Giáo án chuyên đề Vật lí 12 kết nối Bài 12: Vùng năng lượng của tinh thể chất rắn

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV mô tả sơ đồ mức năng lượng trong nguyên tử cô lập:

- GV đặt tình huống: Nếu nguyên tử liên kết với nguyên tử khác để thành phân tử thì số lượng electron cho mỗi mức năng lượng sẽ tăng lên hay giảm đi?

- GV tổ chức cho HS thảo luận để đưa ra câu trả lời: số lượng electron sẽ tăng lên.

- GV đưa ra nhận xét: Số lượng electron cho mỗi mức tăng lên trong khi mỗi mức chỉ được phép có một số hữu hạn các electron. Như vậy để phân tử tồn tại thì cần phải có thêm mức năng lượng được phép nữa. Mức năng lượng này xuất hiện sát với mức năng lượng của nguyên tử cô lập ban đầu.

Từ nhận xét ở trên, GV đưa thêm tình huống: 

Nếu có rất nhiều nguyên tử liên kết với nhau tạo thành mạng tinh thể thì các mức năng lượng được phép sẽ được phân bố như thế nào?

- GV định hướng cho HS thảo luận để đưa ra kết luận: Phải có thêm rất nhiều mức năng lượng sát nhau để cho nhiều electron có thể tồn tại.

Từ kết luận này GV đưa ra khái niệm vùng năng lượng và cách biểu diễn vùng năng lượng.

- HS trả lời Câu hỏi (SGK -tr.64) và Hoạt động (SGK -tr.65)

Sự phân bố năng lượng của electron trong chất rắn khác với sự phân bố năng lượng của nó trong nguyên tử cô lập như thế nào?

Hoạt Động (trang 65 SGK)

Hãy chỉ ra những vị trí trên Hình 12.2 mà electron được phép tồn tại và những vị trí mà electrong không được phép tồn tại.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả các hoạt động, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận.

I. Vùng năng lượng trong tinh thể chất rắn

- Trong nguyên tử cô lập: electron chỉ tồn tại ở các mức năng lượng gián đoạn xác định. Mỗi một mức năng lượng chỉ được phép tồn tại không quá một số lượng electron xác định.

- Trong tinh thể chất rắn: tồn tại những dải các mức năng lượng được phép, gọi là vùng năng lượng.

+ Vùng năng lượng chỉ xuất hiện trong tinh thể chất rắn chứ không có trong chất khí hay nguyên tử cô lập.

- Sơ đồ vùng năng lượng (Hình 12.2):

1. Trục thẳng đứng với mũi tên hướng lên trên biểu diễn độ lớn của năng lượng.

2. Các trạng thái năng lượng được phép được giới hạn bởi các hình chữ nhật.

3. Vùng năng lượng nằm giữa các vùng được phép được gọi là vùng cấm.

Câu hỏi (SGK -tr.64)

Trong nguyên tử cô lập năng lượng của electron được phân bố theo từng mức năng lượng cách biệt trong khi trong tinh thể chất rắn các mức năng lượng được phân bố thành từng dải năng lượng, mỗi dải gồm nhiều mức năng lượng rất sát nhau.

Hoạt Động (trang 65 SGK)

Những vị trí trong ô chữ nhật tô màu xanh (vùng được phép) là những vị trí mà các electron được phép tồn tại. Khoảng cách giữa các vùng tô màu xanh (vùng cấm) là những vị trí mà electron không được phép tồn tại.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV nhắc lại khái niệm dòng điện và điều kiện để có dòng điện đồng thời đặt câu hỏi cho HS thảo luận về đặc điểm của vật dẫn có tính dẫn điện tốt.

GV định hướng cho HS thảo luận để đưa đến nhận định: Vật dẫn muốn dẫn điện tốt thì phải có điều kiện gì.

- GV giới thiệu và mô tả cấu tạo của tinh thể chất rắn.

- GV tổ chức cho HS thảo luận và trình bày những hiểu biết của mình về kim loại và bán dẫn.

- GV mô tả sơ đồ vùng năng lượng của kim loại và bán dẫn (Hình 12.3 SGK) 

………………………

II. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA KIM LOẠI VÀ BÁN DẪN

- Vật dẫn muốn dẫn điện tốt thì chúng phải có mật độ các hạt mang điện tự do cao và các hạt mang điện tự do ít bị cản trở khi chuyển động dưới tác dụng của điện trường.

- Cấu tạo của tinh thể chất rắn: ở các nút mạng là các ion hoặc nguyên tử. Chúng chỉ dao động quanh vị trí cân bằng mà không chuyển động tự do, nhiệt độ càng cao thì chúng dao động càng mạnh. Dao động của nút mạng sẽ cản trở sự di chuyển của các hạt mang điện tự do.

- Sơ đồ vùng năng lượng của kim loại và bán dẫn 

………………..