Электрический ток в жидкостях.
Законы Фарадея
Захарова Елена Петровна
Современное преподавание сталкивается с проблемой снижения интереса обучающихся к изучению предметов. Такая дисциплина, как физика, давно относится к категории самых сложных. Перед преподавателем ставится задача - пробудить интерес, не отпугнуть сложностью дисциплиныИз множества современных педагогических технологий по направлениям модернизации, я выбрала технологию на основе активизации и интенсификации деятельности обучающихся. Принцип активности в процессе обучения был и остаётся одним из основных.
Под этим понятием я подразумеваю такое качество деятельности, которое характеризуется высоким уровнем мотивации, осознанной потребностью в усвоении знаний и умений, результативностью.
Стараясь повысить эффективность уроков, использую на данном занятии инновационную технологию проблемного обучения, что позволяет рационально организовать процесс обучения, добиться хороших результатов.
Сущность метода проблемного обучения состоит в том, что я конструирую свою исследовательскую задачу, а обучающиеся ищут способ её решения, в результате чего происходит овладение знаниями, умениями, навыками и развитие мыслительной деятельности. Физика в этом плане дает широкие возможности.
Использование элементов проблемного обучения позволяет создать на уроке условия для творческой мыслительной работы обучающихся. Проблемное обучение выступает как одно из важнейших педагогических технологий, обеспечивающих возникновение мотивационного компонента учебно-познавательной компетенции обучающихся на уроках физики.
При использование данной технологии реализуется принцип коррекции знаний и их уровневой дифференциации, что даёт возможность обучающимся усваивать не только стандарт образования, но и продвигаться на более высокий уровень
В курсе физики можно разработать систему занятий с использованием проблемного обучения. Это обусловлено самим содержанием дисциплины. Курс физики состоит из семи разделов (различные области знаний) которые охватывают весь окружающий нас мир. Обучающие познакомились с частью курса в младших классах. Поэтому на эти знания можно опираться, их использовать, расширять и углублять. Преподаватель в начале занятия создает проблемную ситуацию, задавая ключевые вопросы по теме. Ответить на них обучающие должны в конце занятия, на стадии рефлексии. Рассмотрим применение использования проблемного обучения и ALACT- моделирования при изучении темы “Электрический ток в жидкостях. Законы Фарадея”. В начале занятия преподаватель создает проблемную ситуацию: показывает слайды №1 и№ 2 и задает вопросы:
1) “Какому процессу или явлению относятся термины, которые вы видите;
2) Постарайтесь сформулировать тему и цель занятия? Предлагает дать ответ на поставленные вопросы: тем самым подогревая интерес к изучаемой теме, активизируя ранее полученные знания.
занятии используются презентация (30 слайдов). Несколько обучающихся делают презентации и небольшие сообщения по теме. Обучающие активно работают, отвечают на поставленные вопросы, используя знания полученные на предыдущих занятиях и на уроках химии. Далее преподаватель снова ставит проблему и проверяет ее решение. Обучающие самостоятельно выполняет фронтальную лабораторную работу по исследованию проводимости сухой поваренной соли, дистиллированной воды, р-ра сахара в воде и р-ра поваренной соли в воде.
Преподаватель предлагает обучающимся на основании ранее полученных знаний, проделанной лабораторной работы, объяснить, почему одни вещества не проводят электрический ток, а другие проводят? Преподаватель с инициативной группой обучающихся демонстрирует опыт по прохождению электрического тока через раствор медного купороса и выделение меди на угольном электроде. Вместе с обучающимися обобщает полученный данные и ранее наблюдаемое химическое действие тока в лабораторной работе. Задает ключевые вопросы:
1) происходит ли перенос вещества?
2) Вчем заключается химическое действие тока.
