Giáo án môn Vật lý lớp 11 - Tiết 29, 30: Dòng điện trong chất khí

 BÀI 15 . DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Ngày 10/9/08
 Tiết 29-30
 I. MỤC TIÊU
	+ Phân biệt được sự dẫn điện không tự lực và sưu dẫn điện tự lực trong chất khí.
	+ Phân biệt được hai quá trình dẫn điện tự lực quan trọng trong không khí là hồ quang điện và tia lửa điện.
	+ Trình bày được các ứng dụng chính của quá trình phóng điện trong chất khí.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên: 	Chuẩn bị các thiết bị thí nghiệm để làm các thí nghiệm.
2. Học sinh: 	Ôn lại khái niệm dòng điện trong các môi trường, là dòng các điện tích chuyển động có hướng.
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Tiết 1
Hoạt động 1: Oån định lớp
Hoạt động 2 : Kiểm tra bài cũ :
-Bản chất dòng điện trong chất điện phân ?
-Trình bày nguyên nhân gây ra hồ quang điện và tia lửa điện ?
-Vì sao dòng điện trong hồ quang điện lại chủ yếu là dòng ê chạy từ catôt đến anôt ?
Hoạt động 3 : Tìm hiểu tính cách điện của chất khí.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
Gv đưa ra tình huống : 
-Nếu chất khí là môi trường dẫn điện thì hiện tượng gì xẩy ra , khi trong thực tế có nhiều đường dây điện trần ?
-Giải thích tại sao chất khí là chất cách điện? 
- Yêu cầu học sinh thực hiện C1.
-GV kết luận như nội dung.
1 hs trả lời, cả lớp nghe và có thế góp ý bổ sung cho nhau:
-Nếu chất khí là môi trường dẫn điện thì đường dây dẫn điện trần sẽ phóng điện cho nhau sẽ gây ra sự cố, phóng điện qua con người đi đường. 
-Chất khí dẫn điện vì các ptử khí đều ở trạng thái trung hoà, do đó chất khí không có hạt tải điện.
-Thực hiện C1: Nếu chất khí dẫn điện thì tất cả hệ thống điện như hiện nay đều không thể hoạt động được, điện từ nguồn cung cấp luôn luôn chaỵ khắp nơi, ta không thể ngắt điện và nối điện vào các thiết bị điện . Ô tô, xe máy không chạy được vì nguồn điện để đánh lửa ở bugi bị nối tắt, nhà máy phát điện bị chập mạch và cháy,.
-HS ghi nhận vào vở
I. Chất khí là môi trường cách điện
Chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí đều ở trạng thái trung hoà điện, do đó trong chất khí không có các hạt tải điện.
Hoạt động 4 : Tìm hiểu sự dẫn điện trong chất khí trong điều kiện thường.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
-GV trình bày 1 thí nghiệm đơn giản trong sgk (hình 15.1)để thông báo cho hs trên thực tế chất khí không cách điện hoàn toàn.
-GV làm thí nghiệm để giới thiệu phương pháp đưa hạt tải điện vào trong chất khí ( treo hình 15.2)
+ 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 điều đó chứng tỏ được điều gì ?
+ Tia tử ngoại có tác dụng như đèn ga. Vậy tia tử ngoại có tác dụng gì?
-GV treo hình 15.2 để giải thích đường đặc trưng V-A của quá trình phóng điện không tự lực của chất khí 
- Yêu cầu học sinh thực hiện C2.
-Quan sát hình vẽ nghe GV thông báo.
-Quan sát hình vẽ trả lời câu hỏi của giáo viên :
-Chất khí là môi trường có rất ít các hạt tải điện tự do.
-Ngọn lửa đèn ga có tác dụng làm tăng các hạt tải điện, theo hình thức ion hoá chất khí ở điều kiện áp suất thấp thường.
-Tia tử ngoại có tác dụng như ngọn lửa đèn ga, đều có tác dụng làm ion hoá chất khí.
-Quan sát hình vẽ và nghe gv giải thích đường đặc trưng.
- Thực hiện C2: Vì chất khí bị ion hoá như tia vũ trụ, tia tử ngoại trong bức xạ của mặt trời,.chiếu vào. 
II. Sự dẫn điện trong chất khí trong điều kiện thường
Thí nghiệm cho thấy:
Chất khí vốn không dẫn điện, chất khí chỉ dẫn điện khi có hạt tải điện ( như ê, ion) do tác nhân ion hoá sinh ra.
Hoạt động 5 : Tìm hiểu bản chất dòng điện trong chất khí.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 Thông báo : Từ kết quả thí nghiệm trên, dẫn dắt hs nêu hiện tượng, điều kiện có sự phóng điện trong chất khí
 Ngọn lửa ga, tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm gọi là các tác nhân ion hoá, nhờ có năng lượng cao chúng ion hoá chất khí và tách phân tử khí trung hoà thành ion+ và ê tự do ----> các hạt mang điện xuất hiện trong chất khí sau khi bị ion hoá gồm ion+ ,ion- và ê . -Vậy khi điện trường xuất hiện trong chất khí xảy ra hiện tượng gì? tại sao ? 
