9. Cấu trúc khóa luận
2.3.Thiết kế một số tiến trình dạy học cụ thể có sử dụng bài tập nhằm phát triển năng lực
năng lực nhận thức kiến thức vật lí chương “ Dòng điện trong các môi trường” – Vật lí 11 THPT
Ngày soạn: 01/02/2021 Ngày dạy: 04/02/2021 Lớp:
Tiết 25 : DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Nêu được tính chất điện chung của các kim loại, sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ.
Trang 68
- Mô tả hiện tượng nhiệt điện, nêu được hiện tượng siêu dẫn và ứng dụng của hiện tượng.
2. Kỹ năng
- Giải thích được một cách định tính các tính chất điện chung của kim loại dựa trên thuyết electrôn về tính dẫn điện của kim loại.
- Giải được một số bài tập về dòng điện trong kim loại.
3. Thái độ
3.1. Trong khi học
- Tích cực tham gia xây dựng ý kiến.
- Tự giác, tích cực và nghiêm túc trong quá trình hoạt động nhóm.
3.2. Sau khi học
- Có ý thức mong muốn vận dụng kiến thức về động năng vào trong thực tiễn. - Tự giác và trung thực trong việc hoàn thành các bài tập nhà được giao.
4. Năng lực chung
- Năng lực hợp tác và giao tiếp (thông qua việc hoạt động nhóm các hoạt động 3,4,5,6) - Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo (Thông qua hoạt động 4,5,6)
II. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Chuẩn bị của giáo viên
1.1. Thiết bị, dụng cụ, phương tiện
- Máy chiếu
- Bài giảng Power point, phiếu học tập.
1.2. Phương pháp dạy học chính
- Đặt và giải quyết vấn đề.
2. Chuẩn bị của học sinh
III. CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CỤ THỂ 1. Hướng dẫn chung
Các bước Hoạt động Tên hoạt động Thời lượng dự kiến Khởi động Hoạt động 1 Tạo tình huống về vấn đề dòng điện trong kim loại 5 phút
Trang 69
Hình thành kiến thức
Hoạt động 2 Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong kim loại 10 phút Hoạt động 3 Tìm hiểu sự phụ thuộc của điện trở suất
của kim loại theo nhiệt độ 10 phút Hoạt động 4 Tìm hiểu điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn 10 phút Hoạt động 5 Tìm hiểu hiện tượng nhiệt điện 5 phút (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Luyện tập Hoạt động 6 Hệ thống hóa kiến thức và giải bài tập vận dụng 5 phút
Tìm tòi mở rộng Hoạt động 7 Tìm hiểu những ứng dụng của dòng điện trong kim loại trong đời sống, kĩ thuật
Ở nhà
2. Hướng dẫn cụ thể từng hoạt động 2.1 Hoạt động 1: Đặt vấn đề bài mới a. Mục tiêu:
- Tăng dự thu hút, tạo hứng thú học tập cho hs trước khi vào dạy nôi dung kiến thức mới
- Làm bộc lộ những hiểu biết, kiến thức có sẵn của học sinh, tạo mâu thuẫn giữa kiến thức đã biết với những kiến thức cần chiếm lĩnh.
b. Thiết bị, đồ dùng: Máy chiếu, bài giảng Power point c. Cách thức tổ chức:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH
- GV. Cho học sinh quan sát mạch điện tử lắp ráp bằng các mạch tổ hợp, hướng dẫn HS nhận ra các loại vật liệu tạo nên mạch điện tử.
+ Kể tên một số kim loại thường dùng để làm dây dẫn điện .
+ Dự đoán xem dòng điện trong kim loại được ra như thế nào ?
+ Tại sao kim loại có điện trở ?
+ Khi nhiệt độ tăng thì điện trở kim loại tăng hay giảm ? Tại sao ?
ĐVĐ: Trong các bài trước, ta đã nói đến dòng điện trong kim loại là dòng các electrôn chuyển động có hướng. Nhưng như tất cả các vật liệu khác, kim loại cũng do các nguyên tử liên kết với nhau tạo nên. Nguyên tử lại gồm hạt nhân tích điện dương và các electrôn mang điện âm quay xung quanh. Vậy các electrôn trong kim loại có đặc điểm gì và nó chi phối
- HS. Quan sát trả lời.
+ Các kim loại như đồng , nhôm … + Do sự chuyển dời có hướng của các hạt mang điện
+ Do các hạt mang điện bị cản trở chuyển động
+ Nhiệt độ tăng điện trở có thể tăng hoặc giảm tùy ý kiến học sinh
Trang 70 tính chất của dòng điện trong kim loại ra sao? Đó chính là nội dung của bài học này.
d. Dự kiến sản phẩm: Câu trả lời của học sinh.
2.2. Hoạt động 2: Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong kim loại. a. Mục tiêu:
- Nêu được tính chất điện chung của các kim loại.