, В течение всего занятия используется ALACT –модель, предложенная Ф. Кортхагеном, который рассматривает рефлексию как умственный процесс, направленный на структурирование или реструктурирование опыта, проблемы, существующего знания и предлагает следующую модель рефлексивной деятельности:
- Действие
- Взгляд назад на произведенное действие
- Осознание существенных аспектов
- Создание альтернативных методов действия (или методов действия, соответствующих конкретной ситуации)
- Новое действие
- Этап. Обучающимся было педложено самим сфорулировать тему и цель занятия, исследовать на опыте проводимость сухой поваренной соли, раствора сахара в воде, дистиллированной воды, раствора поваренной соли в воде и заполнить таблицу.
- Этап. Для закрепления полученных знаний выполняется тест
- Этап.Сравнивают и обобщают полученные данные опыта и ранее наблюдаемое химическое действие тока в лабораторной работе.
- V Этап Отвечают на проблемные вопросы, поставленные в начале занятия. Сравнивают проводимость металлов и электролитов что у них общего и в чем различие.
.
Дисциплина: «Физика».
Специальность: 1 курс. Технический профиль.
Тип занятия: Комбинированный урок
Форма проведения занятия: проблемная лекция (ALACT-моделирование.)
Методическая цель: Использование исследовательского метода с элементами проблемного обучения.
Задачи урока:
Образовательная:Раскрыть понятие электрического тока в жидкостях. Дать понимание законов Фарадея , осознание их значимости. Рассмотреть практическое применение электролиза. Создать условия для овладения исследовательскими навыками.
Воспитательная: Продолжить формирования познавательного интереса, активности ОБУЧАЮЩИХСЯ.
Развивающая: Формировать умение обучающихся сравнивать явления, выделять главное, получать доказательства на основании опытных данных, делать выводы и обобщения. Формировать элементы творческого поиска.
Междисциплинарные связи: химия, математика.
Учебное оснащение занятия: ПК, проектор, доска, мел.
Наглядные пособия: презентация , источник электропитания, амперметр , лампа, кювета с медным и цинковым электродами, сахар, поваренная соль, дистиллированная вода, стеклянная палочка, ключ, соединительные провода.V ВУП ВС24 – источник электропитания , кювета с угольными и медными электродами, лампа, р-р медного купороса.
Раздаточный материал: Руководство по проведению лабораторной работы. Критерий диагностики эффективности занятия: Оценки за ответы на вопросы по теме, за четко и быстро проведенную лабораторную работу с выполненным заданием, за выполненный тест(выборочно).
В конце занятия обучающийся должен:
Знать: механизм проводимости растворов и расплавов электролитов, электролиз, Законы Фарадея, применение области электролиза.
Уметь: применить формулы 1 и 2 закона Фарадея в решении задач.
Иметь представление: о проводимости электролитов и их применение в технике, науке и в жизни.
Физика-это основа общепрофессиональных дисциплин: механика, электротехника, техническая термодинамика и тд:
| № п/п | Этапы занятия. | Продолжительности этапа. | Методы и формы работы. |
| 1 | Организационный | 3мин. | Приветствие, проверка готовности к уроку. |
| 2 | Определение и мотивация. 2.1 Формулировка темы занятия, постановка целей и задач. 2.2 Вступительное слово о том, где мы встречаемся с электропроводностью растворов в технике, науке, жизни. Связь между физикой и химией. |
5мин. | Компьютерная презентация с кратким конспектированием основных моментов и определений походу занятия. Создание проблемной ситуации и ее решение. |
| 3 | Проверка знаний: «Электрический ток в металлах» | 5мин. | Проверка знаний по вопросно-ответному методу. Вопросы представлены на доске. |
