1_697

МБОУ «Центр образования п.Угольные Копи»
Жаринов Ю.Н.
2014 год.
План-конспект урока
Тема урока: Электрический ток в вакууме. Диод. Термоэлектронная
эмиссия. Электронно-лучевая трубка.
Цель и задачи урока:
Познакомиться
и
изучить
физические
особенности
прохождения
электрического тока в вакууме, физические свойства электронных пучков и
применение их в электронно-вакуумных приборах.
Образовательная – формирование понятий «электрический ток в
вакууме», «термоэлектронная эмиссия», изучение устройства и принципа
работы вакуумных приборов на примере вакуумного диода и электроннолучевой трубки.
Развивающая – развитие стремления к самостоятельному изучению
основ электротехники, формирование умений устанавливать причинноследственные связи, развитие логического мышления, познавательного
интереса, формирование устной и письменной речи, ориентация в
стремительном потоке информации, ориентирование в глобальных
проблемах современности.
Воспитательная – показать возможность познаваемости явлений
природы,
формирование
научного
мировоззрения,
формировать
механизмы психики (восприятие, память, воображение и др.).
Ведущая идея урока: Вакуум является идеальным диэлектриком. Чтобы
в
вакууме
мог
проходить
электрический
ток,
в
нем
необходимо
предварительно «создать» некоторую концентрацию свободных носителей
зарядов, это осуществляется с помощью явления термоэлектронной эмиссии.
Термоэлектронная эмиссия - это явление испускания веществом электронов
1
при нагревании. Вакуумные приборы, работа которых основана на явлении
термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами (вакуумный
диод, электронно-лучевая трубка, триод и другие электронные лампы с
большим числом электродов).
Тип урока: урок усвоения новых знаний.
Форма проведения урока: урок-беседа, урок-лекция.
Методы обучения: словесные, наглядные.
Оборудование урока и используемая литература: компьютер,
мультимедийный проектор, экран, учебник физики 10 класс (Г.Я.Мякишев,
Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, М. Просвещение, 2005), учебное пособие для 10
класса вечерней (заочной) средней школы (А.Е.Марон, Г.Я.Мякишев,
М.Просвещение, 1988),The MITCHELL BEAZLEY joi of know leadge library
“The Man and Machinery” London, 1983, General editor J.Mitchell, Editors
J.Clark and L.CKlark, Научно-популярная энциклопедия “Радость Познания»
- «Человек и машины» МИР, Москва, 1983 (translate from English),
Презентации 1В,2В,3В.
Структура урока:
1. Организационный момент (2 мин)
2. Проверка домашнего задания (10 мин)
3. Изучение нового материала (20 мин)
4. Применение знаний – формирование умений и навыков, закрепление
изученного материала (10 мин)
5. Задание на дом, подведение итогов урока (3 мин)
Содержание урока:
2
1. Приветствие, проверка наличия учащихся. Объявление цели и задачей
урока.
2. Проверка домашнего задания, проводится путем ответа на вопросы:
- Что такое электрический ток?
- Какие условия необходимы для существования электрического тока?
- Какие частицы создают ток в проводниках?
- Какие частицы создают ток в полупроводниках?
- Какие частицы являются носителями зарядов в полупроводниках р-типа, nтипа?
- Что такое по Вашему мнению – вакуум, как его можно получить?
- Возможно ли распространение электрического тока в вакууме, если «да»
или «нет». То объяснить почему?
3. Изучение нового материала буду осуществлять путем беседы с классом,
используя
элементы
демонстрации
Презентации
2В
с
помощью
мультимедийного проектора, комментируя показываемые слайды.
Вакуум характеризуется «отсутствием» вещества, а, следовательно, и
отсутствием электрических зарядов.
Для получения вакуума – состояния газа при давлении меньше
атмосферного – следует разряжать газ, уменьшая в нем концентрацию
молекул. Чем меньше концентрация молекул и давление газа в сосуде, тем
выше вакуум. Пусть расстояние между стенками сосуда d , а длина
свободного пробега молекулы, т. е. среднее расстояние, пролетаемое
молекулой между двумя последовательными столкновениями, –  . В
зависимости от соотношения между этими величинами различают низкий (

d
 0 ,   d ), средний (

d
 1 ,   d ) и высокий (

d
 1 ,   d ) вакуум. При
d  10 см низкому вакууму соответствуют давления p  1 мм рт. ст., среднему
– от 1 мм рт. ст. до 10 3 мм рт. ст. и высокому – p  10 3 мм. рт. ст.
Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является
идеальным диэлектриком. Следовательно, для того чтобы в вакууме мог
3
проходить электрический ток, в нем необходимо каким-то образом
предварительно «создать» некоторую концентрацию свободных носителей
заряда. Как этого можно добиться?
Слайд 7. Комментарий:
Это осуществляется с помощью явления термоэлектронной эмиссии,
т. е. на свойстве тел, нагретых до высокой температуры, испускать
электроны, открытом американским физиком Томасом Эдисоном в 1883 г.
Этот процесс можно рассматривать как испарение электронов с поверхности
металла. При этом электроны, испускаемые нагретым телом, называют
термоэлектронами, а само тело – эмиттером.
Слайд 8. Комментарий:
Возможен другой вариант получения свободных носителей. Существуют
материалы способные испускать электроны с поверхности под действием
света. Это явление называют фотоэлектронной эмиссией.
Слайд 9,10,11. Комментарий:
Вакуумные
термоэлектронной
приборы,
эмиссии,
работа
которых
называются
основана
на
электронными
явлении
лампами.
Простейшая из них – вакуумный диод – содержит два электрода. Один – в
виде спирали из тугоплавкого материала, например вольфрама или
молибдена или вертикального металлического цилиндра, покрываемого
обычно слоем оксидов щелочно – земельных металлов (барий, стронций,
кальций) накаливаемые током, называется катодом. Второй – холодный
электрод, собирающий термоэлектроны, называется анодом и чаще всего
имеет форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемый катод.
Слайд 12. Комментарий:
Можем сделать промежуточный вывод, на основе полученных на
данном этапе урока знаний.
4
Современный вакуумный диод
(электронная лампа)
Слайд 13,14. Комментарий:
Рассмотрим вольт-амперную характеристику вакуумного диода . Как
видим, увеличение напряжения сначала вызывает рост силы тока, а в
дальнейшем сила тока не меняется. Для пояснения этого факта заметим, что
вылетающие из катода термоэлектроны образуют вокруг него отрицательно
заряженное облако, препятствующее вылету новых электронов. Если на анод
подать
некоторое
положительное
напряжение,
то
под
действием
электрического поля часть электронов двинется к аноду, т. е. в лампе
возникнет ток, и цель замкнется. По мере увеличения напряжения все
большее число электронов, покинувших катод, достигает анода. Когда все
электроны, вылетевшие из эмиттера, будут достигать анода, то ток
перестанет
зависеть
от
анодного
напряжения
и
достигнет
своего
максимального значения (ток насыщения I н ). Для увеличения I н надо
повысить температуру катода, чего можно достичь увеличением силы тока.
Таким образом, сила тока насыщения зависит от температуры катода.
Кроме того сила тока насыщения I н зависит от вещества катода,
поскольку различные вещества характеризуются различной способностью к
испусканию электронов.
5
Вольт – амперная характеристика вакуумного диода
Из-за того, что вольт-амперная характеристика вакуумного диода
оказывается нелинейной, т. е. не подчиняется закону Ома, диод является
нелинейным элементом. Поскольку ток в лампе возможен только в том
случае, когда положительный полюс батареи соединен с анодом, а
отрицательный – с катодом, то вакуумные диоды обладают односторонней
проводимостью. Действительно, при изменении полярности приложенного
напряжения и при его достаточной величине U з термоэлектроны не
достигают анода (он заряжен отрицательно), и ток через лампу не проходит.
