Электрическая проводимость различных веществ. Электронная проводимость металлов - Поурочные разработки к учебнику В. А. Касьянова - Физика - Поурочные планы к учебникам Мякишева Г. Я. и Касьянова В. А. 11 класс - разработки уроков - авторские уроки - план-конспект урока

Цель: установить различие в условии существования в твердых, жидких и газообразных телах.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала

Для существования электрического тока необходимо два условия существования электрического поля и свободные заряженные частицы. Мы уже знаем, что в металлах свободными зарядами являются электроны. Познакомились с вольтамперной характеристикой этих проводников.

Немецкий физик К. Рикке в 1901 г. провел следующий опыт. Три предварительно взвешенных цилиндра (два медных и один алюминиевый) Рикке сложил отшлифованными торцами так, что алюминиевый оказался между медными. Затем цилиндры были включены в цепь постоянного тока: через них в течение года проходил ток. Вторичное взвешивание цилиндров показало, что масса цилиндров не изменилась. При исследовании торцов не было обнаружено проникновение одного металла в другой. Результаты свидетельствовали о том, что в переносе заряда в металлах ионы не участвуют. Для выявления природы носителей тока в металлах Л. И. Мандельштам и Н. Д. Пакалекси в 1913 г. провели следующий опыт.

Если металлический стержень движется поступательно со скоростью V, то носители тока в результате их взаимодействия с кристаллической решеткой движутся также со скоростью V. При резком торможении стержня носители тока будут продолжать двигаться по инерции. Поэтому в замкнутой цепи появляется кратковременный ток, который обнаруживается с помощью гальванометра. В этих опытах было определено отношение заряда к массе носителей заряда. Зная заряд электрона, можно было определить массу частиц. Она оказалась порядка 10^-30 кг, что в несколько тысяч раз меньше массы иона. Вывод: носителями могли быть только электроны.

Немецкий физик П. Друде в 1900 г., опираясь на представление об электрическом токе в металлах как упорядоченном движении свободных электронов между ионами кристаллической решетки под действием внешнего электрического поля, создал теорию электропроводимости металлов. В основе этой теории лежат следующие допущения:

1. Свободные электроны в металлах ведут себя как молекулы идеального газа: «электронный газ» подчиняется законам идеального газа.

2. Движение свободных электронов в металлах подчиняется законам классической механики Ньютона.

3. Свободные электроны в процессе их хаотического движения сталкиваются не между собой, а с ионами кристаллической решетки.

4. При столкновениях электронов с ионами электроны передают ионам свою кинетическую энергию полностью.

Эти допущения огрубляют истинную картину явления, но, несмотря на это, на основе электронной теории и удалось объяснить основные законы электрического тока в металлах.

Построить удовлетворительную количественную теорию движения электронов в металле на основе законов классической механики невозможно. Движение электронов в металле подчиняется законам квантовой физики.

Наряду с металлами хорошими проводниками являются водные растворы или расплавы электролитов.

Эксперимент. Пропускание электрического тока через водный раствор поваренной соли.

В обычных условиях газ является изолятором, но если газ ионизируется, то он становится проводником.

Эксперимент. Электрическая дуга.

К двум угольным электродам присоединяют трансформатор типа КЛТ, у которого имеются гнезда на 30 В. Сводят угли до соприкосновения и разводят. Наблюдается горение дуги в воздухе.

Кроме проводников и диэлектриков имеется группа веществ, проводимость которых занимает промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Они получили название полупроводников.

III. Вопросы для закрепления

- В чем заключается опыт Рикке? Какова его основная идея?

- В чем заключается идея опыта Мандельштама-Папаленси.

- Каковы основные положения электронной теории электропроводимости металлов?

- Какие вещества называют полупроводниками?

- Какие вещества относятся к электролитам?

- В результате какого процесса газ становится электропроводным?

IV. Подведение итогов урока

Домашнее задание

§ 2