Phát triển kỹ năng bằng bài tập vật lý đại cương phần điện học

VỊ TRÍ, VAI TRề VÀ CẤU TRÚC NỘI DUNG PHẦN ĐIỆN HỌC

Phần này củng cố lại nội dung cơ bản của thuyết, định luật, định lý của phần điện học mà học sinh đã đƣợc học ở phổ thông nhƣng còn sơ sài và định tính, ngoài ra còn giúp học sinh đƣợc nhiên cứu sâu sắc hơn để hiểu và vận dụng sáng tạo vào trong cuộc sống. Đặc trưng của các hiện tượng, hiệu ứng phần điện học nhờ đó mà con người có thể vận dụng những hiểu biết này vào đời sống kĩ thuật nhất là các thiết bị máy móc công nghiệp, máy thu phát sóng… để phục vụ con người.

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP VLĐC PHẦN ĐIỆN HỌC (THEO CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐHKT) THEO HUỚNG PHÁT TRIỂN TƢ DUY, NĂNG LỰC SÁNG TẠO KỸ THUẬT CHO SINH VIÊN

• Phân tích và sử dụng hệ thống bài tập phần điện học

Bạn hãy cắt một mẩu giấy học sinh, một mẩu giấy nhôm bọc thuốc lá (cứ để cho dính với tờ giấy trắng, không cần bóc rời ra) và một mẩu dây đồng mảnh, cho trọng lƣợng của ba vật xấp xỉ bằng nhau. Cọ sát một cái bút bi bằng nhựa vào một miếng len, rồi giơ lại gần ba vật ấy, Vật nào bị hút trước?. Ứng dụng: sơn tĩnh điện, mạ vàng, mạ đồng…. Hai quả cầu A và B bằng kim loại khác nhau, có cùng bán kính, một quả đặc, một quả rỗng. Cho chúng tiếp xúc đồng thời với một quả cầu tích điện C, sau đó tách riêng chúng ra. Trong hai quả cầu A và B, quả nào mang điện tích lớn hơn?. Ứng dụng: các máy tích điện, các sợi xích sắt được nối ở các xe chở xăng với mặt đường. Điện dung của tụ điện có đúng là không đổi, đối với mỗi tụ hay không?. Ứng dụng: thiết kế các bộ tụ với điện dung cho trước của các thiết bị bằng nhiều tụ có điện dung khác nhau…. Bạn có một cái tụ xoay, mà điện dung cực đại là CM. Đặt vào hai bản cực một hiệu điện thế U, thì tụ có điện tích Q = CM.U và năng lƣợng W =. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Bỏ nguồn đi thì điện tích của tụ vẫn giữ giá trị Q. Nhƣng nếu sau đó, bạn xoay tụ điện cho điện dung của nó giảm, thì năng lƣợng của tụ tăng. Vậy tụ lấy năng lƣợng từ đâu?. Ứng dụng: điều chỉnh tần số thu phát ở các máy thu phát tín hiệu.v.v Bài 9:. Ghộp hai tụ điện thành bộ. Tìm hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ điện, nếu hai tụ:. Ứng dụng : lắp đặt các bộ tụ ở các động cơ bằng những tụ có sẵn…. Tính năng lƣợng của tia lửa điện phát ra khi nối hai tụ với nhau. Ứng dụng: biết giới hạn bộ tụ để các thiết bị và người sử dụng được an toàn khi sản xuất. Cho hai điểm A và B cùng ở trên một đường sức của điện trường do điện tích điểm q đặt tại gây ra. Tính độ lớn của cường độ điện trường tại M, trung điểm của đoạn AB. Tìm thời gian hạt bụi chuyển động giữa hai bản và vận tốc của nó khi đến bản tụ âm. Bỏ qua tác dụng của trọng lực. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. 