IV. Rút kinh nghiệm
3. Các hiện tƣợng diễn ra ở các điện cực – Các định luật Faraday Ứng dụng
2.2.4. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Dòng điệntrong chất khí” Bài 15: DÕNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
I. Mục tiêu
1. Kiến thức
- Nêu được bản chất dòng điện trong chất khí.
- Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí, 4 cách để chất khí tự duy trì hạt tải điện trong quá trình phóng điện tự lực.
- Nêu được điều kiện tạo ra tia lửa điện, đặc điểm của tia lửa điện.
- Nêu được điều kiện tạo ra hồ quang điện, đặc điểm và ứng dụng của hồ quang điện.
- Phân biệt sự dẫn điện tự lực và sự dẫn điện không tự lực, hồ quang điện và tia lửa điện.
2. Kĩ năng
- Trình bày được các ứng dụng của quá trình phóng điện trong chất khí. - Giải thích một số hiện tượng liên quan đến sự phóng điện trong chất khí.
3. Thái độ
- HS có thái độ đúng đắn, nghiêm túc trong học tập và hợp tác trong quá trình hoạt động nhóm.
- Hăng hái, nhiệt tình tham gia các hoạt động do GV tổ chức, tích cực phát biểu ý kiến xây dựng bài.
- Yêu thích bộ môn. Trung thực, khách quan, hợp tác biết lắng nghe ý kiến của người khác.
- Cẩn thận, tỉ mỉ trong khi tiến hành thí nghiệm.
II. Chuẩn bị 1. Giáo viên 1. Giáo viên
- Bộ thí nghiệm sự phóng điện trong chất khí, Máy Rumcop. - Một số bugi xe máy.
- Hình ảnh tia lửa điện, hồ quang điện, sét.
2. Học sinh
III. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức
Sơ đồ 6: Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức bài Dòng điện trong chất khí Thí nghiệm theo sơ đồ mạch điện
Chưa đốt nóng không khí giữa hai bản tụ điện => không có dòng điện trong mạch => ở điều kiện thường không khí không dẫn diện Thực nghiệm PP và PTDH Đốt nóng không khí giữa hai bản tụ điện => có dòng điện trong mạch => không khí bị đốt nóng sẽ dẫn điện Thực nghiệm Mô hình - Mô hình chuyển động nhiệt của các chất (Sử dụng thí
nghiệm ảo: Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt nhanh mạnh, các phân tử va chạm => các hạt tải điện)
- Mô hình dòng điện.
=>Bản chất dòng điện trong chất khí: Là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các electron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hóa sinh ra.
TN bỏ đèn đốt không khí giữa 2 bản tụ => I = 0
TN duy trì đèn đốt không khí giữa hai bản tụ, hoặc đưa đèn ra ngoài và thổi không khí nóng vào giữa hai bản tụ => I 0
Thực nghiệm
Quá trình dẫn điện không tự lực (Chỉ tồn tại khi ta chủ động tạo ra các hạt tải điện trong chất khí và mất đi khi ta ngừng việc tạo ra các hạt tải điện)
Quá trình dẫn điện tự lực (Quá trình dẫn điện có thể tự duy trì mà không cần ta chủ động tạo ra các hạt tải điện) Thảo luận nhóm
IV. Tiến trình dạy học 1. Ổn định tổ chức 1. Ổn định tổ chức 2. Kiểm tra bài cũ
Nêu bản chất dòng điện trong chất điện phân? So sánh với bản chất dòng điện trong kim loại.
3. Bài mới
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? Để tìm hiểu vấn đề này chúng ta cùng vào bài học hôm nay.
Phiếu học tập: Từ đồ thị sự phụ thuộc của I theo U trong quá trình dẫn điện không tự
lực của chất khí hãy hoàn thiện bảng sau:
- Điều kiện tạo ra quá trình dẫn điện tự lực
+ Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao + Điện trường trong chất khí rất lớn
+ Catot bị dòng điện nung nóng đỏ
+ Catot bị ion dương có năng lượng lớn đập vào
Thí nghiệm Tia lửa điện (Máy Rumcop) - Định nghĩa - Đặc điểm - Điều kiện hình thành - Ứng dụng Thảo luận nhóm
Thí nghiệm ảo Hồ quang điện - Định nghĩa - Đặc điểm - Điều kiện hình thành - Ứng dụng Thực nghiệm Thảo luận nhóm - Mô hình e va chạm với phân
tử khí trung hòa và các ion(sử dụng phần mềm hỗ trợ) => Hiện tượng nhân số hạt tải điện (Quá trình nhân số hạt tải điện theo kiểu thác lũ)
Phụ thuộc của I vào U Nguyên nhân Đoạn Oa
Đoạn ab Đoạn bc
Hoạt động 1: Chất khí là môi trƣờng cách điện
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Thực tế đời sống các em thấy chất khí là môi trường dẫn điện hay cách điện.