Односторонняя
проводимость
диода
используется
в
выпрямителях,
предназначенных для преобразования переменного тока в постоянный.
Слайд 17,18,19. Комментарий:
Если в аноде вакуумной лампы сделать отверстие, то часть электронов
будет пролетать сквозь него. Их движением можно управлять с помощью
электрического и магнитного полей. Прибор, в котором используется пучок
электронов, свободно летящих в пространстве за анодом, называется –
6
Электронно – лучевая трубка
В узком конце трубки находится электронная пушка, которая
формирует пучок электронов и состоит из катода, нагреваемого нитью
накала, управляющего электрода и ускоряющего анода. Электроны,
вылетающие из катода, разгоняются электрическим полем (5000 – 50 000 В)
между катодом и анодом. Экран электронно-лучевой трубки покрыт изнутри
специальным веществом – люминофором, которое светится под действием
попадающих на него электронов, летящих с большой скорость и, естественно
обладающих большим запасом энергии, который передаётся люминофору в
момент удара электронов о его поверхность (бомбардировка). В том месте
экрана, куда падает пучок, появляется маленькая светящаяся точка. Изменяя
напряжение на аноде, можно фокусировать электронный пучок, т. е.
изменять площадь поперечного сечения электронного пучка на экране.
7
Изменяя напряжение между катодом и управляющим электродом, можно
изменять интенсивность электронного пучка (яркость пятна на экране).
Пучок проходит последовательно две пары отклоняющих пластин (плоских
конденсаторов), позволяющих смещать его в горизонтальном и вертикальном
направлениях, т. е. перемещать светящуюся точку в любом направлении.
Вследствие малой массы электронов положение светящейся точки на экране
при изменении напряжения на пластинах конденсаторов изменяется
практически мгновенно, т. е. безынерционно.
Электронно-лучевые
трубки
находят
широкое
применение
в
осциллографах, дисплеях компьютеров, радиолокаторах, медицинской
и
многой другой аппаратуре.
В кинескопах телевизоров вместо отклоняющих пластин используют
магнитные отклоняющие катушки. Магнитное поле одной пары катушек
вызывает отклонение электронного пучка по горизонтали, второй пары
катушек – по вертикали. Периодичность изменения силы тока в катушках
вызывают изменения магнитных полей, в результате которых электронный
пучок за
1
с пробегает по экрану слева направо 625 раз. Кадры сменяют
25
друг друга с частотой
25
кадров в секунду, что воспринимается
человеческим глазом как непрерывное движение.
Для получения цветных изображений вместо одной пушки необходимо
применять три, которые передают сигналы трех одноцветных изображений –
красного,
синего
и
зеленого
цвета.
Экран
кинескопа
покрывается
кристаллами люминофора трех сортов, которые под действием электронного
пучка светятся соответственно красным, синим и зеленым светом.
Смешением этих цветов можно получить всю цветовую гамму красок и
оттенков.
Слайд 20.Комментарий: Рассмотрим свойства электронных пучков в
ЭЛТ.
4.
Для закрепления изучаемого материала продемонстрирую заранее
8
подготовленную Презентацию по изучаемой теме. ( вариант 1В). В целях
проверки усвоения полученных учащимися в ходе урока знаний предлагаю
ответить на вопросы:
Слайд 21. Комментарий:
- Какое состояние газа называют вакуумом?
- Какими заряженными частицами может создаваться электрический
ток в вакууме?
- Что такое термоэлектронная эмиссия?
- Почему вакуумный диод обладает односторонней проводимостью?
- Какие функции может выполнять вакуумный диод?
Подведение итогов урока. Оценка работы учащихся в течение урока.
Домашнее задание: на заключительном слайде Презентации - §120,121 .
9