8. Cấu trúc luận văn
2.3. Cấu trúc logic, nội dung của chương
2.3.1. Cấu trúc lôgic của chương
Việc thiết kế tiến trình dạy học bằng phương pháp mô hình theo hướng DHGQVĐ liên quan chặt chẽ với việc “vấn đề hóa” nội dung dạy học. Điều này dẫn đến cần phải xem xét lôgic của tiến trình phát triển nội dung. Vì thế chúng tôi nghiên cứu xây dựng cấu trúc lôgic của chương theo SGK vật lý để làm cơ sở cho việc vấn đề hóa nội dung dạy học. [11]
Sau đây là cấu trúc chương “Dòng điện trong các môi trường” (SGK hiện hành)
Dòng điện trong các môi trường
Dòng điện trong chất điện phân
Đặc điểm chung của hạt tải điện trong môi trường dẫn điện Dòng điện trong chất bán dẫn Dòng điện trong chất khí Dòng điện trong chân không Dòng điện trong kim loại Hiện tượng nhiệt điện, siêu dẫn Đặc điểm của hạt tải điện trong chất Tia lửa điện, hồ quang điện Đặc điểm của hạt tải điện trong chất Tia catốt, các tính chất của tia Hạt tải điện trong chân không Hiện tượng cực tan, định luật Thuyết điện ly Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại, sự phụ thuộc điện trở suất kim loại theo
nhiệt độ Lớp chuyển tiếp p-n, đặc điểm của lớp chuyển tiếp Ứng dụng của cặp nhiệt điện, khả năng ứng dụng của vật liệu siêu dẫn Ứng dụng của hiện tượng điện phân Điôt bán dẫn, tranzito và các ứng dụng củanó Ứng dụng của dòng điện trong chất khí Ứng dụng dòng điện trong chân không
* Bài 13: Dòng điện trong kim loại:
- Hiện tượng nhiệt điện:
Kim loại dẫn điện, vậy hạt tải điện trong kim loại là gì?
Vì sao kim loại dẫn điện tốt?
Vì sao mặc dù kim loại cho dòng điện đi qua, kim loại
vẫn có điện trở?
Vì sao dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại làm kim
loại nóng lên?
Dòng điện trong kim loại
Vì sao khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại
tăng theo?
Hiện tượng nhiệt điện là gì? Ứng dụng của cặp nhiệt điện? Hiện tượng nhiệt điện
* Bài 15: Dòng điện trong chất khí:
Ta biết dòng điện có thể chạy qua các vật dẫn bằng kim loại vậy nó
có thể chạy qua các chất lỏng như: Nước cất, nước ao, nước máy, nước sông …hay không?
Dòng điện trong chất điện phân. Định luật Farađây
Bản chất dòng điện trong các chất lỏng trên (nếu có) là gì?
Tại sao khi điện phân dung dịch đồng sunfat có anốt bằng đồng thì
anốt bị mòn?
Hiện tượng điện phân có ứng dụng gì trong kỹ thuật?
Bình thường chúng ta thấy không khí không dẫn điện. Nhưng những ngày
có giông bão ta thường thấy hiện tượng sét, bản chất của hiện tượng đó
là gì?
Điều kiện để có sự phóng điện thành miền là gì?
Cột chống sét là gì? Tại sao nó lại chống được sét?
Hồ quang điện là gì? Cách tạo ra hồ quang điện? Ứng dụng của nó? Dòng điện
* Bài 17: Dòng điện trong chất bán dẫn:
Dòng điện có thể chạy trong các môi trường như kim loại, dung dịch axit
bazơ, muối…vậy có thể có dòng điện chạy trong chân không được
không? Tại sao không?
Dòng điện trong chân không
Dòng điện trong chân không có tuân theo định luật Ôm không?
Tia catốt là gì?
Ống phóng điện tử hoạt động như thế nào?
Dòng điện trong chất bán dẫn. Linh
kiện bán dẫn.
Chất bán dẫn khác với kim loại, chất môi ở tính chất gì?
Thế nào là bán dẫn loại p, bán dẫn loại n?
