1. Ổn định tổ chức 2. Kiểm tra bài cũ 3. Bài mới
Đặt vấn đề: Trong những bài học trước ta đã biết dòng điện là dòng chuyển dời
có hướng của các hạt mang điện. Mà trong kim loại nguyên tử lại gồm hạt nhân tích điện dương và các e mang điện âm quay xung quanh. Vậy các electron trong kim loại có đặc điểm gì và nó chi phối tính chất của dòng điện trong kim loại ra sao? Để tìm hiểu vấn đề đó chúng ta nghiên cứu bài 13 “Dòng điện trong kim loại”.
Phiếu học tập 1: Em hãy quan sát sơ đồ mạch điện và hoàn thiện bảng sau:
Thí nghiệm theo sơ đồ
- Trường hợp 1: Hai đầu mối hàn có nhiệt độ bằng nhau => I = 0 Hoạt động nhóm Thực nghiệm PP và PTDH - Trường hợp 2: Đốt nóng một mối hàn, mối hàn còn lại đặt trong không khí => I 0 và có một giá trị xác định - Trường hợp 3: Đốt nóng một mối hàn còn mối hàn kia nhúng vào cốc nước đá => I 0 và có giá trị lớn hơn trước
- Giải thích kết quả thí nghiệm.
- Biểu thức tính suất nhiệt điện động T(T1T2) - Ứng dụng của cặp nhiệt điện.
Hoạt động nhóm Hoạt động nhóm Thực nghiệm
Kí hiệu Tên Vai trò
K E E R Đ
Phiếu học tập 2: Em hãy hoàn thiện bảng sau về sự phụ thuộc của điện trở kim loại
vào nhiệt độ.
Hiện tượng Khi nhiệt độ tăng … Nguyên nhân
Căn cứ lí thuyết
Hoạt động 1: Bản chất dòng điện trong kim loại
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Sử dụng phiếu học tập số 1
- GV lắp ráp mạch điện theo sơ đồ sau, yêu cầu HS dự đoán hiện tượng xảy ra khi đóng khóa K.
- Tiến hành thí nghiệm: Đóng khóa K. Yêu cầu HS quan sát hiện tượng.
? Đèn sáng chứng tỏ điều gì?
ĐVĐ: Dây kim loại dẫn điện vậy bản chất dòng điện trong kim loại là gì.
- HS làm việc với phiếu học tập 1. - Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ
- Dự đoán: Khi đóng khóa K thì đèn Đ sẽ sáng.
- Quan sát hiện tượng. - HS nhận xét đèn Đ sáng.
- Đèn sáng chứng tỏ dây dẫn kim loại dẫn điện.
K E
R
X Đ
- Cho HS thảo luận. Kết hợp cho HS xem mô hình mạng tinh thể của một số chất, để HS đưa ra được thuyết e về tính dẫn điện của kim loại.
- Ví dụ: Mô hình 1 ô mạng tinh thể của đồng
? Khí electron tự do là gì?
- Mô hình chuyển động của khí electron qua tiết diện thẳng của dây kim loại khi không có tác dụng của điện trường
- Mô hình chuyển động của khí electron qua tiết diện thẳng của dây kim loại khi có tác dụng của điện trường
- Từ nội dung của thuyết electron về tính
- Tìm hiểu nội dung của thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại.
- Trong kim loại các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.
- Các electron hóa trị tách ra khỏi nguyên tử để trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi, chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do.
- Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy khí electron trôi ngược chiều điện
dẫn điện của kim loại yêu cầu HS giải thích tại sao trong thí nghiệm trên khi đóng K thì có dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn kim loại.
? Nguyên nhân nào gây ra điện trở của kim loại?
? Nguyên nhân gây ra sự mất trật tự của mạng tinh thể?
? Vậy những yếu tố nào ảnh hưởng tới điện trở của kim loại?
? Như vậy bản chất dòng điện trong kim loại là gì?
- Trình chiếu thí nghiệm ảo về mô hình chuyển động có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường ngoài tạo nên dòng điện trong kim loại.
trường tạo ra dòng điện.
- Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do.
