Sáng kiến kinh nghiệm CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc MÔ TẢ SÁNG KIẾN Mã số: … … … … Tên sáng kiến: Sử dụng dụng cụ có thiết kế số thí nghiệm dùng để dạy học chương từ trường chương trình vật lí lóp 11 (@THPT Huỳnh Tấn Phát Trương Thành Trí Võ Thị Hồng Châu.) Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Chuyên môn môn Vật lý Mô tả chất sáng kiến: 3.1 Tình trạng giải pháp biết: - Thí nghiệm Vật lí học khâu quan trọng trình đổi phương pháp dạy học Vật lí phải tăng cường hoạt động thực nghiệm học sinh trình học tập Vì vậy, việc đưa thí nghiệm vào dạy học để học sinh tiếp cận với đường nghiên cứu khoa học hiểu sâu sắc kiến thức Vật lí cần thiết có ý nghĩa vơ to lớn Bởi thơng qua thí nghiệm, học sinh rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, giáo dục tổng hợp, hình thành tư sáng tạo tinh thần làm việc tập thể - Hiện nay, trường trung học phổ thông trang bị dụng cụ thí nghiệm tối thiểu cho việc dạy học chương này, gồm có thí nghiệm xác định lực từ, thí nghiệm xác định thành phần nằm ngang trái đất số dụng cụ thí nghiệm khác Nhìn chung, dụng cụ thí nghiệm phục vụ cho việc dạy học chương thiếu Ngồi hai thí nghiệm trường có số nam châm thẳng, chữ U kim nam châm, mạt sắt - Nhiều thí nghiệm quan trọng như: thí nghiệm tương tác hai dòng điện thẳng song song chiều ngược chiều, tương tác nam châm dòng điện hầu hết trường không trang bị - Từ việc phân tích, đánh giá tình trạng thiết bị thí nghiệm trên, nhận thấy rằng, để giảng dạy chương tốt hơn, hấp dẫn đạt hiệu Sáng kiến kinh nghiệm cần thiết kế, chế tạo thêm số dụng cụ thí nghiệm biểu diễn khác thí nghiệm tác dụng nam châm lên dòng điện, thí nghiệm tương tác hai dòng điện thẳng Chính vậy, chúng tơi đề xuất phương án để thiết kế, chế tạo số dụng cụ thí nghiệm từ vật liệu đơn giản, rẻ tiền, dễ tìm đời sống nhằm giảng dạy hiệu Với mong muốn góp phần vào việc đổi mới, nâng cao chất lượng hiệu dạy học mơn Vật lí trường phổ thơng, tơi chọn đề tài: “Sử dụng dụng cụ có thiết kế số thí nghiệm dùng để dạy học chương từ trường chương trình vật lí lóp 11” 3.2 Nội dung giải pháp đề nghị công nhận sáng kiến: I Thí nghiệm tác dụng dòng điện lên kim nam châm - Mục đích thí nghiệm: Kiểm nghiệm tác dụng dòng điện lên kim nam châm - Chế tạo dụng cụ bố trí thí nghiệm: Bước 1: Cắt bỏ phần đáy chai nhựa 1,5l lấy phần lại chai Dùng khoan để khoan hai lỗ đường kính chai, hai lỗ cách mép chỗ cắt khoảng 1cm Bước 2: Luồn sợi dây đồng khoảng 50cm vào hai lỗ trên, bẻ phần hai bên sợi dây đồng dọc theo thân chai dùng băng dính cố định lại Hai đầu sợi dây nối với hai dây dẫn qua máy biến (cắm vào nguồn chiều) Bước 3: Cắt hai miếng xốp thành hình chữ V đặt chai nhựa lên hai khối Hình 1: Thí nghiệm dòng điện xốp theo hướng Bắc - Nam, đảm bảo tác dụng lên kim nam châm chai vị trí nằm ngang cố định Đặt kim nam châm nằm song song phía dây dẫn cho cách dây khoảng 1cm - Tiến hành thí nghiệm kết thí nghiệm: Bật cơng tắc biến nguồn DC, quan sát thí nghiệm ta thấy kim nam châm bị lệch khỏi vị trí ban đầu Nếu tăng cường độ dòng điện lên góc lệch Sáng kiến kinh nghiệm kim nam châm lớn Nếu đổi chiều dòng điện kim lệch theo chiều ngược lại Vậy, dòng điện qua dây dẫn tác dụng lực lên kim nam châm làm kim nam châm bị lệch khỏi vị trí ban đầu - Giải thích kết thí nghiệm: Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn xung quanh dây dẫn có