Nghiên cứu khoa học Vận dụng kiến thức KHTN7 để nghiên cứu, chế loa điện và động cơ điện một chiều

Trong quá trình tìm kiếm giải pháp để nâng cao tính tích cực, sáng tạo và ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn, giúp học sinh học tập hiểu quả bộ môn KHTN. Nhóm chúng em đã kết hợp chặt chẽ những kiến thức trong bộ môn KHTN7 và đưa ra hai sản phẩm ứng dụng tích chất của từ trường nam châm và dao động để tạo ra sóng âm. Từ đó, học sinh dễ dàng tiếp thu kiến thức và hứng thú với bộ môn học và đạt được hiệu quả cao trong học tập. Trong đề tài này, chúng em vận dụng kiến thức về từ trường và dao động của sóng âm để nghiên cứu chế tạo sản phẩm và áp dụng vào trong quá trình học. Từ đó, chúng em đưa ra đề tài: “Vận dụng kiến thức KHTN7 để nghiên cứu, chế loa điện và động cơ điện một chiều”.

BÁO CÁO TÓM TẮT DỰ ÁN Tên đề tài: Vận dụng kiến thức KHTN7 để nghiên cứu, chế loa điện động điện chiều Tổng quan đề tài Khoa học tự nhiên mơn học đóng vai trò quan trọng ý nghĩa thiết thực với đời sống xã hội Những kiến thức toán học cung cấp cho học sinh hiểu biết thực tiễn Đồng thời, mơn có mối liên hệ chặt chẽ với mơn học, ngành học khác nên ngồi việc tiếp nhận, xử lí thơng tin, u cầu khác đặt cho học sinh phải liên hệ sáng tạo, hệ thống kiến thức cách logic nhằm hiểu sâu sắc tri thức Chính thế, làm để học sinh tự học, tự ghi nhớ hệ thống kiến thức cách nhanh nhất, hào hứng nhất, giúp học sinh biết tự hệ thống hoá kiến thức cách chủ động, sáng tạo theo tư duy, trình độ lực người Khơng thế, mơn KHTN địi hỏi học sinh áp dụng kiến thức học vào sống Đấy mục tiêu cuối việc học Trong trình tìm kiếm giải pháp để nâng cao tính tích cực, sáng tạo ứng dụng kiến thức học vào thực tiễn, giúp học sinh học tập hiểu mơn KHTN Nhóm chúng em kết hợp chặt chẽ kiến thức môn KHTN7 đưa hai sản phẩm ứng dụng tích chất từ trường nam châm dao động để tạo sóng âm Từ đó, học sinh dễ dàng tiếp thu kiến thức hứng thú với môn học đạt hiệu cao học tập Trong đề tài này, chúng em vận dụng kiến thức từ trường dao động sóng âm để nghiên cứu chế tạo sản phẩm áp dụng vào trình học Từ đó, chúng em đưa đề tài: “Vận dụng kiến thức KHTN7 để nghiên cứu, chế loa điện động điện chiều” Lý chọn đề tài Trong q trình học mơn Khoa học tự nhiên chúng em tiếp xúc với kiến thức từ trường sóng âm Chúng em hiểu từ trường sóng âm có mối liên hệ với sau: sóng âm tạo thành nhờ dao động, dao động tạo thành nhờ tương tác từ trường nam châm Tuy nhiên, kiến thức lớp học kiến thức lý thuyết Từ gây nên nhàm chán cho mơn học, bạn học sinh khó khăn việc tiếp thu kiến thức Chúng em biết rằng, cách tốt để giúp học sinh hứng thú say mê với mơn học học sinh chủ động tìm hiểu kiến thức, đưa vấn đề giải vấn đề Môn khoa học tự nhiên môn học gắn với tượng tự nhiên xảy sống Các bạn quan sát tượng ngày, hiểu giải thích chúng, để áp dụng lý thuyết để nghiên cứu chế tạo sản phẩm có tính ứng dụng sống điều khơng phải dễ Chúng địi