1.3.2 .Tiến trình khoa học giải quyết vấn đề
3.1.1. Mục đích thực nghiệm
Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm là nhằm kiểm nghiệm giả thuyết khoa học của đề tài, cụ thể là:
- Kiểm nghiệm tính khả thi của tiến trình tổ chức HĐ học chun đề “Dịng điện trong kim loại”.
- Điều chỉnh tiến trình tổ chức HĐ học chuyên đề đã xây dựng cho phù hợp với thực tế.
- Đánh giá hiệu quả của tiến trình tổ chức HĐ học chun đề “Dịng điện trong kim loại” trong việc nâng cao năng lực giải quyết vấn đề của HS.
3.1.2. Đối tượng và thời gian thực nghiệm
- Đối tƣợng: HS lớp 11A13 và lớp 11A1 - trƣờng THPT Chƣơng Mỹ B – huyện Chƣơng Mỹ - Hà Nội. Cả hai lớp đều học theo ban cơ bản.
+ Lớp 11A13 có 31 HS, kết quả học tập mơn vật lí 10 có 3 HS xếp loại khá, 12 HS xếp loại trung bình và 16 HS xếp loại yếu. Vì các em có điểm đầu vào lớp 10 từ 24,5 đến 27,5 nên nhận thức khá chậm, do đó phƣơng pháp thuyết trình thƣờng đƣợc GV sử dụng để dạy lớp 11A13.
+ Lớp 11A1 có 37 HS, trong lớp các em ít khi đƣợc hoạt động nhóm trong q trình học tập. Tuy nhiên, phần lớn các em có nhận thức khá và u thích học tập.
- Thời gian: từ ngày 10/10/2015 đến ngày 23/10/2015.
- GV tổ chức cho HS học theotiến trình tổ chức HĐ học chuyên đề đã soạn thảo:
+ Lớp 11A13 có 31 HS chia làm 4 nhóm tƣơng ứng với 4 tổ. + Lớp 11A1: 37HS chia thành 6 nhóm.
- Chụp hình, ghi chép diễn biến tồn bộ tiết học đặc biệt chú trọng đến những vấn đề mà các nhóm HS yêu cầu trợ giúp của GV, chú ý đến HĐ của HS nhƣ: hoạt động cá nhân, thảo luận nhóm, báo cáo kết quả… Căn cứ vào vào báo cáo HS chuẩn bị ở nhà, vào việc gọi ngẫu nhiên HS trong nhóm trả lời các câu hỏi, báo cáo của các nhóm trƣởng. Bƣớc đầu đánh giá tính tích cực, tự lực và năng lực giải quyết vấn đề của HS trong học tập theo chuyên đề đã soạn thảo.
3.1.4. Nội dung thực nghiệm
Tổ chức cho HS học theo chuyên đề “ Dòng điện trong kim loại” mà đề tài đã soạn thảo. Chuyên đề này gồm các bài sau:
- Dòng điện trong kim loại
- Hiện tƣợng nhiệt điện. Hiện tƣợng siêu dẫn Theo chƣơng trình vật lí 11 nâng cao.
3.2. Kế hoạch thực nghiệm sƣ phạm
3.2.1. Trước thời gian dạy học ở trường phổ thông
- Soạn thảo tiến trình tổ chức HĐ học chun đề “ Dịng điện trong kim loại”.
- Chia nhóm HS, cho HS trong nhóm bầu nhóm trƣởng, thƣ kí. GV chỉ rõ vai trị củathƣ kí và nhóm trƣởng.
- Chuẩn bị cơ sở vật chất thực nghiệm: bản phô tơ sách giáo khoa vật lí 11 nâng cao hai bài “Dòng điện trong kim loại”, “Hiện tƣợng nhiệt điện. Hiện
3.2.2. Thời gian dạy học ở trường phổ thông
Do ở thời điểm thực nghiệm, HS chƣa học đến chƣơng “Dịng điện trong các mơi trƣờng” nên khơng thể dạy thực nghiệm vào các tiết chính khóa dành cho mơn vật lí mà phải dạy vào các tiết tự chọn của các lớp.
-Lớp 11A13: tiết 1, chiều thứ bảy, ngày 10 tháng 10 năm 2015. -Lớp 11A1: tiết 2, sáng thứ sáu, ngày 16 tháng 10 năm 2015. -Lớp 11A13: tiết 1, chiều thứ bảy, ngày 17 tháng 10 năm 2015. -Lớp 11A1: tiết 2, sáng thứ sáu, ngày 23 tháng 10 năm 2015.
