Нетрадиційні_уроки_фізики
.pdf
струму в колі обчислюється |
за формулою |
I |
|
nξ |
а при |
||||
посл |
R + nr |
||||||||
паралельному з'єднанні I |
пар = |
ξ |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
R + |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
n
За якого опору зовнішнього кола сила струму в ньому буде однакова при паралельному і послідовному з'єднаннях однакових джерел струму в рею? Хто дасть відповідь?
Розв'язання одного з представників бригад:
nξ |
= |
nξ |
; R + nr = nR + r; r(n −1) = R(n −1); R = r |
|
R + nr |
nR + r |
|||
|
|
Отже, при R = r Iпосл = Iпар .
(Поки учні розв'язують завдання, учитель за найбільшою кількістю фішок виявляє командирів трьох груп, для яких оголошує
конкурс найскладніших задач на закони Кірхгофа для розгалужених кіл.)
V. Конкурс командирів груп |
|
|
|
Завдання першому командирові |
|
|
|
На мал. 7 зображено схему електричного кола |
|
||
постійного струму. Знайти значення і напрями сил |
|
||
струмів у резисторах R1 |
= 6Ом,R2 = 4Ом,R3 |
= 2Ом, |
|
якщо ξ1 = ξ2 = 6B i ξ3 = 16B . |
Внутрішній опір |
джерел |
|
Мал. 7. |
|||
струму не враховувати. |
|
|
|
|
|
|
|
R1 = 6Ом, R2 = 4Ом,
R3 = 2Ом,
ξ1 = ξ2 = 6В,
ξ3 = 16В,
I1 = ?,I2 = ? I3 = ?
Розв'язання
Виберемо умовно напрями струмів у колі. Нехай
струми |
мають |
напрями |
I1 − AK ,I2 − BO,I3 − DC . |
|||
Складемо |
рівняння |
струмів |
за |
правилом |
||
вузлів: I1 − I2 − I3 |
= 0 (вузол |
В). Складемо |
рівняння |
|||
спадів напруг у замкнених контурах:
−I1R1 + ξ1 − ξ2 + I2 R2 = 0;
Контур АВОКА: − 6I1 + 6 − 6 + 4I2 = 0;
−3I1 + 2I2 = 0;
−I2 R2 + ξ2 + ξ3 − I3 R3 = 0;
контур ОВСDО: − 4I2 + 6 + 16 − 2I3 = 0;
2I2 + I3 = 11.
203
I |
1 |
+ I |
2 |
= I |
; |
|
|
|
|
3 |
|
||
Складемо систему рівнянь і розв'яжемо її: 3I1 − 2I |
2 = 0; |
|||||
|
|
|
|
|
= 11. |
|
2I2 + I3 |
||||||
|
Значення струмів: I1 |
= 2 A; I2 |
= 3A; I3 |
= 5A. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Завдання другому командирові |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
На мал. 8 зображено схему електричного кола |
|
|
|
|
|||||||||||
постійного струму. Знайти значення і напрями сил |
|
|
|
|
||||||||||||
струмів у кожній вітці, а також спад напруги на |
|
|
|
|
||||||||||||
резисторі R опором 26 Ом, якщо ЕРС і внутрішній |
|
|
|
|
||||||||||||
опір джерел |
струму |
|
відповідно |
дорівнюють |
|
|
Мал. 8. |
|||||||||
ξ1 = 20B,ξ2 = 42B,r1 = 2Ом,r2 = 4Ом.. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ξ1 |
= 20B, |
|
|
|
|
|
Розв'язання |
|
|
|
|
|
||||
ξ2 |
= 42B, |
|
Виберемо умовно напрями струмів у колі. Нехай |
|||||||||||||
|
струми |
мають |
напрями |
I1 − KA,I2 − BO,I3 − DC. |
||||||||||||
r1 |
= 2Ом, |
|
||||||||||||||
|
Складемо |
|
рівняння |
струмів |
за |
|
правилом |
вузлів: |
||||||||
r2 |
= 4Ом, |
|
I2 − I1 − I3 |
= 0 (вузол |
О). |
Складемо |
рівняння |
спадів |
||||||||
R = 26Ом |
|
напруг у замкнених контурах: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
I2 r2 − ξ2 + ξ1 + I1r1 = 0; |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
I1 − ? I2 − ? |
|
Контур АВОКА: 4I2 |
− 42 + 20 + 2I1 = 0; |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
I1 + 2I2 = 11; |
|
|
|
|
|
|
|
||||
I3 |
− ?U3 − ? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
− I2 r2 + ξ2 − I3 R = 0; |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
контур ВСЕЮВ: − 4I2 + 42 − 26I3 |
= 0; |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2I2 + 13I3 |
= 21. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
1 |
+ I |
3 |
= I |
2 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Складемо систему рівнянь і розв'яжемо її: I1 + 2I2 = 11; |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 21. |
|
|
|
|
|
|
= 3A; I2 |
= 4 A; I3 |
= 1A. |
2I2 + 13I3 |
|
|
||||||
|
Значення струмів: I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Завдання третьому командирові |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
На мал. 9 зображено схему електричного кола |
|
|
|
||||||||||||
постійного струму. Визначити спад напруги на |
|
|
|
|||||||||||||
кожному резисторі, якщо R1 = 10Ом,R2 = 4Ом,R3 |
= 2Ом |
|
|
|
||||||||||||
і |
ЕРС |
джерел |
|
електричної |
|
енергії |
|
|
|
|||||||
ξ1 |
= 5B,ξ2 = 18B,ξ3 = 7B. |
|
Внутрішній |
опір |
джерел |
|
Мал. 9. |
|||||||||
електричного кола не враховувати.
