CHƢƠNG III DÕNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƢỜNG
BÀI 13 DÕNG 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.
1. 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.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 67
2. 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.
B. Chuẩn bị
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 tố 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 phƣơng án dạy học
* Về nội dung:
- Kiến thức chỉ thông báo là: Hiện tượng siêu dẫn; Hiện tượng Dibéc là gì? - Kiến thức sẽ đựơc 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 DH 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.
3. Chuẩn bị dạy 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.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 68
- 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 trƣờng”
1. Bản chất của dòng điện trong kim loại.
Thí nghiệm: Sự dẫn điện của kim loại
PP và PTDH
TN1: Với vật cách điện
TN2: Với dây dẫn kim loại
Tại sao kim loại dẫn điện?
Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại Kết luận: Bản chất của dòng điện trong kim
loại Nêu vấn đề Thảo luận nhóm Mô hình CĐ của các hạt mang điện Thảo luận, kết luận Quan sát TN
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 69
2. Sự phụ thuộc của điện trở của kim loại vào nhiệt độ. Hiện tƣợng siêu dẫn.
Thảo luận nhóm
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 bằng đèn cồn mA chỉ giá trị I giảm dần. PP và PTDH
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
Nếu tiếp tục giảm nhiệt độ xuống gần 0K thì hiện tượng diễn ra như thế nào?
Ứng dụng: - Cuộn dây siêu
dẫn dùng để tạo ra từ trường mạnh Quan sát TN, đặt vấn đề Thảo lụân nhóm
Hiện tượng siêu dẫn
Lập luận trên đồ thị, hình ảnh TN giảm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 70
3. Hiện tƣợng nhiệt điện.
Dây Constantan mA Nêu vấn đề Thí nghiệm: TN1: Để 2 đầu mối hàn có nhiệt độ bằng nhau I = 0 TN2: Đốt nóng một mối hàn I≠0 và mA chỉ một giá trị I TN3: Đốt nóng một mối hàn, còn mối hàn kia nhúng vào cốc nước đá đang tan I ≠0 và mA chỉ giá trị I lớn hơn.
Hiện tƣợng Dibec: khi hàn hai kim loại (khác nhau về bản chất) thành một mạch kín và gĩư cho nhiệt độ giữa hai mối hàn chênh lệch thì trong mạch xuất hiện dòng điện.
Kết luận: + Suất nhiệt điện động: = αT (T1-T2).
+ Bản chất của dòng nhiệt điện là dòng điện trong kim loại.
Ứng dụng: Cặp nhiệt điện dùng để đo nhiệt độ
PP và PTDH
Tại sao trong mạch lại xuất hiện dòng điện? Bản chất của dòng điện này là gì?
Quan sát, nhận xét KQ TN Thảo luận nhóm mA Dây Constantan Dây đồng mA
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 71
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 nhaubtạo thành. Mà 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? 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: Bản chất của dòng điện trong kim loại.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Đƣa ra TN nhƣ 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 đƣợc
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.
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
_ +
R
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 72
GV: Vậy hạt tải điện (dẫn điện)
trong kim 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 CĐ 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 kim loại phụ thuộc vào những yếu tố nào? được ứng dựng trong những ngành nào, ta nghiên cứu sang phần II.
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 tốt.
- 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 CĐ của electrron tự do.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 73
Hoạt động 2: Sự phụ thuộc của điện trở của kim loại vào nhiệt độ. Hiện tƣợng siêu dẫn.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Đƣa ra TN nhƣ 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 chƣa đốt dây may so thì dòng điện chạy trong mạch không thay đổi? Còn khi đốt dây may so thì dòng điện lại giảm dần
theo thời 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?
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.
HS: Suy nghĩ và trả lời:
_ + mA
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 74
GV: Trƣờng 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.
TRƣờng 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 sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ
GV: Sự phụ thuộc của hệ số nhiệt điện trở của kim loại vào nhiệt độ được ứng dụng để làm gì? Sau đó trả lời câu1?
- 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.