hỏi người học phải có tư sáng tạo, nắm lý thuyết, lập luận giải vấn đề Với việc nghiên cứu chế tạo loa điện động điện chiều có thành cơng cao Chúng em mong muốn đưa nội dung nghiên cứu chúng em vào trình dạy học môn Khoa học tự nhiên để giúp phát triển kĩ tư khoa học học sinh Mục đính đề tài Đề tài này, chúng em đưa mục tiêu sau: - Mục tiêu 1: Từ nội dung, kiến thức lý thuyết sóng âm từ trường mà học sinh học KHTN để nghiên cứu chế tạo thành công loa điện động điện chiều - Mục tiêu 2: Xây dựng nội dụng lý thuyết kiến thức chặt chẽ logic tiến hành chế tạo sản phẩm, từ giúp học sinh hiểu sâu kiến thức, phát triển tư sáng tạo, say mê nghiên cứu khoa học học sinh - Mục tiêu 3: Xây dựng kho học liệu bổ ích cho GV HS nhằm nâng cao chất lượng dạy học - Mục tiêu 4: Nghiên cứu chế tạo loa điện động điện chiều thành công giúp học sinh tiếp tục trình nghiên cứu sản phẩm có tính ứng dựng cao sống Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thấp số liệu - Phương pháp quan sát - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp logic Quy trình thực nghiệm kết 5.1 Tìm hiểu tính chất nam châm điện - Nam châm điện dụng cụ tạo từ trường nguồn phát từ trường, sinh dòng điện lớn chạy quanh cuộn dây - Nam châm điện tạo thành từ cuộn dây dẫn điện mà vòng dây cách điện với - Tính chất đặc biệt nam châm điện: + Có dịng điện nam châm, ngắt điện khơng cịn nam châm + Đổi chiều dịng điện nam châm điện đổi cực Ưu điểm nam châm điện so với nam châm vĩnh cửu  Có thể thay đổi độ mạnh yếu nam châm cách thay đổi số vòng dây thay đổi cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây  Có thể tạo từ trường mạnh nam châm vĩnh cửu  Có thể ngắt hồn tồn từ tính nam châm cách ngắt điện  Có thể đảo cực từ nam châm điện cách đổi cực nguồn điện Chúng em xây dựng thí nghiệm để chứng minh tính chất nam điện - Dụng cụ thí nghiệm em gồm có: + Một nam châm điện + Một nam châm vĩnh cửu gắn xe + Nguồn điện chiều - Thí nghiệm 1: Chưa cung cấp dòng điện cho nam châm điện  Hiện tượng xảy ra: nam châm điện không hút, không đẩy xe gắn nam châm vĩnh cửu Chứng tỏ rằng: Khi có dịng điện cuộn dây trở thành nam châm, ngắt dịng điện cuộn dây khơng cịn nam châm - Thí nghiệm 2: Cung cấp dịng điện cho nam châm điện, sau đảo cực pin  Hiện tượng xảy ra: nam châm điện hút xe có gắn nam châm vĩnh cửu, sau đảo cực pin, nam châm điện đẩy xe có gắn nam châm vĩnh cửu Chứng tỏ rằng: Nam châm điện đổi từ cực cách đảo chiều dịng điện 5.2 Tìm hiểu tính chất sóng âm Trong KHTN7 chúng em biết rằng: - Các chuyển động qua lại quanh vị trí cân gọi dao động - Sóng lan truyền dao động môi trường - Nguồn âm nguồn phát âm, nguồn âm dao động - Sóng âm lan truyền dao động nguồn âm mơi trường - Sóng âm tạo có vật dao động làm cho phần tử vật chất mơi trường dao động theo Lớp phần tử vật chất dao động kéo theo lớp phần tử vật chất khác dao động Cứ dao động truyền môi trường vật chất truyền tới tai ta, làm cho màng nhĩ dao