Tại sao lớp chuyển tiếp p-n chỉ dẫn điện tốt theo một chiều?
Điốt chỉnh lưu, phôtôđiốt, pin mặt trời, điốt phát quang, pin nhiệt điện bán dẫn, tranzito có cấu tạo
như thế nào? Tác dụng của mỗi loại là gì?
điện trong các môi trường" theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề
* Bài học: Dòng điện trong kim loại.
a) Thí nghiệm điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ. - Dụng cụ:
+ Nguồn điện không đổi 6V, bóng đèn D (6V - 0,5A), vônkế, ampekế. + Biến trở R
+ Giá lắp, dây nối. - Lắp ráp theo hình vẽ
* Bài học: Hiện tượng nhiệt điện. Hiện tượng siêu dẫn.
a) Thí nghiệm về hiện tượng nhiệt điện
- Dụng cụ thí nghiệm: 1dây đồng, 1 dây constantan được hàn hai đầu với nhau, 1 miliampekế, 1 đèn cồn, giá treo, dây nối.
- Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ:
b) Thí nghiệm ảo về hiện tượng nhiệt điện [24]
A V R D E TN 2.5a TN 2.2b mA constanta n Đồn g A B TN 2.2a
* Bài học: Dòng điện trong chất điện phân. Định luật Farađây
a) Thí nghiệm về dòng điện trong chất điện phân
- Dụng cụ: 1 Bình điện phân, 1 miliampekế, 1 nguồn điện không đổi (3 - 6V), khoá k, nước cất, muối NaCl, CuSO4.
- Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ.
b) Thí nghiệm hiện tượng dương cực tan, định luật Ôm khi có hiện tượng dương cực tan
- Dụng cụ: 1 bình điện phân (P) có 1 điện cực bằng đồng, 1 điện cực than chì, nguồn điện 1 chiều (0 -24V - 5A), 1 milivônkế (0 - 10V), 1 miliampekế (0-1,5A), dung dịch CuSO4, 1 biến trở,dây nối, giá đỡ.
- Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ.
c) Thí nghiệm mô phỏng dòng điện trong chất điện phân
TN 2.5b A V R P E mAmA ° ° A B k 1 k TN 2.3a
* Bài dòng điện trong chất khí
a) Thí nghiệm sự phóng điện trong chất khí
- Dụng cụ: 1 nguồn điện một chiều, 2 bản kim loại phẳng, một điện kế, dây nối.
- Sơ đồ như hình vẽ.
b) Thí nghiệm về tia lửa điện - Dụng cụ: 1 nguồn điện một chiều, 1 máy Rumcop.
- Sơ đồ mắc như hình bên.
c) Mô phỏng dòng điện trong chất khí
+ + + + − − − − + − Nguồn TN 2.5a TN 2.5b TN 2.3c
2.5. Xây dựng tiến trình dạy học một số bài học chương “Dòng điệntrong các môi trường” theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề trong các môi trường” theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề
Trong chương này có thể áp dụng DHGQVĐ ở mức độ 1 cho các bài xây dựng kiến thức mới sau:
- Bài 13: Dòng điện trong kim loại
- Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân - Bài 15: Dòng điện trong chất khí
CHƯƠNG III: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG BÀI 13. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
A.Mục tiêu 1. Kiến thức
* Trong khi học:
- Tham gia vào xây dựng bài.
- Quan sát TN và trình bày kết quả TN * Sau khi học:
- Nêu được tính chất điện chung của kim loại, sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ.
- Nêu được nội dung chính của thuyết êlêctron về tính dẫn điện của kim loại, công thức điện trở suất của kim loại. Hiệu ứng Dibéc.
- Nêu được cấp độ lớn của các đại lượng đã nói đến trong lí thuyết này.
2. Kĩ năng
Giải thích được một cách định tính các tính chất điện chung của kim loại dựa trên thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại.
Rèn kĩ năng quan sát TN và rút ra kết luận cần thiết.
3. Thái độ tình cảm
Có thái độ hứng thú học tập, biết lắng nghe ý kiến của người khác, biết học hỏi từ người khác.
1. Xác định mục tiêu nghiên cứu
Trên cơ sở kết quả điều tra hiểu biết, quan niệm của HS, chúng tôi xác định dạy bài này theo hai hướng chính, đó là: Phát triển những hiểu biết ban đầu của HS như cho HS hiểu sâu hơn là kim loại dẫn điện được tốt là do có nhiều electron tự do, kim loại dẫn điện tốt hơn các loại chất khác, sau đó nghiên cứu sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ của kim loại và ứng dụng của sự phụ thuộc đó; Sau đó thay đổi những quan điểm sai phổ biến và chưa đầy đủ của HS là “Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm ở bất kì nhiệt độ nào, Khi hai kim loại khác nhau về bản chất mà gắn với nhau thì chỉ có sự khuyếch tán electron”.
2. Dự kiến phương án dạy học
* Về nội dung:
- Kiến thức chỉ thông báo là: Hiện tượng siêu dẫn; Hiện tượng Dibéc là gì?
- Kiến thức sẽ được tổ chức cho HS tự tìm hiểu xây dựng kiến thức dựa trên cơ sở phối hợp các PP và PTDH, để tìm hiểu về tính dẫn điện của kim loại.
* Về phương pháp:
- Quá trình dạy học được tiến hành thông qua 5 hoạt động của GV và HS, trong đó có 2 hoạt động kết hợp sử dụng CNTT.
- Tổ chức cho HS thảo luận nhóm (chia nhóm, mỗi nhóm khoảng 6-7 em), đánh giá các ý kiến xây dựng kiến thức cho bài học.
* Đối với giáo viên:
- Chuẩn bị TN: 1nguồn điện, mA, dây may so có R=10Ω, các dây nối; Cặp nhiệt điện, bật lửa ga, nước đá; Vẽ to hình 13.1 SGK
- Giáo án điện tử, máy chiếu, máy tính - Đề kiểm tra kết quả học tập, phiếu học tập.
* Học sinh: Ôn lại tính dẫn điện của kim loại ở lớp 9, dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm.
C. Sơ đồ xây dựng kiến thức bài “Dòng điện trong các môi trường” 1. Bản chất của dòng điện trong kim loại
Thí nghiệm: Sự dẫn điện của kim loại
TN1: Với vật cách điện
TN2: Với dây dẫn kim loại
Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại
Kết luận: bản chất của dòng điện trong kim loại Quan sát thí nghiệm Nêu vấn đề Thảo luận nhóm về mô hình chuyển động của các hạt mang điện Thảo luận, kết luận Tại sao kim loại dẫn điện?
dẫn.
D. Tiến trình dạy học cụ thể
Đặt vấn đề: Ta biết cũng như tất cả các vật liệu khác, kim loại cũng do
các nguyên tử liên kết với nhau tạo thành. Mà nguyên tử lại gồm hạt nhân tích điện dương và các e mang điện âm quay xung quanh. Vậy các electron trong
TN: Sự phụ thuộc của điện trở R của kim loại vào nhiệt độ TN1: Chưa đốt R -> mA chỉ giá trị dòng điện không đổi TN2: Đốt R đèn cồn -> mA chỉ giá trị I giảm dần không đổi
Kết luận: ρ= ρ0[1 + α( t- t0)]; Ở nhiệt độ không
đổi dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm
Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của điện trở
suất vào nhiệt độ. Ứng dụng: Dựa vào hệ số α người ta dùng dây bạch kim làm nhiệt kế dùng
trong công nghiệp
Hiện tượng siêu dẫn
Quan sát TN, đặt vấn đề Thảo luận nhóm Lập luận trên đồ thị, hình ảnh TN giảm nhiệt độ Hg Thảo luận nhóm Ứng dụng: - Cuộn dây siêu dẫn dùng để tạo ra từ trường mạnh
Nếu tiếp tục giảm nhiệt độ xuống gần 0K thì hiện tượng diễn ra như
ra sao? Ta nghiên cứu bài 13 “Dòng điện trong kim loại”.
GV: Điều kiện để có dòng điện trong mạch là gì? HS: Phải có các hạt mang điện và có điện trường.