44 a)Tính điện dung của tụ điện. b)Tính điện tích của tụ điện. c)Tính năng lƣợng của tụ điện. Tụ điện có dùng làm nguồn điện đƣợc không?. Tính lực tương tác giữa hai điện tích đó. Một vòng dây dẫn mảnh, có bán kính R mang điện tích dương q. Xác định cường độ điện trường tại một điểm nằm trên trục vòng dây cách tâm vòng dây một khoảng x. Tính điện thế gây bởi vòng dây tại điểm đó. Một quả cầu kim loại bán kính R mang điện tích q. Áp dụng định lí Ôxtrôgradski-Gaox, hãy tính cường độ điện trường tại một điểm cách tâm quả cầu một khoảng r. Tính điện thế tại điểm đó. Một quả cầu kim loại bán kính R mang điện tích q1 đƣợc đặt đồng tâm bên trong một vỏ cầu bằng kim loại, mỏng có bán kính R2. a) Truyền cho vỏ cầu điện tích q2. Tính điện thế gây bởi hệ tại điểm cách tâm chung của hệ một khoảng r. b) Nếu vỏ cầu không tích điện thì điện thế quả cầu thay đổi ra sao nếu nó đƣợc nối với vỏ cầu bằng một dây dẫn. Hãy giải thích các nguyên tắc xác định loại bán dẫn (p hay n) bằng cách dựa vào hiệu ứng Hôn (Hall). a) Giải thích ý nghĩa vật lý của mỗi đoạn đặc tuyến. Tìm cường độ dòng điện trước và sau. Hãy vẽ sơ đồ mạch khuếch đại đơn giản dùng trandito. Giải thích tác dụng khuếch đại. Khi một thanh kim loại chuyển động cắt ngang các đường sức của một từ trường thì giữa hai đầu thanh có một hiệu điện thế. Vậy khi một máy bay bay theo phương nằm ngang và cắt các đường sức của từ trường Trái Đất, thì giữa hai đầu cánh máy bay có xuất hiện một hiệu điện thế không?. Cái đinamô xe - đạp có phải là máy phát điện một chiều không?. Tại sao các cuộn dây dùng làm điện trở trong các hộp điện trở lại đƣợc quấn bằng dây chập đôi. Tại sao các ngắt điện, cầu dao điện đều phải có lò xo?. Đầu từ của rađiô - catxet hoạt động theo nguyên tắc nào?. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Động cơ của xe máy nào cũng có một cái vô lăng từ, để làm gì?. Tính cảm ứng từ tại:. Hai dây dẫn thẳng dài đặt song song, cách nhau khoảng 2a trong không khí, có các dòng điện I1 = I2 = I cùng chiều đi qua. Mặt phẳng P vuông góc với hai dây và cắt hai dây tại A1, A2. O là trung điểm A1A2. Trục tọa độ Ox nằm trong mặt phẳng P và vuông góc với A1A2. a) Xác định vecto cảm ứng từ tổng hợp tại O. c) Xác định vị trí điểm M trên Ox có cảm ứng từ cực đại. Tính giá trị cực đại này. d) Đặt một dây dẫn thứ ba có dòng I3 đi qua, song song với hai dây trên và đi qua O.

Ý tưởng sư phạm

Cụ thể giáo viên xây dựng một lôgíc nội dung phù hợp với đối tượng là sinh viên trường kĩ thuật, đồng thời giáo viên tạo hứng thú, kích thích tính tìm tòi ham hiểu biết của sinh viên bằng cách đƣa ra các bài tập gắn liền với thực tế và yêu cầu sinh viên suy nghĩ để đƣa ra cách giải, trong việc phân tích các bài tập luôn xuất hiện tình huống lựa chọn, đƣa ra bài tập trong đó xuất hiện tình huống ngạc nhiên bất ngờ. Việc tổ chức học tập cho sinh viên với ý tưởng sư phạm như đã nêu cùng với việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực trong dạy học (nêu và giải quyết vấn đề, phương pháp tích cực hoá hoạt động học tập của sinh viên, …) với sự hỗ trợ của các phương tiện dạy học có thể giúp sinh viên phát triển tƣ duy và năng lực sáng tạo.

