Thiết kế thí nghiệm và xây dựng video hướng dẫn tiến hành thí nghiệm ở trường trung học phổ thông phần dòng điện không đổi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG VIDEO HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG PHẦN DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Kim Chung Sinh viên thực khóa luận: Dương Mạnh Tuấn Hà Nội - 2018 LỜI CẢM ƠN Sự thành công gắn liền với giúp đỡ, hỗ trợ, dù hay nhiều người khác, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian học tập giảng đường đại học nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy cô, bạn bè Vì vậy, với lịng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Khoa Sư phạm Vật Lí – Trường Đại học Giáo Dục truyền thụ cho em nhiều tri thức quý báu lòng nhiệt huyết suốt thời gian qua, giúp em hiểu cao quý nghề giáo giúp em xây dựng hình ảnh người thầy giáo tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Kim Chung tận tâm hướng dẫn em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Thầy tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên chúng em để hồn thành khóa luận thời hạn Một lần em xin cảm ơn thầy Trong trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp, nhận thấy cố gắng kiến thức cịn hạn hẹp nên cịn nhiều thiếu sót, mong thầy bổ sung để khóa luận hồn thành Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, tháng năm 2018 Sinh viên thực Dương Mạnh Tuấn MỤC LỤC LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Vật lý phổ thông thực nghiệm 1.2 Phần Dịng điện khơng đổi: kiến thức từ thực nghiệm MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC KHÓA LUẬN Chương 1: CỞ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Phân tích nội dung chương trình phổ thơng phần: Dịng điện không đổi 1.1.1 Nội dung kiến thức 1.1.2 Những u cầu chương trình phổ thơng 29 1.2 Phân tích logic hình thành kiến thức 32 Chương 2: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 43 Thí nghiệm 1: Xác định suất điện động điện trở pin điện hóa 43 Thí nghiệm 2: Tự tạo pin điên hóa 46 Chương 3: TRÌNH BÀY KẾT QUẢ CÁC THÍ NGHIỆM 46 Thí nghiệm 1: Xác định suất điện động điện trở pin điện hóa 46 Thí nghiệm 2: Chế tạo pin điện hóa 48 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Vật lý phổ thông thực nghiệm Vật lí trường phổ thơng môn khoa học thực nghiệm, kết luận thành rút kiểm chứng quan sát thí nghiệm, đo lường.Vì vậy, việc đưa thí nghiệm vào dạy học làm cho học sinh tiếp cận với đường nghiên cứu khoa học nhà khoa học tiếp thu kiến thức cách nhanh chóng, dễ dàng Thơng qua thí nghiệm vật lí, học sinh rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, giáo dục tổng hợp, hình thành tư sáng tạo tinh thần làm việc tập thể Khi tiến hành thí nghiệm, học sinh làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học, có số kĩ sử dụng máy móc thiết bị làm sở cho việc sử dụng công cụ công việc sống Thí nghiệm vật lí tạo trực quan sinh động trước mắt học sinh, dẫn tới tác động có chủ định, có hệ thống người vào đối tượng thực khách quan, từ giúp học sinh tiếp thu kiến thức Thí nghiệm cịn có tác dụng giúp cho việc dạy học Vật lí tránh tính chất giáo điều, hình thức phổ biến dạy học nay, đồng thời giúp học sinh củng cố niềm tin khoa học nhằm hình thành giới quan vật biện chứng cho