Kết hợp các thí nghiệm vật lý nằm trong chương trình “điện học” lớp 11 với các thí nghiệm tự chế tạo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức cho học sinh

Trong suốt thời gian thực hiện khóa luận, em đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ từ quý thầy cô giáo cũng như người thân và bạn bè để hoàn thành đề tài: “Kết hợp các thí nghiệm Vật l

KHOA VẬT LÝ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

KẾT HỢP CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ NẰM TRONG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỆN HỌC LỚP 11 VỚI CÁC THÍ NGHIỆM TỰ CHẾ TẠO THEO HƯỚNG TÍCH CỰC HOÁ

HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CHO HỌC SINH

Người thực hiện : TRẦN THỊ HỒNG ÂN Lớp : 10SVL

Khóa : 2010 – 2014 Ngành : SƯ PHẠM VẬT LÝ Người hướng dẫn : ThS NGUYỄN NHẬT QUANG

Đà Nẵng, 05/2014

Trong suốt thời gian thực hiện khóa luận, em đã nhận được nhiều

sự quan tâm giúp đỡ từ quý thầy cô giáo cũng như người thân và bạn

bè để hoàn thành đề tài: “Kết hợp các thí nghiệm Vật lý nằm trong

chương trình Điện học lớp 11 với các thí nghiệm tự chế tạo theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức cho học sinh”

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Nguyễn Nhật

Quang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực

hiện khóa luận Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo, cán bộ nhà trường đã giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt bốn năm học, cảm ơn gia đình bạn bè đã động viên và tạo mọi điều kiện để em

hoàn thành khóa luận này

Dù đã hết sức cố gắng nhưng khóa luận này không thể tránh khỏi những khó khăn, thiếu sót, vì vậy em rất mong những góp ý từ quý thầy cô cũng như các bạn để khóa luận được hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực hiện Trần Thị Hồng Ân

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

1 Lý do chọn đề tài 2

2 Mục đích của luận văn 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

3.1 Đối tượng 3

3.2 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 4

5 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Đóng góp của luận văn 5

7 Cấu trúc của luận văn 5

- Phần mở đầu: 5

- Phần nội dung: 5

- Phần kết luận 6

NỘI DUNG 7

CHƯƠNG 1 7

1.1 Khái niệm thí nghiệm Vật lý 7

1.2 Đặc điểm của thí nghiệm Vật lý 7

1.3 Vai trò của thí nghiệm Vật lý 7

CHƯƠNG 2 10

2.1 Phần Điện học trong chương trình Vật lý 11 Cơ bản 10

2.2 Phần Điện học trong chương trình Vật lý 11 Nâng cao 13

CHƯƠNG 3 16

3.1 Các bài thí nghiệm phần Điện học trong sách giáo khoa 16

3.2 Một số thí nghiệm tự thiết kế từ vật liệu đơn giản, có tính hiệu quả cao trong việc giảng dạy 50

3.3 Giáo án ứng dụng thí nghiệm vào dạy học Vật lý 61

3.4 Một số hình thức tổ chức dạy học có kết hợp với thí nghiệm nhằm tạo hứng thú học tập đối với học sinh 65

KẾT LUẬN 69

PHỤ LỤC 72

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 2

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Chúng ta đã đang và sẽ thực hiện đổi mới toàn diện trong ngành giáo dục Bởi

lẽ việc đầu tư cho giáo dục được Đảng và Nhà nước xác định là “quốc sách hàng đầu” Trong đó, cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ cho việc dạy học ngày càng được quan tâm và trang bị đầy đủ, nhằm nâng cao chất lượng giáo dục, đổi mới nội dung, phương pháp, chương trình giáo dục ở tất cả các cấp học, bậc học, đồng thời góp phần nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên

Trong giảng dạy các bộ môn khoa học nói chung và Vật lý nói riêng, thực nghiệm có vai trò hết sức quan trọng Đặc biệt, Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm, vì hầu hết các kiến thức được xây dựng hoặc rút ra từ đó Do đó thông qua thực nghiệm có thể giúp cho quá trình lĩnh hội kiến thức của học sinh được diễn ra một cách chủ động, phát huy được tính năng động, sáng tạo, rèn luyện kỹ năng thực hành, tư duy phán đoán của học sinh, giúp cho quá trình nhận thức được rõ ràng hơn về bản chất của các hiện tượng Vật lý Điều này làm cho hiệu quả dạy và học ngày càng được nâng cao

Thực trạng khảo sát việc sử dụng các thiết bị tại các trường THPT trên địa bàn thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam cho thấy một thực trạng đáng báo động về tình trạng xuống cấp các bộ thiết bị cũng như hiệu quả sử dụng các thiết bị thí nghiệm còn rất thấp Vấn đề hệ thống lại các bài thí nghiệm cũng như việc nghiên cứu chế tạo những thiết bị đơn giản có tính hiệu quả trong việc giảng dạy môn Vật

lý để thay thế các thiết bị thí nghiệm hư hỏng cũng như bổ sung vào kho thiết bị thí nghiệm ở cấp THPT là hết sức cần thiết

Vậy, để có thể nắm vững các thao tác, hình thành các kỹ năng, kỹ xảo trong khi tiến hành thí nghiệm và hướng dẫn học sinh thực hiện thí nghiệm khi về dạy

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 3

học ở trường phổ thông, tôi đã tiến hành nghiên cứu và thực hành các bài thí nghiệm trong phần Điện học chương trình Vật lý lớp 11 bậc THPT theo chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành, bên cạnh đó cũng đã nghiên cứu chế tạo một số bài thí nghiệm Điện học đơn giản, dễ thực hiện cũng như đề cập đến các hình thức dạy học có sử dụng hiệu quả các thí nghiệm Đó là những lý do tôi chọn

đề khóa luận tốt nghiệp: “Kết hợp các thí nghiệm Vật lý nằm trong chương trình

Điện học lớp 11 với các thí nghiệm tự chế tạo theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức cho học sinh”

2 Mục đích của luận văn

Nghiên cứu, khai thác, sử dụng hiệu quả các bộ dụng cụ thí nghiệm Điện học trong chương trình Vật lý lớp 11 bậc THPT và các thí nghiệm đơn giản tự chế tạo nhằm nâng cao tính tích cực trong dạy và học môn Vật lý lớp 11 bậc THPT

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng

- Các tài liệu về phương pháp dạy học thí nghiệm trong chương trình Vật lý lớp

11 bậc THPT

- Các tài liệu liên quan đến cơ sở lý thuyết của các bài thí nghiệm Điện lớp 11

- Tài liệu hướng dẫn sử dụng các bộ thí nghiệm Điện về phương pháp giảng dạy Vật lý ở khoa Vật lý

- Các bộ thí nghiệm phần Điện học trong chương trình Vật lý lớp 11

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và các dụng cụ thí nghiệm Điện học trong chương trình Vật lý lớp 11 bậc THPT Từ đó rút ra những kết luận và các phương pháp tổ chức

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 4

dạy học kết hợp với tiến hành thí nghiệm nhằm nâng cao chất lượng dạy và học trong

bộ môn Vật lý ở bậc THPT

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phần Điện học trong chương trình Vật lý lớp 11 bậc trung học phổ thông

- Nghiên cứu xây dựng các bài thí nghiệm, lấy các số liệu mẫu của các bài thí nghiệm phần Điện học trong chương trình Vật lý lớp 11 phổ thông

- Phân tích, xử lý các kết quả thu được Từ đó rút ra những kết luận cần thiết và tổng kết các kinh nghiệm để có thể hướng dẫn học sinh thí nghiệm một cách hiệu quả

- Tiến hành thiết kế và chế tạo một số thí nghiệm ở phần Điện học trong chương trình Vật lý lớp 11 bậc THPT từ những vật liệu đơn giản có tính hiệu quả cao

- Giới thiệu một số hình thức tổ chức dạy học kết hợp với các thí nghiệm Vật lý nhằm nâng cao chất lượng dạy và học trong bộ môn Vật lý

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nhiệm vụ trên, tôi đã tiến hành các phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu những tài liệu liên quan trong chương trình Vật

lý phổ thông, những tài liệu hướng dẫn sử dụng các bộ dụng cụ thí nghiệm liên quan Nghiên cứu những tài liệu về phương pháp dạy học thí nghiệm Vật lý lớp 11 trong trường phổ thông

- Nghiên cứu thực nghiệm : Tiến hành các bài thí nghiệm, từ kết quả thí nghiệm, kết hợp với quá trình quan sát, thực hiện rút ra những kết luận và những hướng dẫn sư phạm cần thiết Nghiên cứu chế tạo các thiết bị thí nghiệm đơn giản để nâng cao hứng thú cho học sinh trong việc giảng dạy Vật lý

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 5

6 Đóng góp của luận văn

Khoá luận là cơ sở để tôi có thể xây dựng và hoàn thiện các bài thí nghiệm Vật

lý khi về dạy ở trường phổ thông Nó còn có thể làm tài liệu tham khảo cho giáo viên, sinh viên và học sinh khi giảng dạy và tiến hành các bài thí nghiệm Vật lý liên quan

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm có 3 phần:

- Phần mở đầu:

Lý do chọn đề tài

Mục đích nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nhiệm vụ nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Đóng góp của đề tài

- Phần nội dung:

Chương 1: Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý

Chương 2: Chuẩn kiến thức kỹ năng chương trình Điện học lớp 11 bậc THPT

2.1 Chuẩn kiến thức kỹ năng

2.2 Các bài thí nghiệm thực hành và biểu diễn ở phần Điện học chương trình Vật lý lớp 11 bậc THPT

Chương 3: Một số bài thí nghiệm phần Điện học chương trình Vật lý lớp 11

3.1 Các bài thí nghiệm chính phần Điện học chương trình Vật lý lớp 11 trong SGK

3.2 Một số thí nghiệm tự thiết kế từ những vật liệu đơn giản, có tính hiệu quả cao trong giảng dạy

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 6

3.3 Một số hình thức tổ chức dạy học có kết hợp với thí nghiệm Vật lý nhằm tạo hứng thú trong học tập đối với học sinh

- Phần kết luận

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 7

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 VAI TRÒ CỦA THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ

1.1 Khái niệm thí nghiệm Vật lý

Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chủ định và hệ thống của con người vào các đối tượng khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà ở đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, từ đó ta có thể thu nhận được những tri thức mới