3.3. Tổ chức hoạt động học A. Tổ chức hoạt động học ở lớp 11A13 A. Tổ chức hoạt động học ở lớp 11A13 * Hoạt động 1: Đề xuất vấn đề Thứ tự Bƣớc Nội dung 1 Chuyển giao nhiệm vụ Tiết học thứ nhất: GV: các em hãy kể ra 10 chất dẫn điện tốt và sắp xếp các chất đó theo thứ tự giảm dần về khả năng dẫn điện. Giải thích tại sao sắp xếp các chất theo thứ tự đó?
2 Thực hiện nhiệm vụ
HS làm việc cá nhân sau đó trao đổi với bạn bên cạnh về bảng liệt kê các chất dẫn điện tốt sắp xếp theo thứ tự giảm dần về khả năng dẫn điện và thống nhất cách giải thích tại sao sắp xếp các chất theo thứ tự mà mình đƣa ra.
3 Báo cáo, thảo luận
GV tổ chức cho HS trình bày báo cáo và thảo luận:
HS1:
nƣớc muối, nƣớc.
- Giải thích: do tính chất hóa học, tính chất kim loại và dẫn điện của mỗi chất khác nhau nên khả năng dẫn điện khác nhau. Các dung dịch có tính điện li tốt nên khả năng dẫn điện của mỗi dung dịch khác nhau.
HS2:
- 10 chất dẫn điện tốt và sắp xếp là: bạc, đồng, chì, nhơm, sắt, kẽm, vàng, dung dịch axit, nƣớc muối, vonfram.
- Sắp xếp theo thứ tự này do kim loại là chất dẫn điện tốt nhất dựa theo tính chất hóa học. HS3:
- 10 chất dẫn điện tốt và sắp xếp: bạc, vàng, nhôm, kẽm, đồng, sắt, chì, nƣớc muối, dung dịch axit, kali.
- Giải thích: trong bạc có chất dẫn điện tốt. HS4:
- Bạc, đồng, vàng, nhôm, sắt, thép, kẽm, dung dịch muối, nƣớc sơng, nƣớc chanh.
- Giải thích: vì kim loại dẫn điện tốt nhất là bạc, sau đó đến đồng, vàng.
GV: Tại sao khả năng dẫn điện của bạc, đồng, vàng lại khác nhau?
HS1: Do bạc, đồng, vàng có cấu tạo khác nhau. HS2: Do bạc, đồng, vàng có điện trở khác nhau.
HS3: Do bạc, đồng, vàng có tên gọi khác nhau.
4 Phát biểu vấn đề GV: Từ kết quả báo cáo, thảo luận chúng ta thấy có một số điểm sau:
- Một số kim loại dẫn điện tốt là: bạc, đồng, vàng, nhôm, sắt, ... đây cũng là thứ tự giảm dần về khả năng dẫn điện.
- Khi giải thích tại sao khả năng dẫn điện của bạc, đồng, vàng lại khác nhau, đã có một số ý kiến đƣa ra, tuy nhiên có ý kiến chƣa đúng, có ý kiến chƣa đủ.
Qua việc thảo luận của các em, chúng ta thấy có một vấn đề cần phải làm rõ là: Tại sao khả năng
dẫn điện của các kim loại khác nhau lại khác nhau?
Nhận xét: Khi giao cho HS nhiệm vụkể ra 10 chất dẫn điện tốt và sắp
xếp các chất đó theo thứ tự giảm dần về khả năng dẫn điện. Giải thích tại sao sắp xếp các chất theo thứ tự đó? HSđã kể ra cả kim loại và các chất dẫn điện
khác không phải là kim loại. Dẫn đến việc giải thích chỉ chung chung, chƣa bộc lộ ra khó khăn của HS. Lớp 11A13, hầu hết HS có học lực mơn vật lí trung bình và yếu nên một số câu trả lời của các em có chất lƣợng khơng cao, ngơn ngữ khi trình bày chƣa rõ ràng. Trong tình huống đó, GV đã đặt thêm câu hỏi tại sao khả năng dẫn điện của bạc, đồng, vàng lại khác nhau? Và khi trả lời câu hỏi này, HS mới thực sự bộc lộ những ý kiến trái chiều nhau, từ đó GV đề xuất vấn đề HS phải nghiên cứu.
* Hoạt động 2: Đề xuất giải pháp
1 Chuyển giao nhiệm vụ
GV: các em hãy làm việc nhóm thảo luận để tìm ra giải pháp giải quyết vấn đề: Tại sao khả năng dẫn điện của các kim loại khác nhau lại khác nhau?
2 Thực hiện nhiệm vụ
HS thảo luận theo nhóm, kết quả thảo luận trình bày trên giấy A4.