học sinh Chính mà việc giảng dạy trường phổ thông phải thông qua việc sử dụng rộng rãi thí nghiệm vật lí Tuy nhiên, qua tìm hiểu tình hình dạy học mơn Vật lí trường phổ thông, kết rằng: thực trạng dạy học Vật lí khơng đáp ứng tính khoa học thực nghiệm mơn Vật lí Tình trạng thiếu thiết bị, dụng cụ có chất lượng thấp, không đồng tượng phổ biến hầu hết trường phổ thông, nguyên nhân khiến nhiều giáo viên dạy học mà khơng có thí nghiệm Một số trường có thiết bị thí nghiệm biểu diễn giáo viên làm nhiều lý do, học sinh thường chẳng làm thí nghiệm trực diện mà chủ yếu học “chay” Do khơng phát huy tính tích cực, tự lực sáng tạo, giảm tính hấp dẫn mơn Vật lí học sinh Nhờ vậy, lí luận thực tiễn rằng, thí nghiệm thực hành vật lí đóng vai trị vơ quan trọng q trình giảng dạy 1.2 Phần Dịng điện khơng đổi: kiến thức từ thực nghiệm Đây chương nối tiếp kiến thức chương “Điện tích – Điện trường”, đồng thời tảng để nghiên cứu phần khác chương trình vật lí phổ thơng như: dịng điện mơi trường, từ trường, dịng điện xoay chiều Phần lớn kiến thức chương gần gũi có nhiều ứng dụng đời sống kỹ thuật Dòng điện chiều dùng để thắp sáng, nguồn điện chiều sử dụng rộng rãi Trong trường hợp dùng đến dịng điện khơng đổi hiệu điện nhỏ, nguồn điện đóng vai trị quan trọng, chẳng hạn đèn pin cầm tay, ô tơ, xe máy … dùng bình acquy để thực việc “đề máy”, thắp sáng hệ thống đèn chiếu sáng, đèn tín hiệu Điện dễ dàng chuyển hóa thành dạng lượng khác Đó đặc tính có tầm quan trọng đặc biệt, nhờ lượng điện sử dụng rộng rãi đời sống kỹ thuật Các mạch điện dùng thực tế tương đối phức tạp, hầu hết thiết bị điện có chuyển hóa lượng điện thành nhiều dạng lượng khác Kiến thức định luật Ơm cho mạch kín cho loại đoạn mạch giúp ta tính xác thiết kế lắp ráp mạch điện Việc sử dụng nguồn điện thích hợp mắc chúng thành cách hợp lí nâng cao hiệu suất sử dụng Hệ thống tập chương đa dạng phong phú, phù hợp với trình độ khác HS Những lý khiền đề tài “ Thiết kế thí nghiệm xây dựng video hướng dẫn tiến hành thí nghiệm trường THPT phần: Dịng điện khơng đổi” cần thiết MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xây dựng thí nghiệm phần Dịng điện khơng đổi sử dụng dạy học phổ thơng theo chương trình phổ thơng NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Để đạt mục đích đề ra, đề tài có nhiệm vụ chủ yếu sau: • Nghiên cứu sở lí luận chương trình phổ thơng phần: Dịng điện xoay chiều Nghiên cứu lí luận thiết kế sử dụng thiết bị thí nghiệm phịng thí nghiệm • Nghiên cứu nội dung chương trình Vật lí THPT phần: Dịng điện xoay chiều, để từ xác định xây dựng thí nghiệm cần tiến hành dạy học kiến thức • Nghiên cứu cách thức sử dụng thiết bị thí nghiệm có phịng thí nghiệm, tìm ưu điểm, nhược điểm từ tiến hành thí nghiệmvà xây dựng video nhằm đáp ứng yêu cầu khoa học kĩ thuật khoa học sư phạm thiết bị thí nghiệm Trên sở đó, tiếp thu, hồn thiện thiết bị thí nghiệm thiết kế, bổ sung tiến trình dạy học cho đạt mục đích đề tài CẤU TRÚC KHĨA LUẬN Mở đầu Chương Cơ sở lí luận đề tài Chương 2: Thiết kế thí nghiệm Chương 3: Kết KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Chương 1: CỞ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Phân tích nội dung chương trình phổ thơng phần: Dịng điện khơng đổi 1.1.1 Nội dung kiến thức 1.1.1.1 Dòng điện