Электрический ток в полупроводниках.(слайд 18)

Открытый урок по физике в 11 классе на тему
«Электрический ток в средах»
Цель урока: повторить и обобщить знания о природе электрического тока в
различных средах. Сформировать умения и навыки применения знаний на
практике.
Задачи урока:
Образовательная- вооружать учащихся глубокими знаниями, формировать
самостоятельность в достижении и обобщении знаний;
Воспитательная- воспитание сознательной дисциплины, воспитание
коллективизма, самостоятельности, инициативы;
Развивающая- развитие общего кругозора учащихся, выделять главное,
делать обобщения, выводы, сравнения, умение слушать.
Эпиграф к уроку: «Природа так обо всём позаботилась, что повсюду ты
находишь, чему учиться».
Леонардо да Винчи.
Форма урока:
Оборудование к уроку: ноутбук, мультипроектор, экран, раздаточный
материал для выполнения заданий, оборудование для опыта по электролизу.
Конспект урока:
1. Оргмомент. Подготовка класса к уроку. Сообщение темы и целей
урока.
2. Работа по презентации. Фронтальный опрос.
1. Как можно разделить вещества по электрической
проводимости(слайд 5)
Проводники, диэлектрики и полупроводники
2. Какие вещества относятся к проводникам ( слайд 5)
Хорошо проводят электрический ток
К ним относятся металлы, электролиты, плазма …
Наиболее используемые проводники – Au, Ag, Cu, Al, Fe …
3. Какие вещества отнесём к диэлектрикам.(слайд5)
Практически не проводят электрический ток. К ним относятся
пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага …
4. Какие вещества относятся к полупроводникам (слайд 5)
Занимают по проводимости промежуточное положение между
проводниками и диэлектриками
Si, Ge, Se, In, As
Итак, давайте вспомним с вами, что является свободными
носителями электрических зарядов в различных средах.
Работа с таблицей (слайд 6,7,8)
Электрический ток в металлах
Электрический ток в металлах это упорядоченное движение
электронов под действием электрического поля. Опыты показывают,
что при протекании тока по металлическому проводнику не
происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не
принимают участие в переносе электрического заряда.
Опыты Папалекси и Мандельштама (слайд 11)
Опыт Толмена и Стюарта (слайд12)
Зависимость сопротивления проводника от температуры (слайд 13) –
формула
Вопрос: Что называют сверхпроводимостью? (слайд 14, 15, 16)
Ответ: Сопротивление проводника зависит от температуры. При
нагревании металлов, сопротивление увеличивается, при охлаждении
сопротивление уменьшается. При стремлении температуры проводника
к нулю, может появиться явление, которое называется
сверхпроводимость.
Выводы: (слайд 17)
1. Носителями заряда в металлах являются электроны.
2. Процесс образования носителей заряда - обобществление валентных
электронов.
3. Выполняется закон Ома.
4. Применение - обмотка двигателей трансформаторов, генераторов,
проводка внутри зданий, сети электропередач, силовые кабели.
Решение задачи:
Задача
Сопротивление медного провода при 0 ̊ С равно 4 Ом.
Найдите его сопротивление при 50 ̊ С,
если температурный коэффициент
сопротивления меди α=4,3× 10⁻ᶟ К⁻'
Дано: R=4 Ом
t=50 ̊ С,
α=4,3× 10⁻ᶟ К⁻'
_____________________________
Найти : R=?
Решение :
R=Rₒ (1+αt)
R= 4 Ом ×(1+4,3× 10⁻ᶟ К⁻' × 50 ̊ С)=4,86 Ом
Ответ : R=4,86 Ом
Электрический ток в полупроводниках.(слайд 18)
Слайд 19- Определение полупроводников
Полупроводники — это вещества, в которых электрический ток
образуется движением электронов, а величина удельного сопротивления
находится в пределах между проводниками и диэлектриками.
Полупроводниками являются химические элементы IV, У и VI групп
периодической системы Д. И. Менделеева — графит, кремний, германий,
селен и другие, а также многие окислы и другие соединения различных
металлов. Количество подвижных носителей зарядов в полупроводниках в
обычных условиях невелико, однако оно возрастает в сотни и тысячи раз при
некоторых внешних воздействиях (нагревание, действие света и т. д.), а
также при наличии в П. определенных примесей.
Слайд 20 – Собственная проводимость полупроводников
Слайд 21-22- изменения в полупроводниках при увеличении температуры
Слайд 23- акцепторные примеси
Слайд 24- применение полупроводников
Задание - «Домино»-работа в парах.
Электрический ток в жидкостях (слайд 25)
1.Как возникают свободные заряды? (слайд 27)
2. Электролитическая диссоциация - распад молекул на ионы под
действием растворителя.(слайд 28)
3. Электролиты - жидкий проводник, в котором подвижными носителями
зарядов являются только ионы.
4. Как проходит ток через электролит? (слайд29-30)
Под действием сил электрического поля, положительно заряженные ионы
движутся к катоду, а отрицательные ионы к аноду.
