материалов.

Методическое обеспечение:

   - учебная программа дисциплины «Физика»;

   - рабочая учебная программа;

   - методическая разработка открытого занятия;

   - опорный конспект лекции;

   - тестовый контроль;

   - презентация по теме «Электрический ток в электролитах»

 Технические средства обучения:  источник тока, лампочка на подставке,  лабораторный стакан, прибор демонстрации электролиза,соединительные проводники .

Литература:

     Основная:

1.                       Мякишев Г.Я. Физика: [Текст]учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев , Н.Н Сотский; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. – 17 изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 2013. – 366 с.

2.                       Волков В.А. Универсальные  поурочные разработки  по физике : [Текст]10 класс. – М.: Вако, 2007. – 400 с. – (В помощь школьному учителю).

        Дополнительная:

   1. Международный научно- образовательный интернет-журнал для школьников [Электронный ресурс] :http: // www. oscteam.com.

   2. [Электронный ресурс] :http: // www.phisyks-animation.com.

СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ

1. Организационный момент	2 минуты
2. Ознакомление с темой и  целью занятия	2 минут
3. Мотивация познавательной деятельности студентов	3 минуты
4. Актуализация опорных знаний	15 минут
5. Изложение  нового материала	30 минут
6. Закрепление знаний студентов	20 минут
7. Подведение итогов занятия	6 минут
8. Домашнее задание	2 минуты

ХОД ЗАНЯТИЯ

1.   Организационный момент

1.1       Приветствие студентов; проверка готовности аудитории, студентов к занятию

1.2       Проверка наличия студентов

2.   Ознакомление с целью и темой занятия

  2.1  Тема: „Электрический ток в электролитах”

 2.2  Цель:

      -  изучить  теоретический материал темы, раскрыть явление электролиза , химических преобразований вещества , законов электролиза Фарадея , технического применения электролиза ;

       - развивать логическое мышление и познавательную активность студентов, навыки самостоятельной и поисково-экспериментальной работы;

      - раскрыть возможные  ситуации, связанные с процессом электролиза, которые могут возникнуть на производстве и в быту .

3. Мотивация познавательной деятельности студентов

 С точки зрения преподавателя  каждый раздел физики имеет важное значение для студентов горного техникума. Ваша будущая специальность тесно связана с техникой. Физика же и является основой, на которой базируется любой технологический процесс. И, исходя из этого, можно сделать вывод, что раздел «Электрический ток» - особый.

Электрический ток приносит в наши жилье свет и тепло, вращает электрические двигатели, помогает нам быстро обмениваться информацией и распространять ее.
           И сегодняшнее наше с вами занятие будет посвящено изучению закономерностей прохождения электрического тока в жидкостях , которые имеют название электролиты ( то есть являются проводниками электрического тока). Знания, которые вы сегодня приобретете, пригодятся вам при дальнейшем изучении дисциплин химия, электротехника, технология конструкционных материалов и многих других.

С моей точки зрения,  этот раздел физики  - наиболее интересный и необходимый для студентов горного техникума.

4. Актуализация опорных знаний

      4.1 Постановка проблемного вопроса: «Что необходимо сделать для свечения лампы?» с использованием постановки опыта.

4.2    Фронтальный опрос:

     4.2.1 Что называют электрическим током?
     4.2.2 Какие условия существования электрического тока?
     4.2.3 Что является носителем электрического заряда в металлах?
     4.2.4 Какие вы знаете свободные заряженные частицы?
     4.2.5 Какие законы действуют в цепях постоянного электрического тока?
     4.3   Подведение итогов актуализации, комментарий ответов студентов

5. Изложение нового материала:

    5.1 Лекция по теме  « Электрический ток в электролитах  согласно плана

    5.1.1 Электролитическая диссоциация.
    5.1.2 Электролиз.
    5.1.3 Законы Фарадея
    5.1.3.1 Первый закон Фарадея
    5.1.3.2 Второй закон Фарадея
    5.1.4. Применение электролиза в технике
    5.1.5  Преобразование химической энергии в электрическую
    5.1.5.1 Поляризация элементов
    5.1.5.2 Аккумуляторы.