Những kiến thức cơ bản của chương

Trước hết giáo viên xác định các chủ đề bài tập, sau đó giáo viên lựa chọn các bài tập cơ bản thuộc các chủ đề, tổ chức cho sinh viên phân tích, tìm tòi và đi đến lời giải của bài đồng thời giáo viên yêu cầu sinh viên tổng quát hoá và đi đến cách giải tổng quát của dạng bài tập đó. Giáo viên tổ chức hoạt động sáng tạo cho sinh viên gắn với quá trình xây dựng lời giải tổng quát cho bài toán, qua việc giải thích các hiện tƣợng vật lí giáo viên có thể luyện tập phỏng đoán, dự đoán và đi đến cách giải quyết vấn đề cho sinh viên.

Lựa chọn bài tập

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn.

Xây dựng tiến trình giải bài tập

- Các thông số của bộ tụ điện ( hiệu điện thế U, điện dung C, điện tích Q) trong mỗi mạch thay đổi nhƣ thế nào? Khi ghép hai tụ song song, khi ghép hai tụ nối tiếp. + Khi ghép song song:. KL: Cách ghép song song tạo ra bộ tụ điện có điện dung lớn. KL: Cách gép nối tiếp tạo ra bộ tụ điện có điện dung nhỏ hơn. Người ta ứng dụng cách ghép này khi cần có một tụ điện chịu đƣợc hiệu điện thế giới hạn cao. - Từ đó tìm ra cách giải cho phù hợp. Hiệu điện thế của mỗi tụ là khác nhau với các cách ghép khác nhau:. + TH 1 khi ghép song song thì hiệu điện thế của hai tụ liên hệ với nhau nhƣ thế nào?. + TH 2 khi ghép nối tiếp thì hiệu điện thế của hai tụ liên hệ với nhau nhƣ thế nào?. + Muốn xác định đƣợc mối liên hệ của cái cần tìm với các cái đã biết của bài toán ta dựa vào điều kiện nào? Và áp dụng định luật nào? dể từ đó tìm đƣợc hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ. * Định hướng SV tư duy sáng tạo giải quyết vần đề:. + SV phải tƣ duy sáng tạo để xét cụ thể hiệu điện thế của các tụ trong các TH ghép khác nhau. + Sáng tạo tìm ra cách giải khác cho cùng một tình huống. * Phương pháp để phát triển tư duy, năng lực sáng tạo kĩ thuật của SV. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. - Áp dụng kiểu hướng dẫn gợi ý tìm tòi, nếu SV gặp khó khăn thì ta thu hẹp dần phạm vi tìm tòi cho đến khi SV giải quyết đƣợc nhiệm vụ. - Khuyến khích SV đặt câu hỏi và giải quyết vấn đề theo quan niệm vốn có của SV. - Phát huy tích cực việc trao đổi thảo luận theo nhóm của SV trong giờ bài tập. - Tập dƣợt cho SV thói quen tự kiểm tra đánh giá. - Gợi ý cho SV xem bài tập vừa làm có thể ứng dụng vào trong kĩ thuật đƣợc không, nếu đƣợc SV sẽ ứng dụng nhƣ thế nào ?. * Suy nghĩ về điều kiện của bài toán cho phép xác lập mối liên hệ đƣa ra sơ đồ logic giải bài toán:. SƠ ĐỒ LOGIC GIẢI BÀI TOÁN. + Điện