Giáo án Vật lý 11 - Chương trình chuẩn - Tiết 29: Dòng điện trong chất khí (tiết 1)

Ngày soạn: 1.12.07 Tiết 29 Dòng điện trong chất khí (Tiết 1) I. Mục tiêu: 1. Kiến thức: - Hiểu được môi trường chất khí không có hạt tải điện và cách đưa hạt tải điện vào môi trường đó. - Giải thích được quá trình dẫn điện không tự lực trong chất khí. Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường. - Nắm được bản chất dòng điện trong chất khí. - Trình bày được hiện tượng nhân số hạt tải điện trong quá trình phóng điện qua chất khí. 2. Kỹ năng: - Rèn luyện kỹ năng thu thập thông tin khi đọc tài liệu. II. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh: - Giáo viên: Vẽ to hình 15.2, 15.4 SGK trên giấy A0. - Học sinh: Ôn lại điều kiện để có dòng điện trong các môi trường, ôn lại kiến thức về chuyển động của các phân tử khí đã học ở lớp 10. III. Phương pháp giảng dạy: Phương pháp đàm thoại và phương pháp thực nghiệm. IV. Tiến trình bài dạy: 1. ổn định lớp: 2. Kiểm tra bài cũ: (3’) Ôn tập kiến thức cũ phục vụ cho việc tiếp cận và chiếm lĩnh kiến thức mới. Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh - Nêu điều kiện để có dòng điện trong các môi trường? Bản chất dòng điện trong chất điện phân và trong kim loại? - Cá nhân lên bảng trả lời câu hỏi. - Các học sinh khác theo dõi và nhận xét phần trả lời của bạn. 3. Giảng bài mới: Đặt vấn đề (2’): Ngày nay để tiết kiệm năng lượng điện dùng để thắp sáng, người ta khuyên không nên dùng đèn có dây tóc nóng đỏ. Trong gia đình nên dùng đèn ống, ngoài đường phố thì dùng đèn thuỷ ngân, đèn natri. Vậy tại sao các loại đèn này lại tiết kiệm được điện? Hoạt động 1 (5’): Chất khí là môi trường cách điện. Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ? Yêu cầu học sinh hoàn thành C1 – SGK - Nếu không khí dẫn điện thì tất cả các hệ thống điện thiết kế như hiện nay không thể hoạt động được, điện từ nguồn cung cấp luôn chạy đi khắp nơi. ? Vậy tại sao không khí lại cách điện. - Thảo luận chung toàn lớp: Nếu không khí dẫn điện thì + Ta không thể ngắt điện và không thể nối điện vào các thiết bị được. + Ô tô, xe máy không chạy được vì nguồn điện để đánh lửa ở bugi bị nối tắt. + Nhà máy điện bị chập mạch và cháy - Cá nhân trả lời: Không có hạt tải điện. I. Chất khí là môi trường cách điện: - ở điều kiện thường chất khí không dẫn điện vì các phân tử chất khí đều ở trạng thái trung hoà điện, do đó trong chất khí không có hạt tải điện. Hoạt động 2 (7’): Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường. Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ? Muốn không khí dẫn điện cần phải làm như thế nào? - Thực ra, chất khí không phải tuyệt đối không dẫn điện. Giới thiệu thí nghiệm hình 15.1 SGK. - GV giới thiệu thí nghiệm về phương pháp đưa hạt tải điện vào trong chất khí. Y/c HS quan sát, lắng nghe để rút ra một số nhận xét về: + Ban đầu chất khí có chứa hạt tải điện tự do không? + Khi có ngọn lửa đèn ga, dòng điện trong chất khí tăng lên chứng tỏ điều gì? + Tia tử ngoại có tác dụng như đèn ga, vậy tia tử ngoại có tác dụng gì? - Cá nhân trả lời: Muốn không khí dẫn điện cần phải có điện trường và không khí cần phải được kích thích để có hạt tải điện. - Thảo luận chung toàn lớp. - Theo dõi, trả lời và ghi chép các kết luận. II. Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường: - Chất khí là môi trường có rất ít hạt tải điện. - Ngọn lửa ga, bức xạ của đèn thuỷ ngân, tia tử ngoại đã làm tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí. Do đó chất khí dẫn điện. Hoạt động 3 (23’): Bản chất dòng điện trong chất khí. Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ? Tại sao khi có các tác nhân (ngọn lửa ga, đèn thuỷ ngân, tia tử ngoại) tác động vào môi trường khí, chất khí lại dẫn điện. ? Hạt tải điện trong chất khí là những hạt nào? Nó được sinh ra trong điều kiện nào? - Trong khi chuyển động một số êlectron kết hợp lại với các ion dương trở thành phân tử khí trung hoà, gọi là sự tái hợp. ? Khi chưa có điện trường, các hạt tải điện đó chuyển động như thế nào. ? Khi có điện trường, các hạt tải điện chuyển động như thế nào? Vì sao? ? Vậy bản chất dòng điện trong chất khí là gì. ? Khi mất tác nhân ion hoá, chất khi còn dẫn điện không? Vì sao. ? Quá trình dẫn điện của chất khi chỉ tồn tại khi nào. - Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa mô