- Nêu được nội dung chính của thuyết electrôn về tính dẫn điện của kim loại. - Mô tả được hiện tượng nhiệt điện; cấu tạo của cặp nhiệt điện.
b. Thiết bị, đồ dùng: Máy chiếu, bài giảng Power point. c. Cách thức tổ chức:
d. Dự kiến sản phẩm:
I. BẢN CHẤT CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH
GV phát phiếu học tập cho 4 nhóm học sinh. Yêu cầu học sinh thảo luận và hoàn thành trong khoảng thời gian 5 phút.
Phiếu học tập
1. Hãy cho biết mạng tinh thể kim loại có cấu tạo như thế nào? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Khí electron tự do trong kim loại là gì? 3. Khi không đặt vào 2 đầu kim loại một điện trường E thì khối kim loại có dẫn điện không? Vì sao?
4. Đặt vào 2 đầu khối kim loại 1 điện trường E. Hỏi trong khối kim loại có dòng điện ko? Vì sao?
5. Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại? 6.Hạt tải điện trong kim loại là những hạt nào? GV nhận xét câu trả lời của các nhóm và chuẩn hóa kiến thức.
GV: Vậy sau khi đã hoàn thành phiếu học tập các bạn cho cô biết bản chất dòng điện trong kim loại là gì?
Hs thảo luận nhóm hoàn thành nhiệm vụ trong phiếu học tập.
1.Các nguyên tử bị mất electron hóa trị →ion dương. Các ion dương liên kết với nhau 1 cách trật tự → mạng tinh thể kim loại
2. Các e hóa trị tách ra khỏi nguyên tử → các e tự do. Các e chuyển động hỗn loạn tạo thành khí e tự do
3. Không có dòng điện vì các e chuyển động hỗn loạn.
4.Có dòng điện vì lúc này khí e trôi ngược chiều điện trường
5.Do sự mất trật tự của mạng tinh thể kim loại.
6. - Là các electron tự do
Hs: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường
Trang 71
- Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại. Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.
- Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn toạ thành khí electron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.
- Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.
- Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại
- Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên chúng dẫn điện rất tốt.
Bản chất: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường .
2.3. Hoạt động 3: Tìm hiểu sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ a. Mục tiêu:
- Nêu được sự phụ thuộc của điện trở suất theo nhiệt độ
- Trình bày được khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng và công thức tính điện trở suất của kim loại. Nêu được các đại lượng được nêu trong công thức này.
- Vận dụng được công thức tính ρ = ρ0[1 + α(t − t0)]
b. Thiết bị, đồ dùng: Máy chiếu, bài giảng Power point. c. Cách thức tổ chức:
d. Dự kiến sản phẩm:
→
E
HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH
- GV đặt vấn đề:
- Khi nhiệt độ tăng thì điện trở và điện trở suất có thay đổi? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tổng kết lại ý kiến của HS và đưa ra đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ, hướng dẫn HS tìm hiểu biểu thức của sự phụ thuộc. - Thông báo cho HS: các yếu tố phụ thuộc khác ngoài nhiệt độ.
- Đặt vấn đề dẫn dắt HS tìm hiểu điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ thấp – Hiện tượng siêu dẫn.
- HS tiếp nhận vấn đề, lắng nghe. - HS dựa vào thuyết electron mới học trả lời câu hỏi.
- HS quan sát đồ thị và nhận xét. - Viết biểu thức và giải thích các đại lượng.
Trang 72
II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ
Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất :
= 0(1 + (t - t0))
Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.
2.4. Hoạt động 4: Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn
a. Mục tiêu: Trình bày được điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và nêu được hiện tượng
siêu dẫn
b. Thiết bị, đồ dùng: Máy chiếu, bài giảng Power point, phiếu học tập. c. Cách thức tổ chức:
d. Dự kiến sản phẩm:
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn
Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 00K, điện trở của kim loại sạch đều rất bé.
Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn. Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.
2.5. Hoạt động 5: Hiện tượng nhiệt điện a. Mục tiêu:
b. Thiết bị, đồ dùng: Máy chiếu, bài giảng Power point, phiếu học tập. c. Cách thức tổ chức:
HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH
HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH
- GV đặt vấn đề:
- Cho HS quan sát đồ thị và nhận xét.
- Tóm tắt ý kiến và thông báo với HS: Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Nhiệt độ gần 0K, điện trở của các kim loại sạch đều rất bé.
- Đưa ra định nghĩa hiện tượng siêu dẫn.
- Đặt vấn đề hướng dẫn HS tìm hiểu khái quát về hiện tượng này: lịch sử, ứng dụng, triển vọng,…
- HS tiếp nhận vấn đề.
- HS quan sát đồ thị và nhận xét.
Trang 73 - Giới thiệu mô hình thí nghiệm trong bài, cách thao tác đối với 2 đầu mối hàn.
- Suất điện động cặp nhiệt điện phụ thuộc yếu tố nào? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Giáo viên đưa ra giải thích, kết luận trong SGK.