204
R1 = 10Ом, R2 = 4Ом,
R3 = 2Ом,
ξ1 = 5В,
ξ2 =18В,
ξ3 = 7В
U1 -?U 2 -? U3 -?
Розв'язання
Виберемо умовно напрями струмів у колі. Нехай
струми |
мають напрями |
I1 − AB,I2 − CK ,I3 − OD . |
|||
Складемо |
рівняння |
струмів |
за |
правилом |
вузлів: |
I1 + I3 − I2 |
= 0 (вузол |
С). Складемо рівняння |
спадів |
||
напруг у замкнених контурах: |
|
|
|
||
|
|
ξ1 + I1 R1 + I2 R2 - ξ2 = 0; |
|
||
Контур АВСКА: 5 +10I1 + 4I2 |
-18 = 0; |
|
|||
|
|
10I1 + 4I2 = 13; |
|
||
|
|
ξ2 − I2 R2 − I3 R3 − ξ3 = 0; |
|
||
контур КСDОК: 18 - 4I2 - 2I3 - 7 = 0; |
|
||||
|
|
4I2 + 2I3 |
= 0. |
|
|
I |
1 |
+ I |
3 |
= I |
2 |
; |
|
|
|
|
|
|
|||
Складемо систему рівнянь і розв'яжемо її: 10I1 + 4I |
2 |
= 13; |
|||||
|
|
|
|
|
= 11. |
||
4I2 + 2I3 |
|||||||
Значення струмів: I1 = 0.5A; I2 = 2 A; I3 = 1.5A. Спад напруг:
U1 = I1 R1 = 0.5A ×10Ом = 5B; U 2 = I2 R2 = 2 A × 4Ом = 8B;
U3 = I3 R3 =1.5A × 2Ом = 3B.
(Переможець останньою конкурсу пояснює розв'язок своєї задачі для всіх учнів класу. Для економії часу це може зробити вчитель, роз'яснюючи при цьому закони Кірхгофа та наголошуючи на основних етапах розв'язання подібних задач.)
IV. Підсумок уроку
Члени журі вручають нагороди. Потім учитель підбиває загальний підсумок уроку, обіцяючи всім учасникам романтичну подорож до «країни знань» — екскурсію на радіо чи електротехнічний факультет одного з ВНЗ.
205
"ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ В ЕЛЕКТРОЛІТАХ. ЗАСТОСУВАННЯ ЕЛЕКТРОЛІЗУ"
Інтегрований урок з фізики й хімії
Мета. Дати учням уявлення про електроліз як окисно-відновний процес; розвивати вміння спостерігати, аналізувати фізичні й хімічні явища, робити висновки; закріпити поняття «електролітична дисоціація», «окисно-відновні реакції», показати єдність законів фізики і хімії.
Тип уроку. Урок вивчення нового матеріалу.
Обладнання. Таблиця «Електроліз солей», чеканка, позолочені вироби (годинник, ланцюжок), кінофільм «Використання електролізу»; 5 комплектів приладів і матеріалів (джерело струму на 4В-12В, з'єднувальні проводи, 2 електроди, скляна паличка, купром (II) хлорид (CuCl2 ), склянка з дистильованою водою, терези з
важками, годинник).
