(Tiết 33 – 34 theo phân phối chương trình vật lý lớp 11 nâng cao)
I. Mục tiêu:
1. Kiến thức:
- Nêu được bản chất dòng điện trong chất khí và giải thích được cơ chế phát sinh hạt tải
điện.
- Mô tả được cách tạo ra tia lửa điện và nêu vắn tắt nguyên nhân hình thành tia lửa
điện.
- Mô tảđược cách tạo ra hồ quang điện, các đặc điểm chính và ứng dụng của hồ quang
điện.
2. Kĩ năng:
- Giải thích được các giai đoạn của đường đặc tuyến Volt – Ampere.
- Vận dụng được sự phóng điện thành miền để mô tả quá trình hình thành tia Katốt. - Quan sát mô hình vật lý và phát hiện được các yếu tố cơ bản của hiện tượng vật lý. - Vận dụng kiến thức lý thuyết để giải thích một số hiện tượng vật lý trong tự nhiên như: sét, hồ quang điện.
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: Tìm hiểu về bản chất của dòng điện trong chất khí
Vấn đề 2: Tìm hiểu sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chất khí vào hiệu điện thế
Vấn đề 4: Tìm hiểu về sự phóng điện trong chất khí ở áp suất thấp
b. Xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính hỗ trợ cho bài giảng: Mô hình 4: mô tả quá trình ion hoá chất khí.
c. Thiết kế phiếu học tập d. Dụng cụ thí nghiệm: - Máy Rumcoop
- Máy Van de Graft
- Một số hình ảnh về hiện tượng sét và hồ quang điện.
2. Học sinh:
Ôn lại các kiến thức về chuyển động của các phân tử khí( sách giáo khoa vật lý lớp 10).
Ôn lại kiến thức về vật dẫn và điện môi trong điện trường (hiệu ứng mũi nhọn).
III. Tiến trình bài học * Kiểm tra bài cũ:
Câu hỏi 1: Nêu bản chất của dòng điện trong chân không và giải thích cơ chế
của sự phát xạ nhiệt electron khi nung nóng Katốt?
Câu hỏi 2: Vẽ và giải thích các giai đoạn của đặc tuyến Volt – Ampere?
Câu hỏi 3: Tia Katốt là gì? Trình bày các tính chất của tia Katốt?
* Bài mới:
Vấn đề 1: Tìm hiểu về bản chất của dòng điện trong chất khí
HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV - Không, vì ta có thể dứng gần ổ cắm
điện mà không bịđiện giật.
- Vì trong không khí chỉ có các phân tử
khí trung hoà mà không có hạt tải điện tự
- Theo em chất khí bình thường có dẫn
điện không? Cho ví dụ chứng minh? - Vì sao không khí bình thường không dẫn điện?
do.
- Ta phải chủ động tạo ra hạt tải điện tự
do trong chất khí.
- HS có thể liên hệ với bài trước để đề
xuất một phương án: đốt nóng không khí. - Quan sát mô hình và tự lực nêu dựđoán loại hạt tải điện trong không khí là: Ion dương, electron và Ion âm.
- Giải thích cơ chế
- Quan sát mô hình, trả lời các câu hỏi hướng dẫn và nêu bản chất của dòng điện trong chất khí.
- Vậy, theo em, phải làm thế nào để làm cho không khí dẫn điện?
- Hãy đề xuất một cách để tạo ra hạt tải
điện tự do?
- Chiếu mô hình (4.1), yêu cầu HS quan sát và nêu dự đoán về các loại hạt tải
điện có thể tạo ra trong không khí bị đốt nóng.
- Yêu cầu HS giải thích cơ chế của quá trình ion hoá chât khí.
- Giới thiệu thêm một số cách khác để
kích thích không khí.
- Chiếu mô hình (4.2), yêu cầu HS quan sát và nêu bản chất của dòng điện trong chất khí: + Khi U = 0, các hạt tải điện trong chất khí chuyển động như thế nào? + Khi U >0, các hạt tải điện chuyển động như thế nào?
