8- Cấu trúc luận văn
2.2. Cấu trúc lôgic, nội dung của chơng
Việc thiết kế tiến trình dạy học theo định hớng DHGQVĐ liên quan chặt chẽ với việc "vấn đề hoá" nội dung dạy học. Điều này dẫn đến cần phải xem xét lôgic của tiến trình phát triển nội dung. Vì thế chúng tôi nghiên cứu xây dựng cấu trúc lôgic của chơng theo các sách giáo khoa hiện có để làm cơ sở cho việc vấn đề hoá nội dung dạy học.
Sau đây là cấu trúc chơng "Dòng điện trong các môi trờng" theo các sách giáo khoa hiện hành.
Dòng điện trong các môi trường
Dòng điện trong
kim loại Dòng điện trong chất điện phân Dòng điện trong chân không Dòng điện trong chất khí Dòng điện trong chất bán dẫn
Thuyết êlectron về tính dẫn điện
của kimloại, Các tính chất điện của kim
loại Hiện tư ợng nhiệt điện, siêu dẫn Hạt tải điện trong chất điện phân Phản ứng phụ, hiện tượng dư ơng cực tan, định luật Farađây ứng dụng của hiện tư ợng điện phân Đặc điểm của hạt tải điện trong chân không Tia catôt, các tính chất của tia catôt ứng dụng dòng điện trong chân không Đặc điểm của hạt tải điện trong chất khí Sự phóng điện trong chất khí ở áp suất thư ờng, áp suất thấp ứng dụng của dòng điện trong chất khí Đặc điểm của hạt tải điện trong chất bán dẫn Lớp chuyển tiếp p-n, đặc điểm của lớp chuyển tiếp Linh kiện bán dẫn và các ứng dụng của nó ứng dụng của cặp nhiệt điện, khả năng ứng dụng của vật liệu
siêu dẫn
Đặc điểm chung của hạt tải điện trong môi trường dẫn điện
ứng dụng của dòng điện trong các môi trường
Dòng điện trong các môi trường Dòng điện trong kim loại Dòng điện trong chất điện phân Dòng điện trong chân không Dòng điện trong chất khí Dòng điện trong chất bán dẫn Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kimloại, sự phụ thuộc điện trở suất kim loại theo
nhiệt độ Hiện tư ợng nhiệt điện, siêu dẫn Thuyết điện ly Hiện tượng dương cực tan, định luật Farađây ứng dụng của hiện tư ợng điện phân Hạt tải điện trong chân không Tia catôt, các tính chất của tia catôt ứng dụng dòng điện trong chân không Đặc điểm của hạt tải điện trong chất khí Tia lửa điện, hồ quang điện ứng dụng của dòng điện trong chất khí Đặc điểm của hạt tải điện trong chất bán dẫn Lớp chuyển tiếp p-n, đặc điểm của lớp chuyển tiếp Điôt bán dẫn, tranzito và các ứng dụng của nó ứng dụng của cặp nhiệt điện, khả năng ứng dụng của vật liệu
siêu dẫn
Đặc điểm chung của hạt tải điện trong môi trường dẫn điện
ứng dụng của dòng điện trong các môi trường
Dụng cụ bán dẫn và các ứng dụng của nó Lớp tiếp xúc p-n, đặc điểm của lớp chuyển tiếp
Dòng điện trong các môi trường
Dòng điện trong
kim loại Dòng điện trong chất điện phân Dòng điện trong chất khí Dòng điện trong chân không Dòng điện trong chất bán dẫn
Cấu trúc tinh thể kim loại, hạt tải điện trong kim loại Dòng nhiệt điện Hạt tải điện trong chất điện phân Phản ứng phụ, hiện tượng dư ơng cực tan, định luật Farađây ứng dụng của hiện tư ợng điện
phân
Đặc điểm của hạt tải điện trong
chân không, cư ờng độ dòng điện trong chân
không ứng dụng dòng điện trong chân không Đặc điểm của hạt tải điện trong chất khí Sự phóng điện trong khí kém, tia catôt , sự phóng điện trong không khí ở điều kiện thường ứng dụng Đặc điểm của hạt tải điện trong chất bán dẫn ứng dụng của cặp nhiệt điện
Đặc điểm chung của hạt tải điện trong môi trường dẫn điện
ứng dụng của dòng điện trong các môi trường
2.2.2. Nội dung cơ bản của chơng
2.2.2.1. Dòng điện trong kim loại
* SGK Vật lý 11 nâng cao
- Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hớng của các êlectron tự do ngợc chiều điện trờng.