khơng đổi Nguồn điện a Định nghĩa dịng điện Khái niệm dòng điện với khái niệm hiệu điện Ampe đưa vào vật lí học lần vào năm 1826 cơng trình mang tên "Lý thuyết tượng điện động lực học, rút t thí nghiệm" Thời đó, dịng điện chưa định nghĩa đầy đủ Trong môi trường dẫn điện, hạt điện tự luôn chuyển động nhiệt hỗn lọan Dưới tác dụng điện trường ngồi, chúng chuyển động có hướng:  hạt mang điện dương chuyển động theo chiều điện trường E , hạt mang điện âm chuyển động theo chiều ngược lại Dòng hạt mang điện chuyển động có hướng gọi dịng điện Dịng điện phát sinh vật dẫn, tồn điện trường, gọi dòng điện dẫn (tuy nhiên, sau ta gọi tắt dòng điện) Vậy, dịng điện dịng điện tích dịch chuyển có hướng b Chiều dòng điện Dưới tác dụng điện trường vật dẫn, điện tích dương âm chuyển động ngược chiều Thí nghiệm chứng tỏ chuyển động hai hướng ngược điện tích dương âm tạo thành dịng điện tương đương phương diện Do ta lý luận thể dịng điện gây dịch chuyển điện tích dương Theo quy ước lịch sử, chiều dòng điện chiều dịch chuyển điện tích dương Nó đưa để thống quy ước chiều dòng điện trường hợp phức tạp như: - Trong kim loại, thực tế proton (tích điện dương) có dao động chỗ, cịn electron (tích điện âm) chuyển động Chiều chuyển động electron, đó, ngược với chiều dịng điện quy ước - Trong số mơi trường dẫn điện (ví dụ dung dịch điện phân, plasma, ), hạt tích điện trái dấu (ví dụ ion âm dương) chuyển động lúc, ngược chiều - Trong bán dẫn loại p, electron thực chuyển động, dòng điện miêu tả chuyển động hố điện tử tích điện dương c Bản chất dòng điện Bản chất dòng điện mơi trường khác khác Cụ thể: - Trong kim loại, nguyên tử liên kết chặt chẽ với nhau, xếp thành mạng tinh thể nên ngun tử khơng chuyển động có hướng tác dụng điện trường để tạo thành dịng điện Tuy nhiên, có số electron liên kết yếu với hạt nhân nên dễ dàng thoát khỏi liên kết với hạt nhân trở thành e tự do, chuyển động hỗn loạn khoảng không gian mạng tinh thể Dưới tác dụng điện trường e tự chuyển động có hướng để tạo thành dịng điện Hình 1.1.1.1.c Do chất dịng điện kim loại dịng dịch chuyển có hướng electron tự ngược chiều điện trường - Trong chất điện phân, chất điện phân chẳng hạn muối, axit, bazo hòa tan vào nước chúng dễ dàng tách thành ion trái dấu chuyển động nhiệt mạnh muối hay bazo nóng chảy làm phân tử phân li thành ion tự dung dịch Khi chưa có điện trường ngồi, ion chuyển động nhiệt hỗn loạn Dưới tác dụng điện trường ngồi, iơn chuyển động theo hai hướng ngược nhau: ion dương chuyển động theo chiều điện trường, ion âm chuyển động ngược chiều điện trường để tạo thành dịng điện Do chất dòng điện chất điện phân dòng dịch chuyển có hướng ion dương theo chiều điện trường ion âm ngược chiều điện trường - Trong chất khí, trạng thái bình thường, chất khí gồm nguyên tử hay phân tử trung hịa điện Khi có kích thích bên ngồi, phân tử khí bị ion hóa , chất khí xuất hạt mang điện tự do: electron, ion âm ion dương Dưới tác dụng điện trường , ion dương, ion âm electron chuyển động có hướng tạo thành dịng điện Do chất dịng điện chất khí dịng dịch chuyển có hướng ion dương theo chiều điện trường ion âm electron ngược chiều điện trường d Tác dụng dòng điện Tuy có chất khác dịng điện có tác dụng đặc trưng giống tác dụng hoá, tác dụng nhiệt, tác dụng từ… - Tác dụng