Методичні поради. Відомо, що матеріал, вивчений у процесі самостійної діяльності, засвоюється значно краще, ніж вивчений пасивно (прочитаний або прослуханий). Найефективнішими є такі уроки вивчення нового матеріалу, на яких роль учителя зводиться до організації активного пізнавального процесу, коли учні самі «відкривають» закони та їхні наслідки.
Робота школярів у малих групах (по 4-5 осіб) дає змогу вирішувати цілу низку педагогічних завдань. По-перше, всі учні залучаються до роботи й активно працюють над пошуком правильної відповіді, усвідомлюють свою причетність до цього процесу. Подруге, стимулюється творче мислення, підтримуються нестандартні ідеї. По-третє, учень може усвідомити й розвинути своє психологічне амплуа (генератор ідей, інтелектуальний лідер, організатор,
розумний скептик), а також виявити свої слабкі місця. По-четверте, під час групової роботи можна здійснити диференційоване навчання.
Роботу в групах слід розглядати не як заміну традиційної форми уроку, як доповнення до неї, оскільки завдання, що вирішуються в рамках цих форм, різні.
206
Плануючи уроки вивчення нового матеріалу, слід спиратися на логічний ланцюжок гіпотетично-дедуктивного методу науки.
Відомі поняття, |
Гіпотези про |
Наслідки |
Перевірка на |
Висновок |
||
спостереження |
закони |
|
досліді |
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Актуалізація |
Висування |
Перевірка |
Основні |
|
|
|
знань, |
теоретичних |
висунутих |
висновки |
|
|
|
повторення |
гіпотез |
гіпотез на |
|
Узагальнення |
||
відомих понять |
(відповіді на |
практиці |
|
|
|
|
та законів |
запитання) |
|
|
|
|
|
I етап |
II етап |
III етап |
IV етап |
V етап |
||
При цьому важливо не лише розкрити етапи побудови теорії тих чи інших явищ, а й визначити їхню роль у цьому процесі.
Слід особливо підкреслити значення узагальнення, яке дає змогу звести одне ціле результати діяльності груп. Іноді доцільно таке узагальнення зі пропонувати учням як домашнє завдання.
Основою до уроків є комплекти карток-завдань, які пропонуються група на І—III етапах (див. таблицю).
Середня чисельність учнів у більшості класів становить 20-25 осіб, том комплект завдань розраховується на 4-5 груп по 4-5 учнів у кожній. Збільшення чисельності групи різко знижує ефективність праці і призводить до пасивності окремих учнів.
Групи комплектуються з урахуванням бажань учнів, учитель лише коригує їхній склад. Важливо простежити, щоб у кожній групі були учні, спроможні виконати завдання.
Хід уроку
Учитель хімії. Усе те, що ми вивчаємо на уроках хімії й фізики, має неабияке значення в житті людини. Чим же корисний електроліз для людині Щоб ви могли дати чітку відповідь, нам сьогодні потрібно з'ясувати суть процесу електролізу, тобто з'ясувати, що відбувається з речовинами під час цього процесу, навчитися записувати рівняння реакції електролізу розплавів розчинів солей.
Щоб знайти відповідь на ці питання, потрібно повторити матеріал тем «Електролітична дисоціація», який вивчався на попередніх уроках. Працюватимемо групами. Кожна група отримує кілька запитань. На обговорення відводиться 3 хвилини. Доповнення оцінюються додатковими балами. На третє запитання, можливо, вам буде важко відповісти, але будь-яка відповідь буде зарахована.
Учні відповідають на запитання.
207
Група 1
1.Що таке електричний струм? За яких умов він існує?
2.Які речовини називають електролітами? Навести приклади.
3.Що таке електроліз? Де він використовується?
Група 2
1.Чому лише розчини і розплави проводять електричний струм?
2.Яка вода проводить електричний струм? Чому? Як дисоціює
вода?
3.Що таке електроліз? Де він використовується?
Група 3
1.Що таке іони; аніони; катіони?
2.Які речовини називають солями з точки зору електролітичної дисоціації? Навести приклади.
3.Що таке електроліз? Де він використовується?
Група 4
1.Які реакції називають окисно-відновними?
2.Що називають окисником; відновником?
3.Що таке електроліз? Де він використовується?
Група 5
1.Що ви знаєте про ряд електрохімічних напруг металів? Чи здатні ці метали окислюватися?
2.Що таке катод; анод?
3.Що таке електроліз? Де він використовується?
Ви бачите, що на останнє запитання відповіді різні. Отже, нашим завданням на цьому уроці є знайти істину.
