Giáo án Vật lý lớp 11 - Chương 3: Dòng điện trong các môi trường

Bài 17: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI. I- Mục tiêu: 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. Hiểu 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. II- Chuẩn bị: 1)Giáo viên: - Vẽ phóng to các hình 17.1,17.2,17.3,17.4 và bảng 17.2 SGK. -Dự kiến nội dung ghi bảng 1)Các tính chất điện của kim loại: -Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ: ρ=ρ0(1+α(t-t0)) trong đó : ρ0 là điện trở suất ở t0(0C) α là hệ số nhiệt điện trở(K-1) -Sự phụ thuộc của điện trở của kim loại vào nhiệt độ: R=R0(1+α(t-t0)) trong đó : R0 là điện trở ở t0(0C) 2)Electron tự do trong kim loại: Sgk 3)Giải thích tính chất điện của kim loại: -Bản chất dòng điện trong kim loại: sgk -Giải thích các tính chất điện của kim loại bằng thuyết electron tự do: (học sinh đọc sgk) 2)Học sinh: - Ôn lại phần nói về tính chất điện của kim loại trong SGK Vật lí 9 và định luật Ôm cho đoạn mạch, định luật Jun-Lenxơ. III- Tổ chức hoạt động dạy học: 1)Hoạt động 1:Nhắc lại tính chất điện của kim loại. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV yêu cầu HS nêu lên các tính chất điện của kim loại, sau đó GV tổng kết và hệ thống lại. GV yêu cầu HS căn cứ vào đồ thị H17.1 để trả lời câu hỏi C1. GV lưu ý cho hs : Hệ số α còn phụ thuộc vào nhiệt độ, vào độ sạch và chế độ gia công vật liệu. Yêu cầu hs trả lời C2. Học sinh đọc sgk trả lời câu hỏi của gv HS trả lời:- Điện trở dây tóc bóng đèn tăng khi hiệu điện thế tăng.Mặt khác, khi hiệu điện thế tăng, độ sáng của bóng đèn tăng, chứng tỏ nhiệt độ dây tóc bóng đèn tăng.Từ đó kết luận: điện trở của dây tóc bóng đèn tăng khi nhiệt độ tăng: Rt=R0(1+α (t-t0) ) Trả lời C2: Nên dùng constantan, vì nó có α rất nhỏ. 2)Hoạt động 2: Giới thiệu về sự có mặt của êlectron tự do trong kim loại. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV dựa vào H17.2 giới thiệu sự có mặt và hoạt động của các êlectron tự do trong mạng tinh thể kim loại. HS nhắc lại về cấu trúc tinh thể của kim loại. 3)Hoạt động 3: Giải thích tính chất điện của kim loại. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV đặt vấn đề: khi đặt vào 2 đầu kim loại một hiệu điện thế thì các êlectron tự do sẽ chuyển động như thế nào? GV kết luận: sự di chuyển đó của êlectron tạo ra dòng điện. GV nhấn mạnh cho HS bản chất dòng điện trong kim loại và giảng giải cho HS hiểu nội dung của SGK Gv hướng dẫn cho hs dùng thuyết electron để giải thích các tính chất điện của kim loại. GV đặt vấn đề cho HS :trong khi các êlectron tự do di chuyển như thế thì có xảy ra hiện tượng gì với chúng? GV nhấn mạnh thêm: điện trở còn được gây ra bởi các sai hỏng tinh thể. HS trả lời C3: các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau và mật độ êlectron tự do khác nhau=>tác dụng ngăn cản chuyển động có hướng của các êlectron tự do trong mỗi kim loại cũng khác nhau. Hs trả lời: các electron sẽ chịu thêm tác dụnh của điện trường và chuyển động theo sự tác động ấy.Cụ thể