Урок физики «Электрический ток в жидкостях» 11 класс

Урок «Электрический ток в жидкостях» 11 класс

(проблемно-поисковая технология)

Обучающая цель урока: освоение учащимися ряда физических понятий: электрический ток в жидкостях, электролиз, выделение ими значения электролиза для жизни человека, освоение способа получения алюминия.

Развивающая цель:

- выделение существенных признаков явлений и отражение их в определении понятий;

- развитие умения моделировать и проводить мысленный и практический эксперимент;

- установление логической взаимосвязи наблюдаемых явлений и состояний окружающего мира;

- развитие проблемного мышления.

Воспитательные цель:

- формирование отношения учащихся к ценности физического знания для человека;

- воспитание понимания ценности научного (исследовательского) подхода к изучению явлений

окружающего мира;

- стремление находить объяснения наблюдаемых явлений;

- формирование индивидуального (конструктивного) отношения к науке физике.

(Вступительное слово учителя, с применением НРК, создается в пространстве деятельности ученика значимая для него проблемная ситуация - получение дешевого алюминия)

Учитель Здравствуйте, сегодня я принес вам подарок – дары северной республики Коми. (учитель раздает ученикам бокситы)

Учитель Как вы думаете, что это? (версии учеников)

Ученики Похоже на глину.

Учитель На самом деле - это бокситы земли Коми. Настоящее богатство. (предполагаемый вопрос) Почему?

Ученики Наверное получают какие-то полезные ископаемые.

Учитель А какой металл получают из бокситов? (версии учеников)

Ученики Может медь? Или алюминий.

Учитель Алюминий, очень распространенный и недорогой металл. Но, еще в 19 веке килограмм алюминия был дороже килограмма золота на целых 80 рублей. Алюминиевые украшения могли позволить себе только короли, а ученые за научные достижения получали алюминиевые награды. Почему алюминий был таким дорогим? ( версии учеников)

(наполнение проблемной ситуации противоречивостью в состоянии исследуемого объекта и создание условий для осознания этого противоречия учеником как проблемы.)

Учитель Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к надежному источнику.

У меня в руках очень редкая книга, это «Полный курс физики» Гано, изданный в 1882 году. В этой книге очень много интересного, и я предлагаю вам прочесть статью об алюминии. Предлагаю по ходу чтения делать отметки: если интересно и значимо !, если вы это знаете +, если возникают вопросы ?. (активное чтение, ксерокопия статьи на каждой парте)

Алюминий принадлежит к самым распространенным в природе металлам. Глина есть ничто иное, как кремневокислая соль алюминия. Алюминий представляет собою металл синевато-белого цвета, которому в будущем предстоит играть первостепенную роль по полезности человеку. Он легче стекла, не окисляется на воздухе, большинство кислот на него не действует. Алюминий обладает в высшей степени тягучестью и ковкостью, не уступая ни в том, ни в другом серебру. Он в 8 раз электропроводнее железа и отличается своей значительной теплоемкостью. Для того, чтобы алюминий получил то громадное приложение, которое, судя по свойствам, он должен иметь в будущем, остается только открыть дешевый способ получения его прямо из глины, и можно сказать совершенно безошибочно, что открытие подобного способа послужит началом новой эры, как в промышленности, так и в жизни (Полный курс физики А.Гано. С.-Петербург 1882).

Учитель Что мешало широкому использованию алюминия в то время? (ответы учеников, работа по отметкам в тексте).

Ученики Не умели добывать.

Учитель С чем связано дешевое производство? Еще в конце 19 века не знали дешевого способа его добычи. А на самом деле способ уже был открыт еще вначале 19 века, но его не применяли к добыче алюминия (сформулирована задача продуктивного типа, вытекающая из осознанной учеником проблемы).

Учитель Что это за открытие и с чем оно связано? Я предлагаю вам назвать открытия и изобретения начала позапрошлого века.

Ученики «Вольтов столб» - первый источник тока, электрическая дуга, закон Ома, магнитное поле тока, электромагнитная индукция.

Учитель Что объединяет все эти открытия, без чего они были бы невозможны? (версии учеников, мозговой штурм)

Ученики Электрический ток.

Учитель Мы с вами можем сделать первичную гипотезу: может быть можно использовать для производства алюминия электрический ток?

Учитель Вспомним, что мы знаем о токе.( на экране утверждения с ошибками, фронтальная работа)

Учитель Итак, мы вспомнили, что такое ток. А как применить его к бокситу?

Можем пропускать через него ток, но он не проводник, даже если бы он был проводником, вещество в проводниках не переносится, алюминий не достать (версии учеников).

Ученики Можно испарить, растворить или расплавить.

Учитель Вы предложили вторичную гипотезу. Можем изменить агрегатное состояние. В газ превратить? Не эффективно. Значит, в жидкость превратить, растворить его, или расплавить.

