Giáo án Vật lý 11 bài 13: Dòng điện trong kim loại mới nhất

BÀI 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI

          I. MỤC TIÊU

          1. Kiến thức, kĩ năng, thái độ

          a) 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 đến trong thuyết này.

+ Giải thích được một cách định tính các tính chất điện chung của kim loại dựa trên thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại.

b) Kỹ năng

- Làm được thí nghiệm và nêu được kết quả thí nghiệm

- Vận dụng giải được các bài tập luyện tập.

c) Thái độ

- HS hứng thú trong học tập, tích cực làm thí nghiệm.

- Có tác phong của nhà khoa học.

2. Năng lực định hướng hình thành và phát triển cho học sinh

- Năng lực giải quyết vấn đề thông qua các câu lệnh mà GV đặt ra, tóm tắt các thông tin liên quan từ nhiều nguồn khác nhau .

- Năng lực tự học, đọc hiểu và giải quyết vấn đề theo giải pháp đã lựa chọn thông qua việc tự nghiên cứu và vận dụng kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần để giải thích các tình huống thực tiễn và giải được các bài tập liên quan đến kiến thức bài học.

- Năng lực họp tác nhóm: làm thí nghiệm, trao đổi thảo luận, trình bày kết quả thí nghiệm.

- Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin: hoàn thành các bảng số liệu khi làm thí nghiệm.

- Năng lực thực hành thí nghiệm: các thao tác và an toàn thí nghiệm.

- SGK, vở ghi bài, giấy nháp…

II. CHUẨN BỊ

1. Giáo viên

+ Chuẫn bị thí nghiệm đã mô tả trong sgk.

+ Chuẫn bị thí nghiệm về cặp nhiệt điện.

2. Học sinh

Ôn lại :

+ Phần nói về tính dẫn điện của kim loại trong sgk lớp 9.

+ Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm.

III. Tổ chức các hoạt động học của học sinh

    1. Hướng dẫn chung

DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI

2. Hướng dẫn cụ thể từng hoạt động

Hoạt động 1: Tạo tình huống học tập về dòng điện trong kim loại

a) Mục tiêu hoạt động:

Thông qua thí nghiệm để tạo mâu thuẫn giữa kiến thức hiện có của học sinh với những kiến thức mới.

b) Nội dung:

Câu lệnh 1: Yêu cầu học sinh thực hiện C1.

Câu lệnh 2: Yêu cầu học sinh thực hiện C2.

c) Gợi ý tổ chức hoạt động:

Giáo viên đặt vấn đề bằng cách cho các em làm thí nghiệm, hướng dẫn các em đọc thêm sách giáo khoa thực hiện nhiệm vụ học tập.

Học sinh ghi nhiệm vụ chuyển giao vào vở, ghi vào vở ý kiến của mình. Sau đó thảo luận nhóm với các bạn xung quanh bằng cách ghi lại các ý kiến của bạn khác vào vở của mình. Thảo luận nhóm để đưa ra báo cáo của nhóm về những dự đoán này. Thống nhất cách trình bày kết quả thảo luận nhóm, ghi vào vở.

Trong quá trình hoạt động nhóm, giáo viên quan sát học sinh tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hỗ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân hoặc nhóm học sinh.

d) Sản phẩm hoạt động:

Học sinh báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi.

e) Đánh giá

- GV theo dõi cá nhân và nhóm học sinh , quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của học sinh, ghi vào sổ những trường hợp cần lưu ý.

- GV có thể tổ chức cho học sinh đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động.

- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập , GV đánh giá sự tiến bộ của HS , đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn

Hoạt động 2:

a) Mục tiêu hoạt động:

b) Nội dung: Hình thức chủ yếu của hoạt động này là làm thí nghiệm hoặc tự học qua tài liệu dưới sự hướng dẫn của giáo viên để lĩnh hội được các kiến thức trên. Từ đó vận dụng trả lời các câu hỏi của bài học

+ Yêu cầu học sinh nhắc lại mạng tinh thể kim loại và chuyển động nhiệt của nó.

