Giáo án môn Toán khối 11 - Bài 1: Dòng điện trong kim loại

CHƯƠNG 2: DÒNH ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG. Bài 1: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT. I. Bản chất đòng điện trong kim loại: Ø Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do. mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện tốt. Ø Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ: Chú ý: Ø điện trở suất ở t 0C ( Ø 0 điện trở suất ở t0 0C thường lấy là 200C. ( Ø hệ số nhiệt điện trở K-1 III. Điện trở của kim loại và hiện tượng siêu dẫn: Ø Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chyển động của hạt tải điện làm cho vật điện trở của kim loại phụ thuộc nhiệt độ. đến gần 0 K, điện trở của kim loại rất nhỏ. Ø Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến bằng 0 khi nhiệt độ TTC. IV. Hiện tượng siêu dẫn: Ø Cặp nhiệt điện là hai dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn với nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn T1; T2 khác nhau, trong mạch có Ø Suất điện động Trong đó T là hệ số nhiệt điện động. B. BÀI TẬP TỰ LUẬN. Bài 1: Một bóng đèn 220V -110W khi sáng bình thường thì nhiệt độ của dây tóc đèn là 20000C. Xác định điện trở của đèn khi thắp sàng và khi không thắp sáng, biết rằng nhiệt độ của môi trường là 200C và dây tóc đèn làm bằng vonfram. Bài 2: Chứng tỏ rằng mật độ electron tự do của kim loại có biểu thức: Trong đó: Na là số Avôgađrô; n là hoá trị của kim loại; D là khối lượng riêng của kim loại; A là nguyên tử lượng của kim loại. Bài 3: Chứng tỏ rằng cường độ dòng điện trong dây dẫn kim loại có biểu thức: Trong đó: n0 là mật độ electron tự do; S là tiết diện dây dẫn; là tốc độ trôi; e là độ lớn điện tích của một electron Bài 4: Khối lượng mol nguyên tử của đồng là 64.10-3 kg/mol. Khối lượng riêng của đồng là 8,9.103 kg/m3. Biết rằng mỗi nguyên tử của đồng đóng góp một electron dẫn. a). Tính mật độ electron tự do trong đồng. b). Một dây tải điện bằng đồng, tiết diện là 10mm2, mang dòng điện 10A. Tính tốc độ trôi của electron dẫn trong dây dẫn đó. Bài 5: Để mắc đường dây tái điện từ địa điểm A đến địa điểm B, ta cần 1000kg dây đồng. Muốn thay dây đồng bằng dây nhôm mà vẩn đảm bảo chất lượng truyền điện, ít nhất phải dùng bao nhiêu kg dây nhôm? Cho biết khối lượng riêng của đồng là 8900 kg/m3, của nhôm là 2700 kg/m3. Bài 6: Dòng điện chạy qua sợi dây đồng tiết diện S = 0,17mm2 có cường độ I = 25mA. Điện tích của electron – e = -1,6.10-19 C. Điện trở suất của đồng = 1,69.10-8. a). Chứng minh rằng lực điện trường tác dụng lên electron được tính theo công thức: b). Hãy tính lực điện trường trong trường hợp trên. Bài 7: Tính cường độ dòng điện do electron quay tròn quanh hạt nhân nguyên tử hiđrô. Electron có điện tích –e =-1,6.10-19C, khối lượng m = 9,1.10-31 kg và bán kính quỹ đạo tròn r = 5,3.10-9cm. Bài 8: Dây tóc bóng đèn 220V -100W khi sáng bình thường ở 24850C có điện trở lớn gấp n = 12,1 lần so với điện trở của nó ở 200C. Tính hệ số nhiệt điện trở và điện trở R0 của dây tóc đèn ở 200 C. Coi rằng điện trở của dây tóc đèn trong khoảng nhiệt độ này tăng tỉ lệ bậc nhật theo nhiệt độ. C. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM. Bài 9: Cường độ dòng điện I chạy trong dây dẫn đồng chất có tiết diện đều S liên hệ với điện tích e, tốc độ trôi v, mật độ n, độ linh động của electron theo công thức nào dưới đây? A. I = eSv B. I = neSv C. I = eSv D. I = neSv Bài 10: Nếu gọi là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ ban đầu t0 thì điện trở suất của kim loại phụ thuộc nhiệt độ t theo công thức nào dưới đây? A. với là một hệ số có giá trị tương đương. B. với là một hệ số có giá trị âm. C. với là một hệ số có giá trị tương đương. D. với là một hệ số có giá trị âm. Bài 11: Hệ số nhịtt điện trở của kim loại phụ thuộc vào những yếu tố nào? Chỉ phụ thuộc khoảng nhiệt độ. B. Chỉ phụ thuộc độ sạch (hay độ tinh khiết) của kim loại. C. Chỉ phụ thuộc chế độ gia công của kim loại. D. Phụ thuộc cả ba yếu tố nêu trên. Bài 12: Câu nào dưới đây nói về tính chất điện của kim loại là không đúng? A. Kim loại là chất dẫn điện. B. Điện trở suất của kim loại khá lớn, lớn hơn 107 . C. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ. D. Cường độ dòng điện chạy qua dây kim loại tuân theo đúng định luật ôm khi nhiệt độ của dây kim loại thay đổi không đáng kể. Bài 13: Một dây bạch kim ở 200C có điện trở suất =10,6.10-8 . Tính điện trở suất của dây bạch kim này ở 11200C. Giả thiết điện trở suất của dây bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tăng bâch nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở không đổi là = 3,9.10-3K1. A. 56,9.10-8 B. 45,5.10-8 C. 46,3.10-8 D. 56,1.10-8 Bài 14: Nối cặp nhiệt đồng –constan với milivôn kế thành một mạch kín. Nhúng mối hàn thứ nhất vào nước đá đang tan và mối hàn thứ hai vào hơi nước sôi, mili vôn kế chỉ 4,25mV. Tính hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt này? A. 42,5 B. 4,25 C. 42,5 mV/K D. 4,25mV/K Bài 15: Tính chất nào sau đây không phải là tính chất điện của kim loại? A. Kim loại là chất dẫn điện tốt. B. Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật ôm. C. Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại thì dây dẫn bị nóng lên. D. Điện trở suất của kim loại không thay đổi khi tăng nhiệt độ. Bài 16: Tại sao kim loại là chất dẫn điện tốt? A. Vì nó có nhiều electron. B. Vì nó có nhiều electron tự do. C. Vì nó có nhiều proton tự do. D. Vì nó có nhiều ion dương. Bài 17: Electron có khả năng sẽ trở thành hạt tải điện trong kim loại? A. Electron hoá trị. B. Electron ở phân lớp s C. Electron ở phân lớp p D. Electron chuyển động sát hạt nhân. Bài 18: Nguyên nhân nào gây ra điện trở trong kim loại? A. Sự chuyển động hỗn độn của các electron. B. Tương tác điện giữa các ion dương ở nút mạng và các electron tự do. C. Sự sai lệch của mạng tinh thể. D. Tương tác hấp dẫn giữa các ion dương ở nút mạng và các electron tự do. Bài 19: Khi có điện trường đặt vào hai đầu vật dẫn thì các electron tự do chuyển động như thế nào? A. Ngay lập tức chuyển động ngược chiều điện trường. B. Ngoài chuyển động nhiệt nó có thêm chuyển động định hướng ngược chiều điện trường. C. Sau khoảng thời gian nhất định, nó chỉ còn chuyển động ngược chiều điện trường. D. Tiếp tục chuyển động nhiệt mạnh hơn. Bài 20: So sánh tốc độ chuyển động có hướng và tốc độ chuyển động nhiệt của electron tự do trong kim loại ta được: A. Hai tốc độ xấp xỉ bằng nhau B. Tốc độ chuyển động nhiệt nhỏ hơn. C. Tốc độ chuyển động có hướng nhỏ hơn không nhiều. D. Tốc độ chuyển động nhiệt lớn hơn rất nhiều. Bài 21: Va chạm giữa electron tự do và ion dương ở nút mạng của kim loại là A. Va chạm đàn hồi. B. Va chạm mềm C. Va chạm hoàn toàn mềm. D. Va chạm hopàn toàn đàn hồi. Bài 22: Bạc dẫn điện tốt hơn đồng nếu pha thêm một lượng bạc rất nhỏ vào trong đồng thì sự dẫn điện của đồng -bạc khi đó sẽ: A. Tốt hơn nhiều so với đồng nguyên chất B. Tốt hơn không đáng kể do lượng bạc pha vào rất nhỏ. C. Kém hơn so với đồng nguyên chất. D. Không thể so sánh được. Bài 14: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT. I. Thuyết điện li: Trong dung dịch, các hợp chất hoá học như axít, bazơ và muối bị phân li ( một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử ( hoặc nhóm nguyên tử) tích điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện. II. Bản chất dòng điện trong chất điện phân. Dòng điện dung trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau. III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực, hiện tượng cực dương tan. 1. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Chất điện phân Anốt Catốt Ion + - + Ion – nhường electron Nguyên tử Ion – Phân tử Trung hoà Hiện tượng dương cực tan xãy ra khi các anion đi với anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch. IV. Các định luật Farađây. 1. Định luật fa-ra-đây thứ nhất Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó. m = kq 2. Định luật fa- ra-đây thứ hai Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là , trong đó F gọi là số Fa-ra-đây. V. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN Ø Luyện nhôm Ø Mạ điện B. BÀI TẬP TỰ LUẬN. Bài 23: Bài 15. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ I.CHẤT KHÍ LÀ MÔI TRƯỜNG CÁCH ĐIỆN II. SỰ DẪN ĐIỆN CỦA CHẤT KHÍ TRONG ĐIỀU KIỆN THƯỜNG III. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ 1.Sự ion hoá chất khí và tác nhân ion hoá. 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. 2. Qúa trình dẫn điện không tự lực của chất khí. 3. Hiện tượng nhân số hạt tải điện trong chất khí trong quá trình dẫn điện không tự lực. Hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí do dòng điện chạy qua gây ra gọi là hiện tượng nhân số hạt tải điện. IV. QUÁ TRÌNH DẪN ĐIỆN TỰ LỰC TRONG CHẤT KHÍ VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ TẠO RA QUÁ TRÌNH DẪN ĐIỆN TỰ LỰC. Qúa trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy trình, không cần ta chủ động tạo ra hạt tải điện, gọi là qúa trình dẫn điện (phóng điện) tự lực. V. TIA LỬA ĐIỆN VÀ ĐIỀU KIỆN TẠO RA TIA LỬA ĐIỆN 1. Định nghĩa 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 hoà thành ion dương và electron tự do. 2. Điều kiện để tạo ra tia lửa điện 3. Ứng dụng IV. HỒ QUANG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KIỆN TẠO RA HỒ QUANG ĐIỆN 1.Định nghĩa. Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xãy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. 2. Điều kiện tạo ra hồ quang điện 3. Ứng dụng DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG I.CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG. 1. Bản chất dòng điện trong chân không. Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không ấy. 2. Thí nghiệm II. TIA CATÔT 1.Thí nghiệm 2. Tính chất của tia catốt 3. Bản chất của tia catốt. Tia catốt thực chất là dòng electron phát ra từ catốt và bay tự do trong ống nghiệm. 4. Ứng dụng Bài 17. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN I.MỤC TIÊU 1.Về kiến thức - Hiểu được các tính chất điện đặc biệt của chất bán dẫn. - hiểu được cơ chế tạo thành các hạt tải điện (electron tự do và lổ trống) trong bán dẫn tinh khiết và bán dẫn Pha tạp. - Hiểu được sự hình thành của lớp chuyển tiếp p-n và giải thích được tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp P-n. - Trình bày được bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn, phân biệt được bán dẫn loại n và bán dẫn loại p. - Nêu được đặc điểm cơ bản của dòng điện chạy qua lớp chuyển tiếp p-n, ứng dụng trong điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng bán dẫn. - Trình bày được tóm tắt cấu tạo, nguyên lí hoạt động của trantion, hiểu được ứng dụng tranzito. 2. Về kỹ năng - Giải thích hiện tượng vật lí: Giải thích cơ chế hình thành electron tự do và lỗ trống trong chất bán dẫn tinh khiết và bán dẫn Pha tạp. - Giải thích được nguyên tắc cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của một ứng dụng kĩ thuật vật lí. II.CHUẨN BỊ 1.Giáo viên - Vẽ các hình 17.1; 17.2; 17.3; 17.4; 17.5; 17.8 SGK trên giấy A0. -Nội dung ghi bảng: I.CHẤT BÁN DẪN VÀ TÍNH CHẤT II. HẠT TẢI ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẤN. BÁN DẪN LOẠI N VÀ BÁN DẪN LOẠI P. 1.Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p. 2. Êlectron và lỗ trống. Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường. 3. Tạp chất cho (đôno) và ạp chất nhận (axepto) III. LỚP CHUYỂN TIẾP n –p 1.Lớp nghèo 2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo 3. Hiện tượng phun hạt tải điện IV. ĐIÔT BÁN DẪN VÀ MẠCH CHỈNH LƯU DÙNG ĐIỐT BÁN DẪN. V.TRANZITO LƯỠNG CỰC n-p-n. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG. 1.Hiệu ứng tranzito hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở RCB gọi là hiệu ứng tranzito. 2. Tranzito lưỡng cực n-p-n Tinh thể bán dẫn được pha tạp đạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền n1 và n2 đã mô tả ở trên goi là tranzito lưỡng cực n-p-n