Phần “Điện từ học” trong chương trình vật lí 11 THPT gồm hai chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ”, bao gồm 7 bài, dạy trong 12 tiết gồm 8 tiết lí thuyết và 4 tiết bài tập, và 1 tiết kiểm tra có cấu trúc như sau:
Từ Trường
Từ trường
Khái niệm từ trường Đường sức từ
Cảm ứng từ
Từ trường của dòng điện trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
Lực từ
Tương tác từ
Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện Lực Lorentz Cảm ứng điện từ Từ thông. Cảm ứng điện từ Từ thông Hiện tượng cảm ứng điện từ Suất điện động cảm ứng Định luật Lenz Dòn điện Fu-cô Tự cảm Hiện tượng tự cảm Suất điện động tự cảm Độ tự cảm
Bảng 2.1. Cấu trúc nội dung cụ thể từng bài của hai chương “Từ trường” và “Cảm
ứng điện từ”.
Chương IV. TỪ TRƯỜNG
Từ trường
- Nam châm.
- Từ tính của dây dẫn có dòng điện. - Tương tác từ.
- Định nghĩa và đặc điểm đường sức từ. - Từ trường Trái Đất.
Lực từ. Cảm ứng từ
- Từ trường đều. - Vectơ cảm ứng từ.
- Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Từ trường của dòng điện
chạy trong các dây dẫn đặc biệt
- Từ trường của dòng điện thẳng dài. - Từ trường của dòng điện tròn.
-Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây hình trụ. - Tổng hợp cảm ứng từ.
Lực Lorentz
- Định nghĩa lực Lorentz.
- Các đặc điểm của lực Lorentz.
- Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều. - Ứng dụng của lực Lorentz. Chương V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Từ thông. Cảm ứng điện từ - Định nghĩa từ thông. - Hiện tượng cảm ứng điện từ. - Định luật Lenz.
- Dòng điện Fu-cô và ứng dụng của nó. Suất điện động cảm ứng
- Định nghĩa.
- Định luật Faraday.
- Sự chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ.
Tự cảm
- Khái niệm từ thông riêng. - Hiện tượng tự cảm. - Suất điện động tự cảm.
- Năng lượng từ trường của ống dây. - Ứng dụng.
Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dunghai chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” . Nguồn gốc, định nghĩa, tính chất cơ bản. Từ Phổ Vectơ cảm ứng từ Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện.
Lực Lo-ren-xơ Từ trường Trái Đất.
Vectơ cảm ứng từ của dòng điện thẳng dài, tại tâm vòng điện tròn, trong lòng ống dây hình trụ. Đường sức từ của dòng điện thẳng dài, vòng điện tròn, ống dây hình trụ. Đường sức từ giữa hai nhánh nam châm hình chữ U. Bốn tính chất của đường sức từ. Từ trường đều. Đường sức từ Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường đều. Từ trường Từ thông Hiện tượng cảm ứng điện từ. Hiện tượng tự cảm. Định luật Len-xơ Định luật Faraday Dòng điện cảm ứng Suất điện động cảm ứng Từ thông riêng. Dòng diên Fu-cô Năng lượng từ trường của ống dây Suất điện động tự cảm
Cảm ứng điện từ
2.1.2. Phân tích nội dung
Trong chương trình Vật lí phổ thông hiện nay, phần “Điện từ học” bắt đầu được nghiên cứu sơ lược ở lớp 9 bậc THCS, sau đó được nghiên cứu sâu hơn về mặt định lượng ở lớp 11 bậc THPT. Kiến thức phần “Điện Từ học” là cơ sở để HS tiếp tục nghiên cứu phần dòng điện xoay chiều, dao động và sóng điện từ ở lớp 12.
Phần “Điện từ học” vật lí 11 THPT được xây dựng trên nguyên tắc kế thừa những kiến thức mà HS đã được học ở cấp THCS, đồng thời bổ sung, mở rộng và nâng cao những kiến thức ấy bằng cách tìm hiểu sâu hơn những khái niệm cảm ứng từ, hình dạng và tính chất của đường sức từ cũng như hiện tượng cảm ứng điện từ, định luật Lenxơ… cũng như những ứng dụng của nó trong cuộc sống và khoa học kĩ thuật; bên cạnh đó phần này được chia thành hai chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” điều này giúp HS dễ dàng phân biệt và khắc sâu kiến thức của mỗi chương.