- Trong dây dẫn kim loại có sẵn electron tự do, hai đầu dây được nối với nguồn điện nên các electron tự do chuyển động có hướng ngược chiều điện trường tạo thành dòng điện trong dây dẫn.
- Từ thuyết electron và mô hình mạng tinh thể, HS thảo luận đưa ra các nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại:
- Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của các electron tự do là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại.
- Nguyên nhân gây ra sự mất trật tự của mạng tinh thể là chuyển động nhiệt của các ion, sự méo mạng do biến dạng cơ, và nguyên tử lạ lẫn trong kim loại.
- HS: nhiệt độ, biến dạng cơ, tạp chất trong kim loại.
- HS làm việc độc lập: hạt tải điện trong kim loại là eletron tự do => bản chất
Hoạt động 2: Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ - Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp – Hiện tƣợng siêu dẫn
dòng điện trong kim loại…
=> Vậy bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Tiến hành thí nghiệm biểu diễn theo sơ đồ mạch điện bên (trong đó điện trở R là một dây may so), với mục đích khảo sát sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.
(gọi vài học sinh lên cùng tiến hành thí nghiệm)
- Yêu cầu HS dự đoán sự phụ thuộc của điện trở của kim loại vào nhiệt độ.
- Tiến hành thí nghiệm: - TN 1: Chưa đốt nóng R.
- TN 2: Đốt nóng R bằng ngọn lửa đèn cồn. - Đo nhiệt độ, hiệu điện thế, cường độ dòng điện qua điện trở.
- Từ bảng số liệu yêu cầu học sinh tính điện trở và nhận xét sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.
- Dự đoán kết quả.
- Đọc số chỉ của nhiệt kế, am pe kế, vôn kế.
- Xử lí số liệu và nhận xét.
+ Khi chưa đốt nóng thì ampe kế, vôn kế, nhiệt kế chỉ giá trị ổn định không thay đổi.
+ Khi đốt nóng, nhiệt kế chỉ giá trị tăng
K E
R
A V
- Yêu cầu HS làm việc với phiếu học tập 2
Mô hình chuyển động nhiệt của các electron
Mô hình chuyển động nhiệt của một electron ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao
? Vậy dòng điện trong kim loại có tuân theo định luật Ôm không?
GV: Thực nghiệm cũng chứng tỏ điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:
0[1+ (t - t )]0
dần, vôn kế chỉ giá trị không đổi, ampe kế chỉ giá trị giảm dần.
Kết luận: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của kim loại tăng.
- HS làm việc với phiếu học tập số 2 và có thể trả lời theo nội dung sau:
- Từ mô hình về chuyển động nhiệt của các electron và thuyết electron, đưa ra câu giải thích phù hợp:
- Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của ion tăng, cản trở chuyển động có hướng của các eletron làm điện trở của kim loại tăng.
- HS thảo luận nhóm đưa ra câu trả lời: + dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm.
- Ghi nhận biểu thức điện trở suất của kim loại và đồ thị sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ:
- Nêu C1: Vì sao người ta dùng dây bạch kim để làm nhiệt kế điện trở dùng trong công nghiệp?
ĐVĐ: Khi nhiệt độ giảm thì điện trở của kim loại giảm, hiện tượng gì sẽ xảy ra khi nhiệt độ giảm tới 0K ?
- Yêu cầu HS đọc SGK.
? Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp có đặc điểm gì?
=> Hiện tượng siêu dẫn.
? Hiện tượng siêu dẫn có ứng dụng gì?
0[1+ (t - t )]0
- Vì điện trở suất của bạch kim rất lớn, nhiệt độ nóng chảy cao, không bị oxi hóa.
Để trả lời câu hỏi này, GV cho HS xem đồ thị 13.2 và làm việc với SGK, suy luận toán học, kết hợp xem mô phỏng của TN và đưa ra câu trả lời.
- Khi nhiệt độ giảm điện trở suất của kim loại giảm liên tục.
- Đến gần 0K điện trở của các kim loại sạch đều rất bé.
Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn TC thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0, các vật liệu ấy chuyển sang trạng thái siêu dẫn. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng siêu dẫn.
GV: Cho HS tham khảo bảng nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn.
- Cuộn dây siêu dẫn được ứng dụng để làm gì?
