Bài 15 DÕNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
A. Mục tiêu
1. Về kiến thức
Trong khi học:
- Tham gia quan sát TN, trình bày kết quả TN. - Tham gia xây dựng kiến thức mới.
Sau khi học:
- Phân biệt được sự dẫn điện tự lực và sự dẫn điện không tự lực trong chất khí.
- Hiểu được bản chất của dòng điện trong chất khí.
- Phân biệt được 2 quá trình dẫn điện tự lực quan trọng trong chất khí: Tia lử điện và hồ quang điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 93
2. Về kĩ năng
- HS biết quan sát TN để rút ra nhận xét.
- Rèn kĩ năng giải thích các hiện tượng Vật lí: Sét, hồ quang điện. - Rèn kĩ năng thu thập thong tin khi đọc tài liệu.
3. Về thái độ tình cảm
- Trung thực, khách quan, hợp tác biết lắng nghe ý kiến của người khác. - Yêu thích môn học, tích cực chủ động tham gia vào việc xây dựng kiến
thức mới.
B. Chuẩn bị
1. Xác định mục tiêu nghiên cứu
- Tổ chức tiến trình DH một số nội dung của bài này xuất phát từ quan niệm, hiểu biết chưa đầy đủ của học sinh. Làm thay đổi quan niệm sai phổ biến của HS “Quá trình phóng điện của chất khí nhất thiết phải có tác nhân ion hoá, dòng điện trong chất khí vẫn tuân theo định luật ôm”. Từ đó thay đổi và phát triển những hiểu biết về sự phóng điện trong chất khí.
2. Xây dựng phƣơng án dạy học
Về nội dung:
- Kiến thức chỉ thông báo và làm rõ cho HS: Khái niệm về quá trình dẫn điện không tự lực, hiện tượng nhân số hạt tải điện trong quá trình dẫn điện không tự lực, quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí.
- Kiến thức sẽ được tổ chức cho HS tự tìm hiểu xây dựng trên cơ sở “Phối hợp các PP và PTDH” để làm rõ “để có sự phóng điện trong chất khí có nhất thiết phải cần tác nhân ion hoá không? dòng điện trong chất khí có tuân theo định luật ôm không? các hạt dẫn điện chỉ là các ion hay có cả electron?”.
Về phương pháp:
- Quá trình DH được tiến hành thông qua 5 hoạt động của GV và HS. - Tổ chức cho HS thảo luận, đánh giá các ý kiến: Chia lớp thành 6 nhóm, mỗi nhóm khoảng 6-7 em.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 94
3. Chuẩn bị thiết bị dạy học
Với giáo viên:
- Dụng cụ TN: Nguồn điên, 2 bản tụ điện bằng inốc, điện kế chứng minh, bộ khuyếch đại dòng, dây nối, giá TN.
- Máy uynxớt.Vẽ to các hình 15.3, 15.4, 15.5 ra giấy A0 - Giáo án điện tử,sgk, Sgv, stk, máy tính, máy chiếu. - Phiếu học tập, phiếu kiểm tra kết quả học tập. *. Học sinh
Ôn lại khái niệm dòng điện trong các môi trường là dòng các hạt tích điện CĐ có hướng và kiến thức CĐ của các phân tử khí sgk 10 THPT.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 95
Sơ đồ bài “ Dòng điện trong chất khí”
Thí nghiệm về sự phóng điện trong chất khí
TN1: Đốt không khí giữa hai bản tụ TN2: TN với máy uynxớt Kết luận: + Chất khí ở
điều kiện thường không dẫn điện.
+ Khi bị tác nhân ion hoá thì chất khí dẫn
điện.