3 Báo cáo, thảo luận
GV tổ chức cho các nhóm báo cáo và thảo luận: - Nhóm 3: để biết tại sao khả năng dẫn điện của các kim loại khác nhau lại khác nhau, chúng ta phải đi nghiên cứu cấu tạo của kim loại.
- Nhóm 1: phải nghiên cứu cấu tạo của kim loại. - Nhóm 2: phải tìm hiểu điện trở của mỗi kim loại.
- Nhóm 4: phải đi nghiên cứu cấu tạo của kim loại.
GV: Nếu nghiên cứu cấu tạo của kim loại, chúng ta cần tìm hiểu những gì để biết đƣợc các kim loại khác nhau có khả năng dẫn điện khác nhau?
HS1: cần tìm hiểu điện trở của kim loại. Các kim loại có tên gọi khác nhau sẽ có điện trở khác nhau.
HS2: cần tìm hiểu electron trong các kim loại khác nhau.
HS3: hạt tải điện trong các kim loại đều là electron rồi nên khơng cần tìm hiểu, chỉ tìm
hiểu về điện trở của các kim loại thơi.
HS4: nhƣng số electron trong bạc không thể giống trong vàng, hay đồng.
GV: Cần nói rõ là: hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Trong kim loại có rất nhiều electron nhƣng chỉ có các electron tự do mới tham gia vào quá trình dẫn điện.
4 Lựa chọn giải pháp
GV: Từ kết quả báo cáo, thảo luận của các nhóm, để biết tại sao khả năng dẫn điện của các kim loại khác nhau lại khác nhau, chúng ta phải tìm hiểu xem trong kim loại electron tự do đƣợc tạo thành và chuyển động nhƣ thế nào, có những yếu tố nào ảnh hƣởng đến chuyển động có hƣớng của electron tự do. Nói cách khác, chúng ta phảitìm hiểu bản chất của dòng điện
trong kim loại bằng cách nghiên cứu nội dung
sách giáo khoa.
Nhận xét: khi GV giao nhiệm vụ cho các nhóm thảo luận để tìm ra giải pháp giải quyết vấn đề: Tại sao khả năng dẫn điện của các kim loại khác nhau lại khác nhau? Hầu hết các nhóm đều đƣa ra câu trả lời phải tìm hiểu về
cấu tạo của kim loại. Do đó, GV đã đặt thêm câu hỏiNếu nghiên cứu cấu tạo
của kim loại, chúng ta cần tìm hiểu những gì để biết được các kim loại khác nhau có khả năng dẫn điện khác nhau? Khi HS trả lời, GV nhận thấy cần
phải nhấn mạnh cho HS rằng hạt tải điện trong kim loại là electron tự do chứ không phải là electron nhƣ HS đã trình bày.
* Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề
1 Chuyển giao nhiệm vụ
GV giao cho HS ngồi tại lớp nghiên cứu nội dung sách giáo khoa tìm hiểu về bản chất dịng điện trong kim loại.
2 Thực hiện nhiệm vụ
HS nghiên cứu sách giáo khoa, thảo luận theo nhóm, chuẩn bị bài báo cáo trên giấy A0.
3 Báo cáo, bảo vệ kết quả
GV tổ chức cho các nhóm báo cáo và thảo luận: Nhóm 4:
- Trong kim loại, nguyên tử kim loại bị mất electron hóa trị trở thành ion dƣơng. Các ion dƣơng sắp xếp một cách tuần hoàn trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.
- Các electron tách khỏi nguyên tử, chuyển động hỗn loạn trong mạng tinh thể tạo thành khí electron tự do chốn tồn bộ thể tích của kim loại.
- Khi có điện trƣờng, electron tự do trơi ngƣợc chiều điện trƣờng, 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.
- Các kim loại có mật độ electron tự do khác nhau nên khả năng dẫn điện khác nhau.
Nhóm 1:
- Trong kim loại, nguyên tử kim loại bị mất electron hóa trị trở thành ion dƣơng. Các ion dƣơng sắp xếp một cách tuần hoàn trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.
- Các electron tách khỏi nguyên tử, chuyển động hỗn loạn trong mạng tinh thể tạo thành khí electron tự do chốn tồn bộ thể tích của kim loại.
- Các kim loại khác nhau có mật độ electron tự do khác nhau.
- Khi khơng có tác dụng của điện trƣờng ngồi, chuyển động hỗn loạn của các electron tự do khơng tạo ra dịng điện.
- Khi đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế, ngoài chuyển động nhiệt hỗn loạn, do chịu tác dụng của lực điện trƣờng, các electron tự do chuyển động có hƣớng ngƣợc chiều điện trƣờng, tạo thành dòng điện trong kim loại. - Các kim loại khác nhau có mật độ electron tự do khác nhau, do đó khả năng dẫn điện là khác nhau.
