CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÝ 11 THPT - Full 10 điểm

UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA – SINH ĐINH VĂN TÚ CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÝ 11 THPT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 04 năm 2017 ---------- UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA – SINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÝ 11 THPT Sinh viên thực hiện ĐINH VĂN TÚ MSSV: 2113010247 CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÍ KHÓA: 2013-2017 Cán bộ hướng dẫn ThS: LÊ THỊ HỒNG THANH ---------- Quảng Nam, tháng 04 năm 2017 i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Cô giáo hướng dẫn ThS. Lê Thị Hồng Thanh đã tận tình giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Quảng Nam cùng các Thầy Cô giáo trong khoa Lý – Hóa – Sinh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện khóa luận này. Đồng thời tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến BGH, các Thầy Cô cùng các em học sinh trường THPT Trần Văn Dư đã tạo điều kiện cũng như nhận xét, góp ý cho tôi rất nhiều trong quá trình tiến hành thực nghiệm sư phạm. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến các thành viên trong gia đình, người thân đã luôn động viên, đưa ra những lời khuyên khi tôi gặp khó khăn và cảm ơn các bạn học cùng lớp ĐH Vật Lý K13 đã có những ý kiến đóng góp trong quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơ n Quảng Nam, tháng 04 năm 2017 Tác giả khóa luận Đinh Văn Tú ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu được nêu trong khóa luận này là trung thực, các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa được công bố trong bất kì một công trình nào khác. Quảng Nam, tháng 04 năm 2017 Tác giả khóa luận Đinh Văn Tú iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 1 DHVL Dạy học vật lí 2 HĐNT Hoạt động nhận thức 3 TNVL Thí nghiệm vật lí 4 TN Thí nghiệm 5 HS Học sinh 6 NT Nhận thức 7 KN Kỹ năng 8 GV Giáo viên 9 THPT Trung học phổ thông 10 TNTT Thí nghiệm tự tạo 11 QTDH Quá trình dạy học 12 TTC Tính tích cực 13 HĐDH Hoạt động dạy học 14 VL Vật lí 15 DH Dạy học 16 TTC Tính tích cực 17 TNg Thực nghiệm 18 ĐC Đối chứng iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Sơ đồ 1.1: Quy trình thiết kế tiến trình DH với sự hỗ trợ của TNTT ......................... 9 Hình 2.1. Vật liệu chế tạo động cơ điện một chiều ................................................... 19 Hình 2.2: Mô hình động cơ điện một chiều .............................................................. 20 Hình 2.3: Vật liệu chế tạo thí nghiệm hiện tượng cảm ứng điện từ .......................... 21 Hình 2.4: Mô hình thí nghiệm hiện tượng cảm ứng điện từ ..................................... 22 Hình 2.5: Vật liệu chế tạo thí nghiệm dòng điện Fu-co ............................................ 23 Hình 2.6: Mô hình thí nghiệm dòng điện Fu-co ....................................................... 24 Hình 2.7: Vật liệu chế tạo thí nghiệm xác định phương, chiều của lực từ ............... 25 Hình 2.8: Thí nghiệm xác định phương, chiều lực từ ............................................... 25 Hình 3.1: Biểu đồ phân bố tần số điểm kiểm tra của lớp ĐC và lớp TNg ................ 42 Hình 3.2: Biểu đồ phân bố tần suất điểm kiểm tra của lớp ĐC và lớp TNg ............. 43 Hình 3.3: Biểu đồ xếp loại điểm kiểm tra của lớp TNg và lớp ĐC .......................... 44 Bảng 3.1: Bảng phân bố tần số điểm bài kiểm tra của lớp TNg và ĐC .................... 42 Bảng 3.2: Bảng phân bố tần suất điểm kiểm tra của lớp ĐC và lớp TNg................. 43 Bảng 3.3: Bảng xếp loại điểm kiểm tra ..................................................................... 44 Bảng 3.4: Các tham số thống kê ............................................................................... 44 v MỤC LỤC A. MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................ 2 3. Giả thuyết khoa học ................................................................................................ 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2 6. Bố cục khóa luận ..................................................................................................... 3 B. NỘI DUNG ............................................................................................................ 4 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÝ 11 THPT ........ 4 1.1. Cơ sở lí luận về chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo ......................................... 4 1.1.1. Khái niệm về thí nghiệm tự tạo ......................................................................... 4 1.1.2. Phân loại thí nghiệm tự tạo ............................................................................... 5 1.1.2.1. Thí nghiệm tự tạo đơn giản ............................................................................ 5 1.1.2.2. Thí nghiệm tự tạo phức tạp ............................................................................ 5 1.1.2.3. Thí nghiệm tự tạo hiện đại ............................................................................. 5 1.1.3. Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo ....................................................... 5 1.1.4. Vai trò của việc tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lý .................................... 6 1.1.5. Các yêu cầu đối với việc chế tạo và sử dụng thí nghiệm .................................. 7 1.1.5.1. Các yêu cầu đối với việc chế tạo thí nghiệm ................................................. 7 1.1.5.2. Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm tự tạo .................................................... 8 1.1.6. Quy trình tổ chức hoạt động dạy học có sử dụng thí nghiệm tự tạo ................. 