từ Đây dấu hiệu tổng quát dòng điện Biểu tác dụng từ dòng điện dòng điện gây từ trường khoảng không gian xung quanh Có thể quan sát tác dụng từ trường hợp khác dịng điện, khơng phụ thuộc chất vật dẫn Dựa tác dụng người ta chế tạo thiết bị điện, dụng cụ dùng điện đồng hồ đo điện, nam châm điện, chng điện - Tác dụng hóa học Khi dòng điện truyền qua dung dịch chất điện phân chất bị phân tích, tác dụng hóa học dịng điện Tác dụng hóa học dòng điện sở việc mạ điện mạ vàng, mạ đồng, mạ bạc để chống gỉ làm đẹp Khi vật cần mạ dùng làm cực âm, kim loại dùng để mạ làm cực dương, chất điện phân dung dịch muối kim loại dùng để mạ - Tác dụng nhiệt Khi dịng điện truyền qua vật dẫn làm vật dẫn nóng lên tỏa nhiệt xung quanh Đó tác dụng nhiệt dòng điện Dựa tác dụng này, chế tạo thiết bị dùng điện bàn là, bếp điện, đèn điện Ngồi ra, dịng điện cịn có tác dụng khác tác dụng học, tác dụng sinh lí Nếu để dịng điện qua thể người dịng điện làm co giật, làm tim ngừng đập, ngạt thở thần kinh tê liệt Như vậy, dịng điện gây nguy hiểm đến tính mạng người Do phải thận trọng sử dụng điện, đặc biệt mạng điện có điện áp lớn mạng điện sinh hoạt Tuy nhiên, y học người ta sử dụng tác dụng sinh lí dịng điện thích hợp để chữa số bệnh e Mật độ dòng điện Những đường mà dọc theo có hạt điện tích chuyển động gọi đường dòng Chiều đường dòng coi chiều chuyển động điện tích dương Nhờ đường dịng có khái niệm trực quan chuyển động electron ion tạo nên dịng điện Nếu bên vật dẫn có dịng điện, tách cách tưởng tượng ống mà mặt bên lập đường dịng, điện tích chuyển động khơng cắt mặt bên ống, nghĩa điện tích trong ống không khỏi ống điện tích ngồi ống khơng vào ống Người ta gọi ống ống dịng (Hình e.1) Mặt vật dẫn kim loại đặt cô lập ống dịng Hình e.1 Để đặc trưng định lượng dòng điện người ta dùng hai đại lượng bản: mật độ dòng cường độ dòng điện - Vận dụng hệ thức I = E RN + r U = E – Ir để giải tập tồn mạch - Tính hiệu suất nguồn điện - Tính suất điện động điện trở nguồn mắc nối tiếp, mắc xung đối, mắc song song đơn giản mắc hỗn hợp đối xứng - Vận dụng định luật Ôm để giải tập đoạn mạch có chứa nguồn điện máy thu điện - Giải tập mạch cầu cân mạch điện kín gồm nhiều nút - Mắc nguồn điện thành nguồn nối tiếp, xung đối song song - Tiến hành thí nghiệm để đo suất điện động điện trở pin 1.2.4 Nhìn lại kiến thức học THCS - Ở lớp 7: Các em học kiến thức • Vật bị nhiễm điện cách cọ xát • Vật bị nhiễm điện (vật mang điện tích) có khả hút vật khác • Có loại điện tích (dương, âm) Các vật nhiễm điện loại đẩy nhau, khác loại hút • Các khái niệm dịng điện, chất dẫn điện, chất cách điện, dòng điện kim loại, tác dụng dòng điện, đặc trưng dòng điện (cường độ, hiệu điện thế) - Ở lớp 9: Các em học • Sự phụ thuộc cường độ dòng điện vào hiệu điện đầu dây dẫn • Định luật Ơm dây dẫn chứa điện trở • Cơng, cơng suất dịng điện • Định luật Jun – Len-xơ 1.2.5 Phân tích phát triển kiến thức Định luật Ơm Ôm định luật quan trọng điện học, định luật nhà vật lý học người Đức tên Ohm (George) (1787 - 1854) phát minh.