(Введение темы, запись в конспект) Предлагаю исследовать электрический ток в жидкостях. Вот, новое, не знакомое для нас явление. Возможно, это исследование приведет нас к открытию дешевого способа получения алюминия.

Учитель Давайте запишем в конспект эту задачу: «Исследование электрического тока в жидкостях».

Чтобы познакомиться с природой тока в жидкостях посмотрим фрагменты фильмов.

(просмотр видео: «Электрический ток в жидкостях», знакомство с явлением электролиз)

Учитель Чем отличается ток в жидкостях от тока в проводниках? (ответы учеников)

Ученики Свободные заряженные частицы – ионы, и вещество переносится.

Учитель Может быть, этот способ используется для добычи алюминия.

Учитель А что происходит с веществом, растворенным или расплавленным в жидкости при прохождении тока?

Ученики седает на электродах.

Учитель Запишите, как называется этот процесс.

(ученики записывают) Выделение на электродах веществ, входящих в состав электролита, при протекании через его раствор (или расплав) электрического тока называется электролизом.

Учитель Электролиз был открыт в 1800 году англичанами Николсоном и Карлайлом, они разложили воду на водород и кислород.

Явление открыто, необходимо его изучить. Для этого я предлагаю вам записать в конспекте вопросы, которые мы должны задать, чтобы подробно изучить электрический ток в жидкостях и с научной и с практической точки зрения.(каждый ученик задает вопрос)

Примерные вопросы учеников. Где используют электролиз? Как вычислить массу выделившегося вещества? От чего зависит масса вещества? Как с помощью электролиза добыть алюминий?

Учитель Итак, вопросы заданы и можем начинать исследования. Для того, чтобы наша работа была эффективной разделимся на группы. «Экспериментаторы», «Теоретики» и «Практики».

(«лидеры» групп выбираются на основе вопросов, остальные по желанию)

(работа в группах 6 минут, задания группам выдаются учителем)

«Экспериментаторы» проводят эксперимент по определению зависимости массы выделившегося вещества от времени и от силы тока.

«Теоретики» выводят теоретически закон электролиза Фарадея. m = k I t.

«Практики» читают сообщение о применении электролиза и составляют блок-схему.

Учитель Итак, работа в группах закончена, слушаем сообщения каждой группы в течение минуты.

( выступление групп и заполнения конспектов каждым учеником по итогам выступления )

Учитель Мы с вами исследовали электролиз, получили закон электролиза, который можно использовать для любого вещества, в том числе и для производства алюминия, промышленный способ добычи которого с помощью электролиза был предложен в 1886 году.

(подведение итогов)

Учитель Скажите, поработав в своих группах, зная задачи других групп, не хотели ли вы теперь быть в другой группе? Если да, то можете выбрать себе домашнее задание других групп. аше домашнее задание будет по группам.

«Теоретики»: Проанализировать полученную вами формулу, подумать, для каких еще исследований можно использовать 1 закон Фарадея.

«Экспериментаторы»: Вы рассмотрели электролиз меди. Процесс добычи алюминия сложнее. Выясните суть его промышленного производства и сделайте сообщение.

«Практики»: Проведите исследование, какие социально экономические эффекты дало

крупномасштабное производство алюминия?

Учитель Вот так продуктивно поработав, мы не только познакомились с электрическим током в жидкостях и электролизом, но и узнали, как широко он применяется. А поводом для нашего разговора послужил этот кусочек глины – боксит республики Коми.

Опорный конспект

Занятие по физике на тему: « __________________________________»

Выделение на электродах веществ, входящих в состав электролита, при протекании через его раствор (или расплав) электрического тока называется _________________.

Исследуем явление ____________________

При формулировке вопросов используйте выражения:

« От чего зависит…», «Как рассчитать…», «Как добыть…» и т.п.

«Экспериментаторы» пришли к выводу:____________________________

________________________________________________________________

«Теоретики» получили 1 закон ________________

Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества.

«Практики» составили блок-схему о применении электролиза.

Домашнее задание по группам

1) Проанализировать полученную вами формулу, подумать, для каких еще исследований можно использовать 1 закон Фарадея.

2) Вы рассмотрели электролиз меди. Процесс добычи алюминия сложнее. Выясните суть его промышленного производства и сделайте сообщение.

3) Проведите исследование, какие социально экономические эффекты дало

крупномасштабное производство алюминия?

Раздаточный материал для работы по группам.

 

«Экспериментаторы»

- Необходимо выделить из раствора медного купороса как можно большую массу чистой меди. Предположите, за счет чего вы можете это сделать.

- Соберите установку для получения меди: она состоит из источника тока, проводов и электродов, которые помещаются в сосуд с медным купоросом.

Проведите эксперименты:

1 этап: Включите ток и выключите через 1 мин, замените электроды и выключите через 2 мин. Сравните массу меди, выделившейся на электродах в обоих случаях.