9 1.2. Cơ sở thực tiễn ................................................................................................... 10 1.2.1. Thực trạng dạy học phần “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT ................................................................................................................................... 10 1.2.1.1. Mục đích điều tra ......................................................................................... 10 vi 1.2.1.2. Phương pháp điều tra ................................................................................... 11 1.2.1.3. Kết quả điều tra ............................................................................................ 11 1.2.2. Nguyên nhân thực trạng .................................................................................. 12 1.2.3. Biện pháp khắc phục ....................................................................................... 12 Kết luận chương 1 ..................................................................................................... 13 CHƯƠNG 2. CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ 11 THPT ................................................................................... 14 2.1. Đặc điểm về kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT ......................................................................................................................... 14 2.1.1. Đặc điểm về kiến thức chương “Từ trường”................................................... 14 2.1.2. Đặc điểm về kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” ........................................ 14 2.2. Các mục tiêu cần đạt được ................................................................................. 15 2.2.1. Mục tiêu về kiến thức, kĩ năng và thái độ của chương “Từ trường” .............. 15 2.2.1.1. Mục tiêu về kiến thức ................................................................................... 15 2.2.1.2. Mục tiêu về kĩ năng ...................................................................................... 15 2.2.2. Mục tiêu về kiến thức, kĩ năng và thái độ của chương “Cảm ứng điện từ” .... 16 2.2.2.1. Mục tiêu về kiến thức ................................................................................... 16 2.2.2.2. Mục tiêu về kĩ năng ...................................................................................... 17 2.3. Những hạn chế của học sinh khi học về chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT .................................................................................................... 17 2.4. Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm tự tạo chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” .............................................................................................................................. 18 2.4.1. Thiết kế, chế tạo mô hình động cơ điện một chiều ......................................... 18 2.4.2. Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm hiện tượng cảm ứng điện từ ................ 20 2.4.3. Thiết kế, chế tạo thí nghiệm dòng điện Fu-co................................................. 22 2.4.4. Thiết kế, chế tạo thí nghiệm xác định phương và chiều của lực từ ................ 24 2.5. Thiết kế giáo án có sử dụng thí nghiệm tự tạo ................................................... 26 vii 2.5.1. Gián án bài 23 “Từ thông – Cảm ứng điện từ” tiết 1 ...................................... 26 2.5.2. Gián án bài 23 “Từ thông – Cảm ứng điện từ” tiết 2 ...................................... 31 Kết luận chương 2 ..................................................................................................... 37 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ............................................................. 38 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ......................................................................... 38 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ........................................................................ 38 3.3. Đối tượng và thời gian thực nghiệm sư phạm.................................................... 39 3.4. Tiến trình thực nghiệm sư phạm ........................................................................ 39 3.5. Kết quả thực nghiệm sư phạm ........................................................................... 39 3.5.1. Kết quả thực nghiệm sư phạm về mặt định tính ............................................. 39 3.5.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm về mặt định lượng .......................................... 41 Kết luận chương 3 ..................................................................................................... 46 C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 47 1. Những kết quả đạt được của việc nghiên cứu đề tài ............................................. 47 2. Một số kiến nghị.................................................................................................... 48 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 49 PHỤ LỤC……...…………….…………..…………………………………………p1 8 1 A. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật lí là một bộ môn khoa học thực nghiệm, vì vậy việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý (DHVL) ở trường phổ thông không chỉ là công việc bắt buộc, mà nó còn là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tích cực hoá hoạt động nhận thức (HĐNT) của học sinh. Thông qua thí nghiệm vật lý, có thể tạo ra những tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan, với sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới. Thí nghiệm vật lý hiểu theo nghĩa rộng còn là một trong những phương pháp dạy học vật lý ở trường phổ thông. Đó là cách thức hoạt động của thầy và trò, giúp cho trò tự chiếm lĩnh kiến thức kĩ năng (KN), kĩ xảo, đặc biệt là kĩ năng, kĩ xảo thực hành. Thêm vào đó, thí nghiệm còn có tác dụng giúp cho việc dạy học vật lý tránh được tính chất giáo điều hình thức đang phổ biến trong dạy học hiện nay. Ngoài ra, thí nghiệm vật lý còn góp phần giúp cho học sinh củng cố niềm tin khoa học nhằm hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh. Tuy nhiên, thực tế cho thấy việc sử dụng TN trong DH đang gặp nhiều khó khăn, do nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan khác nhau. Trong đó, một trong những nguyên nhân cơ bản là do thiết bị thí nghiệm (TBTN) được trang bị chưa đáp ứng được đòi hỏi của việc DHVL theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS, điều đó phần nào đã ảnh hưởng đến chất lượng của việc DHVL ở trường phổ thông hiện nay. Do đó hướng nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo (TNTT) trong DHVL là một hướng đang được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới. Trong dạy học vật lý ở trường phổ thông, các nội dung kiến thức chủ yếu là vật lý thực nghiệm, hầu hết các khái niệm, định luật, thuyết vật lý… được rút ra trên cơ sở khảo sát, phân tích các kết quả có được từ việc tiến hành thí nghiệm. Vì vậy, dạy học vật lý không chỉ đơn thuần cung cấp cho học sinh kiến thức mà điều quan 2 trọng nữa là phải trang bị những kỹ năng, kỹ xảo về thực hành như: gia công, lắp ráp, tiến hành thí nghiệm để thu thập và xử lý kết quả... Thực trạng dạy học hiện nay ở các trường phổ thông vẫn nặng về thông báo, thuyết trình và diễn giải, học sinh vẫn học tập theo lối ghi nhớ và tái hiện nên khả năng vận dụng tri thức vào thực tiễn vẫn rất hạn chế. Từ những lí do trên, là một giáo viên (GV) tương lai với mong muốn góp một phần nhỏ để nâng cao chất lượng dạy và học ở trường trung học phổ thông (THPT) hiện nay tôi quyết định chọn đề tài: “Chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong tổ chức hoạt động dạy học chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vậ t lý 11 THPT”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Hệ thống cơ sở lý luận về tổ chức hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm tự tạo (TNTT). - Chế tạo bộ thí nghiệm về lực từ và cảm ứng điện từ. 3. Giả thuyết khoa học Nếu chế tạo được các TN và sử dụng các TN vào tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” thì sẽ phát huy được tính tích cực (TTC) nhận thức của học sinh trong học tập, qua đó nâng cao hiệu quả dạy học vật lí ở trường phổ thông. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các thí nghiệm gắn với các kiến thức của chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” trong chương trình vật lý 11 THPT. Hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh trong chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ”. 5. Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu các các tạp chí khoa học, luận án, luận văn về thí nghiệm tự tạo ở các cấp học, bậc học mà cụ thể ở cấp THPT. 3 - Nghiên cứu nội dung, chương trình SGK vật lí lớp 11 THPT phần “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ”. + Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Điều tra GV ở trường THPT để nắm bắt được thực trạng về TBTN và việc tự tạo TN trong DH phần “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lí lớp 11 THPT. - Điều tra HS ở trường THPT để tìm hiểu việc tổ chức hoạt động DH bộ môn vật lí được GV giảng dạy vật lí thực hiện như thế nào? + Phương pháp thực nghiệm sư phạm Tiến hành TNSP ở các trường THPT có đối chứng để kiểm tra tính khả thi của đề tài, cụ thể là xem xét việc tổ chức HĐNT cho HS với sự hỗ trợ của TNTT có góp phần tích cực hóa HĐNT của HS trong DH hay không? 6. Bố cục khóa luận Khóa luận gồm các phần chính sau: A: Mở đầu B: Nội dung gồm 3 chương: Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong tổ chức hoạt động dạy học (HĐDH) chương”Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT. Chương 2. Chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong tổ chức hoạt động dạy học chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lí 11 THPT. Chương 3. Thực nghiệm sư phạm C: Kết luận và kiến nghị D: Tài liệu tham khảo Phụ lục 4 B. NỘI DUNG CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÝ 11 THPT 1.1. Cơ sở lí luận về chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo 1.1.1. Khái niệm về thí nghiệm tự tạo Trong quá trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo (TNTT) trong dạy học vật lý (DHVL) các tác giả đã đưa ra những định nghĩa khác nhau về TNTT. Theo tác giả Hans-Joachim Wilke “Thí nghiệm tự tạo là những thí nghiệm được dùng trong dạy học vật lí và được tự tạo ra với những vật liệu và dụng cụ phổ biến trong đời sống hằng ngày” [10]. Tác giả Lê Cao Phan cho rằng: “Thí nghiệm tự làm là thí nghiệm do giáo viên hoặc học sinh thực hiện bằng các nguyên vật liệu dễ tìm kiếm, rẻ tiền, sẵn có ở địa phương, phù hợp với hoàn cảnh của nhà trường và học sinh” [4]. Còn tác giả Đồng Thị Diện thì cho rằng: “Thí nghiệm đơn giản là thí nghiệm mà việc chế tạo dụng cụ thí nghiệm đòi hỏi ít vật liệu, dễ chế tạo dụng cụ thí nghiệm và gia công các vật liệu, dễ bố trí, thao tác và không tốn nhiều thời gian” [1]. Các định nghĩa trên tuy có nội hàm và cách diễn đạt ít, nhiều khác nhau nhưng đều có những điểm chung là: Yếu tố quan trọng nhất của TNTT là làm bằng tay, bàn tay là phương tiện chủ yếu để tạo ra TN. Vật liệu dùng để thiết kế, chế tạo TN là những vật dụng phổ biến và dễ tìm kiếm trong đời sống hàng ngày [5]. Theo thời gian và cùng với sự phát triển của khoa học thì nội hàm của khái niệm TNTT được phát triển và mở rộng. Hiện nay, TNTT không chỉ là những TN đơn giản, rẻ tiền mà nó có thể là những TNTT phức tạp và có tính hiện đại. Do đó, chúng ta có thể hiểu: TNTT là những thí nghiệm từ đơn giản đến phức tạp được tạo ra chủ yếu bằng tay từ những nguyên vật liệu, thiết bị, linh kiện phổ biến trong đời 5 sống hằng ngày và được sử dụng trong quá trình dạy học (QTDH) [5]. 