là các electron chuỷen động ngược chiều điện trường. Hs đọc thêm sgk để lĩnh hội kiến thức tốt hơn. HS đọc SGK rút ra kết luận cho các hiện tượng HS trả lời C3: các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau và mật độ êlectron tự do khác nhau=>tác dụng ngăn cản chuyển động có hướng của các êlectron tự do trong mỗi kim loại cũng khác nhau. 4)Củng cố và dặn dò: a)Củng cố: -Nêu tính chất điện của kim loại.Vận dụng thuyết electron để giải thích các tính chất điện của kim loại. -Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ như thế nào? b)Dặn dò: -Hs làm 3 bài tập trong SGK. -Về nhà làm các bài tập trong SBT. -Chuẩn bị bài mới. Bài 18: HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN.HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN. I-Mục tiêu: -Phát biểu được hiện tượng nhiệt điện là gì và một số ứng dụng của nó. -Hiểu được hiện tượng siêu dẫn là gì và một số ứng dụng của nó. II-Chuẩn bị: 1)Giáo viên: -Chuẩn bị thí nghiệm về dòng nhiệt điện. -Vẽ phóng to Bảng 18.1,các H18.1 và 18.3 SGK. -Dự kiến nội dung ghi bảng: 1)Hiện tượng nhiệt điện: a)Thí nghiệm: b)Biểu thức của suất điện động nhiệt điện: ℮ = αT(T1-T2) αT : hệ số nhiệt điện động(đơn vị là μV/K) c) Ứng dụng của cặp nhiệt điện: -Nhiệt kế nhiệt điện -Pin nhiệt điện. 2)Hiện tượng siêu dẫn: 2)Học sinh: -Ôn lại tính chất điện của kim loại. III-Tiến trình dạy học: 1)Hoạt động 1: Tìm hiểu hiện tượng nhiệt điện và các ứng dụng của nó. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV tiến hành thí nghiệm và cho HS quan sát rồi nêu ra các nhận xét. GV không cần giải thích sự xuất hiện suất điện động nhiệt điện. GV hỏi thêm: “ trong pin nhiệt điện, dạng năng lượng nào đã chuyển chuyển hoá thành điện năng?” GV yêu cầu HS hiểu và nắm công thức 18.1 để vận dụng làm bài tập. GV yêu cầu HS nắm được các ứng dụng của cặp nhiệt điện. HS nhận xét: -Khi hơ nóng mối hàn A ta thấy có dòng điện. -Hơ nóng lâu hơn,số chỉ miliampe kế tăng. HS trả lời: Nhiệt năng chuyển hoá thành điện năng. Hs đọc thêm sgk để nắm bài học. HS khá giỏi có thể đọc thêm đoạn giải thích sơ lược sự xuất hiện suất điện động nhiệt điện ở cột bên phải. 2)Hoạt động 2: Tìm hiểu hiện tượng siêu dẫn và các ứng dụng. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV giới thiệu đồ thị khảo sát sự phụ thuộc vào nhiệt độ của điện trở cột thuỷ ngân. GV kết luận: Hiện tượng như thế là hiện tượng siêu dẫn. Yêu cầu HS phát biểu thành lời. HS nhân xét: Điện trở của cột thuỷ ngân giảm đột ngột khi nhiệt độ giảm ở lân cận 4K. HS tham khảo bảng giá trị TC (K) của 1 số vật liệu ở bảng 18.2 SGK 3)Củng cố và dặn dò: a)Củng cố: -Mô tả hiện tượng nhiệt điện. -Nêu hiện tượng siêu dẫn, và ứng dụng của nó. b)Dặn dò: -HS đọc thêm phần đọc thêm -Làm tại lớp câu 1,2 trong SGK. -Về nhà làm thêm bài tập SBT. Bài 19: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT DIỆN PHÂN. ĐỊNH LUẬT FA-RA-ĐÂY. I-Mục tiêu: -Hiểu hiện tượng điện phân, bản chất dòng điện trong chất điện phân, phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân, hiện