Bản chất dòng điện trong chất khí
Ứng dụng: + Trong các máy móc, trong cuộc sống(tia
lửa điện)
+ Hàn điện, đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu(hồ quang) PP và PT dạy học Chưa đốt: I= 0 Khi đốt không khí
I ≠0 Tia lửa điện
Sự phóng điện tự lực Đốt nóng không khí giữa hai điện cực Hồ quang điện - Quan sát TN - Nêu vấn đề Thảo luận Hình ảnh TLĐ và HQĐ Thảo luận Mô hình hàn điện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 96
D. Tiến trình dạy học cụ thể 1. Ổn định tổ chức:
2. Kiểm tra bài cũ:
GV: Em hãy nêu điều kiện để có dòng điện trong 1 môi trường? Và bản chất dòng điện trong chất điện phân?
HS: Điều kiện để có dòng điện trong 1 môi trường là: Phải có các hạt mang điện tự do và có điện trường.
Dòng điện trong lòng chất điện phân là dòng iôn dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau.
GV: Đúng vậy, để có dòng điện chạy trong 1 môi trường nào đó thì điều kiện là phải có các hạt mang điện và điện trường. Ở những biết học trước ta biết dòng điện trong kim loại, dòng điện trong chất điện phân. Vậy trong chất khí có dẫn điện không? Có bản chất như thế nào?
Đặt vấn đề: Ngày nay để tiết kiệm điện người ta không dùng đèn sợi
đốt có dây tóc nóng đỏ, mà dùng đèn ống, đèn thuỷ ngân, đèn natri. Tại sao các loại đèn này lại tiết kiệm điện như vậy?
Hoạt động 1: Tìm hiểu sự dẫn điện của chất khí ở điều kiện thƣờng và điều kiện có tác nhân kích thích.
Trợ giúp giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Đƣa ra bộ TN: Có nguồn điên, bộ khuyếch đại dòng dây nối, giá TN, điện kế, 2 bản tụ inốc. Nếu tích điện cho tụ,lắp như hình vẽ (vẽ sơ đồ ra A0). Sau đó GV tiến hành TN theo trình tự:
- Đóng mạch điện và 2 bản tụ ở điều kiện(đk) thường?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 97
- Đốt nóng lớp không khí giữa 2 bản tụ? cho HS quan sát TN và nhận xét kết quả?
GV: Nếu ta thay đèn cồn bằng các tia tử ngoại, ngọn lửa ga, bức xạ của đèn thuỷ ngân…thì kết quả cũng thu được tương tự.
GV: Tại sao không khí ở đk thƣờng
lại không dẫn điện? Khi bị đốt nóng lại dẫn điện? phải chăng khi đốt nóng trong không khí đã xuất hiện vấn đề gì? (câu hỏi này cho HS thảo luận nhóm)
GV: Đúng. Khi đốt nóng không khí giữa 2 bản tụ, hoặc dùng các loại bức
HS: Quan sát TN, nhận xét kết quả: - Ở đk thường không khí không dẫn điện.
- Khi đốt nóng không khí giữa 2 bản tụ thì không khí trở nên dẫn điện.
HS: tiếp thu, ghi nhớ.
HS: Thảo luận nhóm:
- Ở đk thường các nguyên tử, phân tử chất khí trung hoà về điện nên không có hạt tải điện.
- Khi đốt nóng chất khí bằng đèn cồn, bật lửa ga( hay tia tử ngoại…) thì các nguyên tử và phân tử khí bị mất e trở thành các ion dương, tức là làm xuất hiện các hạt dẫn điện nên không khí dẫn được điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 98
xạ như tia tử ngoại, tia X tác động vào môi trường không khí, nhờ có năng lượng cao thì một số nguyên tử, phân tử bị mất electron(e) trở thành các ion dương và e tự do và e tự do này có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà trở thành ion âm (GV treo H15.3 lên). Hiện tượng này gọi là sự ion hoá chất khí. Những tác động bên ngoài gây nên sự iôn hoá chấ khí gọi là tác nhân ion hoá.
Sau đó: Yêu cầu HS làm việc cá nhân
với sgk để trả lời câu 1,2 (tr 86-87).
GV: Vậy khi bị tác nhân ion hoá trong chất khí xuất hiện những hạt dẫn điện nào?
GV: Khi điện trường bằng 0 thì các hạt tải điện CĐ thế nào? Khi có điện trường thì chúng CĐ ra sao? Bản chất của dòng điện trong chất khí là gì?