На аноде отрицательные ионы отдают свои лишние электроны, а на катоде
положительные ионы получают недостающие электроны.
5. Электролиз (слайд 31)
Прохождение электрического тока через раствор электролита,
сопровождающееся химическими превращениями вещества и выделением
его на электродах
6. от чего зависит масса вещества, выделившегося на электродах за
определённое время? (слайд 33-34)
Масса вещества, выделившегося на электроде за время Δt при
прохождении электрического тока, прямо пропорциональна силе тока и
времени
K – электрохимический эквивалент вещества (зависит от молярной
массы вещества «М» и валентности «n»)
Физ. смысл k – численно равен массе вещества, выделившегося на
электроде при прохождении через электролит заряда в 1 Кл.
m  k  I  t
7. Применение электролиза в технике (слайды 35-45)
1. Гальваностегия- декоративное или антикоррозийное покрытие
металлических изделий тонким слоем другого металла (никелирование,
хромирование, омеднение, золочение).
2. Гальванопластика - электролитическое изготовление металлических
копий, рельефных предметов. Этим способом были сделаны фигуры
для Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге.
3. Электрометаллургия-получение чистых металлов при электролизе
расплавленных руд (Al, Na, Mg, Be).
4. Рафинирование металлов - очистка металлов от примесей.
9. работа с задачником Рымкевича стр. 167
Найти электрохимический эквивалент меди, серебра, никеля.
Электрохимические эквиваленты, мг/Кл(10
-6
кг/Кл)
Алюминий (Аl3+) 0,093 Никель (Ni2+) 0,30
Водород (Н+)
0,0104 Серебро (Ag+) 1,12
Кислород (О2-) 0,083 Хром (Сr3+)
0,18
Медь (Cu2+)
0,33
0,34
Олово (Sn2+)
0,62
Цинк (Zn2+)
Электрический ток в газах. (слайд 49-50)
Газ в нормальном состоянии является диэлектриком, так кА состоит из
электрически нейтральных атомов и молекул и поэтому не проводят
электрический ток. Изолирующие свойства газов объясняются тем, что
атомы и молекулы газов в естественном состоянии являются нейтральными
незаряженными частицами. Отсюда ясно, что для того. Чтобы сделать газ
проводящим, нужно тем или иным способом внести в него или создать в нём
свободные носители заряда- заряженные частицы. При этом возможны два
случая: либо эти заряженные частицы создаются действием какого- нибудь
внешнего фактора или вводятся в газ извне несамостоятельная проводимость,
либо они создаются в газе действием самого электрического поля,
существующего между электродами- самостоятельная проводимость.
Ионизация (слайд51)- процесс отделения электронов от атомов и молекул.
Процессы ионизации:
1. Электрический удар
2. Термическая ионизация
3. Фотоионизация.
Типы самостоятельных разрядов:
1. Тлеющий (слайд 54)
Тлеющий разряд возникает при низких давлениях (в вакуумных
трубках). Для разряда характерна большая напряженность
электрического поля и соответствующее ей большое падение
потенциала вблизи катода.
Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов
плоскими металлическими электродами.
Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый
катодной светящейся пленкой
2. Искровой (слайд 55-58)
Искровой разряд – соединяющий электроды и имеющий вид
тонкого изогнутого светящегося канала (стримера) с
множеством разветвлений. Искровой разряд возникает в газе
обычно при давлениях порядка атмосферного Рат.
По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок
ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос,
мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро
гаснущих и постоянно сменяющих друг друга.
Эти полоски называют искровыми каналами.
3. Коронный (слайд 59-60)
Коронный разряд наблюдается при давлении близком к
атмосферному в сильно неоднородном электрическом поле.
Такое поле можно получить между двумя электродами,
поверхность одного из которых обладает большой кривизной
(тонкая проволочка, острие).
Газ светится, образуя «корону», окружающую электрод.
Коронные разряды являются источниками радиопомех и
вредных токов утечки около высоковольтных линий передач
(основной источник потерь).
4. Дуговой (слайд 61-63)
Если после получения искрового разряда от мощного источника
постепенно уменьшать расстояние между электродами, то
разряд из прерывистого становится непрерывным, возникает
новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом.
Рат
U=50-100 В
I = 100 А
Плазма (слайд 64-65)Плазма (от греч. plásma — вылепленное, оформленное), частично
или полностью ионизованный газ, состоящий из электрически
заряженных и нейтральных частиц, в котором суммарный
электрический заряд равен нулю (выполнено так называемое
условие квазинейтральности ).
Но не каждое скопление частиц можно назвать плазмой, например,
пучок электронов, летящих в вакууме, не плазма: он несет только
отрицательный заряд.
Использование плазмы (слайд 66)
Наиболее широко плазма применяется в светотехнике — в
газоразрядных лампах, освещающих улицы, и лампах дневного
света, используемых в помещениях. Кроме того, в самых разных
газоразрядных приборах: выпрямителях электрического тока,
стабилизаторах напряжения, плазменных усилителях и генераторах
сверхвысоких частот (СВЧ), счётчиках космических частиц.