tượng cực dương tan. -Hiểu và vận dụng được định luật Fa-ra-đây. -Hiểu nguyên tắc mạ điện, đúc điện, tinh chế và điều chế kim loại. II-Chuẩn bị: 1)Giáo viên: -Bộ dụng cụ thí nghiệm về dòng điện trong chất điện phân. -Dụng cụ thí nghiệm để thiết lập định luật Ôm khi có hiện tượng cực dương tan. -Vẽ phóng to các H19.1,19.2,19.3,19.4 và bảng 19.1 SGK. -Dự kiến nội dung ghi bảng: 1)Thí nghiệm về dòng điện trong chất điện phân: a)Thí nghiệm: b)Kết quả: c)Kết luận: 2)Bản chất dòng điện trong chất điện phân: -Trong dung dịch điện phân có sự phân li và sự tái hợp xảy ra đồng thời. -Độ dẫn điện của chất điện phân tăng theo nhiệt độ. -Dòng điện trong chất điện phân: sgk 3)Phản ứng phụ trong chất điện phân: 4)Hiện tượng cực dương tan: a)Thí nghiệm: b)Giải thích: c) Định luật ôm đối với chất điện phân -Khi có hiện tượng cực dương tan, dòng điện trong chất điện phân tuân theo định luật ôm. -Khi không có hiện tượng cực dương tan thì bình điện phan là 1 máy thu điện, dòng điện qua bình thuân theo định luật ôm đối với máy thu. 5) Định luật Fa-ra-đây về điện phân: a) Định luật I Fa-ra-đây: m = kq trong đó: k= 1,118.10-6kg/C. b) Định luật II Fa-ra-đây: k = c.A/n trong đó: 1/c = F ≈ 96 500 C/mol. c)Công thức Fa-ra-đây về điện phân: m = trong đó: I là cường độ dòng điện không đổi chạy qua bình điện phân (tính bằng A) t là thời gian dòng điện chạy qua bình (tính bằng s) m là khối lượng của chất được giải phóng ra ở điện cực (tính bằng g) 6) Ứng dụng: sgk 2)Học sinh: -Ôn lại tác dụng hoá học của dòng điện và sự điện li trong SGK Hoá học. III-Tiến trình dạy hoc: 1)Hoạt động 1: Thí nghiệm về dòng điện trong chất điện phân. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV tiến hành thí nghiệm GV lưu ý hướng dẫn HHS quan sát để rút ra kết luận trong các trường hợp khi trong bình B chỉ có nước cất và sau khi hoà tan một ít muối ăn vào nước cất. Hs quan sát HS kết luận chung cho các trường hợp muối, axit, bazơ nói chung. 2)Hoạt động 2: Bản chất dòng điện trong chất điện phân Hoạt động của GV Hoạt động của HS Gv yêu cầu Hs nhắc lại sự điện li đã học trong môn hoá. Đặt vấn đề: hạt tải điện trong dung dịch điện phân là những hạt nào? Gv giải thích cho Hs hiểu nguyên nhân hai quá trình phân li và tái hợp, nhưng số lượng phân tử phân li và tái hợp không bằng nhau, số cặp ion tạo thành mỗi giây tăng khi nhiệt độ tăng => độ dẫn điện tăng theo nhiệt độ. Khi chưa có điện trường ngoài và khi đã có điện trường ngoài, chuyển động của các hạt mang điện này như thế nào? Hs trả lời: hạt tải điện trong dung dịch điện phân là các ion dương và các ion âm. từ câu trả lời, hs phát biểu được bản chất dòng điện trong chất điện phân. 3)Hoạt động 3: Tìm hiểu phản ứng phụ trong chất điện phân: Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV đặt vấn đề: khi các ion di chuyển đến các điện cực thì có xãy ra hiện tượng gì không? Gợi ý cho Hs có dư và thiếu êlectron giữa các ion và các điện cực. Hs trả lời: các ion âm nhường e cho điện cực dương; các ion dương nhận e từ điện cực âm. 4)Hoạt động 4: Hiện tượng cực dương tan. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV tiến hành thí nghiệm Sau đó GV gợi ý cho Hs giải thích. GV tiến hành đo các giá trị của cường độ dòng điện I chạy qua bình ứng với các giá trị khác nhau của hiệu điện thế U. Yêu cầu Hs vẽ đồ thị.Sau đó nhận xét về đồ thị, và rút ra định luật Ôm đối với trường hợp cực dương tan. Gv lưu ý cho HS : Nếu không có hiện tượng cực dương tan thì bình điện phân là máy thu. Khi đó dòng điện chạy qua bình điện phân tuân theo định luật Ôm đối với máy thu điện. Hỏi: Khi đó điện năng cung cấp cho bình được chuyển hoá thành những dạng năng lượng nào? HS quan sát và sau đó nêu nhận xét: có điều gì xảy ra ở catot. Hs vẽ đồ thị và nhận xét : cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân và hiệu điện thế giữa 2 điện cực tỉ lệ thuận. Trả lời: Một phần nhỏ chuyển thành nhiệt năng, và một phần khác chuyển thành hoá năng. 5)Hoạt động 5: Định luật Fa-ra-đây và ứng dụng của hiện tượng điện phân. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV trình bày cho HS 2 định luật Fa-ra-đây như SGK. Gv trình bày sơ lược các ứng dụng, còn học sinh về nhà đọc thêm. Hs đọc thêm phần chữ nhỏ bên trái sgk. 6)Củng cố và dặn dò: a)Củng cố: -Nêu bản chất dòng điện trong chất điện phân. -Mô tả hiện tượng cực dương tan. -Phát biểu các định luật Fa-ra-đây, viết biểu thức của các định luật này. -Nêu các ứng dụng của hiện tượng điện phân. b)Dặn dò: -Làm bài 2,3 sgk -Về nhà làm thêm các bài tập khác trong sbt. Bài 20: BÀI TẬP VỀ DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI VÀ CHẤT ĐIỆN PHÂN. I-Mục tiêu: -Vận dụng hệ thức ρt = ρ0(1+α (t-t0) ) hay Rt=R0(1+α (t-t0) ) để giải các bài tập về sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ. -Vận dụng các định luật Fa-ra-đây để giải các bài tập về hiện tượng điện phân. II-Chẩu bị: 1)Giáo viên: -Một số bài tập đơn giản tương tự như các bài tập ở cuối bài 17 và 19. -Dự kiến nội dung ghi bảng Bài 3/trang 90: -Tóm tắt đề: t0 = 500C ,R0 = 74Ω t = 1000C, R = ? -Bài giải : Áp dụng công thức: R = R0(1+α(t-t0)) Thay số: R = 74(1+4,3.10-3(100-74)) Bài 3/trang 100: -Tóm tắt đề: D = 0,05mm = 5.10-5m t = 30phút = 1800s. S = 30cm2 = 3.10-3m2 ρ= 8,9.103 kg/m3. A = 58, n=2. -Bài giải: 2)Học sinh: -Ôn bài 17 và 19 và tự làm bài tập tương tự ở cuối các bài học đó. III-Tién trình dạy học: 1)Hoạt động 1: Nhắc lại các công thức liên quan Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV yêu cầu HS nhắc lại các hệ thức về sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ, công thức Fa-ra-đây về điện phân và chỉ rõ ý nghĩa các kí hiệu trong công thức GV lưu ý HS về dơn vị của các đại lượng trong các công thức đó. HS trả lời: 1)Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ Rt=R0(1+α (t-t0) ) Trong đó: R0 : điện trở của vật dẫn ở t00C Rt : điện trở của vật dẫn ở t0C α : Hệ số nhiệt điện trở. 2)Công thức Fa-ra-đây về điện phân: 2)Hoạt động 2: Giải các bài tập sgk Hoạt động của