2 этап: Замените электроды еще раз, увеличив силу тока. Включите ток на 1 минуту, сравните количество меди, выделившейся на первом и третьем электродах.

Сделайте сообщение о вашей работе, не более одной минуты.

Алгоритм сообщения

Мы получили задание …

Нами была выдвинута гипотеза ……..

Были проведены эксперименты…(показать электроды)

В результате экспериментов мы пришли к выводу «Масса вещества, выделившегося при электролизе…»

Ответьте на вопрос, была ли верна ваша гипотеза.

 

«Теоретики»

Выведите формулу для расчета массы выделившегося на электродах вещества.

Найдите число ионов из отношения массы выделившегося вещества и массы

одного иона.

Найдите число ионов из отношения заряда, прошедшего через электролит и

заряда одного иона.

Применяя эти формулы, выразите общую массу.

Рассчитайте общий заряд через измеряемые величины: силу тока и время.

Представьте отношение массы и заряда одного иона в виде коэффициента k.

Запишите вывод на планшете, используя условные обозначения.

Сделайте сообщение о вашей работе, не более одной минуты.

Алгоритм сообщения

Перед нами стояла задача вывести…

Для вывода мы воспользовались…

В результате мы пришли к выводу: «Да, действительно, масса выделившегося на электродах вещества зависит…»

Подтвердилась ли гипотеза «экспериментаторов»?

 

«Практики»

- Прочитайте статью об использовании электролиза.

- Создайте блок-схему о применении электролиза. Можно воспользоваться

предложенной схемой, можно создать свою.

- Внесите в нее названия выданных вам предметов, и предметов, изображенных на

фотографиях.

- Изобразите блок-схему на планшете.

Сделайте сообщение о вашей работе, не более одной минуты.

Алгоритм сообщения

Назовите области применения электролиза, кратко объяснив их суть.

Приведите примеры с использованием предметов и фотографий.

Предположите, где применение электролиза дало наибольший экономический эффект.

Применение электролиза

Добывание алюминия. Алюминия очень много в земной коре, особенно в рудах, называемых бокситами, но еще в 80-х годах прошлого века алюминий считался драгоценным металлом (в 1856 году 1 кг алюминия стоил 1200 франков, к концу 19 века – 30 франков). Алюминий стал дешевым после того, как для его промышленной добычи стали использовать электрическую энергию. Бокситы, или другие руды, содержащие алюминий расплавляют в электролитической ванной. При прохождении больших электрических токов на катоде выделяется алюминий в жидком виде. Рафинирование меди. В электротехнике широко применяют чистую, не содержащую примесей медь, так как она особенно хорошо проводит электрический ток. Около 90% полученной из руды меди подвергают очистке (рафинированию). На специальных заводах огромные бетонные чаны заполняют электролитом – раствором медного купороса. При прохождении тока чистая медь оседает на катоде, анодные пластины растворяются, а примеси переходят в раствор, или выпадают в осадок.

Гальваностегия («Стего» по-гречески – покрытие, крыша). Осаждение путем электролиза тонкого слоя металла на каких-либо металлических предметах называют гальваностегией. Её цель – защищать изделие от ржавления. Сделать его более прочным и красивым. (никелирование, хромирование и т.п.)

Гальванопластика (Пластика по-гречески – искусство лепки, ваяние)

В 1836 году русский ученый Б.С.Якоби изобрел способ получения с помощью электролиза весьма точных металлических копий рельефных предметов. Русское техническое общество, отмечая 50-летие изобретения Якоби, признало его столь же важным, как изобретение книгопечатания.

Для получения металлической копии предмета его покрывают тонким слоем порошка, который проводит ток (графит), и помещают в электролитическую ванну. Далее на этом предмете, который служит катодом, осаждают слой металла толщиной несколько миллиметров. Отделив этот слой, получают матрицу. Она имеет рельеф, обратный копируемому: выпуклостям соответствуют впадины, и наоборот. Чтобы получить точную копию оригинала, надо получить копию с матрицы.

В промышленности гальванопластику применяют там, где точность получения копий с образца особенно важна: при изготовлении матриц для отливки наборных литер(букв) или целого набора, матриц для прессования граммофонных пластинок, для чеканки монет и медалей и т.д.

Б.С.Якоби (1801-1874)

 

Медицина. Одной из разновидностей гальванизации является электрофорез – электролитическое введение лекарственных веществ в организм через кожу. Или слизистую оболочку с помощью постоянного тока.

Метод лечения с помощью постоянного тока малой силы(до 50 мА) называется гальванизацией. При гальванизации в результате прохождения электрического тока

Через ткани организма в клетках происходит изменение обычной концентрации ионов. Функциональное состояние клетки изменяется, чем и обуславливается терапевтическое действие постоянного тока.