| 4 | Изучение нового материала. 1 этап -интеграция в область химии. 4.1 Жидкости как проводники, полупроводники и диэлектрики. 4.2 Проведение фронтальной лабораторной работы по исследованию проводимость сухой поваренной соли, дистиллированной воды, раствора сахара, раствораповаренной соли. Заполнение таблицы, ответы на поставленные вопросы, формулировка выводов о проводимости растворов различных веществ. Электролитическая диссоциация, ее механизм. Понятие об электролитах и их ионной проводимости.Основные термины: катод, анод, анионы, катионы. Сообщение обучающимся об английском уч. М. Фарадее. |
25мин. | Исследовательский метод. Самостоятельная работа. Презентация с кратким конспектированием основных моментов и определении походу занятия. Заслушивание доклада. |
| 5 | Подведение итогов. Подводящий диалог. Обобщение знаний. |
2мин. | Вопросы-ответы |
| 6 | Закрепление полученных знаний и контроль. | 5 мин. | Ответы на вопросы. Тест. |
| 7 | Изучение нового материала. 2 этап - электролиз. Законы Фарадея. 7.1 Демонстрация выделения на угольном электроде(катоде) чистой меди, при прохождении электрического тока через р-р CuSО4. Взвешивание угольного электрода обучающимися, определение массы выделившийся меди. 7.2 Определение электролиза, 1,2 и объединенный з-н Фарадея, электрохимический эквивалент и его физический смысл. 7.3 Сообщения обучающихся о применении электролиза. |
25 мин. |
Исследовательский метод. Презентация с кратким конспектированием основных моментом и определений походу занятия. Заслушивание докладов. |
| 8 | Закрепление полученных знаний и контроль. Решение задач. |
8 мин. | Практическая работа. |
| 9 | Обобщение изученного. Его место в изучение темы: “Электрический ток. Ток в различных средах.” Мотивация дальнейшего изучения предмета. Объявление оценок. |
10 мин. | Лекция |
| 10. | Домашнее задание. | 2 мин. |
хронокарта занятия.
Технологическая карта урока.
| Этап занятия | Время. Мин. | Содержание деятельности преподавателя. | Содержание деятельности студентов. | Методы и приемы обучения. | Средства обучения. | Формы и методы контроля ,качества обучения. |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | 3 | 1.Приветсвие, проверка посещаемости 2. Проверка готовности к уроку. |
1.Самоорганизация 2.Самоорганизация |
- |
||
| 2 | 3 |
Показывает слайд №1. Задает ключевые вопросы:1)“К какому процессу или явлению относятся термины, которые вы видите?» 2)«Постарайтесь сформулировать тему и цель занятия?» Слайд №2. Предлагает найти ответы на поставленные вопросы. Вступительное слово о том, с чем связана электропроводность растворов в воде в нашей жизни, технике. |
Активное участие, ответы на вопросы. Возникновение интереса к изучаемой теме. |
Беседа. Вопросно-ответный. Лекции. |
Презентация. Слайд №1 Слайд №2 |
|
| 3 | 5 | Задает вопросы по теме: «Электрический ток в металлах.», представленные на доске. | Активное участие, отвечают на вопросы. | Вопросно-ответный метод | Доска. Вопросы.(приложение 1.) | Оценка активности студентов. |
| 4 | 25 | На каждой парте приготовлен комплект приборов для проведения исследования проводимости сухой поваренной соли, дистиллированной воды, раствора сахара, раствора поваренной соли. Розданы карточки методических указаний по проведению лабораторной работы. Преподаватель ставит проблему и проверяет ее решение, задает ключевые вопросы: «Почему сухая поваренная соль, дистиллированная вода, раствор сахара не являются проводниками, а р-р поваренной соли проводит электрический ток?» Диссоциация поваренной соли в воде. Дает определение электролита (проводника 2рода), электродов: катода и анода, ионов: анионов и катионов. Вместе с обучающимися формулирует вывод об ионной проводимости электролитов и что собой представляет электрический ток в электролитах как направленное движение положительных и отрицательных ионов. |
Исследовательская самостоятельная работы. Активное участие отвечают на вопросы. |
Исследовательский метод. Вопросно-ответный. Лекция. |
Комплект лабораторной работы. Презентация. Слайды №3,4,5,6,7,8,9,10. |