1.2 Đặc điểm của thí nghiệm Vật lý

Các điều kiện của thí nghiệm Vật lý phải được lựa chọn và thiết lập có chủ định sao cho thông qua những thí nghiệm có thể trả lời câu hỏi đặt ra, kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định: đối tượng nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

Các điều kiện thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ

sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết

Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được sự thay đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát đo đạc có thể lặp lại được thí nghiệm Nghĩa là với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình vật lý phải diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước

1.3 Vai trò của thí nghiệm Vật lý

1.3.1 Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 8

Vai trò của thí nghiệm trong các giai đoạn của quá trình nhận thức phụ thuộc vào vốn hiểu biết của con người về đối tượng cần nghiên cứu Khi nhận thức của học sinh về đối tượng quá ít ỏi thì thí nghiệm được sử dụng để thu nhận những kiến thức ban đầu Muốn có những kiến thức đầu tiên về đối tượng cần nghiên cứu, cần phải biết đặt ra những câu hỏi với đối tượng Việc tìm cách đặt câu hỏi (thiết kế phương án thí nghiệm), tiến hành thí nghiệm và xử lý các kết quả quan sát, đo đạc, sau đó chính là quá trình tìm câu trả lời cho câu hỏi đã đặt ra Như vậy thí nghiệm được sử dụng để phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập thí nghiệm một cách chủ quan, ta có thể thu nhận tri thức khách quan

Ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức một hiện tượng, quá trình Vật lý nào

đó, khi học sinh chưa có hoặc có hiểu biết ít ỏi về hiện tượng quá trình Vật lý cần nghiên cứu thì thí nghiệm được dùng để cung cấp cho học sinh những dữ liệu cảm tính

về hiện tượng, quá trình

1.3.2 Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

Trong dạy học Vật lý ở phổ thông có một số kiến thức được rút ra bằng các suy luận lôgic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết và ta cần tiến hành các thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của chúng Trong nhiều trường hợp, kết quả của thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức đã biết, đòi hỏi chúng ta phải đưa ra các giả thuyết khoa học mới và lại kiểm tra chúng ở những thí nghiệm khác Nhờ vậy, chúng ta sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó

1.3.3 Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thứ thu được vào thực tiễn

Thí nghiệm được sử dụng như là phương tiện tạo cơ sở cho sự vận dụng các tri thức thu được vào thực tiễn Trong chương trình Vật lý ở phổ thông đề cập đến một loạt các ứng dụng của Vật lý trong đời sống và sản xuất Việc tiến hành các thí nghiệm tạo cơ sở cho học sinh hiểu được các ứng dụng của những kiến thức đã được học trong

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 9

thực tiễn Qua đó cho học sinh thấy được sự vận dụng trong thực tiễn của các kiến thức Vật lý và đây chính là bằng chứng cho sự đúng đắn của các kiến thức Vật lý

1.3.4 Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lý

Các phương pháp nhận thức được dùng phổ biến trong việc hình thành những kiến thức cơ bản Vật lý ở trường phổ thông là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình Trong đó thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở cả hai phương pháp này

Trong phương pháp thực nghiệm, thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu (thu nhận các thông tin về đối tượng cần nghiên cứu) và giai đoạn cuối (xây dựng và thực hiện các phương án để kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả đã rút ra)

Trong phương pháp mô hình, ở giai đoạn đầu các thông tin về đối tượng gốc được thu thập nhờ thí nghiệm Thông qua thí nghiệm ta tìm ra các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc Để từ đó xây dựng được mô hình phản ánh các mối quan hệ chính mà ta quan tâm Khi thao tác với mô hình, đối với mô hình vật chất, phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó Ở giai đoạn cuối, tiến hành thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu các kết quả thu được từ mô hình với các kết quả thu trực tiếp trên vật gốc Từ đó ta kiểm tra được tính đúng đắn và rút ra giới hạn áp dụng của mô hình

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 10

CHƯƠNG 2 CHUẨN KIẾN THỨC KĨ NĂNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỆN HỌC LỚP 11 BẬC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG VÀ

HỆ THỐNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM 2.1 Chuẩn kiến thức kĩ năng

2.1.1 Phần Điện học trong chương trình Vật lý 11 Cơ bản

Chương I: ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG

§1 Điện tích Định luật Cu-lông

§2 Thuyết electron Định luật bảo toàn điện tích

§3 Điện trường và cường độ điện trường Đường sức điện

§4 Công của lực điện

§5 Điện thế Hiệu điện thế

§6 Tụ điện

a Kiến thức

- Nêu được các cách làm nhiễm điện một vật (cọ xát, tiếp xúc và hưởng ứng)

- Phát biểu được định luật bảo toàn điện tích

- Phát biểu được định luật Cu-lông và chỉ ra đặc điểm của lực điện giữa hai điện tích điểm

- Nêu được các nội dung chính của thuyết electron

- Nêu được điện trường tồn tại ở đâu, có tính chất gì

- Phát biểu được định nghĩa cường độ điện trường

- Nêu được trường tĩnh điện là trường thế

- Phát biểu được định nghĩa hiệu điện thế giữa hai điểm của điện trường và nêu được đơn vị đo của hiệu điện thế