dung và hiệu điện thế giới hạn của 2 tụ điện. Tụ thứ nhất. + Hai tụ đƣợc ghép thành bộ. Tìm hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ điện nếu hai tụ:. Ghép song song. Tìm hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ điện, nếu hai tụ:. Ghép nối tiếp. Áp dụng điều kiện Ugh cho 2 tụ ghép song song ta có:. Áp dụng điều kiện Ugh cho 2 tụ ghép nối tiếp ta có:. - Hướng dẫn tìm tòi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Sơ đồ logic giải bài toán 1 Lời giải. a) Hai tụ ghép song song (hiệu điện thế của từng tụ có giá trị bằng hiệu điện thế của nguồn). Vậy hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ khi ghép song song là 500V b) Hai tụ ghép nối tiếp (hiệu điện thế của bộ tụ có giá trị bằng tổng hiệu điện thế của từng tụ). Khi ôxit chì đã biến đổi hết, thì chúng thoát ly khỏi dung dịch, thành các bọt nhỏ (hoặc lớn, nếu dòng điện nạp lớn), tựa nhƣ dung dịch bị sôi. Lúc đó acquy đã “no” điện và phải ngắt dòng điện nạp đi. Trong thực tế, khi nạp, không mấy khi ta cắt điện đúng lúc bắt đầu có bọt khí, và thường để lâu hơn một chút, cho “chắc ăn”. Vì vậy, lượng nước giảm dần, không những dung dịch trở nên đậm đặc hơn, có hại cho acquy, mà các cực lại. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. không đƣợc nhúng hết, khả năng chứa điện sẽ giảm. Vì vậy khi sử dụng acquy cần thường xuyên kiểm tra mức dung dịch để đổ thêm nước cho kịp thời. Phân tích bài toán:. *Tìm hiểu đề bài. Tính vận tốc trung bình của electron. *Vấn đề xuất hiện trong bài toán:. - Công thức tính số electron truyền qua tiết diện S trong khoảng thời gian t?. * Định hướng SV tư duy sáng tạo giải quyết vần đề:. - SV phải tƣ duy sáng tạo xét quá trình chuyển động của electron trong dây dẫn - Sáng tạo tìm ra cách giải khác cho vùng một tình huống. - Vấn đề này sẽ đƣợc ứng dụng thiết kế sơ đồ các thiết bị và bố trí các hệ thống dây dẫn điện một cách hợp lý. * Suy nghĩ về điều kiện của bài toán cho phép xác lập mối liên hệ đƣa ra sơ đồ logic giải:. + Điều chỉnh điện trở của dây dẫn. + Giải thích đƣợc vì sao điện trở các chất khác nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Xét khoảng thời gian ∆t. Trong khoảng thời gian nay các êlêtrôn tự do truyền qua tiết diện S được chứa trong hình trụ đáy S và đường cao ∆s =. Suy ra điện tích truyền qua tiết diện S trong khoảng thời gian ∆t là:. Phân tích bài toán:. *Tìm hiểu đề bài. Trong bài toán này cái đã cho là. a) Giải thích hiện tƣợng. b ) Tính cường độ điện trường bên trong lớp tiếp xúc.