từ trường Từ trường dòng điện xung quanh dây dẫn tác dụng lên kim nam châm, lực tương tác từ làm kim nam châm bị lệch khỏi vị trí ban đầu Kim nam châm định hướng theo hướng từ trường tổng hợp từ trường dòng điện từ trường trái đất Khi dòng điện lớn lực tương tác từ lớn nên góc lệch lớn Nếu đổi chiều dòng điện chiều từ trường dòng điện thay đổi, dẫn đến hướng lực tác dụng lên nam châm thay đổi theo, điều làm cho kim nam châm quay theo chiều ngược lại - Lưu ý: Do dây dẫn có điện trở nhỏ nên q trình làm thí nghiệm khơng nên để dòng điện qua dây thời gian dài II Thí nghiệm tác dụng nam châm lên dòng điện - Mục đích thí nghiệm: Kiểm nghiệm tác dụng nam châm lên dòng điện - Chế tạo dụng cụ bố trí thí nghiệm: Bước 1: Đục lỗ nắp chai nhựa luồn qua đoạn dây đồng dài 10cm Đoạn dây đồng phía nắp chai nhựa bẻ lại thành vòng tròn nhỏ, đầu lại nối với dây dẫn qua biến nguồn Lấy đoạn dây đồng dài khoảng 20cm, đầu để tự đầu lại móc vào vòng tròn uốn thành vòng tròn để chuyển động tự vòng tròn thứ Hình 2: Thí nghiệm nam châm tác dụng lên dòng điện dung dịch CuSO4 Sáng kiến kinh nghiệm Bước 2: Trên chai nhựa này, đục lỗ cách đáy chai nhựa khoảng 7cm Luồn đoạn dây đồng vào bên lỗ dài khoảng 5cm, sau bẻ cong phần dây nằm ngồi chai nối với dây dẫn qua máy biến - Tiến hành thí nghiệm kết thí nghiệm: Cho 250ml dung dịch CuSO4 vào chai nhựa cho ngập hai đoạn dây đồng Bật công tắc nguồn điện cho dòng điện qua dây dẫn, quan sát thấy: khơng đưa nam châm lại gần dây dẫn dây dẫn nằm yên, cho nam châm chuyển động lại gần đưa xa dòng điện thấy dây dẫn chuyển động bên dung dịch Vậy, nam châm tác dụng lực lên dòng điện làm cho dây dẫn chuyển động qua lại bên chai nhựa - Giải thích kết thí nghiệm: Khi đóng mạch điện có dòng điện chạy qua sợi dây đồng, dòng điện đặt từ trường nam châm (khi đưa nam châm lại gần dây dẫn) Chính vậy, dòng điện chịu tác dụng lực từ làm cho dây dẫn chuyển động qua lại (một đầu sợi dây đồng để tự do) - Lưu ý: - Có thể thay nam châm loa nam châm thẳng - Từ trường nam châm phải mạnh làm dây dẫn chuyển động III Thí nghiệm tạo từ phổ không gian nam châm thẳng - Mục đích thí nghiệm: Sáng kiến kinh nghiệm Minh họa hình ảnh từ phổ nam châm thẳng không gian ba chiều - Chế tạo dụng cụ bố trí thí nghiệm: Bước 1: Cho 1g mạt sắt vào chai nhựa, sau cho 0,5l dầu ăn vào chai (không đổ dầu ăn đầy chai nhựa mà chiếm khoảng 80% thể tích chai) Bước 2: Lồng nam châm vào ống nhựa đưa ống nhựa vào chai Ở đầu ống nhựa dùng kim xỏ qua đường kính ống nhựa để giữ cho ống nhựa vị trí thẳng đứng cách đáy chai Hình 3: Hình ảnh từ phổ không gian khoảng cm - Tiến hành thí nghiệm kết thí nghiệm: Lắc nhẹ chai nhựa mạt sắt chuyển động bên chai Quan sát mạt sắt thấy chúng xếp thành đường cong bên chai Ở hai đầu nam châm mạt sắt định xứ nhiều nhất, nam châm Sự xếp hạt mạt sắt gọi hình ảnh từ phổ nam châm thẳng khơng gian - Giải thích kết thí nghiệm: Khi hạt mạt sắt đặt từ trường tác dụng từ trường mạt sắt bị từ hóa chúng biến thành nam châm nhỏ Các nam châm định hướng dọc theo đường sức từ nam châm Sự xếp mạt sắt cho ta biết hình ảnh đường sức từ nam châm Hình ảnh gọi từ phổ - Lưu ý: + Có thể thay dầu ăn glycerin + Nếu khơng có nam châm ta dùng viên nam châm, ghép lại với IV Thí nghiệm tương tác hai dòng điện thẳng song song Sáng kiến kinh nghiệm - Mục đích thí nghiệm: Kiểm nghiệm tương tác hai dòng điện thẳng song song với