- Vận dụng được thuyết electron để giải thích các hiện tượng nhiễm điện

- Vận dụng được định luật Cu-lông và khác niệm điện trường để giải được các bài tập đối với hai điện tích điểm

Chương II: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

§1 Dòng điện không đổi Nguồn điện

§2 Điện năng Công suất điện

§3 Định luật Ôm đối với toàn mạch

§4 Ghép các nguồn điện thành bộ

§5 Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch

§6 Thực hành: Xác định suất điện động và điện trở trong một pin điện hoá

a Kiến thức

- Nêu được dòng điện không đổi là gì, suất điện động của nguồn điện

- Viết được công thức tính công suất của nguồn điện : P = EI

- Phát biểu được định luật Ôm đối với toàn mạch

- Viết được công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn mắc nối tiếp, mắc song song

b Kĩ năng

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 12

- Vận dụng được hệ thức

hoặc U = E – Ir để giải các bài tập đối với toàn mạch, trong đó mạch ngoài gồm nhiều nhất là ba điện trở

- Vận dụng được công thức A = Eit và Png = EI

- Tính được hiệu suất của nguồn điện

- Nhận biết được, trên sơ đồ và trong thực tế, bộ nguồn mắc nối tiếp hoặc mắc song song

- Tính được suất điện động và điện trở trong của các loại bộ nguồn mắc nối tiếp hoặc mắc song song

- Tiến hành được thí nghiệm đo suất điện động & xác định điện trở trong của một pin

Chương III: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

§1 Dòng điện trong kim loại

§2 Dòng điện trong chất điện phân

- Nêu được điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ

- Nêu được hiện tượng nhiệt điện là gì

- Nêu được hiện tượng siêu dẫn là gì

- Nêu được bản chất của dòng điện trong chất điện phân

- Mô tả được hiện tượng dương cực tan

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 13

- Phát biểu được định luật Fa-ra-day về điện phân và viết được hệ thức của định luật này

- Nêu được một số ứng dụng của hiện tượng điện phân

- Nêu được bản chất của dòng điện trong chất khí

- Nêu được điều kiện tạo ra tia lửa điện

- Nêu được điều kiện tạo ra hồ quang điện và ứng dụng của hồ quang điện

- Nêu được điều kiện để có dòng điện trong chân không và đặc điểm về chiều của dòng điện này

- Nêu được dòng điện trong chân không được ứng dụng trong các ống phóng điện tử

- Nêu được bản chất của dòng điện trong bán dẫn loại p và bán dẫn loại n

- Nêu được cấu tạo của lớp chuyển tiếp p-n và tính chất chỉnh lưu của nó

- Nêu được cấu tạo, công dụng của diode bán dẫn và tranzito

b Kĩ năng

- Vận dụng định luật Fa-ra-day để giải được các bài tập đơn giản về hiện tượng điện phân

- Tiến hành thí nghiệm để xác định được tính chất chỉnh lưu của diode bán dẫn

và đặc tính khuếch đại của tranzito

2.1.2 Phần Điện học trong chương trình Vật lý 11 Nâng cao

Phần Điện học trong chương trình Vật lí 11 nâng cao bao gồm phần Điện học trong chương trình Vật lí 11 cơ bản và bổ sung thêm nội dung sau:

Chương I: ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG

§1 Bài tập về lực Cu-lông và điện trường

§2 Năng lượng điện trường

§2 Điện năng và công suất điện Định luật Jun-Lenxơ

§4 Định luật Ôm với các loại mạch điện Ghép các nguồn điện thành bộ

§5 Bài tập về định luật Ôm và công suất điện

a Kiến thức

- Nêu đƣợc suất điện động của nguồn điện là gì

- Nêu đƣợc cấu tạo chung của các nguồn điện hoá học (pin, ắcquy)

- Viết đƣợc công thức tính công của nguồn điện: A = Eq = Eit

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 15

§1 Hiện tượng nhiệt điện Hiện tượng siêu dẫn

§2 Dòng điện trong chất điện phân Định luật Fa-ra-day

§3 Bài tập về dòng điện trong kim loại và chất điện phân

§4 Linh kiện bán dẫn

a Kiến thức

- Hiện tượng nhiệt điện Hiện tượng siêu dẫn

- Định luật Fa-ra-day về điện phân và hệ thức

- Ứng dụng của hiện tượng điện phân

b Kĩ năng

- Giải được các bài tập về dòng điện trong kim loại và chất điện phân

2.2 Các bài thí nghiệm thực hành và biểu diễn ở phần Điện học chương trình Vật

lý lớp 11 bậc THPT

2.2.1 Các bài thí nghiệm biểu diễn

2.2.2 Các bài thí nghiệm thực hành

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 16

CHƯƠNG 3 KHAI THÁC HIỆU QUẢ CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG PHẦN ĐIỆN HỌC LỚP 11 CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ BẬC THPT