Xây dựng tiến trình giải bài toán

MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM (TNSP)

- Đánh giá tính khả thi “xây dựng và sử dụng bài tập vật lý đại cương phần điện học (chương trình đào tại trường ĐH KTCN Thái Nguyên) theo hướng phát triển tư duy, năng lực sáng tạo kĩ thuật cho sinh viên”, qua đó đối chiếu kết quả thực nghiệm với tiến hành dạy học dự kiến, xem xét mức độ thích ứng của người học với các tình huống như thế nào để đi tới sửa đổi, bổ sung hoàn thiện tiến trình dạy học theo hướng phát triển tư duy năng lực sáng tạo cho sinh viên. - Khảo sát, điều tra để lựa chọn các lớp thực nghiệm (TN) và các lớp đối chứng (ĐC), chuẩn bị các thông tin và điều kiện cần thiết phục vụ cho công tác TNSP.

NỘI DUNG THỰC NGHIỆM

Trong tiến trình dạy học nói trên, sinh viên phải làm việc cá nhân (qua phiếu học tập), sau đó tiến hành thảo luận nhóm tìm giải pháp cho vấn đề đặt ra, thực hiện giải pháp để tìm kết quả (trên bản trong) và trình bày trước cả lớp (qua Overhead). Với phương pháp dạy học đã trình bày kết hợp với bài giảng điện tử, chúng tôi hy vọng rằng sự làm việc độc lập của cá nhân kết hợp với sự trao đổi, tranh luận giữa các cá nhân trong lớp trước các vấn đề có gắn liền với thực tiễn giúp sinh viên có thể phát huy tính tự lực, sáng tạo trong quá trình tiếp thu kiến thức.

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TNSP

Trong quá trình này, vai trò của giáo viên đƣợc thể hiện qua việc đề xuất các vấn đề cho người học, hệ thống các câu hỏi định hướng chính xác hóa các giải pháp, thể chế hóa kiến thức mới (thông qua việc thiết kế bài giảng trên Powerpoint). - Lớp ĐC: GV cộng tác tiến hành giảng dạy theo cách mà họ vẫn thường sử dụng (nặng về thuyết trình, sinh viên ít có cơ hội tham gia xây dựng bài), có sự tham gia dự giờ của người thực hiện đề tài.

CÁC GIAI ĐOẠN TNSP

• Công tác chuẩn bị cho TNSP
• Kết quả và xử lý kết quả TNSP

Tổng hợp kết quả thái độ, tình cảm, tác phong của SV Qua bảng trên ta thấy các dấu hiệu nhận biết mức độ tích cực của HS ở nhóm TN cao hơn nhóm ĐC. Thông qua các bài kiểm tra và nhất là sự so sánh kết quả giữa lớp ĐC và lớp TN, trên cơ sở đó sơ bộ đánh giá hiệu quả cuả các tiến trình dạy học đã soạn thảo.

ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ TNSP

Qua thực tế dạy học và tìm hiểu hoạt động dạy học ở trường ĐHKTCN - ĐHTN, chúng tôi nhận ra đƣợc là sinh viên còn thiếu sự tự giác và chủ động trong học tập, đặc biệt là trong hoạt động giải bài tập, phần lớn các em ỷ lại và trông chờ vào giáo viên.Hầu nhƣ không có một sinh viên nào tham gia xây dựng cải tiến các thiết bị kĩ thuật và nghiên cứu khoa học để phát minh ra những thiết bị kĩ thuật mới trước là để phục vụ cuộc sống của mình sau là để phục vụ xã hội. (Phiếu này chỉ nhằm mục đích nghiên cứu khoa học, không dùng để. đánh giá giáo viên. Rất mong nhận được những ý kiến xác đáng của các đồng chí). THÔNG TIN CÁ NHÂN. Nơi đang công tác hiện nay: Trường .. NỘI DUNG PHỎNG VẤN. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Câu 5: Theo đồng chí trong lớp đồng chí dạy:. - Số học sinh giải được bài tập khi đó được chỉ rừ từng bước cần thực hiện:….%. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. - Do học sinh miền núi khả năng tư duy trừu tượng thấp, kỹ năng phân. Câu 9 Những ý kiến khác và đề xuất của đồng chí đối với các cấp quản lí:. Xin chân thành cảm ơn đồng chí!. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. PHỤ LỤC 3 PHIẾU HỌC TẬP. Nội dung: Điện tích – Điện trường. cùng chiều đường sức điện trường. Tính gia tốc và quãng đường electron chuyển động dần đều cùng chiều đường sức?. Giải bài tập và nêu ứng dụng của nó trong cuộc sống?. Kết quả đạt được. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Nội dung: Dòng điện trong các môi trường Họ tên:………. 2) Sau khi ngắt tụ ra khỏi nguồn,điện tích của tụ điện phóng qua lớp điện môi giữa 2 bản tụ đến lúc điện tích của tụ bằng không.