Hoạt động 1 (15 phút): Bản chất của dòng điện trong kim loại. Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của họcsinh Lưu bảng GV: Đưa ra TN như
sau: Gồm nguồn điện,
mA, điện trở (có thể là bóng đèn), dây nối được mắc như hình vẽ:
Tiến hành TN: Đóng mạch điện, em quan sát mA?
GV: Tại sao kim loại lại dẫn được điện? Cho
HS thảo luận. Kết hợp cho HS xem các mô hình mạng tinh thể của một số chất, để HS đưa ra được thuyết e về tính dẫn điện của kim loại.
GV: Vậy hạt tải điện
- + mA
R
HS: Kim mA quay ->
có dòng điện chạy trong kim loại.
HS: Thảo luận nhóm, để đưa ra thuyết electron
về tính dẫn điện của kim loại
HS: Làm việc độc lập: - Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do, mật độ của chúng cao nên kim loại dẫn điện rất
I. Bản chất của dòng điện trong kim loại
+ Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại. Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.
+ Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do chiếm toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.
loại là hạt nào? Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?
GV: Nguyên nhân nào
gây ra điện trở của kim loại?
GV: Các loại mất trật tự
thường gặp là chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể, sự méo tinh thể do biến dạng cơ, các tạp chất lẫn trong kim loại, khi nhiệt độ mạng tinh thể tăng thì sự mất trật tự của mạng càng lớn. Điện trở của kim loại rất nhạy cảm với các yếu tố này. (Cho HS xem bảng 13.1 sgk).
GV: Vậy điện trở của
- Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các eletrron tự do dưới tác dụng của điện trường.
HS: Do sự mất trật tự của mạng tinh thể đã cản trở chuyển động của electrron tự do.
HS: Cá nhân tiếp thu ghi nhớ.
ra, đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện. + Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại
Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên chúng dẫn điện rất tốt.
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường .
những yếu tố nào? được ứng dụng trong những ngành nào, ta nghiên cứu sang phần II.
Hoạt động 2 (15 phút): Sự phụ thuộc của điện trở của kim loại vào nhiệt độ. Hiện tượng siêu dẫn.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của họcsinh Lưu bảng GV: Đưa ra TN như
sau: Gồm nguồn điện,
dây nối, mA, dây may so có điện trở R(=10Ω), được mắc như hình vẽ: (Cho HS quan sát TN và trả lời) Tiến hành TN: TN1 đóng mạch, quan sát mA? TN2 đốt nóng dây may so bằng đèn cồn?
GV: Tại sao khi chưa đốt dây may so thì dòng điện chạy trong mạch không thay đổi? Còn khi đốt dây may so thì dòng điện lại - + mA R HS: Quan sát TN và rút ra kết quả: TN1: mA chỉ giá trị dòng điện ổn định, không thay đổi theo t. TN2: mA chỉ giá trị dòng điện giảm dần theo thời gian.
HS: Thảo luận nhóm.
II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
Điện trở suất ρ của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất :
ρ = ρ0(1 + α(t - t0)) Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn
Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 00K, điện trở của kim loại sạch đều rất bé.
gian?(cho HS thảo luận
nhóm và trả lời).
GV: Qua 2 TN này, hãy cho biết R phụ thuộc vào vấn đề gì? Và dòng điện trong kim loại có tuân theo định luật ôm không?
GV: Trường hợp khi
chưa đốt R thì khi U tăng thì I tăng theo tỉ lệ bậc nhất nên dòng điện tuân theo định luật ôm.
Trường hợp đốt R thì
khi nhiệt độ tăng thì R tăng và I giảm nên dòng điện không tuân theo định luật Ôm, Đồ thị điện trở suất phụ thuộc vào nhiệt độ ( H13.2). GV: Cho HS xem đồ thị
HS: Suy nghĩ và trả lời: - Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ: ρ=ρ0[1+ α(t- t0)]. - Khi nhiệt độ của kim loại được giữ không đổi thì dòng điện trong kim loại tuân theo định luật ôm.
- Kim loại là chất dẫn điện tốt. Điện trở suất của kim loại rất nhỏ còn điện dẫn suất của kim loại lớn.
HS: Tiếp thu ghi nhớ.