GV: Cuộn dây siêu dẫn tạo ra từ trường rất mạnh.
- Nêu C2: Vì sao dòng điện chạy trong cuộn dây siêu dẫn không có nguồn điện lại có thể duy trì lâu dài? Có thể dùng dòng điện đó làm cho động cơ chạy mãi được không?
- Vì điện trở của dây dẫn bằng 0 nên năng lượng tiêu hao bằng 0 và dòng có thể duy trì lâu dài.
+ Không thể dùng dòng điện đó làm cho động cơ chạy mãi vì năng lượng mất đi biến thành công của động cơ.
Hình ảnh nam châm khổng lồ có cuộn dây làm bằng vật liệu siêu dẫn
Hoạt động 3: Hiện tƣợng nhiệt điện
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
ĐVĐ Trong một sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh thì các hạt tải điện phân bố như thế nào?
- GV cho HS xem mô hình của sự khuếch tán của electron từ đầu nóng sang đầu lạnh, khi có điện trường và không có điện trường.
? Nếu hàn hai đầu của hai dây dẫn khác bản chất thì hiện tượng gì sẽ xảy ra?
- Hai dây dẫn khác bản chất được hàn hai đầu như vậy gọi là cặp nhiệt điện. Chúng ta sẽ khảo sát cặp nhiệt điện này.
- Tổ chức HS hoạt động nhóm làm thí nghiệm khảo sát cặp nhiệt điện.
- Tiến hành 3 TN:
+ TN1: Để 2 đầu mối hàn có nhiệt độ như nhau.
+ TN2: Đốt một mối hàn.
+ TN3: Một mối hàn vẫn đốt nóng còn mối kia nhúng vào cốc nước đá đang tan.
- Từ mô hình về chuyển động nhiệt, HS nhận xét:
- Nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh thì chuyển động nhiệt của electron sẽ làm cho một phần electron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm.
- HS chưa trả lời được câu hỏi này hoặc có thể đưa ra một số dự đoán.
- Hoạt động nhóm tiến hành thí nghiệm khảo sát cặp nhiệt điện.
- Kết quả:
+ Khi nhiệt độ hai mối hàn bằng nhau thì Vôn kế chỉ giá trị 0.
+ Khi nhiệt độ hai mối hàn khác nhau thì Vôn kế chỉ giá trị khác 0.
Yêu cầu HS dựa vào thuyết electron giải thích kết quả thí nghiệm về sự hình thành
suất nhiệt điện động ở cặp nhiệt điện.
- Thực nghiệm chứng tỏ: Suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện xác định bằng:
) (T1 T2
T
Vậy: Dòng nhiệt điện phụ thuộc vào bản chất của hai vật liệu làm pin nhiệt điện và độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối hàn. Dòng nhiệt điện có bản chất là dòng điện trong kim loại.
? Ứng dụng của cặp nhiệt điện?
+ Khi nhiệt độ hai mối hàn chênh lệch nhau càng nhiều thì Vôn kế chỉ giá trị càng lớn.
- Giải thích kết quả thí nghiệm.
- Khi nhiệt độ hai mối hàn khác nhau do có sự chênh lệch nồng độ hạt tải ở hai kim loại khác bản chất nên có sự khuếch tán hạt tải kết quả là hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, khiến trong mạch có một suất nhiệt điện động.
- Hình ảnh cặp nhiệt điện
- Cặp nhiệt điện dùng phổ biến để đo nhiệt độ.
Hoạt động 4: Vận dụng - Củng cố - giao nhiệm vụ về nhà
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Yêu cầu học sinh trả lời câu trắc nghiệm 5 – 6 trong SGK và làm bài tập 7.T78.
- Giao nhiệm vụ về nhà:
+ Học bài, làm bài tập 8 – 9.SGK
+ Ôn tập về cấu tạo của axit, bazơ, muối, liên kết ion, sự phân li.
+ Chuẩn bị bài 14 dòng điện trong chất điện phân.
Bài 7:
Từ Uđm và Pđm tính được Rđ khi sáng Từ công thức tính điện trở, điện trở suất, tính được Rđ khi ở nhiệt độ phòng.
- Ghi nhiệm vụ về nhà