- Các tính chất điện của kim loại có thể giải thích dựa trên sự có mặt của các êlectron tự do trong kim loại.
+ Điện trở suất của kim loại nhỏ nên kim loại dẫn điện tốt. + Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm
+Trong chuyển động các êlectron tự do luôn va chạm với các chỗ mất trật tự của mạng tinh thể và truyền một phần động năng cho mạng tinh thể. Sự va chạm đó là nguyên nhân gây ra điện trở dây dẫn kim loại và tác dụng nhiệt.
+ Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ: ρ = ρ0 [1 + α(t - t0) ]
Trong đó ρ0 là điện trở suất ở tO (OC); α là hệ số nhiệt điện trở.
- Hiện tợng tạo thành suất nhiệt động nhiệt điện trong một mạch kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau là hiện tợng nhiệt điện. Biểu thức suất nhiệt điện động:
ξ = αT(T1 - T2) trong đó αT là hệ số nhiệt điện động. T1 và T2 là nhiệt độ của hai mối hàn.
- Hiện tợng khi nhiệt độ hạ xuống dới nhiệt độ Tc nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) giảm đột ngột đến giá trị bằng không là hiện tợng siêu dẫn.
- ứng dụng của cặp nhiệt điện: Nhiệt kế nhiệt điện, pin nhiệt điện * SGK Vật lý 11 cơ bản
Khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là giải thích cơ chế của hiện tợng nhiệt điện: nó dựa trên sự tạo thành hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của một sợi dây kim loại do sự khuếch tán của êlectron từ đầu nóng sang đầu lạnh. Với cùng một sự chênh lệch nhiệt độ, giá trị của hiệu điện thế này ở mỗi kim loại một khác.
* SGK Vật lý 11 CCGD
- Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở là do sự va chạm của các êlectron với iôn ở nút mạng.
- Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiện tợng siêu dẫn thuộc chơng "Những định luật cơ bản của dòng điện không đổi". Trong đó không giải thích sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.
2.2.2.2. Dòng điện trong chất điện phân
* SGK Vật lý 11 nâng cao
- Dòng điện trong chất điện phân là dòng dịch chuyển có hớng của các ion dơng về catốt và ion âm về anôt.
- Phản ứng phụ trong chất điện phân, hiện tợng dơng cực tan và giải thích hiện tợng.
- Định luật Farađây:
+ Định luật 1 Farađây: Khối lợng m của chất đợc giải phóng ra ở điện cực của bình điện phân tỷ lệ với điện lợng q chạy qua bình đó: m = kq
k =1,118.10-6 kg/C gọi là đơng lợng điện hoá
+ Định luật 2 Farađây: Đơng lợng điện hoá k của một nguyên tố tỷ lệ với đơng lợng gam A n của nguyên tố đó: k c A n = , với 1 F 96500Cmol c = ≈ gọi là số Farađây.
+ Công thức Farađây về điện phân: It n A F
m= 1 , I là cờng độ dòng điện qua bình điện phân, t là thời gian điện phân.
- ứng dụng: điều chế hoá chất, luyện kim, mạ điện. * SGK Vật lý 11 cơ bản
Khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là:
- Nêu rõ: Hiện tợng điện phân là hiện tợng tách các chất ra khỏi dung dịch nhờ dòng điện.
- Đề cập đến bình điện phân điện cực trơ. (ví dụ: bình điện phân có chất điện phân là dung dịch H2SO4 , các điện cực bằng graphit hoặc inôc)
* SGK Vật lý 11 CCGD
Có điểm khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là: Định luật Farađây gộp lại thành một định luật
* SGK Vật lý 11 nâng cao
- Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hớng của các êlectron bứt ra từ catôt bị nung nóng do tác dụng của điện trờng.
+ Dòng điện trong chân không chỉ chạy theo một chiều nhất định từ anôt sang catốt.
+ Dòng điện trong chân không không tuân theo định luật Ôm. - Tia catôt là dòng êletron bứt ra từ catôt. Các tính chất của tia catôt. - ứng dụng: điôt điện tử, ống phóng điện tử.
* SGK Vật lý 11 cơ bản
Khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là:
- Nêu ứng dụng súng phóng êlectron, điôt chân không, ống phóng điện tử đa vào bài đọc thêm.