Trong chương này, tôi xin trình bày việc hệ thống hóa các bài thí nghiệm Vật lý THPT thuộc phần Điện học lớp 11 Đồng thời tôi trình bày một số thí nghiệm tự thiết

kế từ những vật liệu sẵn có, đơn giản nhưng lý thú và hiệu quả

3.1 Các bài thí nghiệm phần Điện học trong sách giáo khoa

3.1.1 Thí nghiệm 1: Thí nghiệm khảo sát sự nhiễm điện của vật

3.1.1.1 Mục đích thí nghiệm:

- Quan sát hiện tượng nhiễm điện

- Quan sát sự tương tác giữa các điện tích

- Phân biệt vật dẫn điện và vật cách điện

- Quan sát hình ảnh và tác dụng của điện trường

3.1.1.2 Dụng cụ thí nghiệm:

- 2 thanh nhựa và 1 mảnh nilông PE

- 2 cột tua tĩnh điện

- 2 điện kế tĩnh điện chỉ thị bằng kim

- 1 máy phát tĩnh điện Uyn-sớt

- 1 que tiếp điện gồm tay cầm bằng nhựa và thanh đồng

- 1 giá đỡ gồm: tấm đế, cột thép, khớp nối, tay đỡ

- 1 sợi dây có móc treo

- 1 lá thép inox có dây dẫn điện và đầu phích cắm

- 1 tụ điện không khí có hai bản cực thép inox

- 1 bút thử điện

- 1 bộ dây dẫn điện (2 dây có 2 mỏ kẹp, 2 dây có một đầu mỏ kẹp, đầu phích cắm)

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 17

Hình 1.1 Bộ dụng cụ thí nghiệm phần tĩnh điện học

3.1.1.3 Cách tiến hành thí nghiệm

a Quan sát hiện tượng nhiễm điện

Thí nghiệm 1.1: Cọ xát một đầu của thanh nhựa A vào mảnh ni lông PE Lần lượt

đưa đầu thanh nhựa A hoặc mảnh ni lông PE tới gần các sợi dây của cột tua tĩnh điện Quan sát thấy các sợi dây của cột tua tĩnh điện bị hút dính vào đầu thanh nhựa A hoặc mảnh ni lông PE Như vậy đầu thanh nhựa A và mảnh ni lông PE đã nhiễm điện

Thí nghiệm 1.2: Đưa đầu thanh nhựa A hoặc mảnh ni lông PE đã bị nhiễm điện do

cọ xát tới gần hoặc tiếp xúc với quả cầu kim loại gắn trên điện kế tĩnh điện Quan sát thấy kim của điện kế này bị quay lệch khỏi “vị trí không”

a Quan sát tương tác giữa hai điện tích

Thí nghiệm 1.3: Cọ xát đồng thời một đầu của mỗi thanh nhựa A và B vào mảnh ni

lông PE để chúng đều nhiễm điện Sau đó treo thanh nhựa B vào giá đỡ bằng sợi dây

có móc

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 18

+ Đƣa đầu thanh nhựa A lại gần đầu thanh nhựa B Quan sát thấy đầu thanh nhựa A

và đầu thanh nhựa B đẩy nhau

+ Đƣa mảnh ni lông PE lại gần đầu thanh nhựa B Quan sát thấy mảnh ni lông PE

và đầu thanh nhựa B hút nhau

Thí nghiệm 1.4: Vặn tay quay của trục bánh xe chuyển động của máy phát tĩnh

điện Uyn-sớt Điều chỉnh cán của hai thanh điện cực 1 và 2 để các quả cầu kim loại ở đầu mỗi thanh điện cực này cách nhau hơn 5 cm

+ Đặt hai cột tua tĩnh điện sát nhau, rồi dùng hai dây dẫn (có một đầu mỏ kẹp và một đầu phích cắm) nối chúng với cùng một thanh điện cực Quay nhẹ máy phát tĩnh điện Uyn-sớt với tốc độ không quá lớn

Kết quả quan sát: Các sợi dây của hai cột tua tĩnh điện đẩy nhau ra xa

Ngừng quay máy Quan sát thấy các sợi dây của hai cột tua tĩnh điện tiếp tục đẩy nhau Khi đó cầm cán của que tiếp điện và đặt thanh đồng của nó tiếp xúc đồng thời với:

+ Đỉnh của hai cột tua tĩnh điện thì thấy các sợi dây của hai cột tua tĩnh điện vẫn tiếp tục đẩy nhau

+ Hai thanh điện cực của máy phát tĩnh điện Uyn-sớt thì thấy các sợi dây của hai cột tua tĩnh điện không đẩy nhau nữa

Chú ý: Muốn không bị điện giật khi chạm vào máy phát tĩnh điện Uyn-sớt thì sau mỗi

lần sử dụng máy, phải nhớ cầm cán của que tiếp điện và đặt thanh đồng của nó tiếp xúc đồng thời với hai thanh điện cực của máy để trung hòa các điện tích trái dấu còn tích lại trên các thanh điện cực này

Cũng có thể kiểm tra lại bằng bút thử điện: Cầm cán của bút này và chạm ngón tay vào chiếc móc cài bút, đƣa đầu bút tiếp xúc với các thanh điện cực của máy phát tĩnh điện neon trong thân bút sẽ phát sáng màu đỏ

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 19

+ Đặt hai cột tua tĩnh điện cách nhau 5cm đến 10cm Nối mỗi cột tua tĩnh điện với một thanh điện cực khác nhau Quay nhẹ máy phát tĩnh điện Uyn-sớt với tốc độ không quá lớn Quan sát thấy các sợi dây của hai tua tĩnh điện hút dính nhau