Vấn đề 2: Tìm hiểu sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chất khí vào hiệu
điện thế:
HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV
- Lắng nghe và quan sát kĩ mô hình, có thể thảo luận nhóm để trả lời các câu hỏi của GV.
- Tự lực suy nghĩ, kết hợp các kết quả
quan sát và phân tích các giai đoạn ở trên
để phác thảo dự đoán về dạng đường đặc tuyến Volt – Ampere.
- So sánh đường đặc tuyến phác thảo với kết quả của sách giáo khoa.
- Nêu kết luận: dòng điện trong chất khí không tuân theo định luật Ohm.
- Chiếu mô hình (4.2), thay đổi các thông số về hiệu điện thế, hướng dẫn HS cách quan sát và yêu cầu HS quan sát, trả lời các câu hỏi:
+ Trong giai đoạn thứ nhất(0<U<Ub), I phụ thuộc vào U như thế nào? Vì sao? (GV giới thiệu tên gọi của giai đoạn thứ
nhất sau khi HS đã trả lời câu hỏi).
+ Giai đoạn thứ hai(Ub<=U<=UC)
đường đặc tuyến có dạng gì ? Vì sao? + Ở giai đoạn thứ ba, khi U > UC thì có hiện tượng gì xảy ra?
- GV có thể yêu cầu HS phác thảo dạng
đường đặc tuyến Volt – Ampere.
- Giới thiệu dạng đường đặc tuyến Volt – Ampere.
Dòng điện trong chất khí có tuân theo
Vấn đề 3: Tìm hiểu về các dạng phóng điện trong không khí ở áp suất thường:
HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV
Tia lửa điện
- Đọc sách giaó khoa và nêu được định nghĩa, các đặc điểm của tia lửa điện. - Làm theo sự hướng dẫn của GV để nêu
được những ý cơ bản của định nghĩa.
- Làm việc theo nhóm: tìm hiểu cấu tạo, tác dụng của từng bộ phận của máy để
nêu được nguyên tắc hoạt động của chúng, tiến hành thí nghiệm và quan sát hình dạng của tia lửa điện, đối chiếu với mô tả của sách giáo khoa.
- Tự lực suy nghĩ, vận dụng kinh nghiệm bản thân để trả lời câu hỏi của GV:
+ Sét xuất hiện khi trời có giông, giữa các đám mây hoặc giữa mây và mặt đất. + Các tia sáng ngoằn nghèo, có kèm theo tiếng nổ lớn.
- Dùng cột thu lôi.
- Là một thanh kim loại có đầu nhọn,
- Yêu cầu HS đọc sách giáo khoa để nắm
được định nghĩa và một số đặc điểm của tia lửa điện. - Hướng dẫn HS phân tích định nghĩa để nắm được những ý cơ bản sau: + Quá trình phóng điện tự lực. + Điều kiện: điện trường mạnh( cỡ 3.106V/m).
- Giới thiệu hai bộ dụng cụ thí nghiệm tạo tia lửa điện là máy Rumcoop và máy Van de Graft. Hướng dẫn thao tác thí nghiệm, cho hai nhóm HS lần lượt tiến hành thí nghiệm, quan sát và nêu nguyên tắc hoạt động của các máy. - Yêu cầu HS mô tả điều kiện xuất hiện và các đặc điểm của sét. - Hướng dẫn HS giải thích các đặc điệm của sét. - Để chống sét, người ta thường làm gì? - Hãy mô tả hình dạng, chất liệu làm cột
được cắm ở những chỗ cao nhất của toà nhà.
- Hiệu ứng mũi nhọn
thu lôi?
- Tại sao đầu cột thu lôi phải nhọn? cột thu lôi hoạt động dựa trên hiện tượng nào
đã học.
