(Tiết 27 theo phân phối chương trình vật lý lớp 11 nâng cao)
I. Mục tiêu:
1. Kiến thức:
Giải thích được cơ chế tạo ra các electron tự do trong kim loại.
Nêu được dạng chuyển động của các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại khi có điện trường ngoài và phát biểu được bản chất dòng điện trong kim loại.
Nêu được các tính chất điện của kim loại.
2. Kĩ năng:
Vận dụng được thuyết electron cổđiển để giải thích các tính chất điện của kim loại.
Quan sát mô hình vật lý và phát hiện được các yếu tố cơ bản của hiện tượng vật lý.
Vận dụng được công thức để giải các bài toán về sự phụ thuộc của điện trở kim loại vào nhiệt độ.
) 1 ( o o t t 3. Thái độ:
Hứng thú và tích cực quan sát các mô hình vật lý trên máy tính để tìm kiến thức. Tự lực làm việc và trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập.
II. Chuẩn bị:
1. Giáo viên:
a. Xác định kiến thức, xây dựng phương án dạy học cho từng kiến thức.
Vấn đề 1- Các tính chất điện của kim loại: thông báo kiến thức.
Vấn đề 2- Electron tự do trong kim loại:
- Cơ chế phát sinh các electron tự do và chuyển động của chúng: đàm thoại gợi mở với sự hỗ trợ của mô hình.
- Vấn đề 3- Giải thích các tính chất điện của kim loại: đàm thoại gợi mở với sự
hỗ trợ của mô hình.
b. Xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính hỗ trợ cho bài giảng
- Mô hình (Mh1.1): chuyển động của các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại,
- Mô hình (Mh1.2): giải thích các tính chất điện của kim loại c. Thiết kế phiếu học tập
2. Học sinh:
Xem lại bài 12 – Điện năng và công suất điện – Định luật Joule – Lentz. Xem lại nội dung kiến thức về cấu tạo của các loại chất rắn đã học ở lớp 10. Xem lại nội dung thuyết electron cổđiển.
III. Tiến trình bài học
Giới thiệu chương:
Chương này đi vào nghiên cứu về bản chất bên trong của dòng điện chạy trong các môi trường cơ bản( kim loại, chất điện phân, chân không, chất khí và chất bán dẫn), tìm hiểu bản chất của một số hiện tượng liên quan đến dòng điện qua các môi trường trên và một sốứng dụng của chúng.
Như vậy, để tìm hiểu bản chất của dòng điện chạy trong một môi trường nào đó ta phải tìm hiểu những vấn đề gì? Để trả lời câu hỏi này, các em hãy trả lời các câu hỏi sau:
- Dòng điện là gì?
- Điều kiện để có dòng điện trong một môi trường nào đó là gì?
Sau khi HS trả lời các câu hỏi trên, GV hướng dẫn HS xác định nhiệm vụ
Vấn đề 1- Các tính chất điện của kim loại
HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV
- Trả lời câu hỏi của GV - Nêu câu hỏi: Hãy nêu những tính chất
điện của kim loại mà em biết?
- Yêu cầu nhiều HS trả lời câu hỏi trên, sau đó GV bổ sung cho hoàn thiện
- Thông báo công thức (17.1)
Vấn đề 2- Bản chất của dòng điện trong kim loại: HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV - HS: cá nhân trả lời câu hỏi: “dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt tải điện tự do” - HS: gồm 2 điều kiện: + Môi trường đó phải có hạt tải điện tự do, + Phải làm cho các hạt tải điện này chuyển động có hướng. - GV: Nêu câu hỏi: dòng điện là gì? - GV: yêu cầu HS phân tích định nghĩa dòng điện và trả lời câu hỏi: điều kiện để
có dòng điện chạy trong một môi trường là gì?
- HS: electron tự do
- HS: thảo luận nhóm và trình bày cơ chế
tạo electron tự do trong kim loại.
- HS: quan sát mô hình và có thể tự lực trả lời câu hỏi của GV: chuyển động hỗn loạn trong không gian của mạng tinh thể.
- HS: áp vào một hiệu điện thế.
- HS: quan sát mô hình và trả lời: các electron vừa chuyển động hỗn loạn vừa chuyển động định hướng ngược chiều
điện trường ngoài.
- GV:Nhận xét và yêu cầu HS ghi nhận kiến thức. Nêu câu hỏi: Bản chất dòng
điện trong kim loại là dòng chuyển dời của loại hạt nào?
- GV: Các electron tự do này được tạo thành như thế nào?
- GV: bình thường trong mạng tinh thể
kim loại các electron chuyển động như
thế nào?
Nếu HS khó khăn trong việc tự lực trả
lời câu hỏi này, GV chiếu mô hình hỗ trợ
(1.1a ).
- GV: để tạo ra dòng điện trong kim loại ta phải làm gì?
- GV: chiếu mô hình (1.1b). Nêu câu hỏi: dựa vào mô hình hãy mô tả chuyển động của các electron khi có điện trường ngoài áp vào?
- GV: nhấn mạnh cho HS hiểu rằng chuyển động định hướng của các electron là rất nhỏ. Yêu cầu HS phát biểu hoàn chỉnh bản chất dòng điện trong kim loại.
Vấn đề 3: Giải thích một số tính chất điện của kim loại
HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV * Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở
của kim loại:
- HS: là đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện.
- HS: cản trở chuyển động có hướng của hạt tải điện tự do.
- HS: cá nhân quan sát mô hình vận hành và nêu dự đoán về nguyên nhân gây cản trở chuyển động của electron: các ion dương dao động ở nút mạng va chạm với các electron trong quá trình chuyển động.
* Giải thích sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ:
- HS: quan sát mô hình, cá nhân tự lực giải thích sự phụ thuộc của R vào nhịêt
độ: Khi nhiệt độ tăng: Ion dao động mạnh, electron chuyển động nhanh hơn nên khả
năng va chạm nhiều hơn, do đó điện trở
kim loại tăng.
- GV: nêu câu hỏi: điện trở là gì?
- GV: nêu câu hỏi: về mặt bản chất, cản trở dòng điện là cản trở “cái gì”?
- GV: Chiếu mô hình (1.2a) và yêu cầu HS nêu dự đoán về nguyên nhân chính cản trở chuyển động của các electron tự
do trong mạng tinh thể kim loại.
- GV: xác nhận dự đoán và thông báo them các yếu tố cản trở phụ: nguyên tố lạ
trong mạng tinh thể, sự biến dạng cơ học của mạng tinh thể.
- GV: chiếu mô hình (1.2b) và yêu cầu HS tự lực giải thích sự phụ thuộc của điện trở
kim loại vào nhiệt độ.
* Câu hỏi phụ: hãy thiết kế mô hình thí nghiệm để kiểm chứng sự phụ thuộc của
điện trở kim loại vào nhiệt độ?
Gợi ý: Khi nhiệt độ thay đổi, đường đặc tuyến V – A của dòng điện qua dây dẫn kim loại có dạng gì?
kim loại mà khi có dòng điện chạy qua ta có thể nhận biết được, đồng thời nó nóng lên nhanh.
IV. Củng cố
Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì? Tại sao khi nhiệt độ tăng, điện trở
kim loại tăng?
Trả lời các câu hỏi trong SGK.