Оценка активности обучающихся за четко, быстро и правильно проведенную лабораторную работу(выборочно). |
| 5 | 5 | Постановка теста. | Ответы на вопросы в письменном виде на листочках. | Вопросно-ответный метод. | Доска. Слайд №11. |
Оценка за тест. |
| 6 | 2 | Подведение итогов. | Выступление отдельных курсантов. | Рефлексия. | ||
| 7 | 30 | Показывает опыт по прохождению электрического тока через раствор медного купороса. Собирает и замыкает цепь, через некоторое время демонстрирует выделение меди на угольном электроде. Обобщает полученные данные и ранее наблюдаемое химическое действие тока в лабораторной работе. Вопрос: “Происходи или перенос в-ва?” Ответ:” Да” Вопрос : “В чем заключается химическое действие тока?” Ответ:” Идет окислительно-восстановительная реакция на электродах.” Записывает на доске. Дает определение электролиза, выводит 1 и 2 Закон Фарадея. Дает их формулировки. Раскрывает физический смысл электрохимического эквивалента и числа Фарадея. Записывает формулу объединенного закона электролиза. Заслушивает выступления обучающихся «О применении электролиза.» |
Возникновение интереса к изучаемой теме. Инициативная группа курсантов, путем взвешивания угольного электрода до электролиза и после прохождения тока, определяет массу выделившейся меди. Активное участие. Отвечают на вопросы устно и письменно на доске, опираясь на изученное в химии. Доклады. |
Исследовательский. Проблемный. Лекция. |
Источник питания, амперметр, кювета, с р-ром CuSО4 медный и угольный электроды, соединительныепровода, ключ. Слайд №12. Презентация. Слайды № 13,14,15 Доска, мел. Презентация. Слайд №16 |
Оценивает активность курсантов, правильные ответы на вопросы. Оценка докладов. |
| 8 | 10 | Записывает на доске одну или две задачи и предлагает решение обучающимся. Вызывает к доске. Помогает в решении. | Практическая работы. Решение задач. |
Оценка за решение 1 или 2 курсантам. | ||
| 9 | 3 | Говорит о проводимости растворов электролитов и о том, чтомеханизм их проводимости отличается от проводимости металлов, что металлы это проводники 1 рода, а электролиты- это проводники 2 рода. Общее уних то- что проводимость тех и других подчиняется законам Ома и закону Джоуля-Ленца. Кроме изучения проводимости, наблюдали химическое действие тока. Сообщает, что на следующих занятиях будем проходить магнитное действие тока. Объявление оценок. |
Возникновение интереса к изучаемой теме. | Лекция. | - | |
| 10 | 2 | Домашнее задание: |
Тип урока: комбинированный.
1 Этап-Организационный.
1.Приветствие.
2.Проверка подготовки обучающихся к уроку.
2 Этап-Определение и мотивация.
Вопрос: посмотрим внимательно на экран и постараемся определить к какому процессу или явлению относятся термины, которые вы видите?
Слайд №1
Постарайтесь сформулировать тему и цель сегодняшнего занятия?
Ответ: Электролиз. Электрический ток в жидкостях.
Слайд №2
Запишем тему урока.
Сегодня мы сначала рассматриваем связь между химией и физикой на примере одного процесса - электролиза. Познакомимся с его практическим применением. Выполним физические эксперименты, проверим уровень усвоения полученных вами знаний.
С электропроводностью растворов в воде связанно очень многое в нашей жизни: с первого удара сердца («живое электричество»),т.к. тело человека на 80% состоит из воды, до автомобилей на улице, мобильных телефонов, неотъемлемой частью которых являются батарейки-электрохимические элементы питания и различные аккумуляторы, от свинцово-кислотных в автомобилях, до литий – полимерных,в самых дорогих мобильных телефонах. Все вокруг, от хромированной решетки радиатора до посеребренной сережки в ухе, когда- либо сталкивалось с раствором или расплавом солей, а, следовательно, с электрическим током в жидкости. Не зря это явление изучает целая наука-электрохимия, но нас также интересуют физические основы этого явления, электролиза.