Hồ quang điện
- Lắng nghe và ghi nhận kiến thức
- Dựa vào kinh nghiệm bản thân, mô tả
lại quá trình hàn điện
- Giới thiệu thí nghiệm tạo hồ quang điện và một sốđặc điểm của hồ quang điện. - Giới thiệu một sốứng dụng cơ bản của hồ quang điện và yêu cầu HS mô tả về
hàn điện. Vấn đề 4: Tìm hiểu về sự phóng điện trong chất khí ở áp suất thấp: HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV - Quan sát hình 22.11 và lắng nghe GV mô tả thí nghiệm. - Lắng nghe và ghi nhận kiến thức. - Vận dụng kiến thức về sự phóng điện thành miền để trả lời các câu hỏi gợi ý của GV, từ đó đưa đến kiến thức về sự - Mô tả thí nghiệm về sự phóng điện trong chất khí ở áp suất thấp. - Trình bày kết quả của quá trình phóng điện trong chất khí áp suất thấp và hướng dẫn HS giải thích sự hình thành miền tối Katốt và cột sáng Anốt: nhấn mạnh yếu tố phát quang là do sự va chạm giữa các electron phát ra từ Katốt và các phân tử
khí trong ống.
- Hướng dẫn HS vận dụng sự phóng điện thành miền để mô tả quá trình hình thành tia Katốt:
hình thành tia Katốt trong ống: + Miền tối Katốt chiếm ưu thế.
+ Miền tối Katốt chiếm đầy ống vì các electron bức ra từ Katốt đi về Anốt mà không va chạm với phân tử khí nào.
+ Nếu tiếp tục giảm áp suất khí trong
ống thì miền tối hay cột sáng sẽ chiếm
ưu thế?
+ Tiếp tục giảm áp suất khí đến mức có thể xem môi trường trong ống là chân không thì trong ống còn lại miền nào(tối hay sáng)? Vì sao?
IV. Củng cố:
- Yêu cầu HS nhắc lại một số kiến thức trọng tâm của bài: + Cơ chế tạo hạt tải điện trong chất khí.
+ Cường độ dòng điện trong chất khí không tuân theo định luật Ohm và khi điện trường đủ mạnh thì trong chất khí sẽ có sự phóng điện tự lực.
+ Tia lửa điện hình thành khi có điện trường mạnh.
- Yêu cầu HS về nhà tìm hiểu thêm về nguyên tắc hoạt động của đèn ống.
2.4.5 Tiến trình dạy học bài “Dòng điện trong chất bán dẫn”
(Tiết 35 - 36 theo phân phối chương trình vật lý lớp 11 nâng cao)
I. Mục tiêu:
1. Kiến thức:
- Nêu được tính chất điện đặc biệt của bán dẫn.
- Nêu được loại hạt tải điện tự do trong các loại bán dẫn và giải thích được cơ chế tạo thành chúng.
- Mô tảđược sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n và nêu được tính dẫn điện một chiều của nó.
2. Kĩ năng:
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- Tính chất điện của bán dẫn: thuyết trình và đàm thoại - Thông báo một số chất bán dẫn điển hình.
- Nêu câu hỏi dẫn dắt HS đưa ra được những tính chất khác biệt so với kim loại của bán dẫn.
Vấn đề 2 – Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết: đàm thoại với sự trợ giúp của mô hình.
Vấn đề 3 – Sự dẫn điện của bán dẫn pha tạp chất:đàm thoại với sự trợ giúp của mô hình.
Vấn đề 4 – Lớp chuyển tiếp p – n: thuyết trình và đàm thoại
- GV hướng dẫn HS sử dụng sự tương tự với hiện tượng xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa hai kim loại để giải thích sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n.
- Nêu câu hỏi dẫn dắt HS khảo sát dòng điện qua lớp chuyển tiếp p – n. b. Xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính hỗ trợ cho bài giảng
- Mô hình 5.1: sự hình thành hạt tải điện (electron và lỗ trống) trong bán dẫn tinh khiết
ở nhiệt độ tương đối cao.
