Цели: ознакомить учащихся с электрическим сопротивлением проводников как физической величиной; дать объяснение природе электрического сопротивления на основании электронной теории; показать зависимость сопротивления от геометрических размеров проводника. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Демонстрации: электрический ток в различных металлических проводниках; зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала.
Ход урока
I . Организационный момент
II . Повторение изученного.
Проверка домашнего задания
Если на предыдущем уроке не хватило времени провести самостоятельную работу, можно поработать с ней в начале этого урока, либо провести фронтальный опрос по теме «Электрическое напряжение».
III . Изучение нового материала
План изложения нового материала:
1. Электрическое сопротивление проводника.
2. Зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала.
3. Удельное сопротивление.
1. Формирование представления о сопротивлении можно начать с опыта, цель которого – показать, что сила тока в проводнике зависит не только от напряжения, но и: от свойств самого проводника.
Собираем электрическую цепь из источника тока и медной проволочки на колодке, выключателя, амперметра и вольтметра. Замыкаем цепь записываем показатели амперметра и вольтметра. Затем вместо медной проволочки включаем никелиновую такой же длины и сечения. Сила тока в цепи уменьшается. Если же включить железную проволочку, то сила тока значительно увеличится. Вольтметр же при подключении к концам этих проволочек показывает одинаковое напряжение. Следовательно, сила тока зависит от какого-то свойства проводника. Очевиден вывод: проводники влияют на силу тока; иначе говоря, – оказывают сопротивление току. Очевидно, тот проводник обладает большим сопротивлением, в котором при том же напряжении проходит меньший ток.
Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи называют его сопротивлением.
Для лучшего понимания учениками природы электрического сопротивления необходимо рассмотреть модельные представления электрического тока в металле, обратив внимание учащихся на взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решетки.
Возникает вопрос:
– Что является причиной, ограничивающей силу тока в проводнике? Путем логических рассуждений учащиеся подводятся к выводу, что таких причин две:
а) электрическое поле положительно заряженных ионов кристаллической решетки действует с силой на электроны, уменьшая их скорость направленного движения, а, следовательно, и силу тока;
б) воздействие электрического поля электронов на соседние электроны, что также приводит к уменьшению скорости их направленного движения.
2. Далее учитель ставит перед школьниками следующую проблему:
– От чего и как зависит сопротивление проводника?
Проводя опыты по выяснению факторов, влияющих на сопротивление проводника, учитель задает классу вопросы:
– Как показать на опыте зависимость сопротивления проводника от его длины? Площади поперечного сечения?
– Как можно показать, что сопротивление проводника зависит от рода вещества, из которого он изготовлен?
Выяснив причины, ограничивающие силу тока в проводнике, переходим к формулированию обобщающего определения величины сопротивления. Для этого выполним ряд опытов с проводниками различной длины, площади поперечного сечения и материала. Учащиеся, анализируя полученные результаты, самостоятельно приходят к заключению:
Сопротивление проводника прямо пропорционально длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от материала.
Электрическое сопротивление обозначается буквой R . = Ом.
За единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 В сила тока равна 1 А.
3. Удельное сопротивление. Если обозначить сопротивление проводника буквой R , его длину буквой 1, а площадь поперечного сечения – S , то формула для вычисления сопротивления будет иметь такой вид:
где р – коэффициент, характеризующий электрические свойства вещества, из которого изготовлен проводник. Этот коэффициент называется удельным сопротивлением вещества. Он равен:
RS Откуда:Ом-мм
В заключение урока необходимо познакомить учащихся с таблицей удельных электрических сопротивлений некоторых веществ. Поскольку сопротивление металлических проводников зависит от температуры (оно увеличивается при повышении температуры), то в таблице приводятся значения удельных сопротивлений для температуры 20°С.
– Удельное сопротивление никелина 0,4Ом мм
Что это значит?
Из таблицы следует, что серебро и медь – лучшие проводники электричества. Для нагревательных элементов удобно использовать вещества с большим удельным сопротивлением, например, нихром.
IV . Закрепление изученного. Решение задач
С целью закрепления материала желательно конец урока посвятить решению простых задач по изученной теме:
Задача 1
Каково сопротивление медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм ?
Задача 2
Имеются две медные проволоки одинаковой длины. У одной площадь поперечного сечения 1 мм2, а у другой – 5 мм2. У какой проволоки сопротивление меньше и во сколько раз?
Задача 3
При устройстве молниеотвода использовали стальной провод сечением 35 мм2 и длиной 25 м. Определите его сопротивление.
Задача 4
Ртуть заполняет стеклянную трубку с внутренним сечением 1 мм2 и имеет сопротивление 2 Ом. Вычислите длину столбика ртути в трубке.
Домашнее задание
1. § 39 учебника; вопросы и задания к параграфам.