О физика, наука из наук!
Все впереди, так мало за плечами.
Пусть химия нам будет вместо рук,
Пусть математика очами станет.
Не различайте этих трех сестер
Познания в подлунном мире,
Тогда лишь будет ум и глаз остер
И знанье человеческое шире.
Опыт Слайд №3
Оборудование: источник электропитания, амперметр, лампа, кювета с
медным и цинковым электродами, ключ, стакан с водой,
поваренная соль, стеклянная палочка, соединительные
провода.
1.Соберите установку рис.1.
2.Подготовьте таблицу и выполните все пункты таблицы.
3.Сделайте выводы о наблюдаемых внешних проявлениях при прохождении электрического тока через NaCl
| № | Вещество | Горит ли лампочка |
Проводит ли ток |
Наблюдение химического действия тока |
| 1 | Сухая поваренная соль |
|||
| 2 | Дистиллированная вода | |
||
| 3 | Раствор сахара | |
||
| 4 | Раствор поваренной соли NaCI |
Слайд №4,5
| № | Вещество | Горит ли лампочка |
Проводит ли ток |
Наблюдение химического действия тока |
| 1 | Сухая поваренная соль | нет | нет | Не наблюдается - |
| 2 | Дистиллированная вода | нет | нет | - |
| 3 | Раствор сахара | нет | нет | - |
| 4 | Раствор поваренной соли NaCl | да | да | Выделение пузырьков у цинкового электрода и изменение цвета раствора |
3 Этап-Проверка знаний.
Вопрос: Вспомним основные понятия:
1.Что называется электрическим током?
2.Условия возникновения электрического тока?
3.Чем обусловлен электрический ток в металлах?
4.функции источника тока?
5.Действие электрического тока?
Слайд №2а.
4 Этап-Изучение нового материала.
Интеграция в область химии. Постановка проблемы и проведение фронтального исследования (опыта). Жидкости могут быть также, как и другие вещества проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Мы не будем рассматривать жидкие металлы, так как их проводимость обеспечивается электронами. Металлы являются проводниками 1 рода.
Определим опытным путем растворы каких веществ являются проводниками и пронаблюдаем
химическое действие тока.
5 Этап
Вопрос: Выясним, почему сухая поваренная соль не является проводником (дистиллированная вода, раствор сахара)?
Ответ: Она является диэлектриком, нет свободных носителей заряда.
Вопрос: Почему раствор поваренной соли проводит электрический ток?
Ответ: Так как при растворение поваренной соли в воде, появляются свободные носители заряда.
Слайд № 4,5
Уникальная способность воды растворять большинство веществ связана со структурой молекул воды. На уроках химии мы узнали, что молекулы воды полярны.
У молекул воды сдвинуты друг относительно друга центры положительных и отрицательных зарядов, следовательно, молекулы воды - диполи.
Слайд 5а,6.
Вопрос: Как называется распад молекул на положительные и отрицательные ионы?
Ответ: Распад молекул на ионы под действием растворителя называется электрической диссоциацией.
Вопрос:Что называется электролитом?
Ответ: Жидкий проводник в котором подвижными носителями зарядов являются ионы, называют электролитом.
Слайд №7
Жидкие проводники, в которых проводимость обеспечивается только ионами, называются проводниками 2 рода. Жидкие проводники были названы электролитами английским ученым Майклом Фарадеем.
Слайд №8 Прослушать сообщение о Майкле Фарадее.
Именно Фарадей предложил электроды, соединенные с различными полюсами источника тока называть катодом и анодом.
Катод-пластина соединенная с «-» минусом источникатока.
Анод-пластина соединенная с «+» полюсомисточника тока.