Ngừng quay máy Quan sát thấy các sợi dây của hai cột tua tĩnh điện tiếp tục hút nhau Khi đó cầm cán của que tiếp điện và đặt thanh đồng của nó đồng thời chạm vào đỉnh của hai cột tua tĩnh điện hoặc chạm vào hai thanh điện cực của máy phát tĩnh điện Uyn-sớt thì thấy các sợi dây của hai cột tua tĩnh điện không hút dính vào nhau nữa

Thí nghiệm 1.5: Đặt hai điện kế tĩnh điện cách nhau khoảng 10cm đến 15cm

Điều chỉnh cán của hai thanh điện cực của máy phát tĩnh điện Uyn-sớt để các quả cầu kim loại ở dầu hai thanh điện cực này cách nhau hơn 5cm Dùng hai dây dẫn (có hai đầu mỏ kẹp) nối hai điện kế tĩnh điện với cùng một thanh điện cực của máy phát tĩnh điện Uyn-sớt Quay nhẹ máy phát tĩnh điện Uyn-sớt với tốc độ không lớn Quan sát thấy kim của hai điện kế tĩnh điện đều bị lệch khỏi “vị trí không”

Ngừng quay máy Quan sát thấy kim của hai điện kế tĩnh điện vẫn lệch khỏi “vị trí không” Khi đó cầm cán của que tiếp điện và đặt thanh đồng của nó lần lƣợt tiếp xúc đồng thời:

- Với đỉnh của hai điện kế tĩnh điện thì thấy kim của hai điện kế tĩnh điện vẫn lệch khỏi “vị trí không”

- Với hai thanh điện cực của máy phát tĩnh điện thì thấy kim của hai điện kế tĩnh điện lập tức quay về “vị trí không”

c Phân biệt vật dẫn điện và vật cách điện

Thí nghiệm 1.6: Điều chỉnh cán của hai thanh điện cực 1 và 2 của máy phát tĩnh

điện Uyn-sớt để các quả cầu kim loại ở đầu hai thanh điện cực này cách nhau hơn 5

cm Đặt hai điện kế tĩnh điện cách nhau khoảng 50cm Dùng hai dây dẫn (có hai đầu

mỏ kẹp) mắc nối tiếp một thanh điện cực của máy phát tĩnh điện với điện kế tĩnh điện

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 20

thứ nhất và thanh đồng của que tiếp điện Quay nhẹ máy phát tĩnh điện để kim của điện

kế tĩnh điện thứ nhất lệch gần hết thang đo Sau đó ngừng quay máy

- Cầm cán của que tiếp điện và đưa thanh đồng của nó tiếp xúc với quả cầu kim loại gắn trên đỉnh của điện kế tĩnh điện thứ hai Quan sát thấy kim của điện kế thứ hai cũng

bị quay lệch khỏi “vị trí không”

Như vậy điện tích từ thanh điện cực của máy phát tĩnh điện Uyn-sớt đã truyền qua thanh đồng tới điện kế tĩnh điện thứ hai: thanh đồng là vật dẫn điện

- Nếu đưa cán nhựa của que tiếp điện tới tiếp xúc với quả cầu kim loại gắn trên đỉnh của điện kế tĩnh điện thứ hai thì kim của điện kế này không bị quay lệch khỏi “vị trí không” Như vậy điện tích từ thanh điện cực của máy phát tĩnh điện Uyn-sớt đã không truyền qua thanh nhựa tới điện kế tĩnh điện thứ hai: Thanh nhựa là vật cách điện

Thí nghiệm 1.7: Làm lại thí nghiệm 6 bằng cách dùng hai cột tua tĩnh điện thay thế

hai điện kế tĩnh điện Mô tả hiện tượng quan sát được

d Quan sát hình ảnh và tác dụng của điện trường

Thí nghiệm 1.8: Quan sát hình ảnh của điện trường

- Dùng dây dẫn (có một đầu mỏ kẹp, một đầu phích cắm) nối cột tua tĩnh điện với một thanh điện cực của máy phát tĩnh điện Uyn-sớt quay nhẹ máy phát tĩnh điện Uyn-sớt với tốc độ không quá lớn Quan sát thấy các sợi dây của cột tua tĩnh điện bị xòe ra theo hình nan quạt và cho ta một phần hình ảnh của đường sức điện trường gây bởi một điểm tích

- Thực hiện lại thí nghiệm 4 ta quan sát thấy một phần hình ảnh của đường sức điện trường gây bởi hai điểm tích cùng dấu hoặc gây bởi hai điểm tích trái dấu

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 21

Thí nghiệm 1.9: Nối hai thanh điện cực của máy phát tĩnh điện Uyn-sớt với hai bản

cực thép inox của tụ điện không khí bằng hai dây dẫn (có một đầu mỏ kẹp, một đầu phích cắm)

Treo một dây dẫn có một đầu nối với hai bản cực thép inox mỏng và một đầu có phích cắm vào thanh ngang của giá đỡ Dịch chuyển lên xuống và xoay nhẹ đầu phích cắm để điều chỉnh cho lá thép inox nằm trong khoảng giữa hai bản cực của tụ điện và song song với hai bản cực này