Nhóm 2: (báo cáo giống nhóm 1 và bổ sung thêm) kim loại là chất dẫn điện tốt. Chuyển động có hƣớng của electron tự do bị ảnh hƣởng bởi sự mất trật tự của mạng tinh thể và nhiệt độ của kim loại. Các kim loại khác nhau có mật độ electron tự do khác nhau và điện trở suất khác nhau nên khả năng dẫn điện khác nhau.
Nhóm 3: báo cáo giống nhóm 1.
2 Kết luận, nhận định
GV nhận xét:
- Các nhóm 1,3,4 mới chỉ trình bày đƣợc sự tạo thành electron tự do trong kim loại và chuyển
động của electron tự do khi khơng có điện trƣờng ngồi và khi có điện trƣờng ngồi. Nhóm 2 có trình bày thêm đƣợc một số yếu tố ảnh hƣởng đến chuyểnđộng có hƣớng của electron tự do là sự mất trật tự của mạng tinh thể và nhiệt độ.
Từ kết quả báo cáo của các nhóm chúng ta cần lƣu ý các nội dung sau:
- Trong kim loại, nguyên tử kim loại bị mất electron hóa trị trở thành ion dƣơng. Các ion dƣơng sắp xếp một cách tuần hoàn trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.
- Các electron tách khỏi nguyên tử, chuyển động hỗn loạn trong mạng tinh thể tạo thành khí electron tự do choán tồn bộ thể tích của kim loại.
- Các kim loại khác nhau có mật độ electron tự do khác nhau.
- Bản chất dòng điện trong kim loại là dịng dịch chuyển có hƣớng của các electron tự do ngƣợc chiều điện trƣờng.
- Sự mất trật tự của mạng tinh thể kim loại (do chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể, do biến dạng cơ làm méo mạng tinh thể và do các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại tạo ra) đã cản trở chuyển động có hƣớng của các electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở.
nhau về mật độ electron tự do, cấu trúc mạng tinh thể và sự mất trật tự của mạng tinh thể, do đó khả năng dẫn điện là khác nhau.
GV: nhƣ vậy khả năng dẫn điện của kim loại phụ thuộc vào bản chất của kim loại.
* Hoạt động 4: Vận dụng
Thứ tự Bƣớc Nội dung
1 Chuyển giao nhiệm vụ
GV: Về nhà các em hãy đọc sách giáo khoa thực hiện nhiệm vụ sau (GV phát cho HS nội dung nhiệm vụ):
- Tìm hiểu về sự phụ thuộc của điện trở suất kim loại vào nhiệt độ, hiện tƣợng nhiệt điện, hiện tƣợng siêu dẫn.
- Vận dụng kiến thức về bản chất dòng điện trong kim loại để giải thích:
+ sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ + hiện tƣợng nhiệt điện
+ tại sao dây dẫn kim loại nóng lên khi có dịng
điện chạy qua.
- Tìm hiểu cách chọn dây dẫn điện an tồn, tiết kiệm cho ngơi nhà của mình.
Nội dung bài báo cáo trình bày trên giấy A4. Đồng thời, làm các bài tập trong phiếu bài tập (GV phát cho HS phiếu bài tập). Các nhóm thực hiện báo cáo trƣớc lớp vào tiết học tuần sau.
2 Thực hiện nhiệm vụ
HS chuẩn bị bài báo cáo ở nhà. Hình thức báo cáo trên giấy A4.
3 Báo cáo, thảo luận
Tiết học thứ 2:
GV tổ chức cho HS thảo luận nhóm 10 phút sau đó các nhóm cử đại diện lên báo cáo. Kết quả báo cáo và thảo luận của HS:
Nhóm 1:
- Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ theo công thức 𝜌 = 𝜌0 1 + 𝛼(𝑡 − 𝑡0) . Giải thích: nhiệt độ của kim loại càng cao thì các ion kim loại càng dao động mạnh, độ mất trật tự của mạng tinh thể tăng lên, làm tăng sự cản trở chuyển động của các electron tự do. Vì vậy khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng. - Hiện tƣợng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau là hiện tƣợng nhiệt điện. Suất điện động nhiệt điện: = T(T1 – T2).
Có thể giải thích về sự xuất hiện suất điện động nhiệt điện nhƣ sau: cho hai thanh làm bằng các vật liệu dẫn điện khác nhau A và B, hàn hai đầu vào nhau. Khi giữ cho 2 mối hàn có nhiệt độ khác nhau, ta có mơi trƣờng dẫn điện khơng đồng nhất, trong đó nhiệt độ, mật độ hạt tải điện thay đổi từ điểm này sang điểm khác. Do