Giáo án Vật lý lớp 11 Cơ bản - Bài 13 - Dòng điện trong kim loại

Ngày soạn: 04/11/2011 PPCT: 25 CHƯƠNG III: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Nêu được tính chất điện chung của các kim loại, sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ. - Nêu được nội dung chính của thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại, và công thức tính điện trở suất của kim loại. Nêu được cấp độ lớn của các đại lượng đã nói tới trong thuyết này. 2. Kĩ năng - Giải thích được một cách định tính các tính chất điện chúng của kim loại dựa trên thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Chuẩn bị thí nghiệm về cặp nhiệt điện (nếu có). - Chuẩn bị bảng phụ về “bản chất của dòng điện trong kim loại”. - Xem lại về tính dẫn điện của kim loại trong SGK lớp 9 và dòng điện kim loại tuân theo định luật Ôm. 2. Học sinh - Ôn lại kiến thức cũ về tính dẫn điện của dòng điện trong kim loại. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Ổn định tổ chức, kiểm tra sĩ số (1’) 2. Bài mới * Giới thiệu bài mới * Nội dung bài học: Hoạt động của GV và HS Nội dung cần đạt Hoạt động 1: Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong kim loại (16’) - GV giải thích cho HS về cấu tạo của tinh thể kim loại: các ion dương trong kim loại liên kết trật tự với nhau trong không gian tạo thành mạng tinh thể, Khi nhiệt năng được cung cấp cho tinh thể thì các nguyên tử sẽ dao động xung quanh vị trí cân bằng của chúng. Mỗi nguyên tử hành động như thể nó được gắn với các nguyên tử lân cận bằng một lò xo. Năng lượng này được dự trữ trong tinh thể dưới dạng động năng của các nguyên tử hoặc thế năng giãn nén của lò xo. HS lắng nghe và ghi nhận kết luận. - GV phân tích cho HS về khí e tự do. Hs lắng ghe ghi nhận kết luận. - GV kết hợp với HS đưa ra nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại: Bằng thực nghiệm và lý thuyết đã chứng minh được các e chie va chạm vào những vị trí mất trật tự của mạng tinh thể, ta gọi đó là những sai hỏng của mạng tinh thể. Các sai hỏng đó có thể do chuyển động nhiệt; do sự xâm nhập của các nguyên tử lạ (kim loại nhiễm tạp); do biến dạng cơ học (uốn, kéo). HS kết hợp với GV đưa ra kết luận về điện trở của kim loại. Hoạt động 2: Tìm hiểu sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ (7’) - GV phân tích cho HS hiểu về sự phụ thuộc của điện trở kim loại vào nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, các ion trong mạng tinh thể dao động mạnh, các ion cũng chuyển động hỗn loạn hơn các e dễ va chạm vào nút mạng hơn các e va vào nút mạng bị tán xạ không chuyển động có huơng nữa dòng điện trong kim loại giảm điện trở của kim loại tăng. - GV đưa ra công thức tính điện trở suất của kim loại. HS lắng nghe GV phân tích và ghi nhận công thức tính điện trở suất. - GV đưa ra câu hỏi: Với các kim loại khác nhau thì cấu trúc mạng tinh thể và mật độ e có giống nhau không? HS trả lời câu hỏi của GV. - GV: từ câu trả lời của HS GV phân tích: Do với các KL khác nhau thì mật độ e và cấu trúc mạng tinh thể khác nhau nên khả năng e bị va vào nút mạng là khác nhau tác dụng “ngăng cản” chuyển động của e tự do trong mỗi kim loại là khác nhau điện trở suất của các kim loại khác nhau là khác nhau. Hoạt động 3: Tìm hiểu điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tuợng siêu dẫn (10’) - GV treo đồ thị hình 13.2 lên và cho HS nhận xét về điện trở suất của KL khi nhịêt độ giảm dần tới gần 0K. - HS nhận xét đồ thị. - GV cho HS xem đồ thị sự phụ thuộc điện trở suất vào nhiệt độ ở vật liệu siêu dẫn, GV yêu cầu HS nhận xét và rút ra kết luận về vật luệ siêu dẫn. - HS nhận xét về điện trở súât của vật liệu siêu dẫn. Hoạt động 4: Tìm hiểu về hiện tuợng nhiệt điện (7’) - Gv cho HS quan sát cặp nhiệt điện và đưa ra cấu tạo của cặp nhiệt điện. HS quan sát, ghi nhận cấu tạo của cặp nhiệt điện. - GV làm thí nghiệm cho HS quan sát và phân tích thí nghhiệm rút ra kết luận. HS quan sát thí nghiệm và ghi nhận kết quả. I. Bản chất của dòng điện trong kim loại * Cấu tạo tinh thể kim loại 1. Trong kim loại các ion dương liên kết với nhau một cách trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại. Khi được cung cấp nhiệt năng các ion dao động quanh vị trí cân bằng => tinh thể mất trật tự. 2. Các e hóa trị tách khỏi nguyên tử => e tự do chuyển động hỗn loạn tạo thành khí e tự do. * Tính dẫn điện của kim loại 3. Khi có điện trường ngoài: các e tự do sẽ chịu tác dụng của lực điện trường làm các e chuyển động có hướng ngược với chiều của điện trường => sinh ra dòng điện. * Nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại 4. Khi va chạm vào những vị trí mất trật tự của mạng tinh thể, các e sẽ bị tán xạ => sinh ra điện trở của kim loại. => Dòng điện trong kim loại là 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 theo nhiệt độ - Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng là hàm bậc nhất: Trong đó : điện trở suất ở t0oC (20oC). : Hệ số điện trở. III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tuợng siêu dẫn - Đa số kim loại, ở gần OK kim loại sạch có điện trở rất nhỏ . - Ở vật liệu siêu dẫn khi hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất giảm đột ngột xuống bằng 0 Vật liệu chuyển sang trạng thái siêu dẫn. IV. Hiện tuợng nhiệt điện * Cấu tạo của cặp nhiệt điện: gồm hai dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. - Khi hai mối hàn có nhiệt độ T1, T2 khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện , với là hệ số nhiệt điện động. - Các cặp nhiệt điện thuờng dùng: Pt- Pt pha rôđi có . Cặp crômen – alumen có Cặp đồng – constantan có . 4. Củng cố và vận dụng (3’) - GV hệ thống lại toàn bộ kiến thức của bài học, nhấn mạnh các điểm cần lưu ý trong bài. 5. Huớng dẫn và giao nhiệm vụ về nhà (1’) - GV yêu cầu HS về học thuộc lý thuyết và làm các bài tập: bài 5, bài 6, bài 9 trong SGK. Ngày soạn: 04/11/2011 PPCT: 26 Bài 14: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN (tiết 1) I. MỤC TIÊU 1. Giáo viên - Trả lời được câu hỏi thế nào là chất điện phân, hiện tượng điện phân, nêu được bản chất của dòng điện trong chất điện phân và trình bày được thuyết điện li. - Phát biểu được định luật Faraday về điện phân. 2. Kĩ năng - Vận dụng được kiến thức để giải thích các ứng dụng cơ bản của hiện tượng điện phân, và làm các bài tập có vận dụng định luật Faraday. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Chuẩn bị những kiến thức liên quan tới bài học. - Xem lại kiến thức hóa học quá trình điện phân và định luật Fraday. 2. Học sinh - Học bài cũ và làm bài tập đầy đủ. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số (1’) 2. Kiểm tra bài cũ (5’) - Nêu bản chất của dòng điện trong kim loại? 3. Bài mới (35’) * Giới thiệu bài học * Nội dung bài học: Hoạt động của GV và HS Nội dung cần đạt Hoạt động 1: (đọc thêm: 5’) - GV nêu nội dung thuyết điện li và phân tích nội dung thuyết điện li. - GV viết một số axit, muối, bazo và yêu cầu HS viết phương trình phân li. HS thực hiện yêu cầu của GV. - GV phân tích ví dụ và đưa ra kết luận. HS ghi nhận kết luận. Hoạt động 2: Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong chất điện phân: (20’) - GV phân tích ví dụ trong SGK và yêu cầu HS nêu định nghĩa về dòng điện trong chất điện phân. HS trả lời và ghi nhận định nghĩa. - GV giải thích cho HS nguyên nhân chất điện phân dẫn điện kém kim loại. HS ghi nhận kết luận. - GV giải thích hiện tượng điện phân. Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng dương cực tan (10’) - GV phân tích ví dụ trong SGK, yêu cầu HS viết các phản ứng xảy ra ở hai điện cực. HS trả lời câu hỏi của GV. I. Thuyết điện li - Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazo 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. - Các ion âm và ion dương vốn đã tồn tại sẵn trong các phân tử axit, bazo, muối. Chúng liên kết chặt với nhau bởi lực hút Cu-long. Khi tan vào nước hoặc một dung môi khác, lực hút Cu-lông yếu đi, liên kết trở nên lỏng lẻo. Một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành các ion tự do. II. Bản chất dòng điện trong chất điện phân - Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion âm và ion dương dịch chuyển có hướng ngược chiều nhau. - Ion dương