VẬT LÝ 11-12. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU

1 Tên chủ đề: CHỦ ĐỀ STEM: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU (Số tiết 05 tiết- LỚP 11 -12) Mô tả chọn chủ đề Máy phát điện thiết bị điện có tác dụng biến đổi thành điện thông qua nguyên lý cảm ứng điện từ định luật tác dụng lực từ trường dòng điện Nguyên lý hoạt động máy phát điệndựa vào tượng cảm ứng điện từ, số đường sức từ(của nam châm) xuyên qua tiết diện cuộn dây luân phiên tăng giảm (do cuộn dây quay trịn nam châm quay trịn) dịng điện cảm ứng xuất cuộn dây luân phiên đổi chiều Tất máy phát điện xoay chiều có tính thuận nghịch, nghĩa vừa làm việc chế độ máy phát, vừa làm việc chế độ động Với chức phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp, máy phát điện xoay chiều ứng dụng rộng rãi việc đảm bảo nguồn lượng cho hoạt động công nghiệp Với sáng tạo đam mê tìm hiểu tự làm cho máy phát điện , nội dung chủ đề Stem “ máy phát ện đ ơn gi ản “ Kiến thức liên quan Bài 23: Từ thông Cảm ứng điện từ Vật lý 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng Vật lý 11 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều Vật lý 12 Mục tiêu chủ đề Sau học, học sinh cần đạt nh ững m ục tiêu sau * Kiến thức: - Viết công thức hiểu ý nghĩa vật lý t thông - Phát biểu định nghĩa hiểu có t ượng c ảm ứng điện từ - Mơ tả sơ đồ cấu tạo giải thích nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều pha * Kỹ năng: - Mô cấu tạo nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều - Lập kế hoạch thiết kế, vẽ cấu tạo máy phát điện xoay chiều đơn giản - Thực trình chế tạo máy phát điện xoay chiều - Đánh giá hiệu suất, mức độ phù hợp máy phát điện - Phán đoán lỗi kĩ thuật q trình v ận hành máy phát ện, tự sửa chữa * Thái độ, phẩm chất - Nghiêm túc, tự giác học tập - Biết vận dụng kiến thức để nghiên cứu liên quan - Sống yêu thương, sống tự chủ, sống trách nhiệm * Định hướng phát triển lực: Phát triển lực chung lực đặc thù môn: Năng l ực t ự h ọc, lực giải vấn đề, lực sáng tạo, lực h ợp tác, l ực giao tiếp, lực tính tốn, lực thực hành Phương tiện, thiết bị sử dụng Phương pháp, hình thức tiến hành Kiểm tra đánh giá II PHẦN 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Nghiên cứu lí thuyết (học kiến thức mới) a Mục đích hoạt động Tổ chức hướng dẫn học sinh nghiên cứu tài liệu để rút kiến thức tượng cảm ứng điện từ Vật Lý 11 máy phát ện xoay chiều Vật lý 12 Học sinh trình bày cấu tạo nguyên tắc t ạo dòng ện b Nội dung hoạt động Nghiên cứu 23 "Từ thông Cảm ứng điện từ", 24 “ Suất điện động cảm ứng” sách giáo khoa Vật lý 11 Cơ bản; 17 “ Máy phát ện xoay chiều” sách giáo khoa Vật lý 12 Cơ bản; tìm kiếm thơng tin Internet với từ khóa liên quan trả lời câu hỏi sau: Từ thơng gì? Có cách gây s ự biến thiên t thông ………………………………………………………………………………………… Hiện tưởng cảm ứng điện từ gì, tìm v ật d ụng cu ộc s ống ngày có ứng dụng tượng cảm ứng điện t ừ? ………………………………………………………………………………………… Máy