Ôm nghiên cứu tình chất điện trở năm 1825 1826, công bố kết vào năm 1827 "Nghiên cứu phương trình tốn học mạch điện" Vào thời kỳ trước Ôm người ta cịn chưa có ý niệm rõ ràng cường độ dòng điện, điện áp, khái niệm điện trở chưa có Do điều kiện kinh tế khó khăn, thời gian dài Ohm phải làm gia sư thầy giáo dạy trường trung học Đến việc dạy học, ông hồ hội trở thành nhà vật lý học vĩ đại thời đại Trong thời gian rảnh rỗi, ông tranh thủ tự tay thiết kế, chế tạo dụng cụ để tiến hành thực nghiệm nghiên cứu khoa học Dựa theo phương pháp Coulomb, ông chế tạo máy đo lực dòng điện để đo cường độ dòng điện, đồng thời đưa đến định nghĩa sức điện động, đưa khái niệm xác cường độ dòng điện điện trở Từ tượng nhiệt phát dây dẫn khi, có dịng điện chạy qua, ông so sánh tỉ lệ nhiệt phát cường độ dòng điện chạy qua mà tìm qui luật tương ứng Qua số lớn thí nghiệm tiến hành phân tích mối liên hệ điện áp, cường độ dòng điện điện trở, qua trình nghiên cứu tỉ mỉ, cuối năm 1826 ông phát minh định luật mang tên ông định luật Ơm Tuy nhiên lúc đầu phép đo ơng chưa xác lắm, phải đến đầu năm 40 định luật Ôm cơng nhận, sau nhiều nhà vật lí khác thực lại phép đo xác hơn, tước bỏ quan niệm sai Ôm 1.2.6 Cấu trúc logic kiến thức Nguồn điện – Dòng điện Suất điện động nguồn điện Ở THCS học sinh học đại lượng: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở…tuy nhiên học sinh chưa học suất điện động Lên THPT, cụ thể phần điện lớp 11, sau nguồn điện, học sinh hiểu nguồn điện tác dụng lực khơng phải lực tĩnh điện lên điện tích tự để trì hiệu điện mạch Ở lực lạ thực công chống lại lực điện trường mặt khác, nguồn lập thành mạch kín điện tích chuyển dời mạch nhờ tác dụng điện lực Công lực điện làm cho điện tích chuyển động theo chiều điện trường cơng lực lạ nói Suất điện động đại lượng dùng để đánh giá khả sinh công nguồn điện định nghĩa sau: Suất điện động  nguồn điện đại lượng đặc trưng cho khả thực công nguồn điện đo thương số công A lực lạ thực làm dịch chuyển điện tích q bên nguồn điện từ cực âm đến cực dương độ lớn điện tích q  = A q Đơn vị suất điện động vôn, V Mỗi nguồn điện có suất điện động định, khơng đổi Ngồi suất điện động, nguồn điện vật dẫn nên có điện trở, gọi điện trở nguồn điện Sang chương V: Cảm ứng điện từ học sinh học thêm khái niệm suất điện động cảm ứng, suất điện động tự cảm Công, công suất dòng điện Ở lớp 9, học sinh định nghĩa, biết cách tính cơng, cơng suất dòng điện, xét trường hợp đoạn mạch có điện trở Cơng thức tính cơng suy từ cơng thức tính cơng suất dịng điện Lên THPT, học sinh học điện tích, điện trường, từ cơng cơng suất dòng điện đoạn mạch định nghĩa tổng qt hơn: Cơng dịng điện chạy qua đoạn mạch công lực điện làm di chuyển điện tích tự đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch Cơng dịng điện chạy qua đoạn mạch điện mà đoạn mạch tiêu thụ Theo cơng thức tính cơng lực điện thế: AMN = q(VM − VN ) cơng thức tính cơng dịng điện là: A = qU = UIt Cơng suất dịng điện chạy qua đoạn mạch đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực cơng dịng điện Cơng suất dịng điện chạy qua đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch cường độ dịng điện chạy qua đoạn mạch đó: P= A = UI t * Định luật Jun-Len-xơ a) Lịch sử Jun nhà sản xuất rượu bia, chủ nhà máy rượu bia lớn, sớm có thích thú nghiên cứu điện Vào năm 1841 ông công bố “ Tạp chí Triết học” nghien cứu hieuj ứng nhiệt dòng điện Ông nêu nhiệt lượng tỏa dây dẫn tỉ lệ với bình phương cường độ dịng điện Cùng vào thời gian đó, viện sĩ Viện hàn lâm Pêtecbua Len xơ nghiên