* SGK Vật lý 11 CCGD
Có điểm khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là: - Không có tia catôt
1.2.2.4. Dòng điện trong chất khí
* SGK Vật lý 11 nâng cao
- Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hớng của các ion dơng theo chiều điện trờng và các ion âm, êlectron ngợc chiều điện trờng.
Phóng điện không tự lực, phóng điện tự lực, cờng độ dòng điện trong chất khí. - Các dạng phóng điện trong không khí ở điều kiện thờng:
+ Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực xẩy ra trong không khí khi có tác dụng của điện trờng đủ mạnh để làm iôn hoá chất khí, biến phân tử trung hoà thành iôn dơng và êlectron tự do.
+ Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xẩy ra trong không khí ở áp suất thờng hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.
- Sự phóng điện trong chất khí ở áp suất thấp.
- ứng dụng của hồ quang, sự phóng điện thành miền. * SGK Vật lý 11 cơ bản
Khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là:
Không đề cập đến dòng điện trong khí kém. * SGK Vật lý 11 CCGD
Có điểm khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là:
- Không trình bày về dẫn điện tự lực và dẫn điện không tự lực. - Tia catôt đợc đa vào cùng với sự phóng điện trong khí kém.
2.2.2.5 Dòng điện trong chất bán dẫn
* SGK Vật lý 11 nâng cao
- Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hớng của các êlectron và lỗ trống.
+ ở bán dẫn tinh khiết số êlectron và lỗ trống bằng nhau.
+ Tuỳ theo loại tạp chất pha vào bán dẫn tinh khiết, các bán dẫn đợc chia làm hai loại là bán dẫn loại n và bán dẫn loại p: Bán dẫn loại n hạt tải điện cơ bản là êlectron, hạt tải điện không cơ bản là lỗ trống; còn bán dẫn loại p hạt tải điện cơ bản là lỗ trống, hạt tải điện không cơ bản là êlectron.
+ Lớp chuyển tiếp p-n có tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều nhất định, từ p sang n.
- ứng dụng làm linh kiện bán dẫn: Điôt chỉnh lu, phôtôđiôt, pin mặt trời, điôt phát quang, pin nhiệt điện bán dẫn, tranzito.
* SGK Vật lý 11 cơ bản
Khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là:
- Nêu ngắn gọn các tính chất của bán dẫn tinh khiết và bán dẫn có tạp chất. - ứng dụng chỉ nêu điôt bán dẫn và tranzito.
* SGK Vật lý 11 CCGD
Có điểm khác với SGK Vật lý 11 nâng cao là:
- Dùng thuật ngữ lớp tiếp xúc còn trong SGK Vật lý 11 nâng cao dùng lớp chuyển tiếp.
- Phần ứng dụng: điốt bán dẫn, tranzito, nhiệt điện trở bán dẫn, quang trở bán dẫn, vi mạch điện tử dùng bán dẫn.
2.3. "Vấn đề hoá" nội dung dạy học của chơng
- Bài 17: Dòng điện trong kim loại
- Bài 18: Hiện tợng nhiệt điện, hiện tợng siêu dẫn
Hiện tượng nhiệt điện, hiện tượng
siêu dẫn
Hiện tượng nhiệt điện là gì?
ứng dụng của cặp nhiệt điện? Cặp nhiệt điện là gì?
Thế nào là hiện tượng siêu dẫn?
Những khả năng ứng dụng của vật liệu siêu dẫn? Dòng điện trong
kim loại
Kim loại dẫn điện vậy hạt tải điện trong kim loại là gì?
Vì sao mặc dù kim loại cho dòng điện đi qua, kim loại vẫn có điện trở?
Vì sao dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại làm dây dẫn nóng lên ?
Vì sao khi nhiệt độ thay đổi thì điện trở suất của kim loại thay đổi? Dòng điện trong
kim loại
- Bài 19: Dòng điện trong chất điện phân. Định luật Farađây
- Bài 21: Dòng điện trong chân không Dòng điện trong
chất điện phân. Định luật Farađây
Ta biết dòng điện có thể chạy qua các vật dẫn bằng kim loại vậy nó có thể chạy qua các chất lỏng như nước cất, nước ao, nước
máy, nước sông . . . hay không?
Bản chất dòng điện trong các chất lỏng trên (nếu có) là gì?
Tại sao khi điện phân dung dịch đồng sunfat có anôt bắng đồng
thì anôt bị mòn?
Hiện tượng điện phân có ứng dụng gì trong kỹ thuật?
Dòng điện trong chân không
Dòng điện có thể chạy trong các môi trường như kim loại, dung dịch axit, bazơ, muối . . . vậy có thể có dòng điện trong chân không được không? Tại sao?