1.1.2. Phân loại thí nghiệm tự tạo 1.1.2.1. Thí nghiệm tự tạo đơn giản TNTT đơn giản là những TN được tạo ra từ những vật liệu, dụng cụ thông dụng dễ kiếm như: vỏ lon, vỏ chai, ống nhựa, giấy, gỗ... TNTT đơn giản thường là những TN định tính. 1.1.2.2. Thí nghiệm tự tạo phức tạp TNTT phức tạp là những TN được tạo ra từ những dụng cụ thông dụng nhưng quá trình gia công, lắp ráp tạo nên chúng đòi hỏi nhiều thao tác tương đối phức tạp, công phu, mất nhiều thời gian hoặc có thể cần đến sự hỗ trợ của thợ lành nghề cùng máy móc cơ khí hiện đại. 1.1.2.3. Thí nghiệm tự tạo hiện đại TNTT hiện đại là những TN được tạo ra trong đó có sử dụng các thiết bị và linh kiện điện tử hiện đại như: vi điều khiển, mạch điện tử, bo mạch, led 7 đoạn, pin mặt trời... Những TN này thường là những thiết bị tự động. 1.1.3. Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo  Ưu điểm - Đối với TNTT đơn giản, những vật liệu, dụng cụ dùng để chế tạo TN là những dụng cụ đơn giản, dễ kiếm, phương tiện dùng để gia công đơn giản nên GV và HS đều có thể chế tạo được. - Dễ thao tác: lắp ráp, tháo rời các bộ phận của dụng cụ TN. - Dễ vận chuyển, bảo quản và an toàn trong chế tạo cũng như trong quá trình tiến hành TN. - Thí nghiệm có hình thức gọn nhẹ, đơn giản, dễ lắp ráp, dễ sử dụng nên có thể thực hiện mọi lúc, mọi nơi. - Góp phần làm phong phú thêm các phương tiện trực quan, qua đó trực quan hóa được nhiều hiện tượng và quá trình vật lí. - Việc bố trí và tiến hành TN đơn giản, không tốn nhiều thời gian. 6 - Kết quả TN: rõ ràng, dễ quan sát, có sức hấp dẫn và kích thích hứng thú học tập của HS. Gần gũi với những hiện tượng trong đời sống hằng ngày. - Phát huy tính tích cực và rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS.  Hạn chế - TNTT chưa có tính thẩm mỹ và độ bền cao, dễ hư hỏng. - Cần đầu tư thời gian, sức lực và trí tuệ để tự chế tạo ra được thí nghiệm đạt yêu cầu, có sức thuyết phục và phù hợp với nội dung bài học. - Hầu hết các TNTT đều là những TN định tính, ít có thí nghiệm định lượng. 1.1.4. Vai trò của việc tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lý Việc tự tạo TN đóng vai trò quan trọng trong DHVL ở trường phổ thông hiện nay. Cụ thể là: - Phát huy TTC, tự lực và chủ động trong hoạt động NT của HS. Tự tạo TN trong DHVL thường hướng đến việc sử dụng vào hỗ trợ tổ chức HĐDH thông qua các phương pháp dạy học (PPDH) tích cực nhằm tích cực hóa HĐNT của HS. - Góp phần làm phong phú TN được sử dụng trong dạy học (DH), giúp GV thuận tiện cho việc lựa chọn và sử dụng TN vào tổ chức hoạt động NT và rèn luyện KN, kỹ xảo cho HS trong DH ở lớp cũng như tổ chức tự học ở nhà. - Phối hợp với TN giáo khoa trong việc trực quan hóa hiện tượng, quá trình vật lí (VL) trong DH. Do đó, tự tạo TN có vai trò tích cực trong việc hỗ trợ cho hoạt động NT của HS nói chung và trong tự học nói riêng. - Hỗ trợ HĐDH ở nhiều khâu và nhiều hình thức khác nhau như: mở đầu, nêu vấn đề vào bài, hình thành kiến thức mới, ôn tập, củng cố vận dụng, vận dụng kiến thức, kiểm tra đánh giá..., hỗ trợ trong nhiều hình thức DH như: nghiên cứu kiến thức mới, thực hành TN, tự học ở nhà... - Rèn luyện KN thực hành TN và phát triển tư duy sáng tạo cho cả GV và HS. - Tạo ra phương tiện hỗ trợ quan trọng cho tổ chức HĐDH theo hướng phát 7 huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của HS. Tóm lại, tự tạo TN có vai trò quan trọng trong DHVL, đặc biệt nó còn có vai trò trong việc vừa tạo ra phương tiện hỗ trợ, vừa là một hoạt động quan trọng để tổ chức HĐDH nhằm tích cực hóa hoạt động NT của HS trong DHVL ở trường phổ thông hiện nay. 1.1.5. Các yêu cầu đối với việc chế tạo và sử dụng thí nghiệm 1.1.5.1. Các yêu cầu đối với việc chế tạo thí nghiệm Các TNTT được xây dựng và sử dụng trong DHVL phải đảm bảo được 4 yêu cầu: về mặt khoa học, sư phạm, thẩm mĩ và kinh tế.  Về mặt khoa học - Các TNTT được xây dựng phải đảm bảo khi tiến hành TN phải thành công, tạo ra hiện tượng rõ ràng, đúng với bản chất vật lí. - Có cấu tạo gọn nhẹ, thuận tiện trong quá trình sử dụng (tháo lắp, bố trí và tiến hành TN). Đảm bảo an toàn trong sử dụng, dễ sửa chữa, bảo quản và vận chuyển.  Về mặt sư phạm - TNTT có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của QTDH như: sử dụng trong đề xuất vấn đề nghiên cứu, sử dụng trong hình thành kiến thức mới, và sử dụng trong củng cố, vận dụng kiến thức. - Kết quả của TNTT phải gắn liền với nội dung bài học, xuất hiện đúng lúc trong tiến trình DH, đồng thời kết quả TN phải được sử dụng cho mục đích DH một cách hợp lí, logic và không gượng ép. TN phải ngắn gọn, hợp lí và cho kết quả ngay nhằm đảm bảo về mặt thời gian của tiết học. - Tạo điều kiện cho HS phát huy TTC nhận thức trong và ngoài giờ học thông qua việc đề xuất và lựa chọn phương án TN, thiết kế và chế tạo dụng cụ TN nhằm kiểm chứng hoặc minh họa lại kiến thức đã thu nhận.  Về mặt thẩm mĩ Các dụng cụ TNTT phải có kích thước đủ lớn, đảm bảo cho cả lớp quan sát 8 nhằm giúp cho HS dễ theo dõi diễn biến của TN để có thể rút ra được những kết luận cần thiết. TN phải có màu sắc thích hợp và hình dáng đẹp đẽ lôi cuốn sự chú ý của HS, đặc biệt là cần làm nổi bật bộ phận cần quan sát.  Về mặt kinh tế - Các TNTT được xây dựng phải đảm bảo giá thành không cao nhờ sử dụng các nguyên vật liệu, dụng cụ và linh kiện có sẵn và dễ tìm trong cuộc sống hằng ngày. - Các TNTT phải có kết cấu và độ bền hợp lí để sử dụng được nhiều lần. 1.1.5.2. Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm tự tạo Để việc sử dụng các TNTT trong quá trình DHVL phát huy được hiệu quả, cần tuân thủ các yêu cầu sau: - Xác định rõ các dụng cụ TN cần sử dụng, sơ đồ lắp ráp, các bước tiến hành TN. - Cần phải kiểm tra sự hoạt động của các dụng cụ TN trước giờ học một cách kỹ lưỡng, tiến hành thử TN nhiều lần để đảm bảo khi tiến hành TN phải thành công. - Khi sử dụng các TN vào tổ chức hoạt động DH phải tuân theo các quy tắc an toàn, tránh cảm giác lo sợ đối với HS mỗi khi tiến hành TN. - Xác định rõ logic của tiến trình DH, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ phận của QTDH, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. Trước khi tiến hành TN cần phải xác định được mục đích của TN là dùng để đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức mới hay củng cố và vận dụng kiến thức. - Trước khi tiến hành TN, GV cần định hướng HS vào những hiện tượng cần quan sát. Xác định các nhiệm vụ của HS trong việc quan sát hoặc tiến hành TN. Đối với TN định lượng, HS phải lập bảng giá trị đo trước khi tiến hành TN, xử lí kết quả TN và rút ra kết luận về các dấu hiệu, mối liên hệ của bản chất hiện tượng. Đối với TN định tính, HS phát biểu các kết quả đã quan sát và vận dụng kiến thức mới vào giải thích hiện tượng. 9 1.1.6. Quy trình tổ chức hoạt động dạy học có sử dụng thí nghiệm tự tạo Chuẩn bị cơ sở vật chất và việc soạn thảo tiến trình tổ chức DH là khâu chuẩn bị quan trọng cho quá trình tổ chức DH trên lớp hoặc hướng dẫn HS tự học ở nhà. Quy trình tổ chức HĐDH với sự hỗ trợ của TNTT gồm 5 bước, được thực hiện như sau [7]: Sơ đồ 1.1: Quy trình thiết kế tiến trình DH với sự hỗ trợ của TNTT  Bước 1: Xác định mục tiêu DH. Việc xác định mục tiêu DH giúp GV chọn lựa và định hướng đúng quá trình thiết kế tiến trình DH với sự hỗ trợ của TNTT trong từng bài học cụ thể.  Bước 2: Nghiên cứu nội dung kiến thức để chỉ ra những kiến thức phù hợp để tổ chức HĐDH và sử dụng TNTT. Bước 1: Xác định mục tiêu dạy học. Bước 2: Nghiên cứu nội dung kiến thức để chỉ ra những kiến thức phù hợp để tổ chức HĐDH và sử dụng TNTT. Bước 3: Xác định các mức độ hỗ trợ của TNTT vào tổ chức HĐDH. Bước 4: Thiết kế, chế tạo TN. Bước 5: Soạn thảo tiến trình DH (giáo án). Tổ chức hoạt động dạy học theo tiến trình đã soạn 10  Bước 3: Xác định các mức độ hỗ trợ của TNTT vào tổ chức HĐDH. Dựa vào nội dung kiến thức cụ thể, hình thức tổ chức và mức độ có thể phát huy tính tích cực, chủ động của HS trong hoạt động NT để xác định mức độ hỗ trợ của TNTT vào tổ chức HĐDH.  Bước 4: Thiết kế, chế tạo TN theo phương án lựa chọn. Dựa vào các phương án TNTT được lựa chọn, GV tiến hành tự tạo TN đáp ứng yêu cầu tổ chức HĐDH. Đối với các thiết bị TN đơn giản, có thể hướng dẫn HS chuẩn bị vật liệu, thiết bị ở nhà  Bước 5: Soạn thảo tiến trình DH (giáo án). Dựa vào quy trình tổ chức DH với sự hỗ trợ của TNTT trong DH kiến thức mới, thực hành TN hoặc tự học ở nhà cho HS để thiết kế tiến trình DH và soạn giáo án lên lớp phù hợp theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực và chủ động trong HĐNT của HS. 1.2. Cơ sở thực tiễn 1.2.1. Thực trạng dạy học phần “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT Để đánh giá thực trạng của việc DH chương “Từ Trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lí 11 ở trường phổ thông Trần Văn Dư, chúng tôi đã tiến hành điều tra GV và HS trong trường. 1.2.1.1. Mục đích điều tra - Tìm hiểu các PPDH chủ yếu của GV khi tổ chức DH chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” và tình hình các thiết bị thí nghiệm ở các trường phổ thông. - Tìm hiểu việc thiết kế, chế tạo TN phục vụ cho việc dạy học vật lý. - Tìm hiểu những thuận lợi và khó khăn khi sử dụng TN tổ chức hoạt động dạy học. - Tìm hiểu hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý đối với hoạt động học tập của HS trong giờ học (hứng thú, tích cực tham gia xây dựng bài học,…). 11 1.2.1.2. Phương pháp điều tra Để thu thập các thông tin cần thiết, chúng tôi sử dụng các phương pháp điều tra sau: - Trực tiếp quan sát phòng thí nghiệm thực hành vật lí ở trường trung học phổ thông Trần Văn Dư và trao đổi với cán bộ quản lí phòng thực hành TN về tình hình các thiết bị thí nghiệm (TBTN) đã được cung cấp trong chương trình vật lí lớp 11. - Trao đổi trực tiếp với GV và HS. 1.2.1.3. Kết quả điều tra  Kết quả điều tra qua ý kiến giáo viên Qua tổng hợp kết quả điều tra GV vật lý dạy lớp 11 trong trương THPT Trần Văn Dư về tình hình dạy và học chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” tôi nhận thấy rằng: - Phương pháp dạy chủ yếu là thuyết trình, đàm thoại, nêu và giải quyết vấn đề. - Đa số giáo viên được hỏi đều có làm TN trên lớp nhưng phần lớn là những thí nghiệm đơn giản, ít mất thời gian và ít tốn thời gian chuẩn bị. - Khi được hỏi vì sao GV không làm thí nghiệm trên lớp hoặc làm TN trong một số bài chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” thì thu được kết quả như sau: 70% GV trả lời rằng không có hoặc không đủ dụng cụ để tiến hành thí nghiệm, 87% giáo viên cho rằng nếu làm TN thì không đủ thời gian để dạy hết bài trong tiết đó, 25% GV cho rằng chưa chắc làm thí nghiệm thành công trên lớp học. - Ngoài ra, các GV giảng dạy vật lí còn cho rằng việc sử dụng TN trong DHVL là rất cần thiết, góp phần vào việc tích cực hóa HĐNT của HS và đổi mới PPDH ở trường phổ thông hiện nay. Kết quả điều tra cho thấy có gần 75% GV cho rằng việc sử dụng TN trong DHVL là rất cần thiết, có hơn 25% GV cho rằng cần thiết và không GV nào cho rằng không cần thiết. Như vậy, hầu hết các GV đều ý thức được vai trò quan trọng của TN trong DHVL. 12  Kết quả điều tra qua ý kiến học sinh - Đối với HS, khi được hỏi trong giờ học vật lí có sử dụng TNTT thì mức độ học tập của các em như thế nào? Thì có gần 90% HS cho rằng rất hứng thú, có hơn 10% cho rằng hứng thú. Trong giờ học vật lí, các em HS còn cho rằng việc GV sử dụng TNTT để minh họa kiến thức đã thu nhận là rất cần thiết. - HS vẫn chưa được tiếp xúc nhiều với TNVL và việc sử dụng TNTT trong học tập đối với nhiều em là vấn đề còn xa lạ. 1.2.2. Nguyên nhân thực trạng Thực trạng trên do nhiều nguyên nhân khác nhau, tuy nhiên có thể bắt nguồn từ những nguyên nhân cơ bản sau: - Cơ sở vật chất, trang thiết bị ở các trường THPT còn nghèo nàn, thiếu đồng bộ, chóng hư hỏng, lạc hậu, thiếu tính đa dạng nên thường gây nhàm chán cho cả GV và HS. - GV rất ngại sử dụng TN để DH, một phần không bị bắt buộc, một phần do việc sử dụng TN đòi hỏi đầu tư trí tuệ, thời gian, công sức. - Do một phần áp lực của sự quá tải nội dung chương trình, thời gian dành cho bài giảng không đủ để tiến hành một số TNVL, số lượng HS trong lớp lại đông, sự chuẩn bị của GV phải mất nhiều thời gian, tốn kém nên nhiều GV nhận thấy không phù hợp với điều kiện DH hiện nay. 1.2.3. Biện pháp khắc phục Có nhiều biện pháp để khắc phục hạn chế trên, ngoài việc đẩy mạnh đổi mới PPDH thì cần tập trung giải quyết những vấn đề cụ thể sau: tăng cường khai thác, sử dụng TNTT vào DHVL, tổ chức hiệu quả HĐDH, trong đó chú trọng HĐDH với sự hỗ trợ của TNTT trong các hình thức DH như hình thành kiến thức mới, thực hành TN hoặc tổ chức tự học ở nhà theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực, chủ động nhằm tích cực hóa hoạt động NT của HS, đồng thời tăng cường rèn luyện các kĩ năng hợp tác, thực hành TN, tự học... cho HS. 13 Kết luận chương 1 Qua nghiên cứu cơ sở lí luận, chúng tôi đã làm rõ hơn nội hàm của khái niệm TNTT và phân TNTT ra làm 3 loại, đó là: TNTT đơn giản, TNTT phức tạp và TNTT hiện đại. Để việc sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL đạt hiệu quả, phát huy được TTC nhận thức của HS thì đòi hỏi việc tự tạo TN và sử dụng TN trong QTDH phải tuân theo một số yêu cầu nhất định. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về TNTT, chúng tôi đã đề xuất được một số quy trình tự tạo TN và quy trình sử dụng TNTT tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL. Việc sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL tùy thuộc vào nội dung bài học mà TNTT có thể sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của QTDH như: sử dụng trong đề xuất vấn đề nghiên cứu, sử dụng trong giải quyết vấn đề và sử dụng trong củng cố, vận dụng kiến thức. Các nghiên cứu này sẽ được vận dụng vào việc tự tạo TN và sử dụng vào tổ chức HĐDH cho HS trong DH và được trình bày trong chương 2. Những nghiên cứu về TNTT cùng với kết quả điều tra tình hình DHVL ở trường THPT Trần Văn Dư là một căn cứ quan trọng để chúng tôi thiết kế, chế tạo và sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT. 14 CHƯƠNG 2. CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ 11 THPT 2.1. Đặc điểm về kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT 2.1.1. Đặc điểm về kiến thức chương “Từ trường” Nội dung chương “Từ trường” gồm 5 nhóm kiến thức chính: từ trường, lực từ, sự từ hóa các chất, từ trường trái đất và các ứng dụng trong đời sống. + Nhóm thứ nhất bao gồm những vấn đề: khái niệm từ trường, định nghĩa và tính chất của đường sức từ, từ trường đều, từ phổ, từ trường của một số dòng điện đơn giản. + Nhóm thứ hai bao gồm những vấn đề: tương tác giữa hai dòng điện thẳng đặt song song, lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện, lực từ tác dụng lên khung dây đặt trong từ trường, lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động (lực Lo-ren-xo). + Nhóm thứ ba bao gồm những vấn đề: chất thuận từ và nghịch từ, các chất sắt từ, nam châm điện, nam châm vĩnh cữu, sự từ hóa các chất, hiện tượng từ trễ và các ứng dụng của hiện tượng từ hóa các chất sắt từ. + Nhóm thứ tư bao gồm những vấn đề: độ từ thiên, độ từ khuynh, các từ cực của trái đất, bão từ… + Nhóm thứ năm bao gồm những vấn đề: động cơ điện một chiều, điện kế khung quay, rơ-le điện từ, loa điện, máy gia tốc Xiclotron.… 2.1.2. Đặc điểm về kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” Nội dung chương “Cảm ứng điện từ” gồm 4 nhóm kiến thức chính: hiện tượng cảm ứng điện từ, hiện tượng tự cảm, năng lượng từ trường, ứng dụng chương “Cảm ứng điện từ”. + Nhóm thứ nhất bao gồm những vấn đề: Từ thông, hiện tượng cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng, các định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ. 15 + Nhóm thứ hai bao gồm những vấn đề: khái niệm về cuộn cảm, định nghĩa độ tự cảm, hiện tượng tự cảm và suất điện động tự cảm. + Nhóm thứ ba bao gồm những vấn đề: năng lượng của ống dây có dòng điện, năng lượng từ trường. + Nhóm thứ tư bao gồm những vấn đề: máy biến thế, máy phát điện xoay chiều một pha, máy phát điện xoay chiều ba pha, một số ứng dụng của dòng điện Fu-co… 2.2. Các mục tiêu cần đạt được 2.2.1. Mục tiêu về kiến thức, kĩ năng và thái độ của chương “Từ trường” 2.2.1.1. Mục tiêu về kiến thức - Nêu được từ trường tồn tại ở đâu, có tính chất gì. - Nêu được các đặc điểm của đường sức từ của thanh nam châm thẳng, của thanh nam châm chữ U, của dòng điện thẳng, của ống dây có dòng điện chạy qua. - Phát biểu được định nghĩa và nêu được phương, chiều của cảm ứng từ tại một điểm của từ trường. Nêu được đơn vị đo cảm ứng từ. - Viết được công thức tính cảm ứng từ tại một điểm của từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài vô hạn, tại tâm của dòng điện tròn và tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua. - Viết được công thức tính lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều. - Nêu được lực Lo-ren-xo là gì và viết được công thức tính lực