- Mô hình 5.2: sự dẫn điện của bán dẫn pha tạp chất. c. Thiết kế phiếu học tập
d. Một số hình vẽ:
- Hình (23.2): điện trở suất của kim loại và bán dẫn 1 100--1100 1 100--55 1 10000 1 10055 1 1001100 1 1001155 1 1002200 ρ ρ ((ΩΩmm)) K Kiimm llooạạii B Báánn ddẫẫnn Đ Điiệệnnmmôôii K Kiimm llooạại i B Báánnddẫẫnnttiinnhh kkhhiiếếtt T O
- Hình (23.9): sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n
2. Học sinh:
- Ôn lại các tính chất điện của kim loại, hiện tượng xảy ra ở chỗ tiếp xúa giữa hai kim loại khác nhau.
- Liên kết hoá học và tính bền vững của nó.
III. Tiến trình bài học
*Kiểm tra bài cũ:
Câu hỏi 1: Trình bày những đặc điểm cơ bản của bản chất dòng điện trong 4 môi trường đã học?
Câu 2: Hãy nêu cách tạo ra tia lửa điện và nguyên nhân hình thành tia lửa điện? Câu hỏi 3: Hãy mô tả cách tạo ra hồ quang điện và nêu ứng dụng của nó?
* Bài mới: Vấn đề 1: Tìm hiểu về tính chất điện của chất bán dẫn p n electron Lỗ trống p n p - n - - - + + + + t E
HOẠT ĐỘNG CỦA HS TRỢ GIÚP CỦA GV - Lắng nghe và ghi nhận kiến thức. - Quan sát hình (23.1) và nêu nhận xét: +KL BD ĐM + Điện trở suất của bán dẫn có một phần nhở nằm trong vùng giá trị của điện trở suất kim loại và một phần nhỏ nằm trong vùng giá trị điện trở suất của điện môi => bán dẫn trong những điều kiện nhất định có thể là chất dẫn điện tốt như kim loại cũng có thể là chất cách điện tốt nhưđiện môi. - Quan sát và phân tích các đồ thị ở hình (23.2) để trả lời câu hỏi: điện trở suất của bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng trong khi điện trở suất của kim loại lại tăng tương đối chậm theo nhiệt độ.
- Thông báo một số chất bán dẫn điển hình như: Si (phổ biến nhất), Ge, GaAs, ZnS,…
- Yêu cầu HS quan sát hình (23.1) và cho biết ý nghĩa của nó.
(GV có thể hướng dẫn HS quan sát và phân tích cột giá trị điện trở suất của bán dẫn).
- Yêu cầu HS quan sát hình (23.2) và trả
lời câu hỏi: hãy so sánh sự thay đổi của
điện trở suất của kim loại và bán dẫn tinh khiết theo nhiệt độ?
- Tổng hợp và nêu các tính chất khác biệt của bán dẫn so với kim loại.
Vấn đề 2: Tìm hiểu về sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS TRỢ GIÚP CỦA GV - Trong mạng tinh thể, mỗi nguyên tử Si
liên kết với 4 nguyên tử Si xung quanh
- Nêu câu hỏi: Em hãy mô tả cấu trúc mạng tinh thể bán dẫn Si tinh khiết?
bằng kiên kết cộng hoá trị.
- Các liên kết này rất bền vì tuân theo quy tắc “bát tử”.
- Không, vì các electron đều tham gia liên kết nên không có hạt tải điện tự do. - Phải tạo ra hạt tải điện bằng cách nung nóng.
- Quan sát mô hình và tự lực nêu dự đoán về loại hạt tải điện trong bán dẫn: electron và lỗ trống và giải thích cơ chế.
- Dương, vì thiếu electron.
- Quan sát kĩ mô hình, tự lực trả lời câu hỏi của GV: số electron bằng số lỗ trống; electron có thể chuyển động tự do trong mạng tinh thể bán dẫn còn lỗ trống thì không. - Vậy em có nhận xét gì về cấu trúc mạng tinh thể Si ở điều kiện thường? (chú ý đế số electron xung quanh mỗi nguyên tử Si)
- Từ đó hãy suy ra ở điều kiện bình thường, bán dẫn tinh khiết có dẫn điện không? Giải thích?
- Vậy phải làm thế nào để làm cho bán dẫn có thể dẫn điện?
- Nhận xét và gợi mở thêm một số
phương pháp kích thích khác.