tính chất: hai dòng điện thẳng song song chiều hút nhau, hai dòng điện thẳng song song ngược chiều đẩy Phương án 1: Tương tác hai dòng điện thẳng song song tạo từ hai nguồn điện - Chế tạo dụng cụ bố trí thí nghiệm: Bước 1: Dùng dùi sắt có đường kính 1mm nung đỏ để dùi vào chai nhựa lỗ, lỗ gần miệng chai lỗ gần đáy chai cho khoảng cách chúng khoảng 20cm đường nối lỗ vng góc với chai Đổ hạt ngơ vào bên chai để chai ln vị trí thẳng đứng Bước 2: Cắt dây điện từ thành đoạn, đoạn dài khoảng 30cm, cạo bỏ lớp cách Hình 4: Thí nghiệm tương tác hai dòng điện thẳng song điện đầu đoạn, tiếp tục tạo đoạn dây song (phương án 1) điện nhỏ dài khoảng 30cm Sau đó, ta nối đoạn dây thành dây dẫn theo thứ tự: dây điện từ - dây điện – dây điện từ Bước 3: Luồn dây dẫn vào lỗ chai nhựa - Tiến hành thí nghiệm kết thí nghiệm: + Sau luồn hai dây dẫn vào hai chai nhựa, ta điều chỉnh dây dẫn để tạo đoạn dây dẫn dài 30cm song song với trục chai nhựa cách trục chai khoảng 7cm Hai đầu dây nối với máy biến thế, ta làm tương tự chai nhựa lại + Đặt hai chai nhựa mặt phẳng thẳng đứng cho hai đoạn dây dẫn song song cách 1cm hai đoạn dây đồng phẳng + Bật công tắc nguồn hai máy biến cho dòng điện vào dây dẫn, ta điều chỉnh cách cho chiều dòng điện chạy vào dây dẫn độ lớn dòng điện Sáng kiến kinh nghiệm mà hai dây dẫn hút đẩy Nếu cho chiều dòng điện chạy từ xuống thấy hai dòng điện hút nhau, đổi hai chiều dòng điện hai dòng điện đẩy - Giải thích kết thí nghiệm: Khi đặt dây dẫn song song cho dòng điện chạy qua dây dẫn ur F1 tạo từ trường có hình bên Dòng điện đặt từ trường dòng kiện nên hai dòng điện tương tác với Vận dụng quy tắc bàn tay trái xác định lực từ Hình 5: Minh họa TN tương tác hai dòng điện thẳng dòng điện chiều lực từ tác dụng lên hai dòng điện hướng vào hay tác dụng lên dòng điện, thấy hai hai dòng điện chiều hút Còn hai dòng điện ngược chiều lực từ tác dụng lên dòng điện hướng xa hay hai hút Phương án 2: Tương tác hai dòng điện thẳng song song tạo từ nguồn điện - Chế tạo dụng cụ bố trí thí nghiệm: Cách chế tạo DCTN phương án tương tự cách chế tạo DCTN phương án Tuy nhiên, Ở phương án này, ta sử dụng nguồn điện nên ta phải nối hai đầu tự dây dẫn chai lại với nhau, sau ta nối với nguồn điện - Tiến hành thí nghiệm kết thí Hình 6: Thí nghiệm tương tác hai dòng điện thẳng song song + Khi cho dòng điện vào hai dây dẫn tùy theo cách nối mà hai dòng điện nghiệm: hút đẩy - Giải thích kết thí nghiệm: Sáng kiến kinh nghiệm Cách giải thích thí nghiệm phương án tương tự phương án nêu Phương án 3: Tương tác hai dòng điện thẳng song song mặt phẳng nằm ngang - Chế tạo dụng cụ bố trí thí nghiệm: Trong phương án này, ta sử dụng nguồn điện Ở ta sử dụng dây dẫn dài khoảng 1m Vì vậy, cách nối để tạo thành dây dẫn theo thứ tự: dây điện từ - dây diện – dây điện từ - dây điện – dây điện từ phải bố trí cho hai đoạn dây diện phải nằm song song cách Hình 7: Thí nghiệm tương tác hai dòng điện thẳng song - Tiến hành TN kết thí nghiệm: song (phương án 3) + Nối hai đầu dây dẫn vào nguồn điện cho dòng điện tăng dần 1cm mặt phẳng nằm ngang lên ta thấy hai dòng điện đẩy - Giải thích kết thí nghiệm: Cách giải thích thí nghiệm phương án tương tự phương án nêu - Lưu ý: + Do đoạn dây dẫn chọn làm thí nghiệm ngắn nên điện trở dây nhỏ Vì vậy, trước thực thí nghiệm cần xác định điện trở dây trước để đảm bảo dòng điện khơng làm cháy cầu chì máy biến + Vì thí nghiệm khó quan sát lực tương tác hai dây dẫn nhỏ (công thức lực tương tác F = 2.10−7 I1.I l ) Vì vậy, cường độ dòng điện qua r dây nhỏ tượng khơng xảy nên q trình làm thí nghiệm ta cần phải tăng cường độ dòng điện lên điều dễ làm cháy cầu chì máy biến Để hạn chế điều ta cần mắc thêm ampe kế để theo dõi độ lớn dòng điện qua máy biến Sáng kiến kinh nghiệm + Việc giữ để chai nhựa ln vị trí thẳng đứng có nhiều cách, cố định vị trí chai, cho đất cát biển vào bên chai Trong thí nghiệm này, tơi dùng hạt ngơ khơng bị rơi ngồi qua lỗ luồn dây dẫn + Việc chọn loại dây dẫn để làm thí nghiệm quan trọng, định thí nghiệm Bởi chọn dây khơng phù hợp tượng khơng xảy Vì vậy, nên chọn hai loại dây dẫn cho đoạn dây chọn để quan sát tượng xảy phải mảnh nhẹ (chọn loại dây điện không vỏ ruột dây điện) đoạn lại dùng dây điện từ loại Φ 0,5mm + Khi thao tác với dòng điện lớn ta phải thao tác nhanh chóng để giảm thiểu cháy cầu chì máy biến 3.3 Khả áp dụng giải pháp: - Giúp giáo viên có nguồn tài liệu tham khảo cách thiết kế, chế tạo thí nghiệm dùng để dạy học vật lí chương từ trường - Tăng cường hoạt động thực nghiệm học sinh trình học tập giúp em nắm vững kiến thức 3.4 Hiệu quả, lợi ích thu áp dụng sáng kiến: Qua thực tế dạy học chương từ trường lớp 11, chúng tơi nhận thấy việc đưa thêm thí nghiệm vào dạy học khả thi, học sinh thích thú, sơi hứng thú Như khẳng định, thí nghiệm yếu tố góp phần vào thành cơng tiết dạy, giúp học sinh có khả phát huy tính tích cực, sáng tạo hình thành lực nghiên cứu khoa học Qua đó, giáo viên tham khảo để thiết kế, chế tạo thí nghiệm phục vụ dạy học cho trường mình, góp phần hạn chế tình trạng dạy chay mà phổ biến nhiều trường Mặc dù cố gắng nhiều trình nghiên cứu đề tài này, với lực chun mơn có hạn hạn chế thời gian Rất mong nhận trao đổi, góp ý chân thành từ phía đồng nghiệp em học sinh Hy vọng sáng kiến kinh nghiệm góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí trường THPT Sáng kiến kinh nghiệm 3.5 Tài liệu tham khảo: Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên), Nguyễn Xuân Chi, Đàm Trung Đồn, Bùi Quang Hân, Đoàn Duy Hinh (2006), Sách giáo khoa Vật lí 11, NXB Giáo dục, Hà Nội Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên), Nguyễn Xuân Chi, Đàm Trung Đồn, Bùi Quang Hân, Đoàn Duy Hinh (2007), Sách giáo viên Vật lí 11, NXB Giáo dục, Hà Nội Phạm Đình Cương (2002), Thí nghiệm vật lí trường trung học phổ thông, NXB giáo dục, Hà Nội Nguyễn Ngọc Hưng (2009), Thí nghiệm vật lí với dụng cụ tự làm từ chai nhựa vỏ lon, tập 1,2, NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội Nguyễn Ngọc Hưng, Thiết kế, chế tạo sử dụng dụng cụ thí nghiệm đơn giản dạy học vật lí trường phổ thông, Đại học sư phạm – Đại học Quốc gia Hà Nội Bến Tre, ngày 14 tháng năm 2018 10 ... lượng hiệu dạy học môn Vật lí trường phổ thơng, tơi chọn đề tài: Sử dụng dụng cụ có thiết kế số thí nghiệm dùng để dạy học chương từ trường chương trình vật lí lóp 11 3.2 Nội dung giải pháp... khảo cách thiết kế, chế tạo thí nghiệm dùng để dạy học vật lí chương từ trường - Tăng cường hoạt động thực nghiệm học sinh trình học tập giúp em nắm vững kiến thức 3.4 Hiệu quả, lợi ích thu áp dụng. .. án để thiết kế, chế tạo số dụng cụ thí nghiệm từ vật liệu đơn giản, rẻ tiền, dễ tìm đời sống nhằm giảng dạy hiệu Với mong muốn góp phần vào việc đổi mới, nâng cao chất lượng hiệu dạy học môn Vật