Dùng một dây dẫn (có hai đầu mỏ kẹp) nối lỗ phích cắm của lá thép inox với lỗ phích cắm của một trong hai bản cực tụ điện Quay nhẹ máy phát tĩnh điện Uyn-sớt với tốc độ không quá lớn để hai bản cực của tụ điện tích điện trái dấu và tạo ra một điện trường giữa hai bản cực của tụ điện

Kết quả: Lá thép mỏng bị hút mạnh về phía bản cực của tụ điện không nối với nó

3.1.2 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm quan sát điện phổ của các đường sức

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 22

- Cắm dây nguồn vào ổ cắm điện

- Bật công tắc của nguồn điện và quan sát hiện tượng

3.1.2.4 Kết quả quan sát:

Hình 2.14 Hình ảnh đường sức điện trường 3.1.2.5 Nhận xét:

- Các mạt sắt xếp thành các đường không cắt nhau

3.1.2.6 Kết luận:

- Các đường sức điện trường là các đường cong không kín Nơi nào có các đường sức dày hơn thì cường độ điện trường ở đó lớn hơn, nơi nào có các đường sức

thưa hơn thì nơi đó có cường độ điện trường nhỏ hơn

3.1.3 Thí nghiệm 3: Thí nghiệm về điện thế ở mặt ngoài của vật dẫn

3.1.3.1 Mục đích thí nghiệm:

- Quả cầu thử bằng kim loại

- Tay cầm bằng nhựa (nối với quả cầu)

- Tĩnh điện kế

- Dây nối quả cầu với tĩnh điện kế

3.1.3.3 Cách tiến hành thí nghiệm:

- Nối núm kim loại của cần tĩnh điện kế với quả cầu thử

- Di chuyển quả cầu thử đến nhiều điểm khác nhau trên mặt vật nhiễm điện

- Quan sát góc lệch của tĩnh điện kế

3.1.3.4 Kết quả:

- Quan sát hiện tƣợng, ta thấy đƣợc góc lệch của kim tĩnh điện kế là bằng nhau

tại mọi vị trí nằm ở mặt ngoài của vật dẫn

3.1.3.5 Nhận xét:

- Từ kết quả quan sát đƣợc ta có thể thấy: Điện thế tại các điểm đƣợc khảo sát rên mặt ngoài vật dẫn đều có giá trị bằng nhau

3.1.3.6 Kết luận:

- Điện thế tại mọi điểm trên mặt ngoài vật dẫn thì có giá trị bằng nhau

3.1.4 Thí nghiệm 4: Thí nghiệm về sự phân bố điện tích ở mặt ngoài của vật dẫn

a 3.1.4.1 Mục đích thí nghiệm:

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 24

- Thí nghiệm khảo sát sự phân bố điện tích ở mặt ngoài và mặt trong của vật

dẫn, từ đó nêu lên nhận xét và kết luận về sự phân bố điện tích ở mặt ngoài của vật dẫn

3.1.4.2 Dụng cụ thí nghiệm:

- Quả cầu kim loại nhiễm điện

- Quả cầu thử bằng kim loại

- Tay cầm bằng nhựa (nối với quả cầu thử)

- Điện nghiệm

3.1.4.3 Cách tiến hành thí nghiệm:

- Cho quả cầu thử tiếp xúc với mặt ngoài của quả cầu kim loại

- Đưa quả cầu thử chạm vào núm kim loại của điện nghiệm Quan sát hiện tượng

- Làm trung hoà điện tích cho quả cầu thử Sau đó lấy quả cầu thử tiếp xúc với mặt trong của quả cầu Quan sát hiện tượng

3.1.4.4 Kết quả quan sát:

- Trường hợp mặt ngoài: 2 lá kim loại xoè ra

- Trường hợp mặt trong: 2 lá kim loại hầu như không xoè ra

- Trường hợp quả cầu thử chạm ở vị trí 1: 2 lá kim loại xoè rộng ra

- Trường hợp quả cầu thử chạm ở vị trí 2: 2 lá kim loại hầu như không xoè ra

- Trường hợp quả cầu thử chạm ở vị trí 3: 2 lá kim loại xoè ra ít hơn ở vị trí 1 và nhiều hơn ở vị trí 2

3.1.5.5 Nhận xét:

- Sự phân bố điện tích ở mặt ngoài của vật dẫn là khác nhau tại những chỗ lồi chỗ lõm

3.1.5.6 Kết luận:

- Biết cách lựa chọn phương án thí nghiệm tối ưu để tiến hành phép đo suất điện động và điện trở trong r của pin điện theo phương pháp vôn-ampe

- Biết cách lựa chọn và sử dụng một số dụng cụ điện (nguồn điện, đồng hồ đo điện đa năng hiện số, biến trở) và mắc chúng thành mạch kín để tiến hành khảo sát sự phụ thuộc của hiệu điện thế mạch ngoài U vào cường độ dòng điện I chạy trong mạch kín của nguồn điện, đồng thời tiến hành phép đo suất điện động và điện trở trong r của một pin điện theo các phương án khác nhau

