Сопротивление проводника - 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

Цели: определить, от каких параметров зависит сопротивление проводника; ознакомить с явлением сверхпроводимости.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение

- Почему проводник, по которому идет ток нагревается?

- От чего зависит электрическое сопротивление проводника?

- Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

III. Проведение лабораторной работы

Лабораторная работа «Определение теплоемкости твердого тела (электрическим методом)»

Ход работы

1. Возьмите твердое тело цилиндрической формы и определите его массу на рычажных весах.

2. Поместите его в войлочный чехол и установите иммерсионный нагреватель и термометр.

3. Замкните цепь и при помощи реостата добейтесь получения подходящего значения силы тока и напряжения.

4. Отмерьте начальную температуру, включите секундомер и замкните цепь ключом.

5. Когда произойдет заметное повышение температуры, отметьте время и наивысшую температуру.

6. Сделайте вывод.

IV. Изучение нового материала

Согласно электронной теории:

но - удельное сопротивление проводника.

Сопротивление металлов связано с тем, что электроны, движущиеся в проводнике, взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и теряют часть своей энергии, которую они приобретают в электрическом поле. Так как масса и заряд электрона постоянны, концентрация электронов проводимости в металлах фактически не зависит от внешних воздействий, число соударений электронов с ионами зависит от температуры, поэтому удельное сопротивление металлов должно зависеть от температуры.

Опыт

В цепь, содержащую батарею аккумуляторов и стальную спираль последовательно включите лампу, направляя спираль при помощи горелки. При этом наблюдается уменьшение яркости лампы. Уменьшилась сила тока, увеличилось сопротивление.

Замените стальной проводник на другой. При повышении температуры сопротивление металлов увеличивается приблизительно пропорционально их абсолютной температуре.

Из выражения следует, что удельное сопротивление должно быть пропорционально квадратному корню из температуры. Между тем, из опыта известно, что удельное сопротивление пропорционально абсолютной температуре.

Это не единственная трудность классической теории проводимости металлов. Эти и другие противоречия разрешимы только с помощью квантовой физики.

В начале XX века голландский ученый Г. Камерлинг-Онмес превратил в жидкое состояние гелий. Температура кипения жидкого гелия 4,2 °К.

Исследуя сопротивление ртути он обнаружил, что при 4,12 °К сопротивление упало до нуля.

Это явление потери металлом электрического сопротивления при определенной температуре получило название сверхпроводимость. Интерес к явлению возрастал по мере обнаружения материалов, у которых сверхпроводимость наступает при более высокой температуре.

В 1987 г. стали известны материалы, обладающие сверхпроводимостью при температуре около 100 °К. Исследования в этой области ведутся очень интенсивно. Теоретически предсказана возможность получения сверхпроводящих материалов при комнатной температуре. Интересно, что такими материалами является простая керамика. В настоящее время научились получать сверхпроводящие пластины и проволоку из этого хрупкого материала.

V. Закрепление изученного материала

- В чем причина зависимости сопротивления проводников от температуры?

- При включении электрической лампы сила тока в первый момент значительно отличается от силы тока в лампе, когда она начинает светить. Почему?

- В чем состоит явление сверхпроводимости?

VI. Решение задач

1. Электрическое сопротивление вольфрамовой нити электрической лампы при температуре 23 °С равно 4 Ом. Найдите электрическое сопротивление нити при 0 °С. α = 4,8 · 10^-3 К^-1. (Ответ: 3,6 Ом).

2. Электрическое сопротивление вольфрамовой нити при 0 °С равно 3,6 Ом. Найдите электрическое сопротивление при температуре 2700 °К. (Ответ: 45,5 Ом).

3. Электрическое сопротивление проволоки при температуре 20 °С равно 25 Ом, при температуре 60 °С - 20 Ом. Найдите температурный коэффициент электрического сопротивления. (Ответ: -4,5 · 10^-3 К^-1).

4. Каков температурный коэффициент электрического сопротивления материала проводника, если при нагревании от 0 °С до 100 °С его электрическое сопротивление увеличилось на 0,1 %. (Ответ: 10^-5 К^-1).

VII. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 9, 10.