Ngoài các bài thực hành, theo yêu cầu đổi mới của chương trình, nhiều nội dung kiến thức được trình bày theo con đường thực nghiệm nhằm rèn luyện cho HS năng lực tư duy, sáng tạo bằng nhiều hình thức: làm TN, xử lí kết quả và rút ra kết luận hay từ TN đã có, xử lí để rút ra kết luận. Đây là những nội dung rất thích hợp để tổ chức dạy học theo nhóm. Thông qua hoạt động nhóm, HS có thể hỗ trợ nhau để tiến hành những TN đơn giản dưới sự hướng dẫn của GV, thu thập và xử lí số liệu; những công việc mà nếu hoạt động cá nhân thì các em không thể thực hiện được, còn nếu hoạt động chung cả lớp thì lại không huy động được tất cả HS tham gia và HS sẽ khó tiếp cận TN hơn.
Nội dung phần từ trường và cảm ứng điện từ bao gồm những kiến thức mà học sinh rất thường gặp, những ứng dụng của chúng trong thực tế cuộc sống như từ trường của nam châm, dòng diện (có thể ứng dụng tạo nam châm diện), từ trường của Trái Ðất, lực Loren-xơ (ứng dụng trong ống phóng diện tử), lực từ tác dụng lên khung dây (ứng dụng trong động cơ điện), hiện tượng cảm ứng điện từ (ứng dụng trong máy phát điện, máy biến thế…). Những ứng dụng này gần gũi, phù hợp với khả năng của HS giúp các em cảm thấy dễ dàng tiếp nhận vấn đề hơn. Đây cũng là những nội dung thích hợp để tổ chức dạy học theo nhóm. Bởi vì thông qua hoạt động nhóm, có thể huy
động được vốn kiến thức, kinh nghiệm, kĩ năng sẵn có của HS, giúp các em bù trừ và hỗ trợ lẫn nhau để tìm hiểu sâu hơn và mở rộng hơn các kiến thức đó.
Chương “Từ trường” gồm hai nhóm kiến thức chính: các khái niệm, đại lượng đặc trưng của từ trường và các dạng lực từ. Để ôn lại khái niệm từ trường, đường sức từ, từ phổ, từ trường của các dòng điện đặc biệt ta có thể cho HS tiến hành một số thí nghiệm đơn giản ngay tại lớp, đồng thời GV cũng có thể cho các em thảo luận nhóm thông qua phiếu học tập để khắc sâu và mở rộng những kiến thức trọng tâm.
Trong chương “Cảm ứng điện từ”, hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng đặc biệt quan trọng cả về mặt khoa học cũng như về mặt kĩ thuật và những ứng dụng trong đời sống như máy phát điện một chiều, máy phát điện xoay chiều, máy biến thế. Việc nghiên cứu và giảng dạy hiện tượng này cần phải nhấn mạnh phần ứng dụng thực tiễn để HS không chỉ biết trên lí thuyết mà còn hiểu thêm những ứng dụng vật lí và kĩ thuật của hiện tượng trong đời sống. SGK hiện hành chỉ giới hạn khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ trong phạm vi lý thuyết, phần ứng dụng chỉ nói đến dòng điện Fu-cô.
2.1.3. Mục tiêu dạy học
Mục tiêu dạy học phần “Điện từ học” theo chuẩn kiến thức kĩ năng do Bộ Giáo dục qui định được trình bày trong bảng 2.2 dưới đây:
Bảng 2.2. Mục tiêu dạy học phần “Điện từ học” theo chuẩn kiến thức kĩ năng
CHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNG
Chủ đề Mức độ cần đạt Ghi chú
a) Từ trường. Đường sức từ.
Kiến thức
−Nêu được từ trường tồn tại ở đâu và có tính chất gì.
− Nêu được các đặc điểm của đường sức từ của thanh nam châm thẳng, của nam châm chữ U, của dòng điện thẳng dài, của vòng điện tròn.