phát điện xoay chiều pha có nh ững ph ận nào, ngun tắc hoạt động Hãy tìm m ột mơ hình đ ơn gi ản mở , phân tích cấu tạo nó? ………………………………………………………………………………………… 4.Tìm hiểu nhà máy thủy điện Hịa Bình? Li ệu ta có th ể ch ế t ạo đ ược mơ hình máy phát điện đơn gi ản đ ược khơng? ………………………………………………………………………………………… Năng lượng gió nguồn l ượng vô tận, vi ệc s ản su ất ện từ sức gió sử dụng phổ biến nhiều n ơi, liệu ta có th ể ch ế t ạo m ột máy phát điện đơn giản từ l ượng gió? ………………………………………………………………………………………… Dự định vật liệu, công cụ sử dụng?Nh ững b ộ ph ận c b ản máy phát điện bạn? ………………………………………………………………………………………… Dự đoán khó khăn thiết kế bạn, hướng khắc phục? ………………………………………………………………………………………… * Tài liệu tham khảo https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1y_ph%C3%A1t_%C4%91i %E1%BB%87n c Dự kiến sản phẩm Ghi chép kiến thức khả tạo dòng điện Bản báo cáo kiến thức tượng cảm ứng điện từ, máy phát điện xoay chiều Từ thông, tượng cảm ứng điện từ, định luật Len xơ, Định luật Fara đay, Cấu tạo máy phát điện xoay chiều d Cách thức tổ chức hoạt động Học sinh làm việc theo nhóm để trả lời câu hỏi Hỗ trợ học sinh gặp khó khăn Bổ sung kiến thức cần: Với máy phát điện xoay chiều pha công suất lớn Dòng điện máy phát lớn nên khơng th ể dùng góp để lấy điện bên ngồi nên người ta phải bố trí cho khung dây đ ứng yên, nam châm (thường nam châm điện có khả tạo từ tr ường m ạnh) Như vậy, máy phát điện xoay chiều pha công suất lớn người ta bố trí cho Phần cảm rơto.- Phần ứng stato Để làm giảm vận tốc quay rôto gi ữ nguyên tần số f dòng điện máy phát người ta chế tạo máy với p cặp cực nam châm (đặt xen kẻ vành trịn rơto) p cặp cuộn dây (đặt xen kẻ vành trịn stato) Ở hình bên trái ta thấy rơto (phần bên trong) gồm có cặp c ực nam châm (tổng cộng 12 cực: cực Bắc, cực Nam) xếp xen kẻ vành trịn rơto, chúng nam châm điện Ở bên ngồi ta thấy có tổng cộng 12 cuộn dây stato, chúng tạo thành cặp cuộn dây Các cuộn dây nối với theo cách phù hợp Hoạt động 2: Đề xuất giải pháp thực a Mục đích hoạt động Định hướng để học sinh thực quy trình thiết kế: xác định chi tiết, xây dựng vẽ, chỉnh sửa b Nội dung hoạt động Mơ tả cách bạn sử dụng vật dụng đơn giản để chế tạo máy phát điện Gợi ý thảo luận để hồn thành bảng Tên phận Hình vẽ Vật liệu Cách gia cơng Tiêu chí cần quan tâm để đánh giá cao: Hình vẽ rõ ràng, hợp lí; vật liệu đơn giản, dễ kiếm; gia công đơn giản, thuận tiện dụng cụ thơng thường Có thể sử dụng đồ có sẵn cho việc chế tạo c Dự kiến sản phẩm Một số phương án: Phương án 1: Roto nam châm Sơ đồ nguyên tắc máy phát điện bao gồm phận: Giá chân đế cố định, nam châm với cuộn dây lõi hình trụ Phương án 2: roto cuộn dây Sơ đồ nguyên tắc máy phát điện bao gồm phận: Nam châm, khung dây quay, vành khuyên : d Cách thức tổ chức hoạt động Học sinh tự thiết kế theo nhóm có gợi ý giáo viên tương tự với máy phát điện đ ơn gi ản internet Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp tốt a Mục