GV: Sự phóng điện của chất khí như TN trên gọi là sự phóng điện không tự lực, Gv đưa ra định nghĩa sự phóng điện không tự lực.
GV: Giới thiệu đường đặc trưng vôn- ăm pe (vẽ vào giấy A0), cho HS thảo luận chung và trả lời câu hỏi:
HS: Cá nhân tiếp thu ghi nhớ và hòan thành nhiệm vụ.
HS: Khi bị tác nhân ion hoá trong chất khí xuất hiện 3 loại hạt dẫn điện đó là ion+, ion-, electron tự do.
HS: Tham gia thảo luận, trả lời và
rút ra bản chất dòng điện trong chất khí.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 99
- Dòng điện trong chất khí có tuân theo định luật Ôm không?
- Hãy mô tả sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chất khí vào hiệu điện thế được biểu diễn như trên đồ thị? Và câu C3 tr 88?
GV: Tại sao khi U quá lớn thì I tăng nhanh đột ngột? Mật độ hạt tải điện thay dổi thế nào khi U quá lớn?
GV: Giới thiệu hiện tượng nhân số hạt
HS: Quan sát thảo luận, trả lời: - Đường đặc trưng vôn- ămpe không phải là đường thẳng nên dòng điện trong chất khí không tuân theo định luật Ôm. Vì:
Đoạn oa: U còn nhỏ, I tăng dần theo U. Đoạn ab: U đủ lớn, I đạt giá trị bão hoà. Đoạn bc: U quá lớn, I tăng nhanh đột ngột.
Dòng điện trong chất khí nói
chung không tuân theo định luật Ôm. HS: Hy vọng HS trả lời được : Các hạt tải đầu tiên do tác nhân ion hoá sinh ra là electron và ion dương, electron có kích thước nhỏ hơn ion dương nên đi được quãng đường dài hơn ion dương trước khi va chạm với một phân tử khí.
Khi U quá lớn năng lượng điện trường đủ lớn electron nhận được động năng đủ lớn để va chạm với phân tử trung
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 100
tải điện trong chất khí trong quá trình dẫn điện không tự lực. Sau đó yêu cầu HS trả lời câu 4 tr 89 sgk?
hoà làm ion hoá nó biến nó thành electron tự do và ion dương, kết quả mật độ hại tải tăng đột ngột nên chất khí trở nên dẫn điện tốt hơn.
HS: Tiếp thu và hoàn thành yêu cầu của GV.
Hoạt động 2: Quá trình dẫn điện tự lực:Tia lửa điện, ứng dụng của tia lửa điện.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
Trước khi vào bài, kiểm tra kiến thức ở tiết 1 và đặt vấn đề: Tại sao khi đi đường gặp trời mưa giông, sấm sét dữ dội không nên trú mưa đươi gốc cây to cao, chỗ mô đất cao? Khi hàn xì ta phải dùng kính bảo vệ mắt?
GV: Tiến hành TN phóng tia lửa điện bằng máy uynxớt. Yêu cầu HS quan sát và thảo luận và trả lời:
Hiện tƣợng quan sát đƣợc là gì? Thấy
một số HS lúng túng GV cho HS xem hình ảnh tia lửa điện.
GV: Giới thiệu máy Rom cóp và yêu cầu HS đọc phần chữ nhỏ tr 90- sgk? Và phát biểu định nghĩa tia lửa điện?
Tia lửa điện, điều kiện tạo ra tia lửa điện.
HS: Tiếp thu, Quan sát trả lời:
Tia lửa điện có dạng ngoằn ngèo, có tiếng nổ và mùi khét.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 101
GV: Đây là dạng phóng điện trong không khí ở áp xuất thường, hiệu điện thế giữa 2 quả cầu cỡ hàng vạn vôn( lớn).Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa 2 điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và e tự do.
-Yêu cầu HS đọc sgk để tìm hiểu điều kiện để tạo ra tia lửa điện trong không khí ở đk thường, các ứng dụng của tia lửa điện. Sau đó thảo luận chung theo nhóm.
