8. Cấu trúc của luận án
3.3.20. Mô hình máy phát điện
1- Phương án 1: Mô hình máy phát điện
Sử dụng TN để giới thiệu cấu tạo và hoạt động của máy phát điện. Mô hình máy phát điện được chế tạo từ các thiết bị, chi tiết đơn giản, dễ lắp ráp. Do đó TNTT được sử dụng làm TN HS theo hình thức hoạt động nhóm khi luyện tập, vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống và kỹ thuật (xem phụ lục 3 mục 3.1.2.5).
2- Phương án 2: Thí nghiệm máy phát điện xoay chiều
a. Mục đích sử dụng: Sử dụng TN để giới thiệu các bộ phận chính và nguyên
tắc hoạt động khi DH bài Máy phát điện xoay chiều.
b. Tập hợp vật liệu và thiết bị:
- 01 tấm gỗ hoặc nhựa kích thước (20 x 20) cm; - 02 lõi sắt;
- 111 -
- 08 nam châm vĩnh cửu tròn dẹp Φ = 1,5 cm; - 01 trục kim loại cắt nhọn.
c. Gia công, lắp ráp TN: TN gồm các chi tiết có cấu tạo như sau:
- Đĩa quay: Đĩa quay được làm từ một đĩa CD, trên đĩa có gắn các nam châm
vĩnh cửu tròn xen kẽ cực với nhau. Ngoài ra, còn có bộ phận để gắn trục quay, núm nhựa để dễ quay tay khi tiến hành TN (xem hình 3.23.a).
- Hai cuộn dây: Quấn 1.000 vòng dây trên mỗi cuộn dây vào một ống hình trụ
để làm một cuộn dây cảm ứng. Trong mỗi cuộn dây có gắn một lõi sắt hoặc thép để tăng thêm từ tính (có thể cắt từ các đoạn thép xây dựng phế thải, mỗi đoạn dài 4 cm). Trên mỗi cuộn dây được mắc với hai đ n LED màu xanh và đỏ ngược cực nhau (xem hình 3.23.b).
- Mặt đế: Mặt đế làm từ một tấm gỗ nhỏ hình vuông, để gắn trục quay và hai cuộn
dây. Khi DH, GV có thể gắn thêm các nam châm vào dưới mặt đế rồi định vị TN lên bảng đen (loại bảng từ) để cả lớp dễ quan sát. Trên chân đế có gắn 1 trục quay là một thanh sắt nhỏ vạt nhọn để giảm ma sát. Có thể dùng một động cơ một chiều loại nhỏ thường được tìm thấy trong đồ chơi trẻ em để làm trục của đĩa quay (xem hình 3.23.c).
Có thể sử dụng một nam châm vĩnh cửu có từ tính mạnh đưa lại gần dĩa quay nói trên thì đĩa sẽ tự quay với vận tốc đủ lớn và phát điện mà không cần tác dụng lực cơ học vào dĩa quay.
♦ Sử dụng TN trong DH: Để phát huy ưu thế sử dụng trong DH, TNTT được sử
dụng để hỗ trợ tổ chức DH nhóm nhỏ thực hiện lắp ráp, tiến hành TN khi DH các bài: Dòng điện xoay chiều (SGK VL 9, trang 90); Hiện tượng cảm ứng điện từ (SGK VL 9, trang 85); Máy phát điện xoay chiều… Do TN đơn giản, dễ chế tạo, cho hiện tượng trực quan, chính xác đặc biệt gắn liền với thực tiễn nên gây sự ngạc nhiên, tạo hứng thú và động cơ học tập đối với HS.
3- Phương án 3: Máy phát điện xoay chiều (dùng tuabin nước)
a. Mục đích sử dụng: TN được sử dụng để mô tả cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
của máy phát điện xoay chiều chạy bằng tua bin nước trong bài Máy phát điện xoay chiều.
a. b. c.
- 112 -
b. Tập hợp vật liệu và thiết bị:
- 01 cuộn dây đồng (Φdây = 0,16 mm); - 01 lõi thép; - 10 viên nam châm nút nhỏ gắn trên dĩa quay; - 01 tấm bìa cứng;
- 02 đ n LED màu xanh và đỏ; - 01 tấm sắt;
- 01 van xe đạp có nắp làm van xả nước; - 10 đinh vít các loại; - 01 đĩa nhựa có lỗ với Φ từ 20 cm đến 25 cm; - 01 hộp nhựa;
- 01 vỏ lon sữa bằng sắt; - 16 muỗng nhựa nhỏ;
- 01 chai nhựa có nắp (dung tích 1,5 lít); - 01 tấm xốp dày 1 cm; - 01 động cơ điện nhỏ trong đồ chơi trẻ em; - 01 giá gỗ.
c. Gia công, lắp ráp TN:
- Quấn cuộn dây: Dùng bìa cứng làm khung để quấn dây đồng có Φdây = 0,16
mm thành cuộn dây khoảng 8.000 vòng. Sau đó nối 2 đ n LED màu xanh và đỏ ngược cực nhau vào hai đầu của cuộn dây (lưu ý: khi quấn dây, nên có nhiều đầu ra để người sử dụng có thể thay đổi số vòng dây khi cần điều chỉnh độ sáng của các đ n LED). Đặt lõi thép vào trong lòng cuộn dây để tăng từ thẩm. Gắn cuộn dây và đ n LED lên giá. Khi sử dụng cuộn dây với tuabin nước, cần dùng hộp nhựa trong suốt để bảo vệ, tránh nước bắn vào gây chập điện (xem hình 3.24.a).
