Дата _______________ Урок №_____________
Тема : «Проводники и диэлектрики в электрическом поле»
Цели:
Образовательная: формирование представления о проводниках и диэлектриках; ознакомление учащихся со строением проводников и диэлектриков и их поведением в электростатическом поле; демонстрация тесной связи теории с практикой.
Развивающая: развитие мышления, внимания и умения анализировать полученную информацию.
Воспитательная: приобретение навыков общения и самоорганизациию
Личностные универсальные учебные действия : смыслообразование формирование нравственно- эстетических ценностей
Регулятивные универсальные действия: умение планировать, строить алгоритм деятельности, самооценка, самоконтроль выполняемой работы
Коммуникативные универсальные учебные действия: умение слушать и записывать содержание и объяснения учителя и ответы учащихся, правила участия в коллективной деятельности , способы взаимодействия, учебного сотрудничества
Оборудование: персональный компьютер, мультимедийный проектор, экран, электрометр с набором тел, гильза на штативе, пластина из оргстекла, калориметр, лист пластика.
План урока.
-
Организационный момент (цели, задачи урока, подготовка учащихся к восприятию информации). -
Активизация знаний. -
Лекция (сопровождение презентацией и беседой). -
Итог урока. -
Домашнее задание.
ХОД УРОКА
Организационный момент:
Шаг 1. Группы и роли. Входя в класс, дети должны сразу же разбиться на рабочие группы
На предыдущих уроках по теме “электростатика” мы увидели много опытов, демонстрирующих электрические взаимодействия. Сегодня, изучив новую тему, мы найдём объяснение увиденному.
Перед изучением новой темы нам необходимо вспомнить, что мы знаем об электрическом поле. (Слайд № 1)
Какое поле называют электростатическим?
-Условия возникновения поля
-Что является характеристикой электрического поля
-Как определить модуль вектора напряженности
- Как направлены силовые линии электростатического поля, создаваемого:
одним положительным зарядом;
одним отрицательным зарядом.
-Как определить имеется ли поле в данной точке
-Влияет ли поле на окружающие тела
-Что происходит с свободными носителями в электрическом поле
Шаг №2 : Вызов
Продведем опыт№1. Зарядим электрометр и прикоснёмся к нему поочерёдно сначала изолирующей ручкой, а потом металлическим стержнем. Мы видим, что во втором случае электрометр разрядился. Вывод: металл проводит заряды, а пластмасса нет. Таким образом, вещества по проводимости зарядов бывают двух видов
Опыт №2: Установим на острие металлическую трубу. Соединив проводником трубу со стержнем электрометра, убедимся в том, что труба не имеет электрического заряда.
Теперь наэлектризуем эбонитовую палочку и поднесем к одному концу трубы (рис. 138).
Труба поворачивается на острие, притягиваясь к заряженной палочке.
Установим метровую деревянную линейку на подставку, обеспечивающую возможность вращения вокруг вертикальной оси. (Подставкой может быть, например, электрическая лампа накаливания.) Выполним такой же опыт, как с металлической трубой и заряженной палочкой (рис. 140).
Опыт покажет, что деревянная линейка — тело из диэлектрика — притягивается к заряженным телам подобно телу из проводящего материала.
Вывод: Электрическое поле действует на проводники и диэлектрики.
Объясните почему и как?....
Следовательно тема нашего урока
«Проводники и диэлектрики в электростатическом поле”.
Обсудите в группах и сформулируйте цель и задачи урока
предлагаю в течение 3–5 минут поработать вместе в своих малых группах и (с помощью дежурного) обобщить все, что они знают по данной теме.
Затем выступающий от каждой группы зачитывает результаты работы, а педагог фиксирует ответы на доске.
Шаг 3. Будущий текст. Конечная цель занятия – создать небольшой текст, посвященный изучаемой теме и об общей схеме работы. «Сейчас вы должны будете определить жанр вашего текста и то, что обязательно должно в него войти». То есть, учащимся предлагается несколько жанров, из которых они должны выбрать один. Именно в этом жанре они должны будут создать в конце единый на группу связный текст по теме.
Жанры могут быть, например, такими:
-
Письмо другу. -
Эссе. -
Рассказ родителям. -
Заметка в детский журнал. -
Тезисы к ученической конференции и др.
теперь пришла пора на время расстаться со своими группами, чтобы образовать новые, экспертные группы. Каждая группа будет изучать свою часть темы (отрывок текста), с которым потом, вернувшись, они познакомят свою первоначальную группу. На данный вид деятельности вам предоставляется 5-7 минут.
Шаг 4. Перегруппировка. Экспертные группы создаются временно, для изучения отдельных аспектов темы, чтобы потом – по возвращении в рабочие группы – ученики могли поделиться своими приобретениями (то есть узнать друг от друга все аспекты темы) и составить единый связный текст.
Задача экспертной группы состоит в том, чтобы прочесть свой отрывок текста, выделить в нем самое главное и придумать три вопроса, которые будут заданы ребятам в «родной» группе, чтобы понять, что ребята, не читавшие этот текст (часть), вполне поняли его пересказ основных положений. Затем учащиеся рассчитываются на первый-четвертый (пятый, шестой) и рассаживаются в экспертные группы с целью изучения отдельных отрывков текста. Ведущий просит детей помнить о том, что им, прежде всего, нужно сосредоточиться на той информации, которая понадобится их «родной» группе, когда они будут создавать окончательный текст.
сначала они индивидуально читают текст и выписывают самые главные сведения, а также то, что может помочь составить заключительный текст, затем – в групповом обсуждении – они формулируют три вопроса, которые помогут ребятам, не читавшим данный текст, усвоить его лучше. Ведущий предупреждает, что после работы в экспертных группах пользоваться текстом будет нельзя – только записями.
Шаг 5. Работа с текстом. Учащиеся самостоятельно читают текст и выписывают наиболее значимые мысли, факты, идеи. Спустя 5–7 минут эта работа прекращается и каждая экспертная группа в свободном режиме формулирует вопросы к тексту. Для того, чтобы вопросы были связаны не только с воспроизведением материала, но и побуждали к размышлению, педагог предлагает воспользоваться типологией вопросов Бенджамина Блума (см. раздел лекции 2 о вопросах). Варианты возможных вопросов учитель может выдать каждой экспертной группе:
· простые (фактические) вопросы (Что…? Кто…? Когда…?);
· уточняющие вопросы (Правильно ли я понял, что…? Можно ли сказать, что…?);
· интерпретационные (объясняющие вопросы) (Почему…?, В чем причина…?).
· оценочные (В чем отличие…? В чем сильные и слабые стороны…?)
· творческие (аналитико-синтетические) (А что было бы…? Как изменится…, если… ?)
· практические (применение) (Как сделать так, чтобы…? Как применить в жизни …?).
Шаг 7. Возвращение. Теперь настала пора возвращаться в свои рабочие группы. Собираю тексты, чтобы дальше ребята пользовались только своими записями.
Учащиеся возвращаются в «родные» группы, и педагог напоминает им о цели и этапах следующей работы: «Итак, вам необходимо создать небольшой текст в том жанре, который ваша группа выбрала до работы в экспертных группах.
Работать вы будете следующим образом. Сначала каждый эксперт расскажет об основных мыслях, сведениях, которые он (она) почерпнули из текстов. После этого он задаст 2–3 вопроса, на которые остальные должны будут ответить, чтобы показать, что они усвоили материал из его рассказа. Ответственный за творческий процесс в это время может делать какие-то записи, чтобы лучше представить будущий текст».
Работа в экспертных группах – реализация второй фазы урока – учащиеся организуют работу с информацией, соотносят свои результаты с результатами одноклассников.
Шаг 8. Свой текст. После того, как каждый ученик высказался, а остальные ответили на его вопросы, начинается процесс создания общего текста. В написании участвуют все. Иногда не лишним бывает напомнить о ролях: чтобы дежурный записывал текст, генератор идей – придумывал, ведущий – организовал обсуждение и формулирование, а докладчик готовился к выступлению. Все члены группы содействуют написанию текста своими идеями и предложениями.
Шаг 9. Презентация. Докладчики от каждой группы представляют свои тексты аудитории, в идеале – сопровождая его наглядными материалами. Другие ученики и педагог задают вопросы. Вопросы должны носить только уточняющий характер и начинаться со слов: «Правильно я понял, что…?». От каждой группы – не менее чем по одному вопросу к каждому выступлению.
Шаг 10. Заключительный этап. На этом этапе педагог может обсудить с учащимися наиболее спорные и неоднозначные моменты изучаемого материала, предложить задания, связанные с дальнейшим развитием вопроса, исследованием дополнительных источников.
Шаг 11. Самооценка. Каждый учащийся сдает учителю заполненный лист самооценки участия в групповой работе. Каждую характеристику своей работы он должен оценить по пятибалльной шкале.
Я предлагал идеи по составлению текста – 1 2 3 4 5.
Я задавал уточняющие вопросы – 1 2 3 4 5.
Я внимательно выслушивал всех членов группы – 1 2 3 4 5.
Я усвоил тему-1 2 3 4 5
Я понял где применяется данная тема- 1 2 3 4 5
Учитель на следующем
Материал для экспертных групп:
Проводники в электростатическом поле.
Разберёмся, откуда берутся заряды в проводниках? Хорошими проводниками тока являются металлы. Рассмотрим строение типичного металла - натрия.
Посмотрим, где находится натрий в таблице Менделеева. (гиперссылка: Na)
Учащиеся выясняют, что у натрия одиннадцатый порядковый номер, и он находится в 1 группе. Следовательно, у натрия 11 электронов, которые распределены по трём энергетическим уровням. (Вспоминаем, как распределяются электроны по энергетическим уровням.) Из рисунка видно, что последний электрон слабо притягивается к ядру. Выясняем, почему, и делаем вывод.
Атом, потерявший электрон, становится положительным ионом. Следовательно, металлы состоят из положительно заряженных ионов, которые участвуют в тепловом движении, и свободных электронов, которые могут перемещаться по всему проводнику.
Проведём опыт. Поднесём незаряженную гильзу к заряженной стеклянной пластине. Гильза притянется к пластине. А ведь в электрические взаимодействия вступают только заряженные тела! Посмотрим, как такое возможно.
Когда мы подносим гильзу к заряженной пластине, то под действием её электрического поля свободные электроны металлической гильзы приходят в направленное движение и собираются на левой стороне гильзы. Поэтому гильза притягивается к пластине.
Правая сторона гильзы, с которой “сбежали” электроны, заряжается положительно. Поэтому внутри гильзы возникает своё электрическое поле, направленное против внешнего поля. И как только внутреннее поле станет равным внешнему полю, движение электронов прекратится. (Cлайд № 9)
Этот вывод наглядно продемонстрировал английский физик Майкл Фарадей. Он провёл следующий опыт. Оклеил большую деревянную клетку листами станиоля (оловянной бумагой) и изолировал её от Земли. При помощи электрической машины Фарадей очень сильно зарядил клетку, а сам поместился в неё с чувствительным электроскопом. При этом электроскоп не показывал никакого отклонения.
(Демонстрируется опыт)
Возьмём электрометр, на стержне которого укреплена малая сфера, и поднесём к нему положительно заряженную стеклянную пластину. Под действием поля пластины стрелка электрометра отклонится от стержня. Накроем теперь сферу калориметром и так же поднесём заряженную пластину. Стрелка отклоняться не будет. Калориметр оказывает экранирующее действие. Внутри него электрического поля нет.
Это явление лежит в основе электростатической защиты. Чтобы защитить чувствительные к электрическому полю приборы, их заключают в металлические ящики.