Хімія і фізика — прикладні науки, тому звернімося до дослідів. Учитель фізики. Зберемо електричне коло за
схемою (мал. 1), перевіримо електропровідність солі купром (II) хлориду (CuCl2 ). Для цього мідні електроди зануримо в сіль і замкнемо коло. Що показує амперметр?
- Сила струму дорівнює нулю. - Як ви вважаєте, чому?
- Немає струму, оскільки немає носіїв зарядів.
- Витремо насухо мідні електроди і зануримо їх у дистильовану воду. Спостерігаємо за показами амперметра.
- Сила струму дорівнює нулю, оскільки немає носіїв зарядів.
- Всиплемо сіль купром (II) хлорид у воду, розмішаємо скляною паличкою, замкнемо коло і спостерігатимемо за показами амперметра.
208
- Покази є.
Учитель хімії. Що відбувається з розчином солі купром (II) хлориду, коли крізь нього пропускати постійний електричний струм?
Обговорюємо це питання і на дошці записуємо алгоритм процесу, який відбувається у розчині солей неактивних металів.
CuCl |
2 |
↔ Cu 2+ + 2Cl − ; |
|
|
|
||||
Катод: Cu 2+ |
|
+ 2e− |
→ Cu0 (відновлюється); |
||||||
|
|
Cl − −1e− → Cl 0 |
|
|
|
||||
Анод: 2Cl 0 |
→ Cl |
2 |
−; |
|
|
(окислюється); |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CuCl |
|
електроліз |
Си + Сl |
|
− |
||
|
|
|
2 |
|
→ |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Який же процес спостерігається під час проходження постійного електричного струму крізь розчин солі?
-Окисно-відновний.
-Із чим пов'язаний цей процес?
-З віддачею або приєднанням електронів іонами.
Електроліз — це окисно-відновні реакції, які відбуваються на електродах або в розплаві електроліту під час пропускання постійного електричного струму, внаслідок чого на електродах виділяється речовина.
Такі процеси відбуваються і в розплаві солі або лугу. Детальніше ми розглянемо цей процес на наступних уроках та факультативному занятті.
Учитель фізики. Розімкнемо коло. Висушимо електроди і розглянемо їх. Що ми побачимо?
-Катод укрився тонким шаром міді.
-Як визначити масу чистої міді, яка виділилася на катоді?
m = mk − m0k (1)
-А ще як?
-Масу одного іона Cu помножити на їхню кількість:
m= m0i Ni (2)
-А як знайти масу одного іона Cu ?
-Потрібно молярну масу Cu поділити на число Авогадро:
m0i = M . (3)
N A
і знайдений вираз підставити у формулу (2).
- Як же знайти кількість іонів Cu в розчині під час
209
проходження крізь нього електричного струму?
- Потрібно загальний заряд іонів поділити на заряд одного іона:
Ni = q ; (4) q0i
Ni = It (5) ne
Знайдені вирази (3) і (5) підставимо у формулу (2). - Ми отримали закон електролізу:
m = M × It (6) N A ne
-Цей закон відкрив 1837 р. англійський фізик Майкл Фарадей. Вам знайоме це ім'я? Що ви можете про нього розповісти?
(Невелике доповнення дає учень, який підготував це повідомлення.)
-Добуток N A на e називається сталою Фарадея і позначається
літерою F :
N Ae = F (7)
Величина k = 1 × M (8)
F n
називається електрохімічним еквівалентом. Тоді закон електролізу можна записати у такому вигляді:
m = kIt, або m = kq (9)
Маса речовини, що виділяється на електроді під час електролізу, прямо пропорційна до електричного заряду, який пройшов крізь електроліт.
- А зараз визначте масу у вашому досліді.
(Учні виконують завдання.)
Учитель хімії. Тепер ви вже можете відповісти на запитання: яке значення має гідроліз? Для чого він використовується?
(Пояснення дають учні, які готували доповіді. Перегляд кіноплівки «Використання електролізу».)
Учитель фізики. Повернімося до нашого досліду. Нам уже відомо, скільки виділилося чистої міді. А як визначити заряд, який пройшов крізь електроліт?
-Потрібно масу міді поділити на
-У збірнику задач знайдіть таблицю значень електрохімічних
еквівалентів і визначте k для міді, ( k = 0.33×10−6 кг / Кл.)
210
-Правильно. А як це розуміти?
-Це маса речовини, яка виділилася на катоді під час проходження заряду в 1 Кл крізь електроліт.