1. Электролитическая диссоциация

Хорошими проводниками электрического тока являются расплавленные металлы и соли, а также растворы кислот, солей и щелочей, которые называют электролитами. Заряды в электролитах переносят ионы. Такую проводимость называют ионной. Дистиллированная вода, концентрированная серная или другие концентрированные кислоты не проводят электрического тока. Однако, если в дистиллированную воду добавить немного соли, то она становится проводником электрического тока .Это объясняется тем, что под действием растворителя (воды) молекулы растворенного вещества распадаются на заряженные ионы и возникают подвижные заряды, необходимые для прохождения электрического тока. Такой процесс называют электролитической диссоциацией. Вследствие диссоциации в растворе возникают положительные (катионы) ионы металлов и водорода и негативные (анионы) ионы кислотных остатков и гидроксильные группы. Процесс диссоциации записывают так:

Н₂0↔Н⁺+2ОН^- , НС1↔Н⁺+Сl^-,  NаОН↔Nа⁺+ОН^-, ZnС1₂↔Zn⁺⁺+2Сl ^-.
 В этой записи стрелки, направленные направо, отвечают диссоциации. Стрелки, направленные влево, отвечают обратному диссоциации процессу - рекомбинации (или молизации); в нем разноименно заряженные ионы, соединяясь, образовывают нейтральные молекулы.

         2.Электролиз
          Электрическое поле можно создать , опустив в электролит электроды -проводники, соединенные с источником тока.Под действием электрического поля катионы двигаются  к негативному электроду К (катоду), а анионы - к положительному электроду А (аноду). Следует отметить, что скорость движения ионов небольшая (например, при Е = 10² В/м скорость ионов водорода приблизительно 3,3*10^-5  м/с. . В электролите возникает направленное движение электрических зарядов, то есть возникает электрический ток. Суммарный ток равняется отношению заряда , который  проходит через данный раствор, ко времени. Плотность электрического тока в электролите можно определить по закону Ома: j =Е / ρ.,       где ρ - удельное сопротивление электролита.

Удельное сопротивление электролита от повышения температуры уменьшается, а удельная электропроводность увеличивается. Прохождение электрического тока через електролит ссопровождается явлением электролиза - выделением на электродах веществ, которые входят в состав  электролита. Ток в электролитах связан с переносом вещества, поэтому электролиты в отличие от металлов называют проводниками второго рода.

3.Законы Фарадея
 3.1Первый закон Фарадея
         Химические действия электрического тока впервые были открыты в 1800 г., но только в 1833 г. М. Фарадей установил законы электролиза. Первый закон Фарадея формулируют так:

Масса т вещества, которая выделяется на электроде, пропорциональная электрическому заряду Q, что прошел через електролит:  m =kq, или m = kІt .

Коэффициент пропорциональности k называют электрохимическим эквивалентом вещества. Физический смысл первого закона Фарадея можно понять, зная механизм ионной проводимости и электролиза. Чем большее количество электронов   _Пройдет через електролит, тем большее количество ионов подойдет к электродам.

3.2Второй закон Фарадея формулируют так:

электрохимический эквивалент вещества прямо пропорционален отношению атомной (молекулярной) массы А к валентности п : k = (1/F )(А/n)

Отношение атомной (молекулярной) массы к валентности называют химическим эквивалентом.

Электрохимические эквиваленты веществ пропорциональные их химическим эквивалентам.

Выражение  называют объединенным законом электролиза Фарадея: k = (1/F )(А/n)                                                        

4. Применение электролиза в технике

 Явление электролиза широко используют в технике и промышленности. Электролизом извлекают чистые вещества: железо, марганец, хром, медь, цинк, водород, хлор, фтор и т.п. Во время призводства, например, чистой меди (рафинирование меди) в растворе сульфата меди ( медного купороса) сначала происходит диссоциация:

                                                СиSО₄ ↔ Сu⁺⁺+SО_4-^-

Потом , под действием электрического поля, катионы меди двигаются к катоду и нейтрализуются на нём, вследствие чего образовываются атомы меди:

                                                              Сu⁺⁺ + 2е^- → Сu.