Gv Hoạt động của HS Với mỗi bài toán, GV yêu cầu HS trả lời : -Bài toán đề cập tới hiện tượng gì? -Công thức vận dụng? -Tóm tắt đề bài để nắm thông tin, rồi vận dụng các dữ kiện vào công thức như thế nào? -Thay số vào bài toán cần chú ý về đơn vị? -Nhận xét kết quả. Bài 3trang 90, Hs đã được giao cho về nhà, bây giờ Gv yêu cầu HS giải trên bảng. -Bài toán này đề cập tới hiện tượng điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Hệ số nhiệt điện trở của đồng được cho ở bảng 17.1sgk/88. Nhận xét kết quả: Bài 21 : DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG. I-Mục tiêu: -Hiểu bản chất và tính chất của dòng điện trong chân không. Hiểu đặc tuyến Vôn-Ampe của dòng điện trong chân không. -Hiểu được bản chất và những ứng dụng của tia catôt II-Chuẩn bị: 1)Giáo viên: -Vẽ phóng to các hình 21.0,21.2,21.6 sgk -Đọc SGk vật lí THCS và Vật lí 10 -Sưu tầm đèn hình cũ đẻ làm dụng cụ trực quan. -Chuẩn bị bộ dụng cụ về khảo sát dòng điện trong chân không. -Dự kiến nội dung ghi bảng: 1)Dònh điện trong chân không: a)Thí nghiệm: b)Bản chất dòng điện trong chân không: sgk 2)Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chân không vào hiệu điện thế: -Dòng điện trong chân không không tuân theo định luật ôm. -Khi U đạt đến giá trị Ub thì I =Ibh. Nhiệt độ càng cao thì Ibh càng lớn. -Diôt chân không dùng để chỉnh lưu dòng xoay chiều. 3)Tia catôt: -Tia catôt là dòng các e bức ra từ catôt và bay trong chân không. -Các tính chất của tia catôt: sgk. 4) Ống phóng điện tử: sgk 2)Học sinh: -Ôn lại SGK THCS và Vật lí 10 về khái niệm chân không. III-Tiến trình dạy học: 1)Hoạt động 1: Tìm hiểu dòng điện trong chân không. Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV giới thiệu cách hiểu môi trường chân không là gì? Nếu có thể thì GV tiến hành thí nghiệm và hướng dẫn HS quan sát rồi rút ra kết luận.Nếu không thì GV hướng dẫn thí nghiệm bằng tranh, rồi sau đó đặt câu hỏi để HS theo dõi từng bước thí nghiệm -Khi catôt bị nung đủ nóng thì xảy ra hiện tượng gì? -Chuyển động của các e tự do bứt ra khỏi catôt khi anot được mắc vào cực dương và catôt được mắc vào cực âm của nguồn e1? Từ đó cho Hs nắm bản chấy dòng điện trong diôt chân không. GV có thể gợi ý cho HS trả lời: “nếu tăng suất điện động của nguồn e2 thì cường độ dòng điển trong diot chân không có thay đổi không?Tăng hay giảm?” Lưu ý HS trường hợp mắc anôt và catôt ngược lại thì không có dòng điện HS quan sát và trả lời các câu hỏi của GV để nắm bản chất dòng điện trong diôt chân không. từ đó hs kết luận dòng điện chạy trong diôt chân không chỉ theo 1 chiều từ anôt đến catôt. Hs trả lời C1:-Số chỉ của G bằng 0 Trả lời C2 : - ở nhiệt độ thường không có e bứt ra từ catôt.Vì năng lượng của e không đủ thắng lực liên kết. 2)Hoạt động 2: Tìm hiểu sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chân không vào hiệu điện thế Hoạt động của GV Hoạt động của HS Bài 24: LINH KIỆN BÁN DẪN. I-Mục tiêu: -Trình bày được cấu tạo và hoạt động của các linh kiện bán dẫn có lớp chuyển tiếp p-n