? Lấy ví dụ chứng minh chất khí không dẫn điện?
- Hình ảnh cách điện bằng chất khí
? Vì sao chất khí không dẫn điện?
- Chất khí không dẫn điện.
- Ví dụ:
+ Giữa các dây tải điện là không khí. + Các công tắc điện trong gia đình khi cắt điện người ta cũng chỉ cần tạo ra một khe không khí rộng khoảng vài mm giữa hai tiếp điểm.
Chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí đều ở trạng thái trung hòa điện, do đó trong chất khí không có hạt tải điện.
Hoạt động 2: Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thƣờng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Thí nghiệm theo sơ đồ mạch điện
- Lưu ý HS khoảng giữa hai bản cực kim loại A, B của tụ điện là không khí. G là điện kế nhạy.
? Theo sơ đồ mạch điện thì vôn kế và điện
- Tiến hành thí nghiệm đóng khóa K, yêu cầu HS quan sát số chỉ của vôn kế và điện kế.
? Điện kế chỉ số 0 chứng tỏ điều gì?
- Tiến hành thí nghiệm dùng đèn cồn đốt không khí giữa hai bản tụ. Yêu cầu học sinh quan sát số chỉ của điện kế.
? Kim điện kế lệch khỏi giá trị 0 chứng tỏ điều gì?
- Tắt đèn cồn, yêu cầu HS quan sát số chỉ điện kế.
- Kéo đèn cồn ra xa, dùng quạt, quạt không khí nóng vào giữa hai bản cực. Yêu cầu HS quan sát số chỉ điện kế.
- GV: Thực nghiệm nếu thay đèn cồn bằng đèn thủy ngân (tia tử ngoại) thì ta cũng thấy những kết quả tương tự như trên.
? Qua thí nghiệm trên rút ra kết luận về sự dẫn điện của chất khí?
bản cực A, B.
- Điện kế phát hiện dòng điện qua tụ điện.
- Khi vôn kế chỉ một giá trị xác định lớn hơn 0 thì điện kế hầu như chỉ số 0.
- HS: Chứng tỏ ở điều kiện bình thường chất khí hầu như không dẫn điện do trong chất khí có rất ít hạt tải điện.
- HS: Khi đốt đèn cồn kim điện kế lệch đáng kể khỏi giá trị 0.
- HS: Chứng tỏ chất khí khi bị đốt nóng đã dẫn điện, trong chất khí đã có hạt tải điện.
- HS: Khi tắt đèn cồn kim điện kế hầu như chỉ số 0, chất khí hầu như không dẫn điện.
- HS: Kim điện kế vẫn lệch khỏi giá trị 0. Chứng tỏ chất khí vẫn dẫn điện.
- HS: Kết luận:
+ Chất khí ở điều kiện thường thì không dẫn điện.
+ Khi bị đốt nóng chất khí dẫn điện, ngọn lửa đã làm tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí.
Hoạt động 3: Bản chất dòng điện trong chất khí
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV nêu câu hỏi tại sao khi bị đốt nóng chất khí lại dẫn điện?
- GV: Quá trình đó gọi là quá trình ion hóa chất khí và ngọn lửa đèn cồn (tia tử ngoại) gọi là tác nhân ion hóa.
? Khi đặt điện trường vào khối khí đã bị ion hóa thì xảy ra hiện tượng gì?
? Vậy bản chất dòng điện trong chất khí là gì?
? Tại sao khi mất tác nhân ion hóa trong chất khí không còn dòng điện?
- Mô hình chuyển động nhiệt của phân tử các chất, HS thảo luận và trả lời câu hỏi: - Khi bị kích thích các phân tử khí trung hòa tách thành ion dương và electron, sinh ra hạt tải điện.
- Từ mô hình dòng điện => Khi đó ion dương sẽ chuyển động cùng chiều điện trường, electron và ion âm chuyển động ngược chiều điện trường tạo nên dòng điện.
- HS: Bản chất dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường.
- Khi mất tác nhân ion hóa các ion dương, ion âm, electron trao đổi điện tích
- Quá trình dẫn điện của chất khí cần có tác nhân ion hóa gọi là quá trình dẫn điện không tự lực.
? Vậy quá trình dẫn điện không tự lực có đặc điểm gì?
ĐVĐ: Chúng ta sẽ khảo sát quá trình dẫn điện không tự lực.
- Yêu cầu HS làm việc với phiếu học tập. ? Hiện tượng nhân số hạt tải điện là gì?
? Hiện tượng nhân số hạt tải điện diễn ra như thế nào?
- GV nêu C4: Khi có quá trình nhân số hạt tải điện thì cường độ điện trường tại các điểm khác nhau giữa hai bản cực có giống nhau không? Vì sao?
với nhau hoặc với điện cực để trở thành phân tử khí trung hòa, do đó không có hạt tải điện trong chất khí và chất khí không dẫn điện.