Все так называемые газовые лазеры (гелий-неоновый, криптоновый,
на диоксиде углерода и т. п.) на самом деле плазменные: газовые
смеси в них ионизованы электрическим разрядом.
Разрабатываются различные схемы плазменного ускорения
заряженных частиц.
Тестовое задание по теме «Электрический ток в газах»
1. Свободные частицы в газах могут существовать в результате:
А) электролитической диссоциации;
Б) хаотического движения молекул газа;
В) действия внешнего ионизатора;
Г) рекомбинации молекул газа.
2. Электрический ток в газах – это направленное движение …
А) свободных электронов;
Б) свободных ионов и электронов;
В) дырок и свободных электронов;
г) свободных ионов.
3. Рекомбинация – это..
А) воссоединение электронов и положительных ионов в нейтральную
молекулу;
Б) образование свободных электронов, положительных и
отрицательных ионов из атомов;
В) воссоединение электронов и отрицательных ионов в молекулу;
Г) нет правильного ответа.
4. Ионизация – это…
А) воссоединение электронов и положительных ионов в
нейтральную молекулу;
Б) образование свободных электронов, положительных и
отрицательных ионов из атомов;
В) воссоединение электронов и отрицательных ионов в молекулу;
Г) нет правильного ответа.
5. Несамостоятельный газовый разряд – это газовый разряд…
А) происходящий без действия внешнего ионизатора;
Б) происходящий при наличии внешнего ионизатора;
В) нет правильного ответа.
6. Самостоятельный газовый разряд – это разряд…
А) происходящий без действия внешнего ионизатора;
Б) происходящий при наличии внешнего ионизатора;
В) нет правильного ответа.
Слайд 67 – ответы на тест
1)
2)
3)
4)
5)
В
Б
А
Б
Б
6)А
Электрический ток в вакууме.( слайд 68)
1. Что называют вакуумом? (слайд 69)
Вакуум - сильно разреженный газ, в котором средняя
длина свободного пробега частицы больше размера сосуда. В
результате в вакууме нет свободных носителей заряда, и
самостоятельный разряд не возникает.
•
•
•
•
•
2. Термоэлектронная эмиссия (слайд 70)
Вакуум - сильно разреженный газ, в котором средняя
длина свободного пробега частицы больше размера сосуда. В
результате в вакууме нет свободных носителей заряда, и
самостоятельный разряд не возникает.
3. Вакуумный диод (слайд 71)
4. Электронно- лучевая трубка (слайд 72)
5. Вакуумный фотоэлемент (слайд 73)
6. Вакуумные лампы (слайд 74)
7. Вакуумный триод ( слайд 75)
Задание: Найдите лишнее- тест на совместимость(слайд 76)
Найдите лишнее:
1. Фарадей, электролит, масса, положительные и
отрицательные ионы, вакуум, электрохимический
эквивалент.
(Эл ток в жидкостях )
2. Газ, дырки, электроны, p-n переход, запирающий слой. (Эл
ток в п/п)
3. Анод, катод, электроемкость, термоэлектронная эмиссия,
нить накала
(Эл. ток в вакууме)
4. Ионизация, рекомбинация, самостоятельный разряд,
раствор соли (Эл ток в газах)
5. Вакантное место, катушка, ток, гальванометр, электрон
(Эл ток в металлах)
Слайд 77- ответы на тест.
Вакуум
Газ
Электроёмкость
Раствор соли
Вакантное место
Рефлексия (слайд 83)
(Синквейн – это не обычное стихотворение, а стихотворение,
написанное в соответствии с определенными правилами. В
каждой строке задается набор слов, который необходимо
отразить в стихотворении.
1 строка – заголовок, в который выносится ключевое слово,
понятие, тема синквейна, выраженное в форме
существительного.
2 строка – два прилагательных.
3 строка – три глагола.
4 строка – фраза, несущая определенный смысл.
5 строка – резюме, вывод, одно слово, существительное.)
Пример синквейна
урок
Разнообразный, плодотворный
Корректирует, систематизирует, контролирует
Получение информации в интересной форме
Знания
урок
Интересный, познавательный.
Стимулирует, помогает, учит
Закрепление полученных знаний
Информация
Задание на дом: разгадать кроссворды по теме «Электрический
ток в различных средах», подготовиться к зачёту.
По вертикали:
1. Вещества, проводящие электрический заряд.
2.Полупроводниковый прибор, сопротивление которого
уменьшается при повышении
температуры.
3. Полупроводниковый прибор, который хорошо пропускает ток в
одном направлении и плохо в другом направлении.
4. Основные носители электрического заряда в электролитах.
По горизонтали:
5. Носители электрического заряда в металлах.
6. Полупроводниковый прибор, сопротивление которого
уменьшается при его освещении светом.
7. Чтобы газ стал проводником, его необходимо …
8. В естественном состоянии газы и их смеси являются …
9. Искровой разряд в газах в природных условиях.
10. Водные растворы солей, кислот или щелочей