+ Giới thiệu các electron tự do trong kim loại và chuyển động nhiệt của chúng.

+ Giới thiệu sự chuyển động của các electron tự do dưới tác dụng của lực điện trường.

+ Yêu cầu học sinh nêu nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại.

+ Yêu cầu học sinh nêu loại hạt tải điện trong kim loại.

c) Gợi ý tổ chức hoạt động:

Giáo viên đặt vấn đề bằng cách cho các em tiến hành thí nghiệm và đọc sách giáo khoa. Học sinh ghi nhiệm vụ chuyển giao của giáo viên vào vở, ghi ý kiến của mình vào vở. Sau đó thảo luận nhóm với các bạn xung quanh bằng cách ghi lại các ý kiến của bạn khác vào vở mình. Thảo luận nhóm để đưa ra báo cáo, thống nhất cách trình bày kết quả thảo luận nhóm, ghi vào vở cá nhân ý kiến của nhóm.

Trong quá trình hoạt động nhóm, giáo viên quan sát học sinh tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hổ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân hoặc nhóm học sinh.

d) Sản phẩm hoạt động:

Báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi của học sinh:

+ Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại. Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.

+ Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn toạ thành khí electron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.

+ Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.

+ Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại

Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên chúng dẫn điện rất tốt.

Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường .

Hoạt động 3:

     a) Mục tiêu hoạt động:

+Giới thiệu điện trở suất của kim loại và sự phụ thuộc của nó vào nhiệt độ.

+Giới thiệu khái niệm hệ số nhiệt điện trở

     b) Nội dung:

+ Hình thức chủ yếu của hoạt động này là làm thí nghiệm hoặc tự học qua tài liệu dưới sự hướng dẫn của giáo viên để lĩnh hội được các kiến thức trên. Từ đó vận dụng trả lời các câu hỏi của bài học

c) Gợi ý tổ chức hoạt động:

Giáo viên đặt vấn đề bằng cách cho các em tiến hành thí nghiệm và đọc sách giáo khoa. Học sinh ghi nhiệm vụ chuyển giao của giáo viên vào vở, ghi ý kiến của mình vào vở. Sau đó thảo luận nhóm với các bạn xung quanh bằng cách ghi lại các ý kiến của bạn khác vào vở mình. Thảo luận nhóm để đưa ra báo cáo, thống nhất cách trình bày kết quả thảo luận nhóm, ghi vào vở cá nhân ý kiến của nhóm.

Trong quá trình hoạt động nhóm, giáo viên quan sát học sinh tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hổ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân hoặc nhóm học sinh.

d) Sản phẩm hoạt động:

Báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi của học sinh:

Điện trở suất r của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất :

r = r₀(1 + a(t - t₀))

Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ, mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.

e) Đánh giá

- GV theo dõi cá nhân và nhóm học sinh , quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của học sinh, ghi vào sổ những trường hợp cần lưu ý.

- GV có thể tổ chức cho học sinh đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động.

- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập , GV đánh giá sự tiến bộ của HS , đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn

Hoạt động 4: Tìm hiểu điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn.

a) Mục tiêu hoạt động: Tìm hiểu điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn.

b) Nội dung:

+ Yêu cầu học sinh giải thích tại sao khi nhiệt độ giảm thì điện trở kim loại giảm.

+ Giới thiệu hiện tượng siêu dẫn.

+ Giới thiệu các ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn.

Yêu cầu học sinh thực hiện C3.

c) Gợi ý tổ chức hoạt động:

Giáo viên đặt vấn đề bằng cách cho các em tiến hành thí nghiệm và đọc sách giáo khoa. Học sinh ghi nhiệm vụ chuyển giao của giáo viên vào vở, ghi ý kiến của mình vào vở. Sau đó thảo luận nhóm với các bạn xung quanh bằng cách ghi lại các ý kiến của bạn khác vào vở mình. Thảo luận nhóm để đưa ra báo cáo, thống nhất cách trình bày kết quả thảo luận nhóm, ghi vào vở cá nhân ý kiến của nhóm.