Dòng điện trong chân không có tuân theo định luật Ôm không?
Tia catôt là gì?
ống phóng điện tử hoạt động như thế nào
- Bài 22: Dòng điện trong chất khí.
- Bài 23- 24: Dòng điện trong chất bán dẫn. Linh kiện bán dẫn Dòng điện trong
chất khí
Bình thường chúng ta thấy không khí không dẫn điện. Nhưng những
ngày có dông bão ta thường thấy hiện tượng sét, bản chất của hiện tư
ợng đó là gì?
Cột chống sét là gì? Tại sao nó lại chống được sét?
Hồ quang điện là gì? Cách tạo ra hồ quang điện? ứng dụng của nó?
Điều kiện để có sự phóng điện thành miền là gì?
Dòng điện trong chất bán dẫn. Linh
kiện bán dẫn
Chất bán dẫn khác với kim loại, chất môi ở tính chất gì?
Thế nào là bán dẫn loại p, bán dẫn loại n?
Tại sao lớp chuyển tiếp p-n chỉ dẫn điện tốt theo một chiều?
Điôt chỉnh lưu, phôtôđiôt, pin mặt trời, điôt phát quang, pin nhiệt điện bán dẫn, tranzito có cấu tạo như thế nào? Tác dụng
2.4. Thực trạng dạy học chơng "Dòng điện trong các môi trờng"2.4.1. Khảo sát thực trạng 2.4.1. Khảo sát thực trạng
2.4.1.1. Mục đích khảo sát
Nhằm đánh giá thực trạng vận dụng DHGQVĐ vào dạy học Vật lý ở tr- ờng THPT, thực trạng sử dụng đồ dùng thí nghiệm, thí nghiệm mô phỏng phục vụ cho giảng dạy.
2.4.1.2. Đối tợng khảo sát
GV với số lợng: 47 GV Vật lý, thuộc các trờng sau:
- Các trờng dạy theo chờng trình CCGD: THPT Nam Đàn 2,THPT Nam Đàn 1, THPT Tơng Dơng, THPT Hà Huy Tập, THPT Nghi Lộc 4, THPT Thanh Chơng 4.
- Các trờng có dạy chơng trình thí điểm SGK phân ban: THPT Đức Thọ, THPT Nguyễn Thị Minh Khai, Tỉnh Hà Tĩnh.
2.4.1.3. Nội dung khảo sát
- GV hiểu về khái niệm DHGQVĐ.
- Thực trạng của việc sử dụng DHGQVĐ trong dạy học Vật lý.
- Cách thức sử dụng phơng pháp DHGQVĐ của GV trong dạy học Vật lý.
- Các thí nghiệm, thí nghiệm mô phỏng mà GV sử dụng khi dạy học chơng "Dòng điện trong các môi trờng".
2.4.1.4. Phơng pháp khảo sát
Đến các trờng THPT trao đổi với Ban giám hiệu, tổ chuyên môn để trao đổi trực tiếp với các GV, phát phiếu điều tra cho GV. Một số trờng ở xa chúng tôi gửi phiếu điều tra qua các đồng nghiệp nhờ họ điều tra giúp.
(Mẫu phiếu điều tra ở phần phụ lục)
2.4.1.5. Kết quả khảo sát (Thời điểm khảo sát: tháng 10 năm 2007)
- Hiểu bản chất của DHGQVĐ: 42/47 GV đợc điều tra hiểu đúng bản chất của DHGQVĐ chiếm 89%; 5/47 GV cha hiểu đúng bản chất của DHGQVĐ chiếm 11%.
- Vai trò của DHGQVĐ: có 47/47 GV cho rằng cần thiết.
- Thực trạng sử dụng phơng pháp DHGQVĐ: 15/47 GV thờng xuyên sử dụng chiếm 32%; có 26/47 GV sử dụng không thờng xuyên chiếm 55%; có 6 GV không sử dụng.
- Cách thức sử dụng: có 31/41 GV đã sử dụng phơng pháp DHGQVĐ bằng cách kết hợp cả ba mức độ; 10/41 có sử dụng DHGQVĐ ở mức độ trình bày vấn đề.
- Thực trạng sử dụng thí nghiệm:
Thí nghiệm Số GV sử dụng Tỷ lệ %
Điện trở kim loại phụ thuộc nhiệt độ 39/47 83
Mô phỏng dòng điện trong kim loại 11/47 23