Giáo án Bài 21. Dòng điện, nguồn điện

Huy động kiến thức nền của HS về pin, đèn và dây dẫn; dẫn dắt HS xác định vấn đề: điều kiện để đèn sáng là gì?

GV đưa ra tình huống: một pin 1,5 V nối với bóng đèn bằng hai dây dẫn. Đèn sáng. Khi một dây bị đứt, đèn tắt dù pin vẫn còn. HS trả lời nhanh câu hỏi: 'Vì sao đèn tắt khi dây đứt? Dòng điện đã đi qua những đâu để làm đèn sáng?'

HS nêu được nhận định ban đầu: dòng điện chỉ đi qua khi các bộ phận được nối thành một vòng liên tục; khi dây đứt, vòng bị hở nên đèn tắt. GV ghi các ý của HS lên bảng để đối chiếu sau bài học.

HS nêu được khái niệm dòng điện và mạch kín; phân biệt mạch kín với mạch hở qua quan sát mô phỏng.

HS làm việc theo cặp đôi, mở mô phỏng 3D 'Pin, dây và đèn nối thành mạch kín' trên NeoEdu, quan sát chiều chuyển dời của electron và chiều dòng điện quy ước. Sau đó HS thực hiện trạng thái 'Một dây đứt' và trả lời Phiếu học tập số 1, phần A. Câu hỏi GV đặt ra: (1) Electron chuyển dời theo hướng nào trong mạch kín? (2) Chiều dòng điện quy ước ngược hay cùng chiều với chuyển dời của electron? (3) Khi một dây đứt, đèn có sáng không và vì sao?

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của hạt mang điện. Trong mạch kín (pin – dây – đèn), electron chuyển dời có hướng từ cực âm qua đèn về cực dương; chiều dòng điện quy ước ngược lại. Mạch kín là đường dẫn liên tục nối các phần qua nguồn và thiết bị. Khi một dây đứt, mạch hở, không có dòng điện nên đèn tắt dù pin vẫn còn 1,5 V. Đáp án mong đợi: đèn sáng với I khoảng 0,27 A khi mạch kín.

HS nêu được vai trò của nguồn điện; phân biệt nguồn điện với dòng điện; bác bỏ quan niệm 'nguồn điện tạo năng lượng từ hư không'.

HS tiếp tục làm việc theo cặp đôi với mô phỏng 'Mở pin ra thấy thỏi than, vỏ kẽm và hoá chất', sau đó quan sát trạng thái 'thay bằng pin mặt trời'. Câu hỏi GV đặt ra: (1) Bên trong pin có những bộ phận nào và chúng giữ vai trò gì? (2) Pin mặt trời làm đèn sáng nhờ dạng năng lượng nào? (3) Nguồn điện có tạo năng lượng từ hư không không? Hãy giải thích bằng ví dụ pin và pin mặt trời. Các em điền phần B của Phiếu học tập số 1.

Nguồn điện là thiết bị duy trì hiệu điện thế giữa hai cực để dòng điện tồn tại trong mạch. Trong pin, thỏi than là cực dương (+), vỏ kẽm là cực âm (−), bột hoá chất ở giữa duy trì hiệu điện thế giữa hai cực. Pin chuyển hóa hóa năng thành điện năng để cung cấp cho mạch. Pin mặt trời làm đèn sáng nhờ quang năng. Kết luận: nguồn điện không tạo năng lượng từ hư không, mà chuyển hóa dạng năng lượng khác thành điện năng.

HS vận dụng khái niệm dòng điện, nguồn điện, mạch kín để làm bài tập trắc nghiệm, ghép đôi và lập luận bác bỏ quan niệm sai.

HS làm việc cá nhân rồi đổi chéo bài với bạn cùng bàn. Các câu hỏi: (1) Trong bài này, dòng điện có đặc điểm nào? A. dòng chuyển dời có hướng của hạt mang điện; B. mọi dao động nhiệt ngẫu nhiên; C. chỉ là ánh sáng trong bóng. (2) Trong bài này, nguồn điện có đặc điểm nào? A. chỉ là dây dẫn kim loại; B. duy trì hiệu điện thế để dòng điện tồn tại trong mạch phù hợp; C. tạo năng lượng từ không có gì. (3) Ghép: Dòng điện; Nguồn điện; Mạch kín với đặc điểm tương ứng. (4) Nhận định 'Nguồn điện tạo năng lượng từ hư không' là đúng hay sai? (5) Chọn thuật ngữ phù hợp: 'đường dẫn liên tục nối các phần qua nguồn và thiết bị' mô tả {{1}}. (6) Một bạn khẳng định: 'Nguồn điện tạo năng lượng từ hư không.' Hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.

Đáp án: (1) A. (2) B. (3) Dòng điện – dòng chuyển dời có hướng của hạt mang điện; Nguồn điện – duy trì hiệu điện thế để dòng điện tồn tại trong mạch phù hợp; Mạch kín – đường dẫn liên tục nối các phần qua nguồn và thiết bị. (4) Sai; nguồn chuyển hóa dạng năng lượng khác, như hóa năng của pin, để cung cấp cho mạch. (5) Mạch kín. (6) Lí do: nguồn chuyển hóa dạng năng lượng khác để cung cấp cho mạch. Hệ quả: nếu tin nguồn tạo năng lượng từ hư không, sẽ dự đoán pin hoạt động mãi dù hóa năng đã cạn. Phát biểu sửa đúng: 'Nguồn điện chuyển hóa dạng năng lượng khác thành điện năng để cung cấp cho mạch.' Thang chấm: 40% lí do đúng, 30% hệ quả phù hợp, 30% phát biểu sửa đúng và không khẳng định quá mức.

HS vận dụng kiến thức về mạch kín và mạch hở để giải quyết tình huống thực tế, đồng thời nhận thức được nguy cơ khi nối trực tiếp hai cực pin.

HS làm việc theo nhóm 4 người, trả lời Phiếu học tập số 1, phần C: (1) Pin nối đèn nhưng một dây đứt, đèn không sáng. Có đủ kết luận pin hết không? (2) Vì sao không nối trực tiếp hai cực pin bằng dây không qua tải? Nếu cần kiểm tra pin ở nhà, em sẽ làm thế nào cho an toàn?

Câu (1): Không đủ kết luận pin hết. Mạch hở là một nguyên nhân khả dĩ. Cách kiểm tra: ngắt nguồn, kiểm tra dây và chỗ tiếp xúc theo hướng dẫn của giáo viên, không nối chập để thử pin. Câu (2): Dòng điện có thể lớn, làm nóng dây và pin, gây cháy hoặc rò hóa chất; vì vậy luôn cần có tải phù hợp và biện pháp bảo vệ theo hướng dẫn. Thang chấm: 40% xác định đúng dữ kiện và quan hệ khoa học; 40% suy luận dựa trên mô hình mạch kín, mạch hở; 20% kết luận, nêu điều kiện an toàn.