Широко используют гальванотехнику, с помощью которой металлические детали и приборы покрывают антикоррозийными покрытиями.

Поверхность металлических предметов, которые легко окисляются, часто покрывают металлами, которые тяжело окисляются: никелем, серебром, цинком и т.п. Все видели, например, никелированные вещи: самовары, чайники, коньки, ножи, вилки и т.п.

Электролитический метод покрытия предметов металлами, которые не окисляются, называют гальваностегией. Этот метод очень дешевый, удобный и быстрый. Предмет, который надо покрыть, например, слоем никеля, старательно очищают от грязи и следов жира, после чего погружают в электролитическую ванну.

Электролитическое осаждение металла на поверхность предмета для воспроизведения формы называют гальванопластикой. Гальванопластику изобрел в 1836 г. российский ученый Б. С. Якоби. Открытие  Якоби быстро распространилось в промышленности.

Гальванопластику применяют для изготовления копий из барельефов, статуй, клише, выпуска кредитных билетов и других бумаг и т.п.

В полиграфической промышленности гальванопластику используют для изготовления гальванопластических копий из цинкографических клише и др. Это дает возможность выпускать иллюстрированные издания большими тиражами.

Электрохимию используют для синтеза органических и неорганических соединений и добывания сплавов.

5.Преобразование химической энергии в электрическую
 Контактная разность потенциалов возникает не только от соприкосновения двух металлов, но и на границах металл - електролит и електролит - електролит.

Если металлический электрод погружен у раствор, то негативные ионы электролита, подходя к поверхности металла, будут покрывать положительные ионы кристаллической решетки. На ряду с этим будет происходить и обратный процесс - оседание ионов металла на электроде. Наивыгоднейшим для обратного процесса будет случай, когда катионы электролита являются ионами того самого металла, например медный электрод в растворе СиSО₄.

В основу строения гальванического элемента положено явление взаимодействия металла с электролитом, который ведет к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Это явление было открыто в конце XVIII ст. итальянским ученым Л. Гальвани, в честь которого новые источники тока назвали гальваническими элементами. Гальванические элементы в основном состоят из двух химически разных электродов, помещённых в  электролит.

Итальянский физик А. Вольта, погрузив медную и цинковую пластинки у раствор серной кислоты, впервые получил гальванический элемент (элемент Вольта ). ЭДС элемента Вольта приближенно равняется 1,1 В. ЭДС гальванического элемента не зависит ни от размера пластин, ни от количества электролита, а определяется лишь различием электролитических потенциалов. В процессе работы элемента Вольты на его положительном полюсе выделяется водород, а на отрицательном - растворяется цинк.

5.1Аккумуляторы (доклад студента)

 Гальванические элементы могут работать до тех пор, пока не будет полностью  израсходована запасенная в них химическая энергия (например, растворится цинк в элементе Лекланше). Иногда используются такими гальванические элементы, в которых небходимая для их действия химическая энергия возобновляется с помощью электролита. Такие элементы называют аккумуляторами, а процесс накопления в них энергии (аккумулирование энергии) с помощью электролиза - зарядом аккумулятора. Для заряда аккумулятора через него пропускают ток от какого-нибудь внешнего источника в направлении, противоположном току, который они дают.

 В технике используют аккумуляторы двух типов. Кислотные аккумуляторы состоят из свинцовых пластин, опущенных в раствор серной кислоты. Отрицательные пластины изготовляют из чистого свинца с очень разрыхлённой поверхностью (губчатый свинец); положительные пластины покрыты перекисью свинца. В процессе разрядки аккумулятора обе пластины постепенно покрываются сернокислым свинцом. В процессе заряда аккумулятора отличие в составе положительных и негативных пластин возобновляется электролизом. ЭДС кислотного аккумулятора составляет около 2 В Щелочные аккумуляторы состоят из пластин никелевой стали с карманами. В карманы закладывают оксид никеля (положительная пластина) и оксид железа (негативная пластина). Электролитом является раствор едкого калия. ЭДС щелочного аккумулятора составляет около 1,4 В. Щелочные аккумуляторы удобнее и более легкие чем кислотные, не выделяют вредных пары и газов, не портятся от короткого замыкания.