HS:Vễ đồ thị.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 75
GV: Đối với một số kim loại hay hợp kim nhƣ: Hg, Pb, Sn….. khi hạ nhiệt độ xuống thấp hơn nhiệt độ tới hạn Tc nào đó thì kim loại hay hợp kim có ρ và R nhƣ thế nào? Khi đó vật liệu ở trạng thái nào?
Với câu hỏi này cho HS xem đồ thị 13.2 và làm việc sgk, suy luận toán học, kết hợp xem mô phỏng của TN và đưa ra câu trả lời?
GV: Cho HS xem bảng nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn. - Vậy cuộn dây siêu dẫn được ứng dụng để làm gì? Cho HS xem hình ảnh cuộn dây siêu dẫn tạo ra từ trường lớn.
Sau đó yêu cầu HS trả lời câu 2 tr 76.
HS: Làm việc cá nhân với sgk kết hợp với xem mô phỏng trả lời:
- Khi nhiệt độ của kim loại giảm xuống dưới nhiệt độ tới hạn Tc nào đó thì ρ của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0K thì điện trở của kim loại rất nhỏ. Lúc đó các vật liệu đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.
HS: Cá nhân tiếp thu ghi nhớ. Trả lời yêu cầu của GV:
Cuộn dây siêu dẫn để tạo ra từ trƣờng rất mạnh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 76
Hoạt động 3: Hiện tƣợng nhiệt điện.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Đƣa ra TN nhƣ sau: Gồm 2
dây dẫn kim loại khác nhau về bản chất dược hàn 2 đầu với nhau, mA, nến, nước đá, được bố trí như hình vẽ:
Tiến hành 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 nhứng vào cốc nước đá đang tan? Yêu cầu HS quan sát TN rút ra kết quả TN?
GV: Thông báo: Hiện tượng hai vật dẫn có bản chất khác nhau tiếp xúc nhau ở hai đầu. Giữ nhiệt độ hai mối hàn khác nhau thì trong mạch kín xuất hiện một dòng điện (hoặc xuất hiện một suất điện động nếu mạch hở), đây đƣợc gọi là hiệu ứng Dibéc.
GV: Từ TN trên , tại sao lại xuất
HS: Quan sát TN và rút ra kết quả: TN1: I= 0.
TN2: I ≠ 0, mA chỉ giá trị I xác định. TN3: I ≠ 0, mA chỉ giá trị I lớn hơn.
HS: Cá nhân tiếp thu ghi nhớ. Dây constantan Dây Cu nước đá nến mA
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 77
hiện dòng điện khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối hàn? Dòng điện này phụ thuộc vào yếu tố nào? Dòng điện này đƣợc gọi là gì, có bản chất nhƣ thế nào?
Đến đây GV cho HS xem mô hình của sự khếch tán của electron từ đầu nóng sang đầu lạnh, khi có điện trường và không có điện trường.
GV: Kết luận:
Suất nhiệt điện động: = αT( T1- T2). Bộ hai dây dẫn khác nhau hàn với nhau gọi là cặp nhiệt điện ( pin nhiệt điện).
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.
GV: Vậy cặp nhiệt điện được ứng dụng để làm gì? Cho HS xem hình ảnh của nhiệt kế nhiệt điện.
HS: Thảo luận nhóm và trả lời: Có sự khuyếch tán electrron từ đầu nóng sang đầu lạnh, giữa 2 đầu nóng và lạnh có một U, vì U giữa 2 đầu của 2 dây kim loại khác nhau này không giống nhau nên trong mạch xuất hiện .
HS: cá nhân tiếp thu ghi nhớ.
HS: Cặp nhiệt điện dùng để đo nhiệt độ: Nhiệt kế nhiệt điện; pin nhiệt điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 78
Hoạt động 4: Vận dụng củng cố. GV: Cho HS làm bài 5-6 tr78. HS: Thực hiện nhiệm vụ được giao.
Hoạt động 5: Giao nhiệm vụ về nhà:
GV: Bài tập tr 78 sgk.
Chuẩn bị bài 14 dòng điện trong chất điện phân. HS: Tiếp nhận nhiệm vụ.