động Do ta nghe thấy âm phát từ nguồn âm 5.3 Tìm hiểu cách tạo dao động từ nam châm nam châm điện Dựa vào tính chất nam châm nam châm điện, chúng em nghiên cứu cách tạo dao động Thí nghiệm chúng em gồm có: + Cuộn dậy đồng quấn cách điện với + Nam châm vĩnh cửu + Máy phát tần số  Hiện tượng xảy ra: nam châm vĩnh cửu liên tục hút đẩy cuộn dây, tạo thành dao động  Giải thích tượng: Dịng điện xoay chiều cung cấp cho cuộn dây thông qua máy phát tần số Khi cuộn dây dẫn trở thành nam châm vĩnh cửu Dòng điện chạy cuộn dây đảo chiều liên tục khiến nam châm điện đảo cực từ liên tục Khi cho nam châm điện nam châm vĩnh cửu đặt gần xuất tượng hút, đẩy liên tục tạo thành dao động 5.4 Tiến hành chế tạo Chúng em vận dụng kiến thức học môn KHTN7 để tiến hành chế tạo loa điện, động điện chiều 5.4.1 Loa điện a Khái niệm: Loa thiết bị hệ thống âm thanh, có nhiệm vụ phát âm cách chuyển hóa tín hiệu điện (sóng điện) thành tín hiệu âm (sóng âm) tái tạo âm truyền đến tai người nghe b Nguyên lý hoạt động loa điện: Khi có dịng điện vào, nam châm tạo từ trường, lực từ trường tác động làm cho cuộn âm chuyển động vào liên tục theo dao động Cuộn âm chuyển động kéo theo màng loa chuyển động theo, phận gắn vào nhau, phần mạng nhện gắn với cuộn âm, nên mạng nhện có tần số với tần số giao động màng loa giúp chuyển động màng loa trở nên nhịp nhàng Cả phận (Màng loa, mạng nhện) gắn chung vào phần khung viền, khung viền giúp giữ cố định cho màng loa Khi màng loa chuyển động tác động vào khơng khí phía trước loa bị rung động, từ tín hiệu âm (Sóng âm) tạo Dòng điện đổi chiều liên tục với tần số thay đổi tạo âm trầm, âm bổng khác c Cấu tạo loa       Bên loa thường có phần cấu thành: Khung sườn, viền nhún, mạng nhện, nam châm, dây quấn màng loa Khung sườn Khung sườn phần xương chống đỡ tồn loa Khung sườn có chức gắn kết thành phần loa lại với cách khoa học, chặt chẽ ổn định Viền nhún Viền nhún loa thông thường chế tạo chất liệu giấy vải (xếp gấp lại) Chức giữ kín tạo độ mềm dẻo cho loa bass Màng nhện Màng nhện lò xo loa rời Khi nhận tín hiệu, màng nhện di chuyển nhanh sau quay vị trí cân để thực tín hiệu Nam châm Nam châm loa có hình trịn đặt cố định đằng sau loa, trọng tâm nam châm đặt thẳng hàng với trọng tâm màng loa Chính nam châm tạo lực từ tác động lên cuộn dây đồng tạo xung động âm Sau đó, xung động tác dụng lên màng loa tạo âm Dây quấn Khi có dịng điện chạy cuộn dây cuộn dây trở thành nam châm điện, tương tác từ với nam châm tạo thành dao động Màng loa Dây quấn gắn vào màng loa, dây quấn dao động, kéo theo màng loa dao động theo, từ tạo thành âm thanh, lan truyền sóng âm đến ta người Màng loa phần quan trọng lao định chất lượng âm tạo d Dụng cụ chế rạo  Loa điện tái chế  Dây dẫn điện  Hộp loa  Giắc radio 3.5mm  Bộ khuyếch đại âm  Bộ ngồn 4.5V e Các bước chế tạo:  Bước 1: Nối dây loa với mạch khuyếch đại âm  Bước 2: Nối dây giắc radio 3.5mm dây nguồn với mạch khuyếch đại âm  Bước 3: Hàn cố