Trong quá trình hoạt động nhóm, giáo viên quan sát học sinh tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hổ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân hoặc nhóm học sinh.

d) Sản phẩm hoạt động:

Báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi của học sinh:

+ Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0⁰K, điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

+ Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn T_c thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

+ Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

e) Đánh giá

- GV theo dõi cá nhân và nhóm học sinh , quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của học sinh, ghi vào sổ những trường hợp cần lưu ý.

- GV có thể tổ chức cho học sinh đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động.

- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập , GV đánh giá sự tiến bộ của HS , đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn

Hoạt động 5: Hiện tượng nhiệt điện, Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.

a) Mục tiêu hoạt động:Hiện tượng nhiệt điện, Củng cốgiao nhiệm vụ về nhà.

b) Nội dung:

+ Giới thiệu hiện tượng nhiệt điện.

+ Giải thích.

+ Ghi nhận hiện tượng.

+ Tóm tắt những kiến thức cơ bản.

+ Yêu cầu học sinh về nhà làm các bài tập từ 5 đến 9 trang 78 sgkvà 13.10, 13.11 sbt.

c) Gợi ý tổ chức hoạt động:

Giáo viên đặt vấn đề bằng cách cho các em tiến hành thí nghiệm và đọc sách giáo khoa. Học sinh ghi nhiệm vụ chuyển giao của giáo viên vào vở, ghi ý kiến của mình vào vở. Sau đó thảo luận nhóm với các bạn xung quanh bằng cách ghi lại các ý kiến của bạn khác vào vở mình. Thảo luận nhóm để đưa ra báo cáo, thống nhất cách trình bày kết quả thảo luận nhóm, ghi vào vở cá nhân ý kiến của nhóm.

Trong quá trình hoạt động nhóm, giáo viên quan sát học sinh tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hổ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân hoặc nhóm học sinh.

d) Sản phẩm hoạt động:

Báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi của học sinh:

e) Đánh giá

- GV theo dõi cá nhân và nhóm học sinh , quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của học sinh, ghi vào sổ những trường hợp cần lưu ý.

- GV có thể tổ chức cho học sinh đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động.

- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập , GV đánh giá sự tiến bộ của HS , đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn

IV. Câu hỏi kiểm tra đánh giá bài học

DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI

3.1. Một dây bạch kim ở 20^oC có điện trở suất _o=10,6.10^-8 m. Tính điện trở suất của dây dẫn này ở 500 ^oC. Coi rằng điện trở suất của bạch kim trong khỏang nhiệt độ này tăng tỉ lệ bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở = 3,9.10^-3 K^-1.

A. = 31,3.10^-8 m.

B. = 20,7.10^-8 m.

C. = 30,4.10^-8 m.

D. = 34,3.10^-8 m.

3.2. Một bóng đèn (220 V -75 W) có dây tóc làm bằng vonfram. Điện trở của dây tóc đèn ở25 ⁰C là R₀ = 55,2 Ω . Tínhnhiệt độ t của dây tóc đèn khi đèn sáng bình thường. Coi rằng điện trở suất của bạchkim trong khoảng nhiệt độ này tằng tỉ lệ bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở α = 4,5.10^-3 K^-1

A. t = 2597 ⁰C.

B. t = 2350 ⁰C.

C. t = 2400 ⁰C.

D. t = 2622 ⁰C.

3.3. Một bóng đèn Đ: (220 V – 100 W) khi sáng bình thường nhiệt độ dây tóc là 2000 ⁰C, điện trở của đèn khi thắp sáng

A. 484 Ω.

B. 45,5 Ω.

C. 2,2 Ω.

D. 48,4 Ω.

3.4. Một bóng đèn Đ: (220 V – 100 W) khi sáng bình thường nhiệt độ dây tóc là 2000 ⁰C ,điện trở của đèn khi không thắp sáng (ở nhiệt độ 20 ⁰C) có giá trị là (Cho biết dây tóc của đèn làm bằng Vônfrôm có hệ số nhiệt điện trở là 4,5.10^-3 K^-1)