Kĩ năng
− Vẽ được các đường sức từ biểu diễn và nêu được các đặc điểm của từ trường do nam châm thẳng, dòng điện thẳng dài và vòng điện tròn gây ra.
b) Lực từ. Cảm ứng từ.
Kiến thức
− Viết được công thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều.
− Phát biểu được định nghĩa và nêu được phương, chiều của cảm ứng từ tại một điểm của từ trường. Nêu được đơn vị đo cảm ứng từ.
Kĩ năng
−Xác định được vectơ lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường đều. c) Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt. Kiến thức
- Viết được công thức tính cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài vô hạn.
- Viết được công thức tính cảm ứng từ tại tâm của vòng điện tròn .
- Viết được công thức tính cảm ứng từ tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua.
Kĩ năng
- Xác định được độ lớn, phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài.
- Xác định được độ lớn, phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại tâm của vòng điện tròn.
từ tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua.
d) Lực Lo-ren- xơ.
Kiến thức
−Nêu được lực Lo-ren-xơ là gì và viết được công thức tính lực này.
Kĩ năng
−Xác định được cường độ, phương, chiều của lực Lo- ren-xơ tác dụng lên một điện tích q chuyển động với vận tốc v trong mặt phẳng vuông góc với các đường sức của từ trường đều. CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Chủ đề Mức độ cần đạt Ghi chú a) Hiện tượng cảm ứng điện từ. Từ thông. Suất điện động cảm ứng. Kiến thức
- Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. - Viết được công thức tính từ thông qua một diện tích và nêu được đơn vị đo từ thông. Nêu được các cách làm biến đổi từ thông.
- Phát biểu được định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ, định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng và viết được hệ thức : ec
t ∆Φ = − ∆ .
- Nêu được dòng điện Fu-cô là gì.
Kĩ năng
- Làm được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. - Tính được suất điện động cảm ứng trong trường hợp từ thông qua một mạch kín biến đổi đều theo thời gian. - Xác định được chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ.
b) Hiện tượng tự cảm. Suất điện động tự cảm. Độ tự cảm. Kiến thức
- Nêu được hiện tượng tự cảm là gì.
- Nêu được độ tự cảm là gì và đơn vị đo độ tự cảm.
Kĩ năng
- Tính được suất điện động tự cảm trong ống dây khi dòng điện chạy qua nó có cường độ biến đổi đều theo thời gian.
c) Năng lượng từ trường trong ống dây.
Kiến thức
- Nêu được từ trường trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua và mọi từ trường đều mang năng lượng.
- Ngoài những kiến thức, kĩ năng do Bộ GD-ĐT đã qui định trong chuẩn, chúng tôi hy vọng thông qua quá trình hoạt động nhóm, HS có thể rèn luyện được một số kĩ năng như sau:
+ Kĩ năng đọc SGK, tìm hiểu và trao đổi thông tin. + Kĩ năng tiến hành TN.
+ Kĩ năng làm việc nhóm: phân công công việc, lắng nghe, trao đổi, hợp tác. + Kĩ năng nhận xét và đánh giá.
2.2. Những thuận lợi của việc tổ chức dạy học theo nhóm khi dạy phần “Điện từ học” vật lí 11 THPT học” vật lí 11 THPT
- HS đã được trang bị một số kiến cơ bản trong chương trình vật lí lớp 7 và lớp 9, nên việc mở rộng và đi sâu các kiến thức này ở lớp 11 sẽ dễ dàng hơn. Do đó, nếu tổ chức dạy học theo nhóm thì HS có thể hỗ trợ lẫn nhau để tự lực tìm hiểu kiến thức, qua đó các em có thể lĩnh hội kiến thức một cách bền vững hơn.
- Phần “Điện từ học” có nhiều nội dung gắn liền thực tế đời sống, một số kiến thức được rút ra từ thực nghiệm do đó việc tổ chức dạy học theo nhóm sẽ góp phần phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh, tránh được việc truyền thụ một chiều và nhồi nhét kiến thức.