Применение аккумуляторов в технике

Аккумуляторы - необходимый прибор автомобилей, самолетов, поездов с электрическим освещением, подводных лодок и т.п.

Гальванические элементы широко используют в малогабаритных радиоприемниках и телевизорах, телефонии, телеграфии.

Огромное количество автомобилей во всем мире беспрерывно отравляет атмосферный воздух оксидами углерода и азота, углеводородами и другими вредными примесями. Теперь все больше строят электромобили, которые работают на аккумуляторах, которые в будущем заменят автомобили.

6.  Закрепление знаний студентов

 6.1. Тестовый контроль

7. Подведение итогов занятия

7.1 Выводы о работе студентов, объявление и комментирование оценок.

8. Домашнее задание

  Ответтиь в тетради на вопросы для самоконтроля и повторения. 

Дополнительные материалы

Приложение 1


Тестовый контроль. Электрический ток в различных средах.

1. В твердом состоянии металлы ... . Частицы в них распо­ложены ...

    А)  Не имеют кристаллического строения... в беспорядке.

    Б)  Имеют кристаллическое строение...  в  строго опреде­ленном порядке.

    В) Имеют кристаллическое строение... в беспорядке.

    Г) Нет правильного ответа.

2. Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение ...

   А) Электронов.

   Б) Положительных ионов.

   В) Отрицательных ионов.

   Г) Положительных и отрицательных ионов.

3. Электрический ток проводит …

   А)  Дистиллированная вода.

   Б) Кристаллы медного купороса.

   В) Водный раствор медного купороса.

   Г) Нет правильного ответа.

4. Что представляют собой положительные и отрицатель­ные ионы?

   А) Положительные  ионы  не  имеют зарядов,  а  отрица­тельные — имеют.

   Б) Положительные ионы имеют недостаток электронов, а отрицательные — избыток.

   В) Положительные  ионы   имеют   избыток   электронов, а отрицательные — недостаток.

   Г) Правильного ответа нет.

5.  Электрод,  соединенный  с  отрицательным   полюсом   ис­точника тока, называют ...

   А) Катодом.   Б) Анодом.     В) Диодом.     Г) Нет правильного ответа.

6. За   направление   тока   в   электрической   цепи   принято направление ...

   А) По которому перемещаются электроны в проводнике.

   Б)  От отрицательного полюса источника тока к положи­тельному.

   В)  От положительного полюса источника тока к отрица­тельному.

   Г) Нет правильного ответа.

7. Скорость распространения электрического тока в проводнике – это скорость …

   А) Движения электрических зарядов.

   Б)  Распространения электрического поля.

   В) Упорядоченного движения электрических за­рядов.

   Г) Распространения электрического заряда.

8. Чтобы в электролите сущест­вовал электрический ток, необходимо, чтобы …

   А) Электролит находился в электрическом поле.

   Б)  В электролите  существовали ионы.

   В) В электролите  существовали  свободные электроны.

   Г) В электролите существовали положительные ионы.

9. Единица измерения сопротивления  в Международной системе -  …

   А) Ом.    Б) Кл.     В) Н.    Г)  А.

10. Какое действие электрического  тока  используется  для  получения чистых металлов, например меди, алюминия и других?

   А) Тепловое.

   Б) Химическое.

   В) Магнитное.

   Г) Нет правильного ответа.

11. Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе - …

   А) Ом.      Б) Омм.      В) В.        Г)  А.

12. Из предложенных вариантов выберите выражение удельного сопротивления.

   А) .      Б) .     В)  .      Г) Нет правильного ответа.

13. Выделение вещества на электродах, находящихся в растворе, называется …

   А) Проводимостью.

   Б) Электролитической диссоциацией.

   В) Рекомбинацией.

   Г) Электролизом.

14. Электролитическая диссоциация – это процесс распада молекул растворенного вещества на …

   А) Ионы под действием молекул воды.

   Б) Ионы под действием молекул водорода.

   В) Протоны под действием молекул воды.

   Г) Нейтроны под действием молекул воды.

15.  Из предложенных вариантов выберите выражение химического эквивалента вещества.

   А) .     Б) .      В) е N.      Г)  .