cứu vấn đề cách tồn diện xác hơn, xác định đơn vị điện trở dòng điện sức điện động khảo sát nhiều loại diện trở khác nhau, đến định luật đày đủ công bố năm 1843 Định luật mang tên định luật JunLen-xơ b) Nội dung Ở lớp 9, học sinh học định luật này, áp dụng với dây dẫn có dịng điện chạy qua Đối với THPT định luật định nghĩa gắn với vật dẫn, cấp THPT học sinh học nguồn điện, pin, acquy thiết bị coi vật dẫn Phát biểu: Nhiệt lượng tỏa vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở vật, với bình phương cường độ dòng điện với thời gian dòng điện chạy qua vật Q = RI 2t Trong trường hợp đoạn mạch có điện trở R, cơng lực điện có tác dụng làm tăng nội vật dẫn Vật dẫn nóng lên tỏa nhiệt môi trường xung quanh, công A = P.t nhiệt lượng Q làm tăng nội vật dẫn tỏa môi trường: A = Q = UIt = I Rt Công công suất nguồn điện Lên THPT học sinh học nguồn điện, ngồi cơng, cơng suất dòng điện học sinh cung cấp thêm kiến thức công, công suất nguồn điện Trong mạch điện kín, nguồn điện thực cơng, làm di chuyển điện tích tự có mạch tạo thành dịng điện Cơng bao gồm cơng lực điện công lực lạ Từ công thức suất điện động  = A ta suy q ra, cơng lực điện điện điện tích dịch chuyển theo mạch kín 0, cơng thức tính cơng nguồn điện là: A = q =  It Công nguồn điện công dịng điện chạy tồn mạch, điện sản tồn mạch Cơng suất nguồn điện có giá trị cơng nguồn điện thực đơn vị thời gian: P = A =I t Định luật Ôm Ở lớp học sinh học định luật Ôm trường hợp đoạn mạch điện chứa điện trở Ở bậc THPT định luật mở rộng toàn mạch loại mạch có chứa nguồn điện loại máy thu điện Định luật Ơm tồn mạch Định luật xây dựng sở định luật Jun-Len-xơ định luật bảo toàn lượng Mạch điện kín đơn giản gồm điện trở R; nguồn điện có suất điện động  điện trở r Định luật ơm tồn mạch nêu lên mối liên hệ suất điện động, cường độ dòng điện chạy mạch điện trở toàn mạch Trong khoảng thời gian t nguồn điện thực công: A = q =  It Cũng thời gian t này, nhiệt lượng tỏa điện trở R điện trở r là: Q = RI 2t + rI 2t Theo định luật bảo toàn lượng, lượng tiêu thụ toàn mạch phải lượng nguồn điện cung cấp, nghĩa A=Q   It = RI 2t + rI 2t   = I R + I r   = I (R + r) Như suất điện động nguồn diện có giá trị tổng độ giảm điện mạch mạch I=  R+r Phát biểu định luật ôm tồn mạch: Cường độ dịng điện mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động nguồn điện tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần mạch • Hiện tượng đoản mạch Nếu điện trở mạch nhỏ khơng đáng kể R  cường độ dòng điện lớn phụ thuộc vào  r : I =  r , ta nói nguồn điện bị đoản mạch Đoản mạch cịn gọi chập mạch hay ngắn mạch • Trường hợp mạch ngồi có máy thu điện Máy thu điện có suất phản điện  p điện trở rp Dòng điện I vào cực dương máy thu điện Khi ta có:  −  p = I ( R + r + rp ) I =  −p R + r + rp • Hiệu suất nguồn điện Cơng tồn phần nguồn điện tổng cơng dịng điện sản mạch ngồi mạch trong, có cơng dịng điện sản mạch ngồi cơng có ích Hiệu suất nguồn là: H = Aich U = A  Định luật Ôm với loại mạch điện • Định luật Ơm mạch điện có chưa nguồn điện Khảo sát phụ thuộc hiệu điện đoạn mạch chứa nguồn điện vào cường độ dòng điện chạy mạch, rút kết luận: U AB = VA − VB =  − rI Nếu đoạn mạch AB cịn có thêm điện trở R: I =  − U AB R+r • Định luật Ơm đoạn mạch chứa máy thu điện Xét đoạn mạch AB