- Đặc điểm: quá trình dẫn điện không tự lực chỉ tồn tại khi ta tạo ra hạt tải điện trong khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng việc tạo ra hạt tải điện.
- Làm việc với phiếu học tập.
- HS: Là hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí do dòng điện chạy qua gây ra.
- HS: …
- HS: Không, vì mật độ hạt tải điện ở các điểm khác nhau trong ống không giống nhau.
Hoạt động 4: Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- GV hướng dẫn HS đọc SGK tìm hiểu thông tin.
- Nêu câu hỏi kiểm tra khả năng tìm hiểu
kiến thức của HS.
? Quá trình dẫn điện tự lực là gì?
- GV: Như vậy muốn có quá trình dẫn điện tự lực thì trong hệ gồm chất khí và các điện cực phải tự tạo ra các hạt tải điện mới để bù lại số hạt tải điện đã đi đến điện cực và biến mất.
? Trình bày các cách tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí.
- HS: Quá trình dẫn điện tự lực là quá trình dẫn điện mà chất khí có thể tự duy trì, không cần ta chủ động tạo ra hạt tải điện.
- Từ mô hình tạo thành hạt tải điện trong chất khí HS đưa ra 4 cách chính tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:
+ Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hóa.
+ Điện trường trong chất khí rất lớn khiến phân tử khí bị ion hóa ngay khi nhiệt độ thấp.
+ Catot bị dòng điện nung nóng đỏ làm cho nó có khả năng phát ra electron. + Catot không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật electron ra khỏi catot và trở thành hạt tải điện.
Hoạt động 5: Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
ĐVĐ: Trong các cơn mưa chúng ta thường thấy hiện tượng sét, sét là một tia lửa điện khổng lồ, vậy sét được hình thành trong điều kiện nào?
- Làm thí nghiệm tạo ra tia lửa điện bằng máy Rum – cop. Yêu cầu HS quan sát khoảng không gian giữa hai điện cực. ? Tia lửa điện là gì?
? Đặc điểm của tia lửa điện?
? Điều kiện tạo ra tia lửa điện?
? Cơ chế tạo ra hạt tải điện ?
? Ứng dụng của tia lửa điện?
- Yêu cầu HS về nhà tìm hiểu kĩ ứng dụng.
- HS quan sát thấy tia lửa điện sáng chói xuất hiện giữa hai điện cực.
- 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 hòa thành ion dương và electron tự do.
- Đặc điểm:
+ Không có hình dạng nhất định, Có tiếng nổ, Có mùi khét, Bị gián đoạn.
- HS: Điều kiện là phải có điện trường đủ mạnh cỡ 3.106V/m.
Hoạt động 6: Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Định nghĩa hồ quang điện?
? Đặc điểm của hồ quang điện?
? Điều kiện tạo ra hồ quang điện?
? Ứng dụng của hồ quang điện?
- Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. - Đặc điểm:
+ Có dạng lưỡi liềm. + Cực dương bị ăn mòn.
+ Tỏa nhiệt và phát sáng mạnh.
- Điều kiện tạo ra hồ quang điện là catot được nung nóng đến nhiệt độ cao để phát xạ được electron và có một hiệu điện thế cao để mồi cho quá trình phóng điện xảy ra. Khi đã có phóng điện, hiệu điện thế chỉ cần vài chục vôn.
- Lò hồ quang nấu thép
- Công nghệ phun phủ kim loại bằng hồ quang điện
Hoạt động 7: Vận dụng - Củng cố - giao nhiệm vụ về nhà
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Cho học sinh tóm tắt những kiến thức đã học trong bài: bản chất dòng điện trong chất khí? Nêu khái niệm sự dẫn điện không tự lực? Quá trình phóng điện tự lực là quá trình như thế nào? Nêu các cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí? Tia lửa điện là gì? Điều kiện để tạo ra tia lửa điện? các ứng dụng của tia lửa điện? Hồ quang điện là gì? Nêu các hiện tượng kèm theo khi có hồ quang.điện? Điều kiện để tạo ra hồ quang điện? Nêu các ứng dụng của hồ quang điện?
- Vận dụng: Cho HS thảo luận, trả lời câu hỏi trong phiếu học tập.
- Giao nhiệm vụ về nhà:
- Ghi nhiệm vụ về nhà: + Học bài
+ trả lời câu hỏi 1; 2; 4; 5 trang 93 SGK. + làm các bài tập từ 6 đến 11 trang 85 sgk và 14.4, 14.6, 14.8 sbt.
+ So sánh bản chất dòng điện trong kim loại, chất khí, chất điện phân.
IV. Rút kinh nghiệm
……… ………..