A. 488 Ω.

B. 484 Ω.

C. 49 Ω.

D. 4,9 Ω.

3.5. Khi hiệu điện thế giữa hai cực bóng đèn là U₁ = 20 mV thì cường độ dòng điện chạy qua đèn là I₁ = 8 mA, nhiệt độ dây tóc bóng đèn là t₁ = 25 ⁰C. Khi sáng bình thường, hiệu điện thế giữa hai cực bóng đèn là U₂ = 240 V thì cường độ dòng điện chạy qua đèn là I₂ = 8 A. Biết hệ số nhiệt điện trở α = 4,2.10^-3 K^-1. Nhiệt độ t₂ của dây tóc đèn khi sáng bình thường là

A. 2600 ⁰C.

B. 3649 ⁰C.

C. 2644 K.

D. 2917 ⁰C.

CẶP NHIỆT ĐIỆN

3.6. Khi nhúng một đầu của cặp nhiệt điện vào nước đá đang tan, đầu còn lại nhúng vào nước sôi thì suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện là 0,860 mV. Hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện đó là

A.6,8 μV/K.

B.8,6 μV/K.

C.6,8 V/K.

D.8,6 V/K.

3.7. Dùng cặp nhiệt điện Cu – Constantan có hệ nhiệt điện động α_T = 42,5 μV/K nối với milivôn kế để đo nhiệt độ nóng chảy của thiếc. Giữ nguyên mối hàn thứ nhất của cặp nhiệt điện này trong nước đá đang tan và nhúng mối hàn thứ hai của nó vào thiếc nóng chảy. Khi đó milivôn kế chỉ 10,03 mV. Nhiệt độ nóng chảy của thiếc là

A. 335 ⁰C.

B. 353 ⁰C.

C. 236 ⁰C.

D. 326 ⁰C.

3.8. Cặp nhiệt điện Sắt – Constantan có hệ số nhiệtđiện động α_T = 50,4 μV/K và điện trở trongr =0,5 Ω. Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở R_G= 19,5 Ω.Đặt mối hàn thứ nhất vào trong không khí ở nhiệt t₁ = 27 ⁰C, nhúng mối hàn thứ hai vào trong bếp điện có nhiệt độ 327 ⁰C. Cường độ dòng điện chạy qua điện kế G là

A.0,756 mA.

B.0,576 mA.

C.675 mA.

D.765 mA.

3.9. Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện trở = 65 V/ K được đặt trong không khí ở nhiệt độ 20 ^oC, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 232 ^oC. Suất điện động nhiệt của cặp nhiệt điện đó là

A.13,0 mV.

B.13,6 mV.

C.14 mV.

D.13 mV.

3.10. Nguyên tử lượng của đồng là 64.10^-3 kg/mol; khối lượng riêng là 9.10³ kg/m³. Biết mỗi nguyên tử đồng đóng góp xấp xỉ một êlectron tự do. Mật độ êlectron tự do trong đồng là

A.n = 8,5.10²⁸ êlectron/m³.

B.n = 84,7.10²⁸ êlectron/m³.

C.n = 3469.10²³ êlectron/m³.

D.n = 42,8.10¹⁷ êlectron/m³.

3.11. Một sợi dây đồng có điện trở 50 Ω ở nhiệt độ 0 ⁰C hệ số nhiệt điện trở của đồng là4,3.10^-3 K^-1. Điện trở của dây đồng ở nhiệt độ 50 ⁰C là

A.67,5 Ω.

B.65,7 Ω.

C.65,07 Ω.

D.60,75 Ω.

3.12. Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số α_T được đặt trong không khí ở 20 ⁰C, còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 500 ⁰C, suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt khi đó là 6 mV. Hệ số α_T có giá trị:

A.1,25.10^-4 V/K.

B.12,5 μV/K.

C.1,25 μV/K

D. 1,25 mV/K