-Визначимо заряд, що пройшов через розчин, у нашій роботі.
(Учні виконують завдання.)
Учитель хімії. Розв'яжемо таку задачу: під час електролізу крізь розчин ферум (III) хлорид ( FeCl3 ) проходить заряд, який дорівнює
5 ×104 Кл. Скільки при цьому виділилося заліза і хлору? На якому електроді виділився хлор, а на якому — залізо?
Q = 5 ×104 Кл |
|
Розв’язання 1 |
|||
|
m = k q |
||||
|
|||||
|
|
|
1 |
1 |
|
k = 1.93 ×10−7 кг / Кл |
|
m = k |
q |
||
|
|
|
2 |
2 |
|
k = 3.67 ×10−7 кг / Кл |
|
m1 = 5 ×104 Кл×1.93 ×10−7 кг / Кл = 9,65 ×10−3 кг » 10г. |
|||
|
|
|
m = 5 ×104 |
Кл×3,67 ×10−3 кг / Кл =18,35 ×10−3 кг »18г. |
|
|
|
|
2 |
|
|
m1 -? m2 -? |
|
|
|
|
|
|
|
|
Розв’язання 2 |
||
|
|
|
|||
FeCl ↔ Fe3+ + 3Cl − ; |
|
|
|||
3 |
|
|
|
|
|
K (-)Fe+3 + 3e− |
® Fe0 ( відновлюється ); |
||||
A(+)Cl − -1e− ® Cl 0 ( окислюється ); |
|||||
2Cl 0 ® Cl2 -; |
|
|
|
|
|
2FeCl3 |
електроліз |
- . |
|||
® |
|
2Fe + 3Cl2 |
|||
|
|
|
|
|
|
Підбиваючи підсумок уроку, вчителі підкреслюють те нове, що засвоїли учні з точки зору фізики та хімії.
"МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИНИ"
Урок роботи в базово-перехресних групах
Мета. Дати учням поняття про магнітні властивості речовин; розвивати уміння спостерігати, аналізувати, робити висновки; самостійно працювати з науково-популярною літературою; працювати в групах, слухати своїх колег, планувати свою роботу; виховувати в учнів толерантність, наполегливість у досягненні мети.
Тип уроку. Урок вивчення нового матеріалу.
211
Обладнання. Універсальний демонстраційний трансформатор, джерело постійної напруги (100 В, 10 А), проекційний ліхтар і екран
(для демонстрування у тіньовій проекцій); залізний, алюмінієвий,
вісмутовий (або з графіту) стержні, шкільний штатив, тонка капронова нитка, підвіс, з'єднувальні проводи, ключ, свічка.
Методичні поради. На даному уроці поряд зі звичними методами — експериментом і фронтальною бесідою — для вивчення нового матеріалу використовується метод базово-перехресних груп. Цей метод активізує пошукову діяльність учнів, залучає їх до самостійного отримання знань, сприяє організації їхньої роботи, змушує переглянути свої знання під час навчання інших. Для роботи за цим методом учитель створює базові групи чисельністю 4-6 учнів. Групи повинні бути гетерогенними, тобто включати учнів і різної статі, і різного рівня навчальних досягнень. У базових групах учні опрацьовують навчальний матеріал із певного питання. По завершенню цієї роботи вчитель формує нові групи (перехресні) таким чином, щоб у кожній групі було по одному учасникові з попередніх базових. На наступному етапі роботи кожен учасник нової групи навчає інших, передаючи їм знання, здобуті у базовій групі. (Базово-перехресні групи можна формувати, наприклад, за таким принципом: учні отримують картки із надписами А1, А2, АЗ, А4, А5, А6; Б1, Б2, БЗ, Б4, Б5, Б6; В1, В2,... Базові групи формуються за літерами, а перехресні — за цифрами.)
Хід уроку I. Актуалізація опорних знань
Учитель. Пригадаємо навчальний матеріал, засвоєний раніше:
-Яка внутрішня будова речовини?
-Яка будова атома?
-Як рухаються електрони в атомі?
-Що існує навколо будь-якого провідника зі струмом?
-Що існує навколо рухомого електрона?
-Що є силовою характеристикою магнітного поля?
-Як взаємодіють два паралельні провідники зі струмом? Від чого залежить ця взаємодія?
-Як визначити напрям вектора індукції магнітного поля
струму?
II. Вивчення нового матеріалу
Учитель. Вивчаючи взаємодію провідників зі струмом, ми звертали увагу на те, що на магнітну взаємодію впливає середовище,
212