-GV nhận xét và rút ra kết luận 
-GV trình bày định nghĩa về quá trình dẫn điện không tự lực.
-Điều kiện để chất khí có thể dẫn điện không tự lực ?
-Treo hình vẽ 15.4 trên bảng và trình bày như sau: 
+ Thay đổi hiệu điện thế U giữa 2 cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí ----> Quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật ôm.
+ Đoạn oa : U nhỏ, I tăng
+ Đoạn ab : U đủ lớn, I tăng nhanh theo u ----> hạt tải điện tăng lên.
---> GV kết luận lại nội dung chính
 - Cho hs cả lớp đọc sách kết hợp với hình vẽ 15.5
-GV đưa ra công thức tổng quát tìm số hạt sau n lần va chạm là 2n 
-Hãy thực hiện câu C4 ?
-Chú ý nghe gv thông báo
- Khi xuất hiện điện trường, lực điện trường tác dụng làm ion+ chuyển động cùng chiều điện trường, ion- và ê chuyển động ngược chiều điện trường. Đó chính là bản chất dòng điện trong chất khí.
-Hs ghi nhận vào vở.
-Ghi nhận định nghĩa vào vở
-Phải tạo ra các hạt tải điện trong chất khí ở giữa 2 bản cực bằng tác nhân ion hoá.
-HS quan sát hình vẽ và tiếp nhận kiến thức.
-HS ghi nhận vào tập học.
-HS cả lớp đọc sách, kết hợp hình vẽ 15.5 sgk để tự nhận thức được vấn đề bài học.
-HS chú ý và tiếp nhận.
-Thực hiện câu C4 : không, vì mật độ hạt tải điện ở các điểm khác nhau nên không giống nhau.
III. Bản chất dòng điện trong chất khí
1. Sự ion hoá chất khí và tác nhân ion hoá
Ngọn lửa ga, tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là tác nhân ion hoá. Tác nhân ion hoá đã ion hoá các phân tử khí thành các ion dương, ion âm và các electron tự do.
 Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường. 
 Khi mất tác nhân ion hóa, các ion dương, ion âm, và electron trao đổi điện tích với nhau hoặc với điện cực để trở thành các phân tử khí trung hoà, nên chất khí trở thành không dẫn điện,
2. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí
Quá trình dẫn điện của chất khí nhờ có tác nhân ion hoá gọi là quá trình dẫn điện không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta tạo ra hạt tải điện trong khối khí giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng việc tạo ra hạt tải điện.
 Quá trình dẫn diện không tự lực 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
 Khi dùng nguồn điện áp lớn để tạo ra sự phóng diện trong chất khí, ta thấy có hiện tượng nhân số hạt tải điện.
 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.
Tiết 2
Hoạt động 6 : Tìm hiểu quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
- Giới thiệu quá trình phóng điện tự lực.
-Điều kiện để chất khí có thể dẫn điện tự lực ?
-Cách nào tạo ra hạt tải điện trong chất khí để tạo ra sự dẫn điện tự lực ?
-Có mấy kiểu phóng điện tự lực ?
-GV kết luận chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí.
-HS tiếp nhận
-Phải tạo ra các hạt tải điện.
-Có 4 cách tạo ra hạt tải điện trong môi trường chất khí :
 + Ion hoá chất khí bằng nhiệt độ cao.
 + Điện trường trong chất khí lớn, khiến phân tử bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.
 + Nung nóng catôt làm bức xạ điện tử.
 +Bắn phá catôt làm bức xạ nhiệt điện tử bằng các ion+ năng lượng cao.
-Hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất : Tia lửa điện và hồ quang điện.
-Ghi nhận các cách để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí.
IV. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực
 - Quá trình phóng điện tự lực trong chất khí là quá trình phóng điện vẫn tiếp tục giữ được khi không còn tác nhân ion hoá tác động từ bên ngoài.
 - Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:
1. Dòng điện qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá.
2. Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.
3. Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra electron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt electron.
4. Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi catôt trở thành hạt tải điện.
Hoạt động 7 : Tìm hiểu tia lữa điện và điều kiện tạo ra tia lữa điện.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
- Giới thiệu tia lữa điện.
- Khi điện trường trong chất khí rất mạnh ( cở hàng triệu V/m) có hiện tượng gì xảy ra ? tại sao ? 
-Tia lửa điện có hình dạng gì ? tại sao ?
-Nguyên nhân chủ yếu của sự phóng điện hình tia ?
 -Ngoài nguyên nhân trên còn có mấy nguyên nhân nào khác ?
- Giới thiệu điều kiện để tạo ra tia lữa điện.