thường gặp như diôt chỉnh lưu, diôt phát quang, photodiot, tranzito. -Trình bày được cách mắc mạch khuếch đại dùng trazito hai lớp chuyển tiếp p-n và họ đặc tuyến vôn-ampe của tranzito. -Biết vận dụng các hiểu biết về tính chất của bán dẫn và của lớp chuyển tiếp p-n để giải thích các hoạt động của các linh kiện bán dẫn. II-Chuẩn bị: 1)Giáo viên: -Chuẩn bị một số hình vẽ cấu tạo của diôt, tranzito và mạch điện có mắc các limh kiện đó. -Có một số linh kiện thật hoặc ảnh chụp các linh kiện bán dẫn nhưnhiệt điện trở quang điện trở, diôt chỉnh lưu, điôt phát quang, bộ hiển thị dùng điôt phát quang, tranzito các loại, vi mạchđể cho hs xem và tập nhận biết. -Lắp thí nghiệm minh hoạ tính chỉnh lưu của điôt bán dẫn. -Dự kiến nội dung ghi bản: 1) Điôt: a) Điôt chỉnh lưu: -Ở nữa chu kì đầu, điện thế ở bán dẫn loại p cao hơn điện thế bán dẫn loại n, dòng điện chạy qua theo chiều mũi tên. -Ở nữa chu kì sau, điôt mắc theo chiều ngược dòng điện, dòng điện chạy trong mạch là rất nhỏ, có thể bỏ qua. b)Phôtôđiôt: -Nhờ ánh sáng thích hợp, lớp chuyển tiếp p-n tạo thêm nhiều cặp e-lổ trống khiến dòng điện ngược tăng lên rất nhiều. -Phôtôđiôt biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện, được dùng trong thông tin quang học, tự động hoá. c)Pin mặt trời: d)diot phát quang: e)Pin nhiệt điện bán dẫn: 2)Tranzitor: a)Cấu tạo b)Hoạt động: -Nguồn E1 Lmà cho lớp chuyển tiếp E_B phân cực thuận.Nguồn E2 >>E1,làm cho lớp chuyển tiếp B_C phân cực ngược. 2)Học sinh: -Đọc kỹ bài 23, Để hiểu đựoc bản chất dòng điện trong bán dẫn,bán dẫn tinh khiết,bán dẫn loại Pvà loại n và tinnhs chất của lớp chuyển tiếp Bn III)Tiến trình dạy học 1)Hoạt động 1: Tìm hiểu điôt Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV cho hs hiểu rõ: các điôt nói trong bài đều có cấu tạo từ 1 lớp chuyển tiếp p-n.Tuỳ mục đích sử dụng mà người ta chế tạo ra các điôt có cấu tạo và tính chất khác nhau. Cho hs tìm hiểu mục đích sử dụng của điôt chỉnh lưu GV trình bày về tác dụng chỉnh lưu của điôt chỉ cần nêu nguyên tắc chỉnh lưu và minh hoạ bằng mạch chỉnh lưu nũa chu kì và làm cho hs thấy rõ vai trò của điôt. -Diôt chỉnh lưu dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều thì cần có dòng ngược càng nhỏ càng tốt -Nếu điôt cần cho dòng thuận lớn đi qua thì phải có kích thước lớn vì diện tích tiếp xúc phải lớn. 2)Hoạt động 2: Tìm hiểu tranzito Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV nhấn mạnh khu vực bán dẫn ở cực B có chiều dày rất nhỏ và nồng độ hạt tải rất thấp.Cần làm rõ tác dụng khuyếch đại của tranzito qua việc xét dòng điện trong các khu vực bán dẫn khác nhaucủa tranzito GV cần làm cho hs thấy rõ vai trò của các nguồn điện mắc vào mạch và cách mắc các nguồn điện đó. Hỏi: Vì sao tranzito có tác dụng khuếch đại. Hs trả lời C2. 3)Củng cố và dặn dò: a)Củng cố : -Mô tả nguyên tắc và công dụng của điôt bán dẫn và của tranzito. -Vẽ được sơ đồ mạch chỉnh lưu dòng điện dùng điôt và giải thích được tác dụng chỉnh lưu của mạch. b)Dặn dò: -chuẩn bị ôn tập chương.