Слайд №9
Вопрос: Как называются положительные и отрицательные ионы?
Ответ: Катионы и анионы. Катионы-Положительные ионы, которые движутся к катоду(-). Анионы-Отрицательные ионы, которые движутся к аноду(+).
Слайд №10
Вопрос: Как ведут себя ионы в отсутствие электрического поля?
Ответ: Участвуют в беспорядочном движении.
Вопрос: Если в раствор опустить катод и анод и подключить к источнику тока?
Ответ: Ионы начнут двигаться упорядоченно: катионы к катоду, а анионы к аноду.
Слайд №11
Вопрос: что понимают под упорядоченным движением заряженных частиц?
Ответ: Электрический ток.
Делаем вывод:
Электрический ток в электроплитах-это направленное движение положительных и отрицательных ионов.
Вопрос: записать на доске, каким законам (как проводник) подчиняется электрический ток в электролитах?
Ответ: Закону Ома, Закону Джоуля-Ленца.
6 Этап-Закрепление. Проверка знаний.
Тест.
1. При электрической диссоциации в растворе электролита присутствуют:
А. Молекулы. Б. Ионы В. Гидротированные ионы.
2. Укажите неверный ответ. А. Жидкости могут быть проводниками, диэлектриками и полупроводниками. Б. Все жидкости являются диэлектриками. В. Растворы солей, кислот, оснований и их расплавы, обладающие электрической проводимостью, называются электролитами.
3. Какая проводимость наблюдается в жидкостях? А. Электронная. Б. В электролитах-ионы, в металлах ионы и электроны. В. В электролитах ионы, в металлах электроны.
4. Почему гораздо опаснее прикасаться к электрическим проводам мокрыми руками, чем сухими?
5. Какой проводник называется проводником 2 рода?
Слайд №12
Пропускаем ток в течении 10 минут.
Угольный электрод взвешен заранее.
Электролиз. Законы Фарадея.
Протекание электрического тока через электролит связано с переносом вещества. Докажем это на опыте. Инициативная группа ребят собирает цепь по схеме. Замыкаем ключ.Прододжаем занятие.
Схема опыта и таблица.
Слайд №13
Вопрос: Что называется электролизом?
Ответ:...
Слайд №14,15
Впервые электролиз был обнаружен английским ученым Фарадеем в 1831г., а исследовал и опубликовал свою работу только 1833г. В результате электролиза были созданы новые виды промышленности-электрометаллургия, где добывают редкие металлы: цинк, алюминий, марганец. Явление электролиза было изучено Фарадеем. Измеряя протекающий через раствор заряд и массу катода до и после электролиза, Фарадей установил, что масса вещества, выделяющаяся при электролизе прямо пропорциональна количеству электричества, протекающего через электролит.
Слайд №16
1 закон Фарадея.
m=K∙q=K∙I∙t
Опыты показали, что масса выделившегося вещества при электролизе зависит не только от величины зарядаq, проходящего через электролит, но и от рода вещества.
Коэффициент пропорциональности K, выражающий зависимость массы выделенного при электролизе вещества от его рода, называют электрохимическим эквивалентом.
K=m/q [кг/Kл ]
Физический смысл: электрохимический эквивалент измеряется массой вещества, выделяющегося на электроде при прохождении через электролит единицы заряда.
На опыте можно определить электрохимический эквивалент с большой точностью.
Слайд №17
Слайд №18
2 Закон Фарадея.
Чтобы сформулировать 2 закон Фарадея, надо вспомнить ранее изученное по химии и физике.
Вопрос: что называется молярной массой вещества?
Ответ: масса одного моля вещества М=mотн [г/Моль]=mотн*10-3 кг/моль
n-валентность
М/n-химический эквивалент
Пример: М (Cu)=63,54 г/моль n=2
Химический эквивалент (64/2) г/моль=32 г/моль=32*10-3 кг/моль<