 -Treo hình và giới thiệu bảng 15.1 và hình 15.6
-Giới thiệu ứng dụng phổ biến của tia lửa điện trong các động cơ hay nơi cần đánh lửa.
-Giới thiệu các bugi đánh lửa hình 15.7 sgk
-Hãy thực hiện câu C5 ?
-Hiện tượng sét xảy ra trong lúc nào ? Nguyên nhân gây ra sét ? 
-Tại sao trong sét thường kèm theo tiếng nổ ?
-Tác hại của sét ?
-Cách phòng chống tác hại của sét?
 - Ghi nhận khái niệm.
-Khi điện trường lớn có thể xuất hiện sự phóng điện hình tia gọi là tia lửa điện.
-Tia lửa điện không có hình dạng nhất định, thường là 1 chùm tia ngoằn ngoèo. Tia lửa điện thường kèm theo tiếng nổ, trong không khí sinh ra khí ozôn có mùi khét.
-Nguyên nhân tạo ra các hạt tải điện trong tia lửa điện là do ion hoá khí va chạm.
-Ngoài ra còn có sự ion hoá do tác dụng của bức xạ phát ra trong tia lửa điện.
- Ghi nhận điều kiện để tạo ra tia lữa điện.
-HS theo dõi và tự thu thập kiến thức.
-HS tiếp nhận vấn đề của bài học.
-HS tiếp nhận vấn đề của bài học.
-Thực hiện câu C5: Vì sét là tia lửa điện thường đánh vào các chổ cao như: cây, nhà cao tầng,
- Sét là tia lửa điện khổng lồ phát sinh do phóng điện giửa các đám mây tích điện trái dấu hoặc đám mây tích điện trái dấu với mặt đất
-Do áp tăng đột ngột gây ra tiếng nổ gọi là tiếng sấm
-Làm hư hỏng nhà, các công trình, cây, chết người,..
-Để phòng chống sét, người ta thường làm cột thu lôi.
V. Tia lữa điện và điều kiện tạo ra tia lữa điện
1. Định nghĩa
 Tia lữa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và electron tự do.
2. Điều kiện để tạo ra tia lữa điện
Hiệu điện thế giữa 2 điện cực đủ để phát sinh tia lữa điện và điện trường đạt vào khoảng 3.106 V/m
3. Ứng dụng
 Dùng làm bugi để đốt hỗn hợp xăng không khí trong động cơ xăng.
-Dùng làm cột chống sét
Hoạt động 8 : Tìm hiểu hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 -Để tạo ra hồ quang điện có cần hiệu điện thế lớn không ?
-Tại sao ban đầu phải cho 2 đầu cực dương và cực âm tiếp xuc nhau, nếu muốn tạo ra hồ quang ?
-Hồ quang điện có thể xuất hiện trong trường hợp điện cực là kim loại ?
-Quan sát hồ quang, ta phải làm gì và tại sao ?
-Nêu ứng dụng của hồ quang trong thực tế ?
-Hiệu điện thế tạo ra hồ quang điện rất nhỏ cở 40 – 50 V
-Khi cho 2 cực tiếp xúc nhau tạo ra sự đoản mạch, dòng điện tăng vọt lên làm toả nhiệt trên 2 đầu điện cực rất lớn và khi không khí bị đốt nóng sẽ bị ion hoátạo ra hạt tải làm cho chất khí trở nên dẫn điện.
-Hồ quang điện có thể xuất hiện ngay ở 2 cực là kim loại, tuỳ theo kim loại mà nhiệt độ hồ quang sẽ khác nhau.
-Khi quan sát hồ quang cần đeo kính đen, vì cường độ sáng của hồ quang mạnh và ánh sáng này giàu tia tử ngoại có hại cho mắt.
-Nhiệt độ hồ quang rất lớn nên hồ quang rất nhiều ứng dụng: hàn kim loại, đèn chiếu sáng, luyện kim, thực hiện các phản ứng hoá học nếu cần đến nhiệt độ cao.
VI. Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện
1. Định nghĩa
 Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.
 Hồ quang điện có thể kèn theo toả nhiện và toả sáng rất mạnh.
2. Điều kiện tạo ra hồ quang điện
-Hiệu điện thế giữa 2 điện cực khoảng vài trục vôn.
-Cho 2 điện cực tiếp xúc nhau để 2 điện cực nóng lên và phát ra 1 lượng lớn ê.
-Tạo ra 1 điện trường đủ mạnh giữa 2 điện cực.
3. Ứng dụng
 Hồ quang diện có nhiều ứng dụng như hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu, thực hiện phản ứng hoá học
Hoạt động 9 : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
-Nhắc lại những kiến thức cơ bản đã học trong bài.
- Yêu cầu học sinh về nhà làm các bài tập từ 6 đến 9 trang 93 sgk.
-Về nhà xem bài mới
 -Nắm vững các kiến thức cơ bản trong bài học
 -Nhận nhiệm vụ về nha làm bài tập
 - Nhận nhiệm vụ về nhà xem bài mới.