định mối nối  Bước 4: Lắp hộp loa cho loa  Bước 5: Thử nghiệm sản phẩm f Kết chế tạo: Chúng em chế tạo thành công loa điện với chi phí thấp (khoảng 25000 đồng) Loa điện nhỏ gọn dễ dàng mang đi, âm phát rõ thay cho loa điện sử dụng sống Với sản phẩm tạo có ưu điểm nhược điểm sau: Ưu điểm Chi phí chế tạo rẻ Các linh kiện, chi tiết dễ thay thế, dễ tìm Có tính ứng dụng cao sống Chế tạo đơn giản nên triển khai cho học sinh cấp trung học sở Có thể trở thành sản phẩm Stem dạy học Nhược điểm Công suất loa nhỏ Chất lượng âm thành chưa tốt, nhiều tạp âm Độ thẩm mỹ chưa cao 5.4.2 Động điện chiều a Động điện chiều gì? - Động chiều DC (DC từ viết tắt “Direct Current Motors”) điều khiển dịng có hướng xác định hay nói cách khác loại động chạy nguồn điện áp DC – điện áp chiều - Động chiều (DC) động biến lượng từ dòng điện chiều thành - Một số ví dụ ứng dụng mà chúng sử dụng như:  Dùng cần cẩu  Ở dây chuyền, băng tải  Cơng cụ máy móc cầm tay  Đồ chơi trẻ em  Bộ khởi động động ô tô… b Cấu tạo động điện chiều - Cấu tạo động điện chiều thường gồm phận sau:  Stator: hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu nam châm điện  Rotor: phần lõi quấn cuộn dây để tạo thành nam châm điện  Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc tiếp điện cho cổ góp  Cổ góp (commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc chia nhỏ nguồn điện cho cuộn dây rotor Số lượng điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây rotor c Nguyên lý hoạt động - Stato động điện chiều thường nam châm vĩnh cửu cuộn dây điện từ, để tạo từ trường Rotor gồm có cuộn dây quấn kết nối với nguồn điện chiều Một phần quan trọng khác động điện chiều phận chỉnh lưu Bộ phận làm nhiệm vụ đổi chiều dòng điện chuyển động quay roto liên tục Thơng thường, phận có thành phần: cổ góp chổi than tiếp xúc với cổ góp - Khi dịng điện qua phần ứng, gọi cuộn dây, đặt cực bắc cực nam nam châm, từ trường phần ứng tạo tương tác với từ trường từ nam châm tạo momen d Chế tạo - Dụng cụ thí nghiệm: + Dây đồng + Trục quay + Nam châm + Nguồn điện chiều + Chổi than + Tấm fomex + Giấy ráp e Các bước tiến hành chế tạo  Bước 1: Quấn dây đồng thành khung dây dẫn  Bước 2: Dựng khung động  Bước 3: Lắp đặt cổ góp chổi than  Bước 4: nối khung dây với dòng điện chiều 12V  Bước 5: Thử nghiệm sản phẩm f Kết chế tạo: Chúng em chế tạo thành công động điện chiều với chi phí thấp (khoảng 30000 nghìn đồng) Với sản phẩm tạo có ưu điểm nhược điểm sau: Ưu điểm Chi phí chế tạo rẻ Các linh kiện, chi tiết dễ thay thế, dễ tìm Chế tạo đơn giản nên triển khai cho học sinh cấp trung học sở Có thể tiến sản phẩm để chế tạo sản phẩm quạt điện, xe cộ, máy khoan… Có thể trở thành sản phẩm Stem dạy học Nhược điểm Công suất động nhỏ Độ thẩm mỹ chưa cao Ít cuộn dây nên công suất nhỏ Nguồn điện sử dụng nhỏ 5.5 Tính ứng dụng sản phẩm - Chúng em ứng dụng sản phẩm loa điện động điện chiều giảng tích hợp STEM vào trình học tập, thành cơng Các bạn có hội thực hành thí nghiệm khoa học thực tế, phát triển khả sáng tạo, giải vấn đề… cách học STEM - Giáo dục STEM đề cao phong cách học tập cho người học, phong cách học tập cho người học, phong cách học tập sáng tạo Đặt người học vào vai trò nhà phát minh, người học phảo hiểu thực chất kiến thức trang bị; phải biết cách mở rộng kiến thức; phải biết cách sửa chữa, chế tạo lại chúng cho phù hợp với tình có vấn đề mà người học phải giải - Giáo dục STEM cung cấp cho học sinh kỹ mềm giải vấn đề, tư phản biện, kỹ cộng tác, khả giao tiếp, rèn luyện kỹ làm việc nhóm hướng đến thành chung đội - Sau làm xong sản phẩm, thành viên suy nghĩ cách trình bày, giới thiệu sản phẩm để hấp dẫn, giải đáp thắc mắc người nghe Điều giúp tăng khả thuyết trinhg, phản biện tư khoa học - Hàng trăm học sinh vận dụng kiến thức học để tạo sản phẩm thiết thực đời sống hàng ngày - Nhằm phát huy khả lực học sinh, chúng em xây dựng tiến trình học theo bước sau: + Hoạt động 1: xác định vấn đề yêu cầu chế tạo sản phẩm ứng dụng gắn với nội dung học với tiêu chí cụ thể + Hoạt động 2: nguyên cứu kiến thức đề xuất phải pháp thiết kế đáp ứng tiêu chí nêu + Hoạt động 3: trình bày thảo luận phương án thiết kế sử dụng kiến thức đề giải thích, chứng minh lựa chọn, hoàn thiện phương án tốt + Hoạt động 4: chế tạo sản phẩm theo phương án thiết kế lựa chọn, thử nghiệm đánh giá trình chế tạo + Hoạt động 5: trình bày thảo luận sản phẩm chế tạo, điều chỉnh, hoàn thiện thiết kế ban đầu  Chúng em tiến hành xây dựng phiếu học tập cho học STEM “loa điện” “động điện chiều” sau: 10 Loa điện 11 12 Động điện chiều - Kết đạt được: • Học sinh có khả phát vấn đề tốt • Học sinh tìm kiếm đưa giải pháp tốt • Học sinh có khả thiết kế sản phẩm tốt • Học sinh có khả đặt câu hỏi phản biện • Học sinh có khả thực nghiệm tốt • Học sinh tìm kiếm giải pháp để nâng cao sản phẩm • Nâng cao khả hoạt động nhóm học sinh • Học sinh thuyết trình trơi chảy • Kết kiểm tra đánh giá, học sinh đạt tỷ lệ giỏi 90% Hướng phát triển sản phẩm - Do thời gian có hạn nên chúng em chế tạo phần sản phẩm Và say mê sáng tạo chúng em lại nhận thấy sản phẩm chúng em tiếp tục hướng phát triển Với sản phẩm 13 này, chúng em tiếp tục nghiên cứu chế tạo khắc phục sản phẩm để ứng dụng sống - Loa điện: chế tạo loa điện với công suất lớn, màng loa chất lượng tốt hơn, nâng cao chất lượng âm thanh, tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm - Động điện chiều: chế tạo với công suất lớn, chế tạo sản phẩm phục vụ đời sống: quạt điện, máy khoan, xe… Nghiên cứu chế tạo máy phát điện gió động điện chiều MỤC LỤC Tổng quan đề tài Lý chọn đề tài Mục đích đề tài .2 Phương pháp nghiên cứu Quy trình thực nghiệm kết 5.1 Tình hiểu tính chất nam châm điện 5.2 Tìm hiểu tính chất sóng âm 5.3 Tìm hiểu cách tạo dao động từ nam châm nam châm điện 5.4 Tiến hành chế tạo 5.4.1 Loa điện 14 5.4.2 Động điện chiều .7 5.5 Tình ứng dụng sản phẩm Hướng phát triển sản phẩm 12 15