có chứa máy thu điện có suất phản điện  p điện trở rp Hiệu điện hai đầu đoạn mạch U có cường độ dịng điện I từ cực dương máy thu điện Cơng dịng điện sinh thời gian t : A=Uit Điện tiêu thụ máy tiêu thụ điện thời gian t là: Ap =  p It + rp I 2t Theo định luật bảo toàn lượng A = Ap I = U AB −  p rp Nếu đoạn mạch có thêm điện trở R: I = U AB −  p R + rp * Cơng thức tổng qt định luật Ơm loại đoạn mạch Xét đoạn mạch AB có pin acquy Nếu dòng điện chạy qua pin (acquy) từ cực âm đến cực dương: U BA = VB − VA =  − ( R + r ) I AB  U AB = VA − VB = ( R + r ) I AB −  Nếu dòng điện chạy qua pin từ cực dương đến cực âm U AB = VA − VB = ( R + r ) I AB +   =  p  U AB = ( R + r ) I AB −  U AB +  R+r Đó cơng thức tổng qt định luật Ôm áp dụng cho loại mạch điện I = Chương 2: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Xác định suất điện động điện trở pin điện hóa Mục đích: - Làm thí nghiệm để xác định suất điện động điện trở pin - Củng cố kĩ sử dụng đồng hồ đa năng, tính tốn sai số sử dụng đồ thị - Hiểu rõ vai trò điện trở mối liên hệ với mạch ngồi thực tế Cơ sở lý thuyết: - Định luật Ôm với đoạn mạch cho toàn mạch UAB = VA - VB = ξ – rI - Cấu tạo hoạt động pin Trình tự thí nghiệm 3.1 Phương án 1: • Dụng cụ thí nghiệm: - Một pin điện hóa - Một biến trở - Hai đồng hồ đa số - Bộ ngắt điện - Bảng điện, dây nối • Tiến trình thí nghiệm: - Kiểm tra dụng cụ - Vẽ sơ đồ mạch điện: - Lắp ráp mạch điện kiểm tra mạch - Đầu tiên, điều chỉnh biến trở tới vị trí bất kì, đọc cặp số đo tương ứng U I - Ghi kết thí nghiệm vào bảng sau: Bảng 3.1.1 : Giá trị cặp U, I đo từ thí nghiệm Đại lượng Đo lần Đo lần Đo lần U1 I1 U2 I2 Ɛ r - Lập hệ phương trình giải hệ: U1 = Ɛ – rI1 U2 = Ɛ – rI2 Lưu ý: - Dãn khoảng cách hai lần đo để giảm nhiệt độ điện trở 3.2 Phương án 2: Dựa đồ thị U = f(I) phương trình định luật Ơm tồn mạch U = ξ -rI • Dụng cụ thí nghiệm: - Một biến trở - Một pin điện hóa - Hai đồng hồ đo điện đa - Một khóa ngắt điện K • Tiến trình thí nghiệm: - Mở khóa K, đặt R vị trí có điện trở lớn - Đóng K, ghi giá trị U, I đo - Dịch chuyển R đến vị trí khác, ghi cặp giá trị U, I tương ứng với vị trí - Lập bảng số liệu, vẽ đồ thị theo cặp giá trị U I Bảng 3.1.2: Bảng số liệu cặp U I R 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 U I Thí nghiệm 2: Tự tạo pin điên hóa dung dịch nước muối Mục đích thí nghiệm: - Hiểu rõ cấu tạo nguyên lý hoạt động pin điện hóa - Biết cách mắc mạch điện - Có thể chế tạo pin điện hóa đơn giản ứng dụng vào sống Cơ sở lý thuyết: Cấu tạo nguyên lí hoạt động pin Vơnta Trình tự thí nghiệm: • Dụng cụ thí nghiệm: - Lá đồng Cu kẽm Zn - Cốc nhựa - Muối - Đồng hồ đo điện đa - Dây dẫn • Tiến trình thí nghiệm: - Thả đồng Cu kẽm Zn cốc nước, lưu ý không để chạm - Đo hiệu điện hai - Thả muối vào cốc nước - Đo lại hiệu điện hai - Mắc mạch nối tiếp để tạo hiệu điện lớn Chương 3: TRÌNH BÀY KẾT QUẢ CÁC THÍ NGHIỆM Thí nghiệm 1: Xác định suất điện động điện trở pin điện hóa Phương án thứ nhất: • Kết thí nghiệm: Bảng 3.1 Các cặp giá trị U I từ thí nghiệm Đại lượng Đo lần Đo lần Đo lần U1 1.447 1.448 1.447 Suất điện động ξ = Δξ = ξmax – ξmin I1 14.1 14.1 14.1 𝜉1 +𝜉2 +𝜉3 U2 1.438 1.438 1.438 I2 27.6 27.6 27.6 ξ 1.4564 1.4584 1.4564 = 1.457 = 0.0001 Vậy suất điện động ξ = 1.457 ± 0.0001 Điện trở r = ( r1 + r2 + r3 ) / = 0.000069 Δr = 0.0000035 Vậy điện trở r = 0.000069 ± 0.0000035 Phương án thứ hai: • Kết thí nghiệm: Bảng 3.1.2: Bảng số liệu cặp U I R 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vẽ đồ thị U = f(I) U 1.370 1.399 1.411 1.419 1.425 1.428 1.432 1.433 1.435 1.436 I 117.8 64.4 44.3 33.9 27.4 22.9 19.8 17.4 15.5 15.5 r 0.00067 0.00074 0.00067 Mối quan hệ U I 1,44 1,43 1,42 1,41 1,4 1,39 1,38 1,37 y = -0,0006x + 1,4432 1,36 20 40 60 80 100 120 140 Từ biểu đồ ta tính suất điện động theo phương trình đường thẳng 𝜉= -0.0006 + 1.4432 = 1.4432 r= 𝛥𝑈 𝛥𝐼 = 0.0011 11.9 = 0.000092 Thí nghiệm 2: Chế tạo pin điện hóa Sau chế tạo pin điện hóa, ta có pin điện hóa với hiệu điện 0.75V KẾT LUẬN Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, dạy học vật lí phải kết hợp đồng thời lí thuyết thực hành GV HS phải nhận thức tầm quan trọng thực hành, thí nghiệm Kĩ thí nghiệm, thực hành, vận dụng thực tế HS Là giáo viên tương lai, nhận thức phần việc phải đổi phương pháp theo hướng kích thích tính hứng thú HS nhằm nâng cao chất lượng dạy học Qua thời gian nghiên cứu đề tài “THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG VIDEO HƯỚNG DẪN TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƯỜNG THPTPHẦN DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI”, trình độ lực hạn chế song hướng dẫn bảo tận tình thầy hướng dẫn cố gắng nỗ lực thân tơi hồn thành nhiệm vụ nghiên cứu đặt So với mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu khóa luận, đề tài đạt kết sau: - Thiết kế số thí nghiệm phần Dịng điện khơng đổi như: + Thí nghiệm chế tạo pin điện hóa + Thí nghiệm xác định suất điện động điện trở pin điện hóa Bên cạnh đóng góp luận văn trên, luận văn cịn số hạn chế sau: - Các thí nghiệm chưa bao quát kiến thức toàn kiến thức chương - Do điều kiện hạn chế thời gian nên việc đánh giá tính hiệu chưa mang đầy đủ tính khái qt Đề tài hồn thành, thời gian kiến thức thân hạn hẹp nên khơng tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý bổ ích q thầy TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) (2007), Vật lí 11 bản, NXB Giáo dục Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) (2007), Sách giáo viên Vật lí 11 bản, NXB Giáo dục David Halliday – Robert Resnick – Jearl Waler (2009), Cơ sở vật lí – Tập Điện học, NXB Giáo dục Vũ Thanh Khiết (2000), Điện học, NXB Giáo dục Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) (2007), Vật lí 11 nâng cao, NXB Giáo dục Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) (2007), Sách giáo viên Vật lí 11 nâng cao, NXB Giáo dục 7.Vụ giáo dục trung học (2007), Tài liệu bồi dưỡng giáo viên lớp 11 mơn Vật lí, NNXB giáo dục ... hành thí nghiệmvà xây dựng video nhằm đáp ứng yêu cầu khoa học kĩ thuật khoa học sư phạm thiết bị thí nghiệm Trên sở đó, tiếp thu, hồn thiện thiết bị thí nghiệm thiết kế, bổ sung tiến trình dạy học. .. Nguồn điện – Dòng điện Suất điện động nguồn điện Ở THCS học sinh học đại lượng: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở…tuy nhiên học sinh chưa học suất điện động Lên THPT, cụ thể phần điện. .. vật dẫn, tồn điện trường, gọi dòng điện dẫn (tuy nhiên, sau ta gọi tắt dòng điện) Vậy, dịng điện dịng điện tích dịch chuyển có hướng b Chiều dòng điện Dưới tác dụng điện trường vật dẫn, điện