План–конспект урока по физике 10 класс. Тема: «Процесс ионизации в газах. Электропроводность газов»

Автор: Кряженко Ксения Юрьевна

Организация: МБОУ СОШ №3 г. Донецка

Населенный пункт: Ростовская область, г. Донецк

Тип урока: изучение нового материала.

Цели урока: сформировать у учащихся представление об ионизаторах и ионизации газа. Показать отличие механизма электропроводности газа от электропроводности металлов, полупроводников и электролитов.

Ход урока.

1. Актуализация опорных знаний (фронтальный опрос):

1. Дайте определение электрического тока.
2. Назовите условия существования электрического тока.
3. По какому признаку вещества делят на проводники и изоляторы?
4. Какие частицы являются носителями свободных зарядов в металлах, в электролитах, в полупроводниках?

 

1. Постановка проблемы: Как вы думаете, газ является проводником или изолятором? Выслушаем два мнения по этому поводу.

 

1. Анализ домашнего задания

 

Двум ученикам на предыдущем уроке задавалось на дом подготовить конкретные сообщения.

Первое сообщение (ученик утверждает, что газ – изолятор).

 

1. Напряжение между контактирующими проводами и рельсами железной дороги 25 кВ. В то же время не наблюдается электрический ток между ними? Значит воздух (газ) является изолятором.
2. Рассмотрим линии электропередачи. Провода не изолированы. По ним передается электрический ток очень большого напряжения. Если бы воздухе были свободные носители заряда, то должно наблюдаться "стекание " заряда с проводов. Следовательно, колоссальные потери электроэнергии. Но ведь это же не происходит. Значит, воздух - изолятор.

1. Для чего необходимо заземлять движущийся автомобиль? Для того, чтобы возникающий при электризации заряд стекал в землю. Это значит, что через воздух (газ) разряжения не происходит. Опять можем утверждать. Что воздух - изолятор.
2. Самолет электризуется в воздухе в течение полета, поэтому после посадки к самолету нельзя сразу же приставлять трап: может возникнуть разряд, который вызовет пожар. Сначала самолет «разряжают»: опускают на землю металлический трос, соединенный с обшивкой самолета, и разряд проходит между землей и концом троса.

 

Второе сообщение (ученик утверждает, что газ – проводник).

 

1. Предлагает опыт. Заряжаем электрометр. В течение времени заметили, что заряд на электрометре изменился. Что же произошло? Уйти в землю не мог, т.к. электрометр изолирован. Значит, через воздух (газ) произошло изменение заряда. Отсюда вывод: газ - проводник через него течет заряд.
2. Колесо Франклина. Зарядив его от электрофорной машины, обнаруживаем, что оно приходит в движение. Это обусловлено тем, что в воздухе должны быть заряженные частицы, которые начинают бомбардировать острие под действием электрического поля.
3. Продемонстрируем работу электрофорной машины. Между полюсами создается большая разность потенциалов. При сближении их проскальзывает искра. Аналогично-природное явление молния ярко подтверждает, что воздух - проводник. Она возникает при очень большой напряженности электрического поля атмосферы. Большое количество электричества переносится в воздухе.

 

Так кто же прав: Газ – это проводник или изолятор?

1. Объяснение нового материала (решение проблемы)

Чтобы разрешить эту проблему, давайте глубже заглянем в процессы, происходящие в газе.

При обычных условиях газы почти полностью состоят из нейтральных атомов или молекул. Под действием различных внешних причин они приобретают положительные или отрицательные заряды. Этот процесс заключается в том, что из нейтрального атома вырывается один или несколько электронов, при этом остаток будет положительно заряжен. Нейтральные атомы могут присоединять к себе электроны, вырванные из других атомов, тогда атом приобретает отрицательный заряд. Таким образом, часть атомов или молекул газа, приобретая заряды разных знаков, становятся ионами. Этот процесс получил название — ионизация газа. Внешние причины, приводящие к ионизации газа, называют ионизаторами. Это – пламя, радиоактивное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучение и т.д. Так как в атмосфере присутствуют природные, естественные ионизаторы (космические лучи, ультрафиолетовое излучение Солнца, радиоактивное излучение земной коры и радиоактивных элементов, содержащихся в атмосфере), в воздухе всегда есть носители заряда. В газах постоянно происходит ионизация и обратный процесс - рекомбинация (воссоединение ионов). Энергию, затраченную на образование иона, называют энергией ионизации . Процесс ионизации характеризуется интенсивностью ионообразования, показывающей, сколько пар ионов образуется в единице объема за единицу времени.

В результате ионизации газы приобретают электропроводность( ), которая определяется концентрацией ионов (n) и их подвижностью (k): , где — заряд иона (как правило равный элементарному), так как обычно происходит однократная ионизация молекул газа. Подвижностью ионов называют скорость ионов в электрическом поле, напряженность которого равна единице и рассчитывают по формуле: , где — скорость иона, — напряженность электрического поля.