2.3. Soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức phần “Điện từ học” vật lí 11 THPT THPT
Để phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo trong học tập của HS, chúng tôi thiết kế các phương án dạy học một số kiến thức phần “Điện từ học” theo hướng tổ chức dạy học nhóm với bốn chủ đề như sau:
Chủ đề 1: Từ trường. Chủ đề 2: Lực từ. Cảm ứng từ. Chủ đề 3: Lực Lo-ren-xơ. Chủ đề 4: Từ thông. Cảm ứng điện từ. 2.3.1. Chủ đề: “Từ trường” 2.3.1.1. Lí do chọn hình thức nhóm chuyên gia
Nội dung chính của phần này là tương tác từ và các tính chất của đường sức từ, mà cụ thể là tìm hiểu về dạng đường sức từ của dòng điện thẳng dài và dòng điện tròn gây ra và cách xác định chiều của các đường sức từ khi biết được chiều dòng điện chạy trong dây dẫn. Từ đó nêu lên được bốn tính chất của đường sức từ.
Trước khi học chủ đề này HS cũng đã có nền tảng kiến thức cơ bản về nam châm vĩnh cửu, từ trường, tương tác từ, đường sức từ, tuy nhiên các kiến thức cũ được bổ sung kiến thức mới, phần dễ và khó đan xen lẫn nhau, trình độ HS lại không đồng đều nên cần có sự phân hóa kiến thức theo trình độ HS để HS nào cũng có thể chuẩn bị bài ở nhà và tham gia được vào các hoạt động của nhóm. Do đó hình thức nhóm chuyên gia là thích hợp hơn cả.
2.3.1.2. Xác định mục tiêu
Sau khi học xong bài này, HS có thể lĩnh hội được kiến thức và rèn luyện các kĩ năng, thái độ như sau:
a) Về kiến thức
- Nêu được khái niệm tương tác từ.
- Nêu được định nghĩa từ trường và tính chất cơ bản của nó.
- Biết cách xác định từ trường trong không gian và hướng từ trường tại một điểm.
- Nêu được dạng đường sức từ do dòng điện thẳng dài và dòng điện tròn gây ra.
b) Về kĩ năng
- Vẽ được dạng đường sức từ do dòng điện thẳng dài và dòng điện tròn gây ra. - Vận dụng được qui tắc nắm tay phải để xác định chiều của các đường sức từ do dòng điện thẳng dài và dòng điện tròn gây ra.
- Thông qua quá trình hoạt động nhóm chuyên gia và nhóm hợp tác, HS có thể rèn luyện được một số kĩ năng như sau:
+ Kĩ năng đọc SGK, tìm hiểu và trao đổi thông tin. + Kĩ năng tiến hành TN.
+ Kĩ năng làm việc nhóm: phân công công việc, lắng nghe, trao đổi, hợp tác. + Kĩ năng nhận xét và đánh giá.
c) Về thái độ
- HS hứng thú, tích cực, chủ động, hăng hái trong học tập.
- Có thái độ hợp tác với các thành viên trong nhóm để hoàn thành nhiệm vụ. - Biết lắng nghe và đóng góp ý kiến.
2.3.1.3. Chuẩn bị a/ Giáo viên:
- Dụng cụ thí nghiệm: 3 nam châm thẳng, 3 kim nam châm, 3 máy biến áp, 2 khung dây dẫn hình chữ nhật, 1 khung dây dẫn tròn, 2 bìa cứng, mạt sắt, dây nối.
- Phương tiện dạy học: Laptop, máy chiếu. - Soạn thảo kế hoạch dạy học.
- Các phiếu học tập. (Xem phụ lục 3) - Tóm tắt nội dung bài học.
b/ Học sinh:
- Ôn lại các kiến thức về: từ trường, tương tác từ, từ phổ, đường sức từ đã học ở lớp 9.
- Chuẩn bị trước bài mới ở nhà theo sự phân công của GV. - Bút lông, bảng phụ.
2.3.1.4. Phương pháp dạy học
Phối hợp tổ chức dạy học theo hình thức nhóm chuyên gia với các PP thuyết trình , PP đàm thoại, PP làm việc với SGK và tài liệu tham khảo.