tả ở trên gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. ? Thế nào là quá trình dẫn điện không tự lực. - Y/c HS quan sát đường đặc tuyến Vôn – Ampe, trả lời các câu hỏi sau: + Dòng điện trong chất khí có tuân theo định luật Ôm không? + Hãy mô tả sự phụ thuộc của I vào U trên đồ thị? ? Hoàn thành y/c C3-SGK. ? Tại sao khi U > Uc thì dòng điện lại tăng rất nhanh. - Hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện khi U tăng gọi là hiện tượng nhân số hạt tải điện. - Y/c HS đọc SKG kết hợp với hình 15.5 để nêu: ? Đ/n hiện tượng nhân số hạt tải điện và nguyên nhân của hiện tượng đó. - Y/c HS hoàn thành C4-SGK. - Công thức tổng quát tìm số hạt sau n lần va chạm: 2n. ? Hiện tượng nhân số hạt tải điện xảy ra trong điều kiện nào. - Đọc SGK để trả lời câu hỏi - Cá nhân trả lời: Hạt tải điện trong chất khí là: ion dương. ion âm. êlectron tự do. - Cá nhân nghĩ trả lời. - Thảo luận chung: Khi mất tác nhân ion hoá, các ion dương, ion âm, êlectron trao đổi điện tích với nhau hoặc với điện cực để trở lại thành các phân tử khí, nên chất khí trở thành không dẫn điện. - Thảo luận chung toàn lớp: Quá trình dẫn điện của chất khí chỉ tồn tại khi ta tạo ra hạt tải điện trong khối khí và biến mất khi ta ngừng tạo ra hạt tải điện. - Thảo luận chung toàn lớp: + U < Ub: dòng điện tăng dần theo U + Ub < U < UC: dòng điện đạt giá trị bão hoà. + U > Uc thì I tăng rất nhanh. - Dòng điện trong chất khí đạt bão hoà khi: mọi êlectron và ion khí do tác nhân ion hoá sinh ra đều đến được điện cực. - Khi U > Uc: mật độ hạt tải điện tăng. - Cá nhân đọc SGK và trả lời câu hỏi - Không vì mật độ hạt tải điện ở các điểm khác nhau trong ống không giống nhau. III. Bản chất dòng điện trong chất khí: 1. Sự ion hoá chất khí và tác nhân ion hoá: - Khi có các tác nhân (ngọn lửa ga, bức xạ của đèn thuỷ ngân, tia tử ngoại) tác động vào môi trường khí, làm ion hoá chất khí: + Tách các phân tử khí trung hoà thành ion dương và êlectron tự do. + Êlectron tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà thành ion âm. - Các hạt tải điện trong chất khí là: ion dương, ion âm, êlectron tự do. Chúng do chất khí bị ion hoá sinh ra. - Khi chưa có điện trường (E = 0), các hạt tải điệ chuyển động nhiệt hỗn loạn đ chưa có dòng điện trong chất khí. - Khi có điện trường (E ạ 0), các hạt tải điện chuyển động có hướng dưới tác dụng của điện trường: + Các ion âm và êlectron chuyển động ngược chiều điện trường về phía anốt. + Các ion dương chuyển động cùng chiều điện trường về phía catốt. ị Có dòng điện chạy trong chất khí. Kết luận: SGK (T88) 2. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí: - Quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực: xảy ra khi ta phải dùng tác nhân ion hoá từ bên ngoài để tạo ra hạt tải điện trong chất khí. - Sự phụ thuộc của I theo U trong quá trình dẫn điện không tự lực: NX: Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí không tuân theo định luật Ôm. 3. Hiện tượng nhân số hạt tải điện trong chất khí trong quá trình dẫn điện không tự lực: a) Định nghĩa: 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. b) Nguyên nhân: Do các êlectron trong điện trường được tăng tốc và va chạm vào các phân tử khí trung hoà thì ion hoá nó, biến nó thành êlectron tự do và ion dương. c) Điều kiện để xảy ra hiện tượng nhân số hạt tải điện là: Dùng nguồn điện áp lớn. 4. Củng cố: (3’) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của hs 1. Khi đốt nóng chất khí nó trở nên dẫn điện vì: A. Vận tốc giữa các phân tử chất khí tăng. B. Khoảng cách giữa các phân tử chất khí tăng. C. Các phân tử chất khí bị ion hoá thành các hạt mang điện tự do. D. Chất khí chuyển động thành dòng có hướng. 2. Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của: A. Các ion dương B. Các ion âm C. Các ion dương và ion âm D. Ion dương, ion âm và e tự do. 3. Nguyên nhân của hiện tượng nhân hạt tải điện là: A. Do tác nhân bên ngoài. B. Do số hạt tải điện rất ít ban đầu được tăng tốc trong điện trường va chạm vào các phân tử chất khí gây ion hoá. C. Lực điện trường bứt êlectron khỏi nguyên tử. D. Nguyên tử bị suy yếu liên kết và tách thành êlectron tự do và ion dương. - Các cá nhân độc lập suy nghĩ và trả lời các câu hỏi: - Kết quả: 1. C 2. D 3. B 5. Hướng dẫn về nhà: (2’) - Trả lời các câu hỏi: 1, 2 (T93 – SGK) V. Rút kinh nghiệm: . . . .