Зміст і методика вивчення теми ‘Тиск рідин та газів’ в 7 класі.

За обсягом навчального матеріалу – це найбільша тема. Спочатку продемонструємо учням досліди, а потім дамо пояснення. Закріпимо на трубці з поршнем порожнисту скляну кулю з отворами і заповнимо її димом. Почнемо переміщувати поршень, збільшуючи тиск газу, з усіх отворів кулі дим виходитиме однаково. Ще один дослід – у трубку, яку з одного боку закрито, наллємо води і зав’яжемо зверху гумовою плівкою. Натиснемо на поршень, переміщуючи його до плівки. Плівка розтягнеться і набере сферичної форми. Робимо висновки, що газ або рідина передає тиск в усіх напрямках однаково – це зак. Паскаля. Усі рідини на Землі зазнають дії сили тяжіння. Через це вони мають вагу. Візьмемо високу циліндричну посудину і наллємо в неї певну кількість води. Гумове дно прогнеться внаслідок дії ваги на дно. Розрахуємо тис, який чинить рідина на дно посудини внаслідок дії на неї сили тяжіння. P= F/S; F=S= mg; m= ρV= ρSh→ p= F/S= mg/S=gρV/S= gρSh/S= gρh. Тиск рідини як наслідок дії сили тяжіння залежить тільки від її густини і висоти стовпа рідини. Відповідно до зак. Паскаля тиск рідини діє не тільки на дно, а й на бічні ствнки. Атмосферний тиск. Для засвоєння учні повинні повторити попередній матеріал.Запитуючи учнів, чи має повітря вагу,звичайно дістанемо позитивну відповідь. Тут ми можемо повідомити, що повітряна оболонка, яка оточує Землю називається атмосферою. Її висота сягає за 2000 км. Пригадуємо, що поролжня посудина наповнена повітрям, і щоб зважити це повітря спочатку зважуємо саму посудину, а потім наповнюємо її повітрям і зважуємо.Про атмосферний тиск – дослід із склянкою, наповненою водою і закритою папером.Вода з перевернутої повної склянки, закритої папером, не виливається.Учні переконуються в існуванні атмосферного тиску і приходять до думки про вимірювання тиску висотою стовпа рідини. Дослід здовгою скляною трубкою. В посудину з підфарбованою водою вставляють довгу тонку трубку. Коли ротом втягнути повітря, вода піднімиться на всю висоту трубки. Архімедова силаю. До гумової нитки підвісимо важок і виміряємо її довжину. Наллємо в посудину воду і опустимо в неї важок. Виміряємо довжину нитки і одержані дані порівняємо з попередніми. Гумова нитка стала коротшою. Отже, вага важка в рідині стала меншою ніж в повітрі. Такого результату можна досягти, якщо до важка прикласти знизу силу, яка діє в гору. Отже на тіло занурене у воду діє виштовхувальна сила. Можна розповісти легенду про Архімеда(F= gρV). Зак. Архімеда на тіло занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі цього тіла.

Білет №18

Електричний струм у металах. Електронна провідність металів. Залежність опору металів від температури. Надпровідність

У металах носіями електричного струму є вільні електрони. Ці електрони між собою не взаємодіють, а отже, ведуть себе подібно до атомів одноатомного ідеального газу. Якщо немає зовнішнього електричного поля, електрони провідності здійснюють хаотичний тепловий рух із середньою квадратичною швидкістю, що залежить від температури металу. Якщо до металу прикладено зовнішнє електричне поле, електрони провідності починають рухатися впорядковано (здійснюють дрейф) із середньою швидкістю <v>, тобто в металевому провіднику виникає електричний струм.

Узагальнений розгляд розділу "Електричний струм у різних середовищах"

Назва середовища	Тип провідності	Характерна дія струму	Застосування
Метал(рідкий метал)	Електронна	Теплова,магнітна,світлова,	З'єднувальні провідники в електричних колах, резистори, нагрівальні елементи, лампи розжарювання, електромагніти, трансформатори тощо
Розчини і розплави електролітів	Іонна електронна	Хімічна, теплова	Антикорозійні покриття, одержання відбитків у поліграфічній промисловості, одержання чистих металів (алюмінію, міді), хімічні джерела струму
Гази, плазма	Іонно-електронна	Газовий розряд	Забезпечення самостійного розряду. Оформлення реклам, лампи денного світла, газові лазери, очищення газів від домішок, лічильники заряджених частинок, зварювання металів, дугові електропечі. Магнітогідродинамічні генератори, плазмотрон, керований термоядерний синтез
Вакуум	Термоелектрона	Випрямлення струмуі підсилення струму в колі	Випрямлення і підсилення сигналів в радіотехнічних пристроях, використання електронно-променевих трубок в телевізорах, комп'ютерах, осцилографах тощо
Напівпровідники (бездомішкові)	Електронно-діркова (власна)	Випрямлення і підсилення струму	Випрямлення і підсилення сигналів в радіотехнічних пристроях, в електричних колах, в автоматичних пристроях, вимірювання температури за допомогою терморезисторів
Донорні	Електронний	–	–
Акцепторні	Діркова

, де e - модуль заряду електрона.

Провідність металів зумовлена рухом вільних електронів. Це експериментально довели вітчизняні вчені Мандельштам і Папалексі (1913 р.), а також Стюарт і Толмен (1916 р.).

Опір металевих провідників з підвищенням температури збільшується. Це зумовлено тим, що під час нагрівання металевого провідника збільшується середня квадратична швидкість теплового руху електронів провідності і енергія коливань іонів кристалічних ґраток, тому збільшується частота зіткнень електронів з іонами. Деякі метали і сплави під час охолодження до критичної температури повністю втрачають здатність чинити опір напрямленому рухові електронів провідності. Це явище називають надпровідністю.

Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів. Закони електролізу. Застосування електролізу.

Рідини, як і тверді тіла, можуть бути діелектриками, провідниками і напівпровідниками. Діелектриком є також дистильована вода. До провідників належать розплави і розчини електролітів: кислот, лугів і солей. Рідкими напівпровідниками є розплавлений селен, розплави сульфідів та ін. Під час розчинення електролітів під впливом електричного поля полярних молекул води відбувається розпад молекул електролітів на іони. Цей процес називають електролітичною дисоціацією, в результаті якої нейтральні молекули розпадаються на позитивні та негативні іони. В електроліті з'являються вільні носії зарядів і він починає проводити струм. Оскільки заряд у водних розчинах чи розплавах електролітів переноситься іонами, то таку провідність називають іонною. За іонної провідності проходження струму пов'язано із перенесенням речовини. На електродах відбувається виділення речовин, які входять до складу електроліту. На аноді негативно заряджені частинки віддають свої зайві електрони (окиснювальна реакція), а на катоді позитивні іони отримують електрони (реакція відновлення). Процес виділення на електроді речовини, пов'язаний із окиснювально-відновлювальними реакціями, називають електролізом. Маса речовини, яка виділяється на катоді за час t, пропорційна силі струму і часу. Це твердження, встановлене експериментально Фарадеєм (1831 р.), має назву першого закону Фарадея для електролізу.

Електричний струм у газах. Несамостійний і самостійний розряди. Поняття про плазму.

За звичайних умов гази майже повністю складаються із нейтральних атомів чи молекул, тому є діелектриками. Для того, щоб газ почав проводити електричний струм, його потрібно забезпечити вільними електричними зарядами. Для цього можна: 1) нагріти газ;2) помістити в газ джерело радіоактивного випромінювання; 3) помістити в газ нагріту металеву нитку, з якої будуть випаровуватись вільні електрони, які і створять струм. Отже, щоб газ проводив електричний струм, в нього треба помістити іонізатор. Завдяки іонізації в газі утворюються вільні носії електричного заряду - іони та електрони. Процес проходження електричного струму через газ називають газовим розрядом. Після припинення дії іонізатора газ перестає бути провідником. Струм припиняється після того, як усі іони й електрони досягнуть електродів. Крім того, під час зближення електрон і позитивно заряджений іон можуть знову втратити нейтральний атом. Такий процес називають рекомбінацією заряджених частинок. Значення сили струму в газі буде зростати зі збільшенням прикладеної напруги, згідно із законом Ома для ділянки кола, а коли досягне деякого значення, стане незмінним, що вкаже на стан насиченості в трубці. Це означає, що всі носії, які утворює іонізатор, беруть участь у створенні струму. Якщо дію іонізатора припинити, то припиниться і розряд, оскільки інших джерел іонів немає. Тому такий розряд називають несамостійним. Якщо забрати зовнішній іонізатор, то розряд не припиниться. Розряд, який може існувати без зовнішнього іонізатора, називають самостійним розрядом. Якщо тиск низький, виникає тліючий розряд. За атмосферного тиску можна отримати електричну дугу, коронний та іскровий розряди. Тліючий розряд використовують у газоосвітлювальних лампах. Електрична дуга є потужним джерелом світла і широко використовується в прожекторах, установках для зварювання і різання металів тощо. Прикладом велетенського іскрового розряду є блискавка. Іскровий розряд використовують для запалення суміші палива і повітря у двигунах внутрішнього згоряння, для точної обробки металів тощо. Електричний струм у вакуумі. Термоелектронна емісія. Діод. Електронно-променева трубка У електронно-променевих трубках, електронних лампах радіоприймачів і багатьох інших приладах електрони рухаються у вакуумі.

Найчастіше дія такого джерела, заряджених частинок ґрунтується на властивості металевих тіл, нагрітих до високої температури, випускати електрони. Цей процес називають термоелектронною емісією. Щоб вийти з металу, електрони виконують роботу проти сил притягання з боку катода і відштовхування з боку інших електронів хмаринки. Цю роботу називають роботою виходу електронів з металу. \дносторонню провідність використовують в електронних приладах з двома електродами - вакуумних діодах (рис. 4.3.8).

Електричний струм у напівпровідниках. Залежність опору напівпровідників від температури. Власна та домішкова електропровідність напівпровідників. Напівпровідниковий діод. Транзистор

Питомий опір низки елементів (кремнію, германію, селену тощо) та деяких оксидів, сульфідів, телуридів з підвищенням температури не зростає, як у металів, а, навпаки, різко зменшується (рис. 4.3.10). Такі речовини назвали напівпровідниками. Провідність чистих напівпровідників, що не мають ніяких домішок, називають власною провідністю напівпровідників. Власна провідність напівпровідників невелика, оскільки малою є кількість вільних електронів. Особливість напівпровідників полягає в тому, що в них за наявності домішок поряд із власною провідністю виникає додаткова - домішкова провідність. Домішки, що легко віддають електрони, і, отже, збільшують кількість вільних носіїв, називають донорними домішками. Напівпровідники з донорною провідністю мають більшу кількість електронів порівняно з кількістю дірок. Їх називають напівпровідниками n-типу. У них електрони є основними носіями заряду, а дірки - неосновними. Напівпровідники з переважанням діркової провідності над електронною називають напівпровідниками р-типу. Основними носіями заряду таких напівпровідників є дірки, а неосновними - електрони.

Закон постійного струму

Будь-яке електричне коло (рис. 4.2.6) можна поділити на дві ділянки: 1) зовнішню ділянку кола; 2) внутрішню ділянку кола. На зовнішній ділянці кола електричні заряди рухаються під дією електричного поля, оскільки тут струм проходить від вищого потенціалу до нижчого. На внутрішній частині кола струм проходить всередині самого джерела струму і тут заряди переміщуються від нижчого потенціалу до вищого ( від "-" до "+" ). Цю роботу з переміщення зарядів електричне поле виконувати не може, її мають виконати сторонні сили - сили не електричного походження. Природа сторонніх сил може бути різною. Це можуть бути механічні, хімічні, магнітні та інші сили. Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною скалярною величиною - електрорушійною силою. Електрорушійна сила в замкненому контурі дорівнює відношенню роботи сторонніх сил під час переміщення заряду вздовж контуру до заряду:

.Як і напругу чи потенціал у СІ ЕРС вимірюють у вольтах: [] = B. Закон Ома для повного кола пов'язує силу струму в колі, ЕРС, і повний опір кола R + r, де r - внутрішній опір джерела; R - опір зовнішньої ділянки кола (рис.4.2.7). Цей зв'язок може бути встановлений завдяки закону Джоуля-Ленца, за яким кількість теплоти, яка виділяється провідником зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника R і часу проходження струму по провіднику t:

Q = I 2Rt.  = I(R + r). Із цього виразу бачимо, що сила струму в замкненому колі дорівнює відношенню ЕРС джерела струму до повного опору кола.

.(4.2.4) Вираз (4.2.4) називають законом Ома для повного кола. Під час значного зменшення опору зовнішньої ділянки кола ( ) струм досягає максимального для джерела значення: