7. Cấu trúc luận văn
2.3.1.2. Bài học thiết kế
2.3.1.2.1. Mục tiêu dạy học. a. Về kiến thức.
Học sinh hiểu đợc cấu trúc tinh thể của kim loại, bản chất dòng điện trong kim loại.
b. Về kỹ năng.
Giải thích đợc nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn KL, hiện tợng toả nhiệt của dây dẫn kim loại; sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn kim loại vào bản chất và nhiệt độ.
2.3.1.2.2. Công tác chuẩn bị. a. Giáo viên.
Vẽ sẵn vào bảng nhỏ cấu trúc tinh thể của kim loại nh hình vẽ 36.1 SGK.
Ôn lại kiến thức: cấu trúc mạng tinh thể; điều kiện để có dòng điện trong vật dẫn…
2.3.1.2.3. Tiến trình dạy học.
* Tình huống 1: Ôn tập, củng cố trình độ kiến thức xuất phát (5 phút)
GV nêu các câu hỏi yêu cầu HS trả lời: - Mạng tinh thể là gì?
- Dòng điện là gì? điều kiện để có dòng điện trong vật dẫn?
* Tình huống 2: Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu. (2 phút)
Nh vậy chúng ta đã biết dòng điện là gì và điều kiện để có dòng điện. Bây giờ các em thử đề xuất xem, trong thực tế dòng điện có thể chạy trong các môi trờng nào? bản chất dòng điện trong các môi trờng đó là dòng gì? và cờng độ dòng điện trong các môi trờng đó có tuân theo định luật Ôm không?...
Để giải quyết các vấn đề đó, chúng ta nghiên cứu chơng IV “Dòng điện trong các môi trờng”. Mở đầu chơng là bài 36 “Dòng điện trong kim loại”.
* Tình huống 3: Nghiên cứu cấu trúc tinh thể của kim loại (11 phút) Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và hs Nội dung bài học
GV đa ra các câu hỏi, hy vọng rằng HS có thể trả lời:
- Mạng tinh thể kim loại có cấu trúc nh thế nào?
- Vì sao trong mạng tinh thể kim loại xuất hiện các electron tự do?
+ HS có thể hỏi có bao nhiêu electron tự do? GV: ở điều kiện thờng vật thể làm bằng kim loại trung hoà về điện, do đó đối với kim loại hoá trị 1 mật độ electron tự do bằng mật
1. Cấu trúc tinh thể của kim loại. - Kim loại ở thể rắn, có cấu trúc tinh thể: các ion (dơng) kim loại đ- ợc sắp xếp một cách đều đặn theo một trật tự nhất định trong không gian, tạo thành mạng tinh thể.
- Electron tự do: vì các electron bị mất liên kết với hạt nhân của nguyên tử kim loại, chuyển động tự do trong khoảng không gian giữa
độ nguyên tử kim loại đó; đối với kim loại hoá trị 2 trở lên mật độ electron tự do gần bằng mật độ nguyên tử kim loại. Các kim loại khác nhau có mật độ electron tự do khác nhau. Ví dụ 1cm3 đồng có 8,5.1022 electron tự do.
các ion dơng.
- Mật độ electron tự do gần bằng mật độ nguyên tử kim loại.
* Tình huống 4: Phát biểu bản chất dòng điện trong kim loại (11 phút) Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
- Khi nào có dòng điện trong kim loại? Chiều dịch chuyển dòng đó nh thế nào?
Hy vọng rằng HS có thể trả lời:
+ Khi cha có điện trờng: electron chỉ chuyển động nhiệt hỗn loạn.
+Khi có điện trờng: các electron chịu tác dụng của điện trờng, vì electron mang điện tích âm nên chúng chuyển động ngợc chiều điện trờng ngoài chuyển động nhiệt.
- Vậy, bản chất dòng điện trong kim loại là gì?
- GV có thể nói thêm: vận tốc electron tự do trong kim loại không quá 6cm/s. Dòng điện xuất hiện ngay sau khi đóng mạch điện là do điện trờng đợc thiết lập trong dây dẫn rất nhanh. Điện trờng này xuất hiện cùng với các điện tích ở cực của nguồn và lan truyền trong dây dẫn với vận tốc gần bằng vận tốc của ánh
2. Bản chất dòng điện trong KL.
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hớng của các electron tự do ngợc chiều điện tr- ờng.
sáng trong chân không. Dới tác dụng của điện trờng này các electron tự do trong dây dẫn gần nh tức thời cùng bắt đầu chuyển động có h- ớng.
* Tình huống 5: Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở kim loại, hiện tợng toả nhiệt của dòng điện trong dây dẫn kim loại (11 phút)
Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và hs Nội dung bài học
- Khi có dòng điện chạy qua vật dẫn kim loại thì vật dẫn kim loại có tác dụng cản trở dòng điện không? Nếu có thì do nguyên nhân nào gây ra?
- Hãy giải thích tại sao các kim loại khác nhau có điện trở suất khác nhau?
- Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của kim loại tăng. Có thể giải thích hiện tợng này nh thế nào?
3. Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở kim loại và hiện tợng toả nhiệt của dây dẫn kim loại.
- Nguyên nhân gây ra điện trở kim loại: Do sự va chạm của dòng các electron tự do với các ion kim loại đang dao động quanh vị trí cân bằng ở các nút mạng tinh thể.
- Điện trở phụ thuộc vào bản chất kim loại: Các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau và mật độ electron tự do khác nhau. Do đó tác dụng “ngăn cản” chuyển động có hớng của các electron tự do trong mỗi kim loại cũng khác nhau.
- Điện trở kim loại tăng khi nhiệt độ tăng: Nhiệt độ càng cao, thì các ion kim loại càng dao động mạnh. Do đó, electron tự do va chạm nhiều hơn với
- Vì sao khi có dòng điện chạy qua, dây dẫn kim loại bị nóng lên?
các ion kim loại.
- Sự toả nhiệt của dây dẫn kim loại khi có dòng điện chạy qua: Giữa hai va chạm kế tiếp, các electron chuyển động có gia tốc do tác dụng của lực điện trờng, và thu đợc năng lợng xác định (ngoài năng lợng của chuyển động nhiệt). Năng lợng của chuyển động có hớng đó đợc truyền một phần (hay hoàn toàn) cho các ion kim loại khi va chạm và làm tăng cờng dao động của các ion. Nh vậy dây dẫn kim loại nóng lên.
* Tình huống 6: Củng cố kiến thức, giao nhiệm vụ về nhà (5 phút)
Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
- Tại sao khi đóng mạch điện các đèn ở đầu và cuối mạch đều sáng cùng một lúc?
- Chuyển động nhiệt của electron tự do có sinh ra dòng điện không? Nếu có dòng điện thì trong tr- ờng hợp nào? Liệu chuyển động đó có thể tạo ra các vùng tích điện đợc không?
+ HS trả lời ngay tại lớp.
+ Về nhà nghiên cứu để chuẩn bị cho bài sau.