được gọi là cation còn ion âm được gọi là anion. - Chất điện phân dẫn điện không tốt bằng kim loại. - Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất (theo nghĩa hẹp) đi theo. Tới điện cực e đi tiếp còn vật chất đọng lại gây ra hiện tượng điện phân III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng dương cực tan. - Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anot kéo các ion kim loại của điện cực vào dung dịch. 4. Củng cố và vận dụng (3’) - GV hệ thống lại những kiến thức đã học trong bài. 5. Hướng dẫn và giao nhiệm vụ về nhà (1’) - GV yêu cầu HS về nhà học thuộc lý thuyết trong bài học và làm các bài tập Bài 8; bài 9; bài 10; Ngày soạn: 04/11/2011 PPCT: 27 Bài 14: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN (tiết 2) I. MỤC TIÊU 1. Giáo viên - Trả lời được câu hỏi thế nào là chất điện phân, hiện tượng điện phân, nêu được bản chất của dòng điện trong chất điện phân và trình bày được thuyết điện li. - Phát biểu được định luật Faraday về điện phân. 2. Kĩ năng - Vận dụng được kiến thức để giải thích các ứng dụng cơ bản của hiện tượng điện phân, và làm các bài tập có vận dụng định luật Faraday. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Chuẩn bị những kiến thức liên quan tới bài học. - Xem lại kiến thức hóa học quá trình điện phân và định luật Fraday. 2. Học sinh - Học bài cũ và làm bài tập đầy đủ. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số (1’) 2. Kiểm tra bài cũ (5’) - Nêu bản chất của dòng điện trong chất điện phân? 3. Bài mới (35’) Hoạt động của GV và HS Nội dung cần đạt Hoạt động 1: Tìm hiểu về các định luật FA-RA-ĐÂY (25’) GV phân tích điều kiện xuất phát để đưa ra định luật Faraday. C2: vì sao các định luật Faraday có thể áp dụng cả với các chất được giải phóng ở điện cực nhờ phản ứng phụ? HS: trả lời: Vì lượng chất do phản ứng phụ sinh ra và lượng chất ban đầu ở điện cực tỉ lệ thuận với nhau. - GV phân tích dẫn ra định luật Faraday và biểu thức Faraday . HS ghi nhận định luật và công thức Faraday. - GV yêu cầu HS phát biểu định luật Faraday thứ 1 và 2 và phân tích định luật. HS thực hiện yêu cầu. C3: có thể tính số nguyên tử trong một mol kim loại từ số Faraday được không? HS: trả lời: được, số nguyên tử trong một mol KL bằng số Faraday chia cho điện tích nguyên tố: N= 6,023.1023mol-1. GV: bài tập vận dụng 1: Điện lượng q= 16C chạy qua dung dịch H2SO4 hoà tan trong nước.Tính lượng Oxi được giả phóng ở dương cực? Hoạt động 2: Tìm hiểu về ứng dụng của hiện tượng điện phân( 10’) GV: hướng dẫn hoc sinh tìm hiểu ứng dụng của hiện tượng điện phân trong việc luyện nhôm và mạ điện. HS: tìm hiểu và trả lời yêu cầu C4: Vì vật cần mạ (dùng làm catot) nói chung không phải mặt phẳng, nên khoảng cách từ các điểm khác nhau của vật đến anot không giống nhau. Điện lượng chạy đến các đơn vị diện tích bề mặt vật mạ không gióng nhau, dẫn đến lowpsmaj không đều. Quay vật mạ là một cách làm cho điện lượng đến mỗi đơn vị diện tích sau một thời gian đủ dài trở nen đồng đều, do dó chiều dày lớp mạ sẽ đồng đều. IV. Các định luật Faraday 1. Định luật Faraday thứ nhất - Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phan tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó. Với k là đương lượng điện hóa của chất được giải phóng ở điện cực. 2. Định luật Faraday thứ hai - Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là , trong đó F là hằng số Faraday. => Từ hai định luật Faraday ta có công thức Faraday: với F = 96 500 N: hóa trị của nguyên tố tạo ion A: khối lượng mol nguyên tử của chất. Bài tập vận dụng 1: Khối lượng Ôxi được giải phóng ở cực dương: V. Ứng dụng của hiện tượng điện phân - Hiện tượng điện phân được áp dụng trong các công nghệ luyện kim, hóa chất, mạ điện, 4. Củng cố và vận dụng (3’) - GV hệ thống lại những kiến thức đã học trong bài. 5. Hướng dẫn và giao nhiệm vụ về nhà (1’) - GV yêu cầu HS về nhà học thuộc lý thuyết trong bài học và làm các bài tập Bài 8; bài 9; bài 10; - GV hướng dẫn HS về nhà tự học. ------------------------------------------ IV. RÚT KINH NGHIỆM BÀI DẠY: Ngày tháng năm 2011 Tổ trưởng NGUYỄN THỊ HUẾ