- Biết cách xử lí các kết quả đo, tức là biết tính giá trị trung bình và sai số của các phép đo đối với một số đại lượng điện như cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện

trở, suất điện động…

3.1.6.2 Dụng cụ thí nghiệm:

- Một pin cũ (gần hết điện loại 1,5 V)

- Một pin mới cùng loại

- Một biển trở

Phương án 1: Dùng vôn-kế và ampe-kế

- Kiểm tra dụng cụ và vẽ sơ đồ mạch điện

- Lắp ráp mạch điện, kiểm tra mạch (Chú ý chọn thang đo thích hợp)

+ Khi sử dụng đồng hồ làm vôn kế, phải để núm vặn ở vị trí DCV.20V

+ Khi sử dụng đồng hồ làm ampe kế, phải để núm vặn ở vị trí DCA.200mA + Không chuyển thang đo và đo quá giới hạn đồng hồ khi dòng đang chạy qua

Hình 2.2 Bố trí sơ đồ mạch điện

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 28

- Đầu tiên làm thí nghiệm với pin cũ

- Điều chỉnh biến trở tới hai vị trí bất kì, đọc các cặp số đo tương ứng của

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 29

- Chỉ sử dụng với pin điện hóa cũ

- Mở khóa K, đặt R ở vị trí có điện trở lớn nhất

- Đóng K, ghi giá trị của U, I đo được nhờ vôn-kế và ampe-kế

- Dịch chuyển R đến các vị trí khác, ghi các cặp giá trị U-I tương ứng với từng

vị trí

- Lập bảng số liệu, vẽ đồ thị U = f (I) theo các cặp giá trị

- Từ bảng số liệu, đánh dấu các điểm thực nghiệm trên hệ trục tọa độ

- Vẽ đường thẳng đi gần nhất các điểm thực nghiệm Đây chính là đồ thị của phương trình:

- Kéo dài đồ thị cắt trục U(V) Giao điểm chính là trị số của suất điện động

- Chọn hai điểm trên đồ thị, xác định các giá trị U, I tương ứng, ta sẽ tính được điện trở trong

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 31

Đồ thị U = U(I) 3.1.6.5 Nhận xét:

- Kéo dài đồ thị cho cắt trục tung U (V) Giao điểm chính là trị số của suất điện động E Từ đồ thị ta có giá trị của suất điện động là 1,44 (V)

- Từ đồ thị ta tính đƣợc điện trở trong của nguồn là 22,3 (Ω)

3.1.7 Thí nghiệm 7: Thí nghiệm kiểm chứng định luật Jun – Len – xơ

- Công suất toả nhiệt ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trƣng cho tốc

độ toả nhiệt của vật dẫn đó, và đƣợc xác định bằng nhiệt lƣợng toả ra ở vật dẫn đó trong một đơn vị thời gian

3.1.8.3.1 Kiểm nghiệm lại định luật Ôm với cuộn dây Cr-Ni

- Lắp đặt các dụng cụ theo sơ đồ sau Yêu cầu giáo viên hướng dẫn kiểm tra kĩ xem mạch điện đã mắc đúng chưa

Hình 8.1 Bố trí thí nghiệm

- Lưu ý nguồn điện và khóa k ở trạng thái ngắt điện

- Chọn thang đo cho vôn kế DCV 20V và thang đo cho ampe kế là DCA 200mA

- Điều chỉnh giá trị hiệu điện thế ra của nguồn về 0 Bật nguồn điện Đóng K

- Điều chỉnh hiệu điện thế ra của nguồn điện sao cho vôn kế có giá trị tăng dần từ

0 đến 5V với độ tăng hiệu điện thế tương ứng khoảng 0,5V Ứng với mỗi giá trị của vôn kế, đọc và ghi vào bảng 1 giá trị cường độ dòng điện của ampe kế

3.1.8.3.2 Kiểm nghiệm lại định luật Ôm với điện trở cố định R

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 34

- Tắt nguồn, đóng khóa K

- Thay cuộn dây ở thí nghiệm trên bằng điện trở R

- Chỉnh hiệu điện thế nguồn về 0

- Thực hiện các bước đo tương tự như thí nghiệm đối với cuộn dây Cr-Ni Ghi

số liệu đo được vào bảng 2

* Lưu ý: Sau khi thao tác thí nghiệm xong, tắt nguồn điện, tháo các dụng cụ điện và

sắp xếp lại đúng vị trí ban đầu

3.1.8.4 Kết quả thí nghiệm

3.1.8.4.1 Thí nghiệm với sợi dây Cr-Ni

- Độ chính xác của Vôn kế? Độ chính xác của Ampe kế?

Cuộn dây Cr-Ni Mức U (V) I (A)

Từ đó vẽ đường thẳng đi qua các ô sai số tức là đồ thị của U theo I

- Nhận xét hình dạng của đồ thị thu được, từ đó kiểm nghiệm lại định luật Ôm

SVTH: Trần Thị Hồng Ân Trang 35

- Từ đồ thị, chọn 2 điểm A, B bất kì, kẻ các đường thẳng song song với trục U

và I cắt 2 trục tại 4 điểm có các giá trị là U1, U2, I1, I2 Từ đó suy ra giá trị của điện trở cuộn dây Cr-Ni:

- So sánh kết quả đo từ thí nghiệm với giá trị của điện trở R (ghi trên dụng cụ)