- Giới thiệu một số ứng dụng của hiện tượng này.
- HS quan sát mô hình.
- Các nhóm thảo luận, đưa ra nhận xét về kim điện kế khi nhiệt độ tăng và giảm. - Nêu cấu tạo của cặp nhiệt điện.
2.6. Hoạt động 6: Luyện tập, cũng cố, tìm tòi mở rộng a. Mục tiêu hoạt động:
- Sử dụng phương pháp vẽ sơ đồ tư duy để hệ thống hóa kiến thức bài vừa học.
- Vận dụng kiến giải bài tập trong SGK và bài tập vận dụng theo từng mức độ. (Nhận biết – thông hiểu – vận dụng – vận dụng cao).
- Tìm hiểu, giải thích các hiện tượng động năng trong đời sống
- Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học. Tùy theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau.
b. Thiết bị, công cụ, phương tiện
- Sách giáo khoa Vật lí 11 Cơ bản. - Phiếu học tập số 1, số 2.
- Powerpoint bài giảng.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 HÌNH THÀNH KIẾN THỨC
Nhóm: …
Nhiệm vụ: Hoàn thành các câu hỏi sau và báo cáo thuyết trình trên bảng phụ/ giấy A2
1. Bản chất dòng điện trong kim loại:
a. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại:
− Nguyên tử………. trở thành ………; các ion
dương……..với nhau tạo thành………; chuyển động nhiệt của các ion………..; nhiệt độ càng cao thì………...
− Các electron hóa trị ………...trở thành ………, chúng chuyển động ………... ………….tạo thành ………....choán toàn bộ thể tích của khối kim loại nên ………
− ………do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy ………..
Trang 74
Vậy hạt tải điện trong kim loại là ………..
Mật độ của chúng……… nên kim loại ………..
b. Bản chất của dòng điện trong kim loại:
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời………dưới tác dụng của………
2. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ:
− Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:
Trong đó:
: ………..(0C) 0: ………..(0C) : hệ số nhiệt điện trở (K-1) (1/K) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
− Ngoài nhiệt độ, điện trở suất còn phụ thuộc vào độ sạch và chế độ gia công vật liệu đó.
3. Điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ thấp – HT siêu dẫn:
Khi nhiệt độ giảm, ……… của kim loại ……….
a. Hiện tượng siêu dẫn: là hiện tượng một số kim loại (hợp kim) có ………
đột ngột ……….. khi ………
b. Ứng dụng: chế tạo các vòng dây siêu dẫn, nam châm siêu dẫn.
4. Hiện tượng nhiệt điện:
a. Thí nghiệm - Giải thích:
Khi thay đổi nhiệt độ sẽ có dòng……… chuyển động từ ……….… sang ………
→ Đầu nóng tích điện……, đầu lạnh tích điện………
→ có……….
b. Kết luận:
Hai dây dẫn hàn 2 đầu vào nhau gọi là……… Suất điện động gọi là ………. Công thức: Trong đó: T2 T1 dây constantan dây đồng V Vôn kế A B
Trang 75
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 BÀI TẬP VẬN DỤNG
Nhóm: … 1. Tư liệu, thiết bị hỗ trợ:
− Phiếu học tập
− 1 bảng phụ (hoặc giấy A2)
− Bút lông
2. Nhiệm vụ: Hoàn thành câu hỏi sau và báo cáo thuyết trình trên bảng phụ/ giấy A2 Câu hỏi vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề:
Bài tập 1: Câu nào sai?
A. Hạt tải điện trong kim loại là êlectron tự do.
B. Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm nếu nhiệt độ trong kim loại được giữ không đôi.
C.Hạt tải điện trong kim loại là ion.
D. Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt.
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (N1,N4) vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: dòng điện trong kim loại, phần 2. electron tự do trong kim loại. Cụ thể ở câu hỏi này HS nhận biết, nêu và phân tích được đối tượng hạt tải điện trong kim loại.
Mã hóa bài tập: Bài tập 1(N1.N4.3a.A)
Bài tập 3: Một sợi dây đồng có điện trở 74Ω ở 50°C. Điện trở của sợi dây đó ở 100°C là
bao nhiêu?
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (N2) vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: dòng điện trong kim loại phần điện trở suất của kim loại. Cụ thể ở câu hỏi này HS sử dụng biểu thức đã được học về điện trở suất của kim loại để giải quyết tính toán, viết, trình bày bài một bài tập. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mã hóa bài tập: Bài tập 3(N2. 3a. B)
Bài tập 9: Một dây nhôm dạng hình trụ tròn được quấn thành cuộn có khối lượng 0,81
kg, tiết diện thẳng của dây là 0,1 mm2. Tìm điện trở của dây đó biết rằng nhôm có khối lượng riêng và điện trở suất lần lượt là 2,7 g/cm3 và 2,8.10-8 Ω.m.
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (N2) vì ở đây