này. - Nêu được các ứng dụng của lực từ trong đời sống. 2.2.1.2. Mục tiêu về kĩ năng - Vẽ được các đường sức từ của thanh nam châm thẳng, của thanh nam châm chữ U, của dòng điện thẳng, của ống dây có dòng điện chạy qua và của từ trường đều. - Xác định được độ lớn, phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài và tại một điểm trong lòng ống dây có 16 dòng điện chạy qua. - Xác định được vectơ lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường đều. - Xác định được cường độ, phương, chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên một điện tích q chuyển động với vận tốc v r trong mặt phẳng vuông góc với các đường sức của từ trường đều. - Giải thích được một số hiện tượng về từ trường. - Nêu được nguyên tắc hoạt động của các thiết bị có ứng dụng từ trường và lực từ. - Xác định được thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất bằng cách sử dụng la bàn. - Biết cách tiến hành thí nghiệm khảo sát nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều. - Biết cách tiến hành thí nghiệm xác định phương, chiều của lực từ. - Chế tạo nam châm điện, động cơ điện từ… từ những vật liệu đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm. 2.2.2. Mục tiêu về kiến thức, kĩ năng và thái độ của chương “Cảm ứng điện từ” 2.2.2.1. Mục tiêu về kiến thức - Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. - Viết được công thức tính từ thông qua một diện tích và nêu được đơn vị đo từ thông. Nêu được các cách làm biến đổi từ thông. - Phát biểu được định luật Fa-ra-day về cảm ứng điện từ, định luật Len-xo về chiều dòng điện cảm ứng và viết được hệ thức : ce t      . - Nêu được dòng điện Fu-cô là gì. - Nêu được hiện tượng tự cảm là gì. - Nêu được độ tự cảm là gì và đơn vị đo độ tự cảm. 17 - Nêu được từ trường trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua và mọi từ trường đều mang năng lượng. 2.2.2.2. Mục tiêu về kĩ năng - Làm được thí nghiệm đơn giản về hiện tượng cảm ứng điện từ - Tính được suất điện động cảm ứng trong trường hợp từ thông qua một mạch kín biến đổi đều theo thời gian. - Xác định được chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ. - Tính được suất điện động tự cảm trong ống dây khi dòng điện chạy qua nó có cường độ biến đổi đều theo thời gian. - Biết cách tiến hành thí nghiệm khảo sát dòng điện Fu-co. - Chế tạo máy phát điện, phanh điện từ,… từ những vật liệu đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm. 2.3. Những hạn chế của học sinh khi học về chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT - HS rất khó khăn trong việc xác định chiều dòng điện cảm ứng. Cụ thể khó xác định chiều biến thiên của từ thông ban đầu, chiều từ trường cảm ứng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu. - HS không hiểu rõ về bản chất dòng điện cảm ứng. - Khi xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng, HS khó xác định độ biến thiên từ thông để từ đó tìm mối tương quan giữa độ biến thiên từ thông, thời gian xảy ra biến thiên, độ lớn suất điện động cảm ứng. - Khó xác định mối quan hệ giữa chiều suất điện động cảm ứng và định luật Len-xo. - Dòng Fu-co và những lợi ích của nó là một ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ. Trong trường hợp này thì giáo viên có thể đưa ra ví dụ về máy biến thế nhưng học sinh rất khó hình dung được. Học sinh rất mơ hồ, không nắm bắt và hiểu rõ vấn đề: tại sao lại xuất hiện dòng điện Fu-co trong máy biến thế, tác hại của nó như thế nào đối với máy biến thế... 18 - Ở phần hiện tượng tự cảm, HS không thể hiểu được hiện tượng tự cảm có bản chất là hiện tượng cảm ứng điện từ. - HS còn gặp khó khăn trong việc áp dụng định luật Lenz để xác định chiều của dòng điện cảm ứng. HS thường nhầm lẫn khi phân biệt và sử dụng quy tắc bàn tay trái, quy tắc bàn tay phải, quy tắc nắm tay phải. Khi sử dụng quy tắc bàn tay phải, HS thường nhầm lẫn chiều từ cổ tay đến các ngón tay và chiều từ cực dương sang cực âm của nguồn điện. - Khả năng tưởng tượng không gian yếu nên học sinh còn gặp khó khăn trong việc xác định lực từ, chiều quay của khung dây. - HS thường nhầm lẫn giữa các công thức tính từ trường của những dòng điện có hình dạng khác nhau. - Khi có nhiều vecto cảm ứng từ không cùng phương gây ra tại một điểm thì nhiều HS dùng phép cộng đại số. - HS thường nhầm lẫn khi xác định chiều của lực Lo-ren-xo tác dụng lên các hạt mang điện tích âm và dương. - HS chưa nắm vững cách xác định cực của một nam châm điện hay nam châm vĩnh cữu. - HS hiểu khái niệm từ trường còn rất mơ hồ. - HS thường biết rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, nhưng cụ thể là những thiết bị nào thì các em không xác định được. 2.4. Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm tự tạo chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” 2.4.1. Thiết kế, chế tạo mô hình động cơ điện một chiều a. Chức năng Biến đổi điện năng thành cơ năng. b. Chuẩn bị 300g dây đồng điện từ có đường kính 0,5mm, 2 lá nhôm mỏng dài 2cm, rộng 1cm (có thể dùng lon bia hoặc lon nước ngọt sau đó cạo sạch với vỏ ngoài), 5 nam 19 châm đen hình nhẫn đường kính khoảng 7cm, 2 trụ gỗ cao khoảng 20cm, 2 ổ bi, 1 thanh gỗ tròn dài khoảng 20cm (vừa ổ bi), 2 thanh gỗ mỏng rộng 5cm, dài 20cm, và được cắt tam giác ở hai đầu và 1 miếng gỗ làm đế, nguồn điện 1 chiều 12V-2A và để đảm bảo an toàn điện thì ta chuẩn bị 1 đôi găng tay cách điện. Hình 2.1. Vật liệu chế tạo động cơ điện một chiều c. Chế tạo - Tạo trục quay + Tạo 2 lỗ trên 2 thanh gỗ trụ đã chuẩn bị và cho 2 ổ bi vào. Chú ý: 2 ổ bi phải ở vị trí cao bằng nhau. + Sau đó cố định 2 thanh trụ vào đế. - Tạo khung dây + Khoan lỗ trên 2 thanh gỗ mỏng, sau đó dùng thanh gỗ tròn đâm xuyên qua 2 lỗ trên 2 thanh gỗ mỏng mà ta vừa khoan. Sau đó dùng keo và bột gỗ cố định 2 thanh gỗ trên vào thanh gỗ tròn sao cho 2 thanh gỗ nằm song song với nhau và cách nhau 1 khoảng 10cm. + Dùng dây đồng điện từ quấn quanh khung mà ta vừa tạo được và quấn đều hai bên thanh gỗ tròn. Lưu ý để thừa hai đầu dây khoảng 5cm-10cm. - Tạo cổ góp + Dùng keo dán 502 dán cố định hai lá nhôm vào thanh gỗ tròn. Chú ý khi cố 20 định hai lá nhôm vào thanh gỗ tròn thì ta để hở 2 khe hở đối xứng với nhau và song song với khung dây. + Cạo bỏ lớp cách điện ở hai đầu dây thừa ra, sau đó dùng máy hàn mini hàn hai đầu dây vào hai lá nhôm hoặc dùng băng keo dính cố định hai đầu dây vào hai lá nhôm. - Hoàn thiện + Gắn khung dây đã làm cổ góp vào trục quay. Điều chỉnh sao cho khung dây quay một cách dễ dàng nhất. + Dùng nam châm đã chuẩn bị sẵn để phía dưới khung dây (càng sát khung dây càng tốt). Hình 2.2: Mô hình động cơ điện một chiều d. Nguyên tắc hoạt động Dùng hai đầu dây nối hai cực nguồn điện đã chuẩn bị cho tiếp xúc với hai lá nhôm khi đó khung dây bắt đầu quay. Khi quay được nữa vòng, dòng điện trong khung dây sẽ đổi chiều vì vậy lực từ tác dụng lên khung dây vẫn giữ nguyên chiều như lúc đầu làm cho khung dây quay theo chiều ban đầu. 2.4.2. Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm hiện tượng cảm ứng điện từ a. Chức năng Tạo ra dòng điện cảm ứng. 21 b. Chuẩn bị 2 nam châm trắng kích thướng 5cm*2cm*1cm, đèn led 3V, 350g dây đồng điện từ đường kính 0,5mm, 1 ống nhựa đường kính 5cm dài 3cm, 2 ổ bi, 2 miếng gỗ làm trụ có kích thước 16cm*5cm và 10cm*5cm, 1 dây xu cỡ lớn, 2 miếng gỗ tròn có đường kính 14cm và 5cm và 1 miếng gỗ làm đế. Hình 2.3: Vật liệu chế tạo thí nghiệm hiện tượng cảm ứng điện từ c. Chế tạo - Tạo khung + Ta dùng cưa mini tạo ra một rãnh theo viền của 2 miếng gỗ tròn để vòng dây qua 2 miếng gỗ đó. + Tạo hai lỗ tròn trên 2 miếng gỗ làm trụ, sau đó cho ổ bi vào 2 lỗ đó. + Dùng 1 thanh gỗ tròn, nhỏ, ngắn gắn vào miếng gỗ tròn, lớn sau đó gắn vào ổ bi trên trụ lớn. Sau đó gắn đinh sắt vào miếng gỗ tròn. + Dùng 1 thanh gỗ tròn gắn vào miếng gỗ tròn còn lại, sau đó gắn vào ổ bi trên trụ nhỏ. Chú ý để thừa ra một đoạn để gắn nam châm vào. + Sau đó dùng 2 sản phẩm vừa làm xong gắn vào đế, 2 trụ cách nhau khoảng 20cm. Chú ý, gắn sao cho 2 miếng gỗ tròn hướng ra ngoài. - Tạo stator (cuộn dây) + Tạo cuộn dây có đường kính 5cm bằng cách quấn chặt dây quanh ống nhựa 22 ta đã chuẩn bị. Chú ý, để cuộn dây được chặt hơn thì ta dùng 2 miếng bìa gắn vào 2 đầu ống nhựa sau đó quấn dây, dây sẽ không bị bung ra. Chú ý, khi quấn dây, ta để thừa ra 2 đầu một đoạn khoảng 5cm-10cm. - Tạo rotor + Gắn hai nam châm đã chuẩn bị vào đầu còn thừa ra của thanh gỗ trên trụ nhỏ. - Hoàn thiện + Dùng cuộn dây ta vừa tạo được để bên dưới nam châm. Chú ý, để càng sát càng tốt. + Lấy hai đầu dây còn thừa ra cạo sạch lớp vỏ cách điện bên ngoài sau đó nối chúng với đèn led. Hình 2.4: Mô hình thí nghiệm hiện tượng cảm ứng điện từ d. Nguyên tắc hoạt động Khi ta dùng tay quay đinh sắt thì miếng gỗ lớn quay 1 vòng thì miếng gỗ nhỏ sẽ quay được 2,8 vòng, khi đó nam châm được gắn với miếng gỗ nhỏ sẽ quay với tốc độ lớn. Khi quay với tốc độ lớn, từ thông thông qua cuộn dây đặt bên dưới nam châm sẽ biến thiên liên tục và sẽ sinh ra dòng điện làm cho đèn led sáng. 2.4.3. Thiết kế, chế tạo thí nghiệm dòng điện Fu-co a. Chức năng Kiểm chứng định tính dòng điện Fu-co. b. Chuẩn bị 23 1 pin 9V, 1 motor điện 1 chiều, 1 khóa K, 2 miếng gỗ 20cm*8cm, 1 miếng nhôm tròn mỏng đường kính 11cm, 1 nam châm đen hình khối. Hình 2.5: Vật liệu chế tạo thí nghiệm dòng điện Fu-co c. Chế tạo + Tạo một lỗ trên 1 miếng gỗ đã chuẩn bị sao cho ta cho vừa motor vào. + Dùng đinh đóng miếng gỗ có lỗ vừa tạo được vào giữa miếng gỗ còn lại. + Gắn motor vào miếng gỗ có lỗ ta vừa tạo được. Dùng keo dán 502 và bột cưa cố định thật chặt vào miếng gỗ. + Sau đó gắn miếng nhôm vào đầu của motor bằng cách dán phía sau lá nhôm miếng bìa cứng và sao đó dán miếng bìa thật chặt vào motor. + Gắn khóa K vào thanh gỗ thẳng đứng. Sau đó nối motor với nguồn pin thông qua khóa K. 24 Hình 2.6: Mô hình thí nghiệm dòng điện Fu-co d. Nguyên tắc hoạt động Khi đóng khóa K, motor quay làm cho miếng nhôm quay theo. Sau khi motor quay ổn định ta ngắt khóa K. Khi đó, ta đưa nhanh nam châm lại sát miếng nhôm thì thấy miếng nhôm tắt nhanh hơn khi không đưa nam châm lại gần. Giải thích: Khi tấm nhôm quay, nó cắt các đường sức từ của nam châm. Do đó trong tấm kim loại sinh ra dòng điện cảm ứng. Theo định luật Len-xo, dòng điện cảm ứng trong tấm kim loại có tác dụng ngăn cản sự chuyển động của chính tấm nhôm. Vì vậy tấm nhôm dừng lại một cách nhanh chóng. 2.4.4. Thiết kế, chế tạo thí nghiệm xác định phương và chiều của lực từ a. Chức năng Xác định phương, chiều của lực từ hoặc kiểm chứng quy tắc bàn tay trái. b. Chuẩn bị 1 nguồn điện 12V-1A, 1 bảng nhựa, 4 thanh sắt dẹp hình chữ L, 1 nam châm đen, 2 thanh nhôm dài 20cm, 1 thanh nhôm dài 4cm, 1 khóa K và 30cm dây điện. 25 Hình 2.7: Vật liệu chế tạo thí nghiệm xác định phương, chiều của lực từ c. Chế tạo + Dùng mũi khoan khoan 4 lỗ trên 4 thanh sắt ta đã chuẩn bị. + Gắn 4 thanh sắt dẹp hình chữ L vào bảng nhựa sao cho chúng tạo thành hình chữ nhật và khoảng cách giữa chúng là 3cm và 18cm. Lưu ý gắn sao cho 4 lỗ trên 4 thanh sắt nằm ở trên để ta bắt thanh nhôm ngang qua. + Dùng dây điện nối giữa các thanh sắt và khóa K sao cho khi ta cho 2 thanh nhôm dài và 1 thanh nhôm ngắn lên thì nó sẽ tạo thành mạch kín. + Cố định nam châm ở dưới 2 thanh nhôm dài. Chú ý, chúng ta để càng gần thì hiện tượng càn xảy ra mạnh. Hình 2.8: Thí nghiệm xác định phương, chiều lực từ d. Nguyên tắc hoạt động Khi đóng khóa K, dòng điện sẽ chạy qua thanh n

CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÝ 11 THPT - Full 10 điểm

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan