запустити on-line скачати

За допомогою модели у курсі фізики 8 класу можна розглянути поняття електричного струму, дію джерела струму, сутність електричного опору, теплову дію електричного струму та на її основі поняття сили струму, залежність сили струму від напруги та опору.

Електричний струм

Актуалізація: два роди зарядів, взаємодія заряджених тіл, електричне поле, електрон, будова атомів.

Новий матеріал

Показуємо провідник. Чи рухаються в ньому електрони?

Так, частина електронів провідника дуже слабко зв'язана з ядрами атомів (вільні електрони) і тому хаотично рухаються по всьому об'єму провідника.

Що буде відбуватися, якщо на одному з кінців провідника створити надлишок електронів?

Електрони як однаково заряджені часточки будуть відштовхуватися один від одного і розподілятися по всьому провіднику.

Що відбудеться, якщо на одному з кінців провідника буде підтримуватися надлишок електронів?

Електрони будуть постійно рухатися  від одного кінця провідника до іншого.

Вмикаємо модель, вимикаємо відображення іонів кристалічної решітки провідника, встановлюємо невеличку напругу.

Це явище має назву електричного струму. Електричний струм - це впорядкований рух заряджених частинок у просторі.

Тут слід звернутися до аналогії або іншої моделі і показати, що з появою впрядкованого руху електронів їх хаотичний рух не припиняється.

Дія електричного струму

З чого складається провідник?

Провідник складається із атомів.

Атоми з чого складається?

З ядер та електронів. У випадку металевого провідника ми можемо казати про іони, що розміщені у вузлах кристалічної решітки та вільних електронах.

Що буде відбуватися із провідником під час проходження електричного струму?

Електрони будуть наштовхуватися на іони і змушувати їх рухатися швидше. Тому провідник буде розігріватися.

Вмикаємо модель, вмикаємо відображення іонів кристалічної решітки провідника, збільшуємо напругу джерела струму і спостерігаємо збільшення температури.

Тут було б дуже добре показати на реальних дослідах теплову, магнітну, хімічну дію електричного струму.

Сила струму

Як вимірювати електричний струм?

За його дією.

Як описати електричний струм?

По-перше, можна описати напрям струму. За напрям струму вибирають рух позитивно заряджених частинок (це так історично склалося, традиція така). Таким чином напрямок руху струму в металах протилежний напрямку руху електронів.

По-друге, можна описати кількість електронів, що проходить через провідник. Але тут замало тільки кількості електронів:

• крім електронів електричний струм може створюватися і іншими зарядженими часточками - замість кількості електронів беремо більш загальну характеристику заряд;
• одна і та сама кількість електронів може пройти провідником за 1 с, а може за 1 добу - тому враховуємо заряд за одиницю часу;
• крім впорядкованого руху електрони одночасно приймають участь і у хаотичному русі, що не має відношення до електричного струму, його потрібно відкинути - враховуємо заряд, що проходить перетином провідника.

З урахуванням цих трьох міркувань отримуємо фізичну величину силу електричного струму.

Це величина векторна чи скалярна? Електричний струм має напрям, але сила електричного струму - скалярна величина, бо і заряд і час є скалярними.

Сила електричного струму - скалярна фізична величина, що характеризує дію електричного струму та відповідає кількості заряду, переміщеному через перетин провідника за одиницю часу. Позначається I, формула I=q/t вимірюється в А (Амперах) за допомогою приладу амперметр.

Джерело струму

За рахунок чого на кінцях провідника існує постійна різниця у кількості електронів?

За рахунок батарейки, джерела струму.

Так, але що відбувається всередині цього джерела струму?

Електричне поле діє таким чином, що однаково заряджені часточки відштовхуються. Тому електричне поле не здатне підтримувати цю різницю у кількості елеткронів. Воно (електричне поле) відповідає тільки за впорядкований рух електронів провідником. У джерелі струму повинні діяти якісь інші сили, їх загальна назва сторонні сили.

Вмикаємо модель, вмикаємо відображення руху електронів всередині джерела струму.

В батарейках, акумуляторах для цього використовується енергія хімічних реакій, в термоелементах - теплова енергія, в магнітних генераторах - механічна енергія, в фотоелементах - світлова енергія.

Тут необхідно показати реальні демонстрації або моделі електрофорної машини, гальванічного елементу, термоелементу, фотоелементу, генератора.

Можливості джерела струму з створення струму описують за допомогою електричної напруги.

Напруга - робота, яка затрачається на переміщення одиничного заряду з однієї точки в іншу.

Напруга вимірюється у вольтах.

Для вимірювання напруги використовуються прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.

Електричний опір

Актуалізація: теплова дія електричного струму.

Якщо електрони наштовхуються на іони кристалічної решітки провідника, то вони повинні при цьому пригальмовуватися.

Вмикаємо модель, звертаємо увагу на гальмування електронів при зіштовхуваннях. Найкраще нерівномірність руху електронім спостерігати з малим опором та напругою.

Досліджуємо на іншій моделі або на реальному досліді залежність опору від довжини та площі перетину провідника.

Різні провідники мають різне розташування іонів, тому і гальмувати вони будуть неоднаково.

Збільшуємо в моделі опір, показуєму зміну характеру руху електронів.