1. Решение задач.

Какой средней скоростью должны обладать электроны, чтобы они могли ионизировать атом водорода, если энергия ионизации атома водорода 15,54 эВ.

 

3. Проблемно-програмированные задания

для контроля знаний учащихся по теме «Процесс ионизации в газах».

 

1. Почему все газы при нормальных условиях являются изоляторами?

А) Для ответа вспомните внутренне строение газов;

Б) При нормальных условиях отсутствует ионизатор.

2. Поясните, в чем отличие проводимости газов от проводимости металлов, электролитов?

А) Вспомните, что является носителем заряда в металлах?

Б) Вспомните, что является носителем заряда в электролитах?

В) Вспомните, что является носителем заряда в газах?

3. Почему вакуум является идеальным изолятором?

А) Какие вещества называются изоляторами?

Б) Что называется вакуумом?

4. Заряженный электроскоп быстро разряжается, если к его кондуктору поднести горящую спичку. Почему?

А) Что происходит с молекулами газов при его нагревании?

Б) Какие процессы будут наблюдаться при сильном нагревании?

1. Как изменить электропроводность газа?

А) Что называют концентрацией ионов? Как ее можно изменить?

Б) Что называют подвижностью ионов? Как ее можно изменить?

 

Приложение. Рекомендуется использовать на обобщающем уроке.

Повторение.

Ионизация

А:

Электропроводность в атмосфере определяется наличием в ней

Ионы образуются в процессе ионизации газов

В результате этого первоначально нейтральный атом, потерявший электрон,

Выделившийся электрон

В:

положительных и отрицательных ионов

почти мгновенно присоединяется к одному из нейтральных атомов, образуя отрицательные ионы.

становится положительно заряженным.

 

Электрическое поле

 

А: Поверхность земли и проводимый слой атмосферы

Электрическое поле атмосферы, как и всякое электрическое поле

Вектор напряженности электрического поля направлен к земле, следовательно

Из-за большого радиуса Земли

В: можно охарактеризовать в любой ее точке значением потенциала и

напряженности электрического поля.

электрическое поле у земной поверхности можно считать однородным.

образует своеобразный сферический конденсатор.

Земная поверхность заряжена отрицательно, а высотный проводящий слой положительно.

 

Несамостоятельный разряд

 

А: Точка b соответствует состоянию, при котором

Отрезок ab соответствует процессу, при котором

Точка c соответствует моменту, когда

Отрезок ce соответствует процессу, при котором

В: все заряженные частицы, образовавшиеся при ионизации, достигают электродов.

с возрастанием напряжения U увеличивается число частиц, достигающих электроды, сила тока растет.

разность потенциалов U между электродами невелика и не все образовавшиеся частицы достигают электродов.

с увеличением напряжения U сила тока больше не увеличивается.

 

Газовые разряды

 

А: Несамостоятельным разрядом называется

Самостоятельным разрядом называется

Коронный разряд представляет собой

Искровой разряд представляет собой

В: разряд, существующий только в присутствии постоянно действующего

внешнего ионизатора.

разряд, происходящий при отсутствии постоянно действующего ионизатора.

разряд, возникающий в сильно неоднородных полях с большой напряженностью.

самостоятельный разряд, возникающий при высоком напряжении, достаточном для ударной ионизации.

 

Контроль.

I Какими носителями электрического заряда создается электрический ток проводимости Земли?

1. Отрицательными ионами и электронами
2. Только электронами
3. Положительными ионами и электронами
4. Положительными и отрицательными ионами
5. Среди ответов 1 – 4 нет правильного

II При каком условии газ становится электропроводным?

1. При соударении нейтральных молекул
2. При действии ионизатора
3. При выпадении осадков
4. При возникновении электрического поля
5. Среди ответов 1 – 4 нет правильного

III Какие внешние воздействия могут ионизировать газы в атмосфере?

1. Трение воздуха о земную поверхность
2. Радиоактивное излучение Земли
3. Космические лучи
4. Солнечные лучи

IV Как зависит сила тока от напряжения при несамостоятельном разряде?

1. При увеличении напряжения ток в газе увеличивается
2. При увеличении напряжения ток в газе падает
3. При увеличении напряжения ток в газе не меняется, находится в режиме насыщения
4. Сначала при увеличении напряжения ток увеличивается, затем становится насыщенным

V От чего зависит сила тока насыщения в несамостоятельном разряде?

1. От приложенного напряжения
2. От образующихся в единицу времени свободных носителей заряда
3. От количества рекомбинированных ионов

VI При каком условии возникает самостоятельная ионизация газа?

1. При повышении температуры
2. При уменьшении напряжения
3. При условии, необходимом для ионизации электронным ударом

VII К какому виду разряда относится

1. Молния
2. Огни святого Эльма
3. Ток проводимости

1. Самостоятельный разряд
2. Несамостоятельный разряд

Опубликовано: 16.11.2025