Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 27 - Dòng điện trong kim loại

Tiết: 27 Ngày soạn: 08/12/2007 CHƯƠNG III: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG BÀI 17: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI Mục tiêu Kiến thức: Nêu được các tính chất điện của kim loại. Trình bày được sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ. Giải thích được sự có mặt của các êlectron tự do trong kim loại. Vận dụng thuyết êlectron tự do trong kim loại để giải thích một cách định tính các tính chất điện của kim loại. Nêu được bản chất của dòng điện trong kim loại. Kỹ năng: - Giải thích được nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại và hiện tượng tỏa nhiệt của dây dẫn kim loại. Giải các bài tập có liên quan đến điện trở suất phụ thuôc vào nhiệt độ. Thái độ: Có thái độ nghiêm túc, tích cực, chủ động trong học tập, yêu thích môn học, thảo luận sôi nổi. Phương pháp Kết hợp phương pháp phát vấn và phương pháp thuyết trình, thảo luận nhóm. Chuẩn bị Giáo viên: Giáo án, SGK. Học sinh: Chuẩn bị bài theo yêu cầu của giáo viên. Ôn lại kiến thức về mạng tinh thể ở lớp 10. Tiến trình lên lớp Ổn định lớp: Nắm sĩ số Kiểm tra bài củ: Nội dung bài mới: Đặt vấn đề: Chúng ta đã biết dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron. Nhưng như tất cả các vật liệu khác, kim loại cũng có nguyên tử liên kết với nhau tạo nên. Vậy các electron trong nguyên tử kim loại có đặc điểm gì? Và nó chi phối tính chất của dòng điện trong kim loại ra sao? Chúng ta tìm hiểu bài hôm nay. Triển khai bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA THẦY VÀ TRÒ NỘI DUNG KIẾN THỨC Hoạt động 1: Tìm hiểu các tính chất của kim loại GV: Yêu cầu HS nêu lên các tính chất điện của kim loại, sau đó GV tổng kết và hệ thống lại HS: Học sinh đọc sgk trả lời câu hỏi của gv GV: Thông báo biểu thức thể hiện sự phụ thuộc vào nêu ý nghĩa các đại lượng. GV: Thông báo chú ý cho học sinh. 1. Các tính chất của kim loại - Kim loại có tính dẫn điện tốt do điện trở suất của kim loại bé (Bảng 17.1) - Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm nếu nhiệt độ được giữ không đổi. - Dòng điện trong kim loại gây ra tác dụng nhiệt. - Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ. ρ=ρ0 [1+∝(t-t0)] Trong đó: ρ0 điện trở suất khi kim loại ở nhiệt độ t0 a: là hệ số nhiệt điện trở - Chú ý: hệ số nhiệt điện trở còn phụ thuộc cả vào độ sạch và chế độ gia công vật liệu Hoạt động 2: Electron tự do trong kim loại GV: Kim loại ở thể rắn có cấu tạo tinh thể. Các em hãy trình bày về cấu trúc mạng tinh thể của kim loại? HS: Nhớ lại kiến thức lớp 10 để trả lời GV: Ở điều kiện bình thường, các ion và các e đứng yên hay chuyển động? GV: Các ion và các e chuyển động như thế nào? GV: Hạt e mang điện và chuyển động tự do => hạt e đóng vai trò là hạt dẫn điện. GV: Khi không có điện trường ngoài, các e chuyển động như thế nào? Khi các e chuyển động như vậy có dòng điện trong kim loại không? 2. Eletron tự do trong kim loại Kim loại có cấu trúc mạng tinh thể. Các ion (dương) được sắp xếp theo một trật tự nhất định trong không gian, tạo thành mạng tinh thể. Ở nhiệt độ bình thường, các ion dao động quanh các vị trí cân bằng của chúng. Các êlectron bị mất liên kết với các hạt nhân trở thành êlectron tự do. Các e tự do chuyển động nhiệt hỗn loạn do va chạm với các ion dao động. Tạo thành khí e tự do Khi không có tác dụng của điện trường ngoài, chuyển động hỗn loạn của các êlectron tự do không gây nên dòng điện trong kim loại. Hoạt động 3: Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong kim loại GV: Khi có điện trường ngoài, các e chuyển động như thế nào? Khi các e chuyển động như vậy có dòng điện trong kim loại không? HS: Trả lời câu hỏi. GV: Vậy bản chất của dòng điện trong kim loại là gì? GV: Khi va chạm vói các ion chuyển động của các e bị cản trở => khả năng dẫn điện thay đổi như thế nào? GV: Giải thích thêm cho học sinh về sự mất trật tự của kim loại. GV: Điều gì xảy ra đối với các ion ở các nút mạng khi tăng nhiệt độ của kim loại (thuyết electron) GV: Giải thích cho học sinh về sự nóng lên của dây dẫn kim loại khi có dòng điện chạy qua giống SGK 3. Giải thích tính chất dẫn điện của kim loại. a. Bản chất của dòng điện tỏng kim loại. - Khi Engoài 0: các e chịu tác dụng của lực điện trường chuyển động có hướng, ngược chiều điện trường, nhưng vẫn chuyển động nhiệt hỗn loạn => có dòng điện chạy trong kim loại. * Kết luận: SGK b. Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở kim loại. - Sự mất trật tự của mạng tinh thể của kim loại cản trở chuyển động có hướng của e gây ra điện trở của kim loại. c. Giải thích sự tăng của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ - Nhiệt độ càng cao, các ion kim loại càng dao động mạnh, sự mất trật tự của mạng tinh thể càng lớn => Nhiệt độ tăng thì điện trở suất kim loại tăng. d. Giải thích sự nóng lên của dây dẫn kim loại. Các êlectron chuyển động thu được một năng lượng xác định. Năng lượng đó được truyền một phần (hay hòan toàn) cho các ion kim loại khi “va chạm” và làm tăng cường dao động của các ion. Như vậy, động năng của êlectron chuyển hóa thành nhiệt => Vì vậy, dây dẫn kim loại nóng lên khi có dòng điện chạy qua. Củng cố: Cho học sinh trả lời câu hỏi trắc nghiệm 1, 2 trong SGK GV: Cho học sinh chứng minh biểu thức sau: CMR: R=R0[1+a(t-t0)] GV: Hướng dẫn cho học sinh bằng cách vận dụng công thức Dặn dò: Về nhà làm bài tập 3 SGK, 3.1 SBT Soạn bài mới: “Hiện tượng nhiệt điện. Hiện tượng siêu dẫn” Thế nào là suất điện động nhiệt điện? Biểu thức tính? Nêu sự phụ thuộc của điện trở kim loại khi ở nhiệt độ thấp?