- Làm đĩa quay: Dùng đinh vít để gắn các nam châm lên 1 đĩa nhựa có lỗ. Bố
trí các nam châm đều nhau, có cực ngược nhau xen kẽ để tạo ra từ trường biến thiên khi đĩa quay. Dùng tấm xốp tròn có Φ = 16 cm để gắn 16 chiếc thìa nhựa. Đĩa xốp gắn các thìa nhựa có tác dụng như một tuabin nước. Đĩa sẽ quay khi có nước tác động vào các chiếc thìa. Để dễ tạo trục quay dĩa, ta sử dụng một động cơ điện một chiều lấy từ đồ chơi trẻ em để gắn đĩa quay và cố định trên giá (xem hình 3.24.b).
- Làm giá đỡ cuộn dây, đĩa quay và bình chứa nước: Dùng gỗ để làm hai giá
đỡ cuộn dây, đĩa quay và giá đỡ bình chứa nước. Bố trí giá đỡ có chiều cao hợp lý sao cho khi nước chảy ra khỏi bình tạo được một thế năng đủ lớn để làm đĩa quay đều với
a. b. c.
- 113 -
vận tốc lớn. Dùng 1 lon sắt hoặc nhựa để chứa nước. Ở phần gần đáy lon có gắn một chiếc van xe để điều tiết và cho nước phun ra làm đĩa quay. Để tránh nước bắn vào cuộn dây, phía dưới chân đế cần bố trí một bình hứng nước và sử dụng lại nước chảy ra khi làm TN (xem hình 3.24.c).
d. Tiến hành TN: Đổ nước vào bình, khi tháo van thì nước sẽ chảy từ bình ra
đập vào các thìa nhựa, làm quay tuabin (dĩa có gắn nam châm). Tuabin sẽ làm quay phần cảm và xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây (các đ n LED phát sáng).
♦ Sử dụng TN trong DH: TN có ưu thế sử dụng để hỗ trợ tổ chức DH các nội
dung kiến thức về máy phát điện xoay chiều và máy phát điện xoay chiều trong kỹ thuật, sản xuất điện năng - nhiệt điện và thủy điện... TN nêu trên không chỉ góp phần bổ sung làm phong phú thiết bị, TN còn thiếu trong DHVL hiện nay mà còn tạo thuận lợi cho việc tổ chức DH theo nhóm theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của HS. Đặc biệt, phương án TN này có thể gắn với DH tích hợp trong bảo vệ môi trường nên được sử dụng để hướng dẫn HS tự tạo và tham gia các hội thi sáng tạo trẻ Intel ISEF, làm đồ dùng DH...
4- Phương án 4: Máy phát điện xoay chiều (d ng tay quay)
a. Mục đích sử dụng: Sử dụng TN để tìm hiểu nguyên lý hoạt động và cấu tạo
của máy phát điện xoay chiều.
b. Tập hợp vật liệu và thiết bị:
- 01 tấm gỗ hoặc nhựa làm chân đế; - 02 nam châm vĩnh cửu; - 01 đoạn sắt dài 20 cm, Φ = 2,0 mm; - 01 lõi thép chữ U; - 01 cuộn dây đồng 3.000 vòng có Φdây = 0,3 mm; - 01 tấm bìa cứng;
- 02 đ n LED nhỏ màu xanh, đỏ; - 02 đinh vít.
- 01 tấm nhôm dày 0,2 mm có kích thước (5 x 6) cm.
c. Gia công, lắp ráp TN:
- Dùng dây sắt uốn thành chữ L để làm tay quay. Sau đó gắn lên chân đế và tấm nhôm (xem hình 3.25).
- Lõi thép chữ U thường được tìm ở các biến áp cũ hoặc chế tạo bằng cách uốn cong chữ U một số đoạn sắt nhỏ và bó thành khối.
- Cuộn dây đồng 3.000 vòng có thể tự tạo với dây đồng có Φ = 0,3 mm hoặc tìm ở các bộ thiết bị TN hỏng.
- Dùng bìa cứng để tạo 1 khung quấn dây. Độ lớn
khung bằng chu vi của lõi thép (HS có thể sử dụng những cuộn dây có sẵn trong các
Hình 3.25. TN máy phát điện xoay chiều tay quay.
- 114 -
bộ TNVL cũ). Nối các đầu dây với 2 đ n LED xanh và đỏ ngược cực nhau để khi có dòng điện xoay chiều đi qua thì 2 đ n LED sẽ luân phiên nhau sáng.
- Định vị cuộn dây và lõi thép chữ U sao cho các cực nam châm khi quay sẽ đi qua bề mặt của cuộn dây và lõi thép.
- Dùng một tấm nhôm hoặc nhựa, đinh vít gia công, lắp ráp thành một chân đế để gắn giá đỡ trục tay quay. Lưu ý: không nên dùng vật liệu bằng sắt vì sẽ bị ảnh hưởng của nam châm vĩnh cửu.
- Đặt nối tiếp các nam châm để có thể tăng từ tính và tăng kích thước của nam châm ở tay quay. Dùng 2 đinh vít để làm trục quay và tay quay nam châm như hình 3.23.
d. Tiến hành TN: Dùng tay quay quanh trục, hai cực nam châm lần lượt đi qua trước
cuộn dây. Các đ n LED luân phiên sáng liên tục; khi quay càng nhanh thì các đ n càng sáng. Khi quay nam châm theo 2 chiều ngược nhau, quay nhanh hoặc chậm sẽ giúp các em tự rút ra kiến thức về dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào những yếu tố nào.
♦ Sử dụng TN trong DH: TN có ưu thế sử dụng vào DH ở nhiều bài thuộc chương trình VL lớp 9 ở THCS hiện hành như: Hiện tượng cảm ứng điện từ, Dòng điện xoay chiều, Máy phát điện xoay chiều…