GV: Tuỳ theo giá trị của hiệu điện thế mà có khoảng cách tia lửa điện khác nhau, cho HS tham khảo bảng 15.1sgk tr 90. Sau đó GV giới thiệu máy Rum cop. - Vậy tia lửa điện được ứng dụng ở đâu? Yêu cầu HS đọc sgk, trả lời.
- Để chống sét ở nhà cao tầng, công
HS: Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và electron tự do.
HS: cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
HS: làm việc với sgk, thảo luận: Đk để có tia lửa điện trong không khí là khi điện trường đạt đến giá trị lớn hơn hoặc bằng 3.106V/m.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 102
trình xây dựng người ta làm thế nào?
GV: Nhận xét bổ sung và yêu cầu HS trả lời câu hỏi:
Vì sao khi đi đƣờng gặp trời mƣa giông, sấm sét dữ dội ta không nên đứng trên những gò đất cao hoặc trú dƣới gốc cây to mà nên nằm dán ngƣời xuống đất?
cơ nổ để đốt hỗn hợp nổ.
Để chống sét người ta dùng cột thu lôi là cột bằng kim loại nhọn đặt ở trên cao và được nối cẩn thận với đất.
HS: Thảo luận và trả lời.
Hoạt động 3: Quá trình phóng điện tự lực: Hồ quang điện, ứng dụng của hồ quang.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Cho HS quan sát hình ảnh hồ quang.
Nếu được nhìn hiện tượng xảy ra khi hàn điện qua kính bảo vệ mắt ta sẽ nhìn thấy hình ảnh như hình 15.8 sgk. Em hãy mô tả hình ảnh đó?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 103
GV: Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất giữa 2 điện cực có hiệu điện thế không lớn. Hồ quang điện có thể kèm theo toả nhiệt và toả ánh sáng rất mạnh
Điều kiện để tạo ra hồ quang? GV: Tại sao dòng điện trong hồ quang lại chủ yếu là dòng electron chạy từ anốt sang catốt? cho HS thảo luận chung toàn lớp.
GV: Yêu cầu HS đọc sgk để tìm hiểu thêm về hồ quang điện, ứng dụng của hồ quang điện. Nhận xét, bổ sung thêm nếu HS trả lời thiếu. (Khi nối dây điện chúng ta phải nối chặt; Cầu dao điện có bộ phận ngắt hồ quang, trạm biến thế…)
GV: Nhƣ vậy, để có dòng điện
trong chất khí có nhất thiết cần phải có tác nhân ion hoá
không? Tại sao?(hy vọng HS
trả lời được)
HS: Hình ảnh quan sát được trong khi hàn điện là giữa 2 đầu của các thanh than có
ánh sáng chói loà như ngọn lửa.
HS: Làm việc với SGK, sau đó trả lời.
HS: Thảo luận chung.
HS: Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 104
Hoạt động 4: Củng cố- vận dụng
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV:.Cho HS làm bài tập 6,7 sgk?
GV: Tại sao ngày nay để tiết kiệm điện người ta không dùng đèn sợi đốt mà dùng đèn natri, thuỷ ngân, đèn ống? - Bản chất quá trình phóng tia lửa điện, hồ quang điện có như nhau không?
Tia lửa điện thì do sự ion hóa chất khí do va chạm, còn hồ quang là do phát xạ nhiệt electron khi ta nung nóng hai điện cực, cả hai quá trình này là quá trình phóng điện tự lực. Và bản chất của dòng điện trong chất khí của hai quá trình phóng điện này là như nhau là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường.
HS: Thảo luận chung toàn lớp. - làm bài tập 6,7 sgk.
Hoạt động 5: Tổng kết giờ học.
GV: nhận xét giờ dạy, đánh giá giờ dạy, giao nhiệm vụ về nhà cho HS: làm các bài tập 6,7,8,9 sgk và ôn lại các bài dòng điện trong: Kim loại; Chất điện; Chất khí.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 105