đích hoạt động Tạo nhiệm vụ để học sinh lựa chọn thiết kế tối ưu, từ đưa thiết kế chi tiết cho máy phát điện cua b Nội dung hoạt động Hãy trả lời câu hỏi sau giấy: Liệt kê nguyên vật liệu bạn chọn sử dụng để chế tạo mẫu thử máy phát điện Vẽ thiết kế bạn giấy thích tất các phận, nguyên vật liệu kích thước dự kiến tương ứng Mô tả cách vận hành máy theo thiết kế bạn Mô tả cách thức bạn sử dụng để kiểm tra máy khác thành viên lớp học c Dự kiến sản phẩm Bản vẽ chi tiết máy phát điện đơn giản dùng cho việc thắp sáng bóng đen led nhỏ mơ tả rõ vật liệu chế tạo, kích thước chi tiết d Cách thức tổ chức hoạt động Học sinh làm việc theo nhóm nhà lớp Hoạt động 4: Chế tạo mơ hình mẫu thử nghiệm a Mục đích hoạt động Chuẩn bị điều kiện vật chất vật liệu, công cụ gia công, hướng dẫn sử dụng công cụ hay nhắc quy tắc an toàn để học sinh chế tạo máy theo thiết kế điều chỉnh theo góp ý b Nội dung hoạt động Thu thập vật liệu cần thiết xây dựng m ẫu th Mô tả văn cách thức vận hành thiết bị Nếu có thể, lập hồ sơ trình làm việc bạn cách chụp ảnh quay video lại toàn bước làm c Dự kiến sản phẩm Máy phát điện giản thắp sáng đèn led nhỏ hoạt động d Cách thức tổ chức hoạt động Học sinh làm việc theo nhóm nhà xưởng trường Hoạt động 5: Thử nghiệm đánh giá a Mục đích hoạt động Tổ chức buổi thử nhiệm để nhóm đánh giá chéo sản phẩm b Tổ chức hoạt động Các nhóm đem sản phẩm đến thử nghiệm chéo theo bảng Ghi lại đánh giá sản phẩm nhóm bạn theo tiêu chí Sau gửi lại đánh giá cho nhóm khác PHIẾU ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM Nhóm :…………………… Cùng thảo luận xây dựng bảng tiêu chí đánh giá s ản ph ẩm ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Đánh giá sản phẩm( Gợi ý bảng đánh giá) Tên nhóm có sản phẩm … Hình thức Độ bền Độ ổn định Vậ t liệu chế tạo Cơng suất … Góp ý cho nhóm có sản phẩm c Dự kiến sản phẩm Bản đánh giá sản phẩm nhóm bạn theo tiêu chí bảng d Cách thức tổ chức hoạt động Thực lớp./ Hoạt động 6: Chia sẻ thảo luận a Mục đích hoạt động Tổ chức buổi báo cáo để học sinh trình bày sản phẩm qua có đóng góp cho việc hồn thiện sản phẩm b Nội dung hoạt động Thu thập lập hồ sơ bao gồm ghi chép, sơ đồ, tranh ảnh hay video trình thiết kế, xây dựng kiểm tra mẫu thử bạn Làm poster slide ppt chia sẻ việc mẫu thử bạn hoạt động kết thử nghiệm thiết bị nhóm c Dự kiến sản phẩm Bản giới thiệu máy phát điện xoay chiều nhóm, ý kiến đóng góp thảo luận, chia sẻ d Cách thức tổ chức hoạt động Báo cáo đại diện nhóm trước lớp Hoạt động 7: Điều chỉnh thiết kế a Mục đích hoạt động Tổ chức tư vấn để học sinh đánh giá, chia sẻ điều chỉnh sản phẩm b Nội dung hoạt động Đánh giá điều chỉnh thiết kế Đánh giá khả hoạt động mẫu thử bạn trả lời câu hỏi bảng phía PHIẾU TỰ ĐÁNH GIÁ VÀ ĐIỀU SẢN PHẨM Mẫu thử máy phát điện Ý tưởng so với mô hình có Tốt Trung bình Chưa đạt Điều chỉnh Phù hợp kích thước , hình dạng Mức độ thẩm mĩ Đơn giản, dễ sử dụng Công suất Đ ộ bền Khả phát triển mơ hình So sánh kết bạn với