Диэлектрики в электростатическом поле.
Чтобы разобраться, почему в диэлектрике нет свободных зарядов, рассмотрим его строение на примере типичного диэлектрика - поваренной соли.
Мы уже видели, что у натрия во внешней оболочке один валентный электрон, слабо связанный с атомом. Посмотрим, сколько валентных электронов у хлора (гиперссылка: таблица Менделеева – приложение 4).
У хлора семь валентных электронов и для завершения энергетического уровня ему не хватает одного электрона. Хлор захватывает недостающий электрон у натрия. Натрий, отдавая электрон, заряжается положительно, а хлор, забрав электрон, заряжается отрицательно. Получается система из двух разноимённых зарядов, связанных между собой. Такая система связанных зарядов называется электрическим диполем. Диэлектрики же, состоящие из таких диполей, называют полярными.
(Строение полярного диэлектрика)
К полярным диэлектрикам относятся поваренная соль, спирты, вода и др. Есть ещё другие диэлектрики, их называют неполярными. У этих диэлектриков нет диполей, они состоят из молекул, у которых совпадают центры положительных и отрицательных зарядов.
Внесём полярный диэлектрик в электростатическое поле и посмотрим, что при этом произойдёт.
Как только мы помещаем диэлектрик в электростатическое поле, на каждый диполь будет действовать пара сил. Под действием этих сил диполи начнут разворачиваться отрицательными полюсами влево, а положительными вправо. При этом с левой стороны окажется больше положительных полюсов диполей, а справа - отрицательных.
Внутри диэлектрика возникнет своё, внутреннее поле, направленное против внешнего. Тепловое движение молекул не даёт им выстроиться ровно вдоль силовых линий, поэтому внутреннее поле будет меньше внешнего. Следовательно, общее поле внутри диэлектрика будет меньше внешнего
Вывод: диэлектрик ослабляет внешнее электрическое поле.
Убедимся в этом на опыте.
Возьмём электрометр с металлическим диском и зарядим его положительно. Поднесём к диску лист пластика, стрелка электрометра приблизилась к стержню. Значит, диэлектрик ослабляет поле диска.
Для того чтобы описать, как сильно ослабляет диэлектрик электрическое поле, вводят величину, которую называют диэлектрической проницаемостью.
Разные диэлектрики по-разному уменьшают поле
Учащиеся знакомятся с таблицей.
Мы помним, что закон Кулона справедлив только для зарядов, находящихся в вакууме. Как изменится сила взаимодействия в диэлектрике?
Мы разобрались, что происходит внутри диэлектрика, когда он попадает в электростатическое поле. Такое же действие на диполи оказывает и другие электрические поля.
А теперь эти знания нам помогут выяснить, как микроволновая печь разогревает продукты.
Поместим для подогрева в микроволновую печь стакан с водой. Вода – полярный диэлектрик, состоящий из диполей.
Как только мы включим микроволновку, в ней появится электрическое поле, под действием которого диполи развернутся.
В следующее мгновение направление электрического поля изменится, и под действием поля диполи развернутся на 180 градусов.
Так как частота микроволнового излучения 2450 МГц, то за одну секунду каждая молекула развернётся на 180 градусов 4 900 000 000 раз! Под действием микроволнового излучения диполи будут “кувыркаться” и толкать другие молекулы. А наша вода, или другие продукты будут нагреваться. Так нагревается поверхностный слой, а вглубь продуктов тепло передаётся за счёт теплопроводности.
Мы все пользуемся мобильными телефонами и не раз слышали, что излучение наносит вред нашему организму. Компании же сотовой связи утверждают обратное.
Рассмотрите внимательно таблицу. О чём говорит вам сухой язык цифр и здравый смысл?
Сегодня на уроке мы разобрали поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. На следующем уроке мы будем применять полученные знания для объяснения электрических явлений и занимательных опытов.
Домашнее задание: §§ 95–97 по учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева 10; конспект лекции.