thành viên khác lớp Các mẫu thử có giải vấn đề theo cách tương tự nhau? Giải thích? Bạn thay đổi yếu tố để làm cho mẫu thử bạn hoạt động hiệu hơn? c Dự kiến sản phẩm Các đánh giá khách quan học sinh, chia sẻ bộc lộ cảm xúc học sinh hoạt động, điều chỉnh hợp lí cho sản phẩm? d Cách thức tổ chức hoạt động Học sinh làm việc theo nhóm trình bày lớp III PHẦN 3: TÀI LIỆU KÈM THEO Tài liệu 1: Phiếu học tập số Họ tên :………………………………………….Nhóm……………………… Nghiên cứu 23 "Từ thông Cảm ứng điện từ", 24 “ Suất điện động cảm ứng” sách giáo khoa Vật lý 11 Cơ bản; 17 “ Máy phát ện xoay chiều” sách giáo khoa Vật lý 12 Cơ bản; tìm kiếm thơng tin Internet với từ khóa liên quan trả lời câu hỏi sau: Từ thơng gì? Có cách gây s ự biến thiên t thông ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Hiện tưởng cảm ứng điện từ gì, tìm v ật d ụng cu ộc s ống ngày có ứng dụng tượng cảm ứng điện t ừ? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Máy phát điện xoay chiều pha có nh ững ph ận nào, ngun tắc hoạt động Hãy tìm m ột mơ hình đ ơn gi ản mở , phân tích cấu tạo nó? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… 4.Tìm hiểu nhà máy thủy điện Hịa Bình? Li ệu ta có th ể ch ế t ạo đ ược mơ hình máy phát điện đơn gi ản đ ược không? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Năng lượng gió nguồn l ượng vô tận, vi ệc s ản su ất ện t sức gió sử dụng phổ biến nhiều n ơi, liệu ta có th ể ch ế t ạo m ột máy phát điện đơn giản từ l ượng gió? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Dự định vật liệu, công cụ sử dụng? Nh ững ph ận c b ản máy phát điện bạn? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Dự đốn khó khăn thiết kế bạn, hướng khắc phục? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Tài liệu :Phiếu đánh giá sản phẩm nhóm khác PHIẾU ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM Nhóm :…………………… Cùng thảo luận xây dựng bảng tiêu chí đánh giá s ản ph ẩm ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Đánh giá sản phẩm( Gợi ý bảng đánh giá) Tên nhóm có sản phẩm Hình thức Độ bền Độ ổn định Vậ t liệu chế tạo Công suất … … Tài liệu :Phiếu tự đánh giá điều chỉnh PHIẾU TỰ ĐÁNH GIÁ VÀ ĐIỀU CHỈNH SẢN PHẨM Góp ý cho nhóm có sản phẩm Nhóm: ………… Trung Chưa Mẫu thử máy phát Tốt Điều chỉnh bình đạt điện Ý tưởng so với mơ hình có Phù hợp kích thước , hình dạng Mức độ thẩm mĩ Đơn giản, dễ sử dụng Công suất Đ ộ bền Khả phát triển mơ hình So sánh kết bạn với thành viên khác lớp Các mẫu thử có giải vấn đề theo cách tương tự nhau? Giải thích? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Bạn thay đổi yếu tố để làm cho mẫu thử bạn hoạt động hiệu hơn? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Tài liệu 4: Phiếu học tập số Họ tên :………………………………………….Nhóm……………………… Câu Trong hình vẽ sau đây, từ thơng gửi qua diện tích khung dây dẫn có giá trị lớn ? A B C D Câu 2:Một máy phát điện xoay chiều pha có phần cảm rơtơ s ố c ặp cực p Khi rôtô quay với tốc độ n (vịng/s) từ thơng qua cuộn dây stato biến thiên tuần hồn với tần số (tính theo đơn vị Hz) A f = np 60 B f = np C f = n 60 p D f = 60pn Câu Trong máy phát điện xoay chiều pha A tần số dòng điện tỉ lệ thuận với số cuộn dây B phần tạo suất điện động cảm ứng stato C phần tạo từ trường rôto D suất điện động tỉ lệ với tốc độ quay rôto Câu Một khung dây dẫn phẳng, dẹt, hình trịn quay xung quanh m ột trục đối xứng (∆) nằm mặt phẳng khung dây, m ột từ tr ường đ ều có vectơ cảm ứng từ vng góc với (∆) Tại thời điểm t, từ thơng qua diện tích khung dây suất điện động cảm ứng xuất khung dây có đ ộ l ớn l ần lượt bằng 11 6π 11 12π Wb 110 (V) Từ thông cực đại qua diện tích khung dây (Wb) Tần số suất điện động cảm ứng xuất khung dây A 120Hz B 100Hz C 50Hz D 60Hz Câu Một khung dây dẹt hình chữ nhật gồm 200 vịng, có c ạnh 15cm 20cm quay từ trường với vận tốc 1200 vòng/phút Biết từ tr ường có véc tơ cảm ứng từ  B vng góc với trục quay B = 0,05T Giá trị hiệu dụng suất điện động xoay chiều là: A 60,2V B 37,6V C 42,6V D 26,7V Câu Một máy phát điện xoay chiều pha có rơto ph ần cảm, c ần phát dịng điện có tần số khơng đổi 60 Hz để trì hoạt động thiết bị kỹ thuật Nếu thay rôto máy phát điện rơto khác có h ơn hai c ặp cực số vịng quay rơto phải thay đổi 18000 vịng Số cặp cực rôto lúc đầu A B C 10 D ĐÁP ÁN PHIẾU HỌC TẬP SỐ C B D D D D Tài liệu 5: Câu hỏi phát triển Họ tên :………………………………………….Nhóm……………………… Câu hỏi : Với cơng thức biết, em tính tốn thông s ố, đ ể ch ế tạo máy phát điện phát điện xoay chiều có suất điện động theo ý muốn Chiều dài dây, khối lượng dây có ảnh hưởng ? Tên Thông số để có E = V Thơng số để có E = 12 V Thơng số để có E = 24 V Nam châm Cuôn dây Tốc quay Chiều dài dây Khối lượng dây Diện tích khung dây …… Câu hỏi : Hãy chế tạo mở rộng để đưa máy phát điện xoay chiều thành máy phát điện chiều Dự tốn vật liệu , vẽ mơ hình cần thi ết ? ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Câu hỏi : Từ máy phát điện xoay chiều chế tạo sử dụng số thi ết bị điện tử để chuyển thành dịng điện chiều thắp sáng bóng đèn 2,5V? ………………………………………………………………………………………… Câu hỏi : Đề xuất giá thành cho máy phát điệnxoay chiều chạy sức gió đơn giản chạy 01 modem internet 01 router wifi ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Tài liệu 3: Một số hình ảnh mơ hình máy phát điện đ ơn gi ản SẢN PHẨM THỰC TẾ SAU KHI ĐÃ LÀM ... động máy phát điện xoay chiều - Lập kế hoạch thiết kế, vẽ cấu tạo máy phát điện xoay chiều đơn giản - Thực trình chế tạo máy phát điện xoay chiều - Đánh giá hiệu suất, mức độ phù hợp máy phát điện. .. tạo dòng điện Bản báo cáo kiến thức tượng cảm ứng điện từ, máy phát điện xoay chiều Từ thông, tượng cảm ứng điện từ, định luật Len xơ, Định luật Fara đay, Cấu tạo máy phát điện xoay chiều d... cảm ứng điện từ Vật Lý 11 máy phát ện xoay chiều Vật lý 12 Học sinh trình bày cấu tạo nguyên tắc t ạo dòng ện b Nội dung hoạt động Nghiên cứu 23 "Từ thông Cảm ứng điện từ", 24 “ Suất điện động