9. Cấu trúc của đề tài
2.2. Khai thác thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh trong dạy
trong dạy học chương “Điện tích - Điện trường” và “Dòng điện không đổi” Thí nghiệm 1: Hiện tượng nhiễm điện do cọ xát
Thí nghiệm 1:
* Dụng cụ:
- 1 quả bóng đã được thổi - 1 mảnh vải dạ
* Tiến hành:
- Cọ xát mảnh vải dạ vào quả bóng.
- Đưa quả bóng chạm vào bức tường bóng bị dính vào tường Thí nghiệm 2:
* Dụng cụ:
- 1 quyển sách hay quyển vở - 1 mảnh vải len
- 1 ống hút bằng nhựa
* Tiến hành:
- Cọ xát ống hút vào mảnh vải len.
- Đưa ống hút lại gần trang sách trang sách bị hút về phía ống hút.
Thí nghiệm 2: Hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc.
* Dụng cụ:
- 1 điện nghiệm - 1 mảnh vải len - 1 ống hút bằng nhựa
* Tiến hành:
- Cọ xát ống hút vào mảnh vải len.
- Đưa ống hút lại tiếp xúc với núm kim loại của điện nghiệm
hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra.
Hình 2.8 Hình 2.6
* Dụng cụ:
- 1 điện nghiệm - 1 mảnh vải len
- 1 ống hút bằng nhựa hay cây thước nhựa
* Tiến hành:
- Cọ xát cây thước nhựa vào mảnh vải len.
- Đưa cây thước nhựa lại gần núm kim loại của điện nghiệm hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra.
- Lấy cây thước nhựa ra khỏi điện nghiệm hai lá kim loại của điện nghiệm không xòe ra.
Thí nghiệm 4: Sự nhiễm điện của các vật
Với 3 dụng cụ: thanh nhựa, mảnh nilon PE và tua tĩnh điện, hãy tiến hành các thí nghiệm về hiện tượng nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do tiếp xúc và nhiễm điện do hưởng ứng?
* Tiến hành:
- Thí nghiệm 1:
+ Dùng mảnh nilon cọ xát với một đầu thanh nhựa.
+ Đưa đầu thanh nhựa vừa cọ xát lại gần các sợi dây tua tĩnh điện.
+ Kết quả: các sợi dây tua tĩnh điện bị hút lại gần đầu thanh nhựa thanh nhựa đã bị nhiễm điện do cọ xát với mảnh nilon.
- Thí nghiệm 2:
+ Dùng mảnh nilon cọ xát với một đầu thanh nhựa.
Hình 2.10
A B
Hình 2.9
A B
+ Đưa đầu thanh nhựa vừa cọ xát lại gần quả cầu gắn ở đầu tua tĩnh điện.
+ Kết quả: các sợi dây tua tĩnh điện xòe ra quả cầu đã bị nhiễm điện do hưởng ứng.
- Thí nghiệm 3:
+ Dùng mảnh nilon cọ xát với một đầu thanh nhựa.
+ Đưa đầu thanh nhựa vừa cọ xát tiếp xúc với quả cầu gắn ở đầu tua tĩnh điện. + Kết quả: các sợi dây tua tĩnh điện xòe ra quả cầu đã bị nhiễm điện do tiếp xúc.
Thí nghiệm 5: Vật dẫn điện và vật cách điện
* Dụng cụ: - 2 điện nghiệm
- 1 sợi dây đồng, 1 sợi dây nhựa - 1 thanh nhựa êbônit, 1 mảnh vải len.
* Tiến hành:
- Thí nghiệm 1:
+ Nối 2 núm kim loại của 2 điện nghiệm bằng sợi dây đồng. + Cọ xát thanh nhựa vào mảnh vải len.
+ Đưa thanh nhựa tiếp xúc với núm kim loại của điện nghiệm A cả 2 kim của 2 điện nghiệm đều quay sợi dây đồng là vật dẫn điện.
- Thí nghiệm 2:
+ Nối 2 núm kim loại của 2 điện nghiệm bằng sợi dây nhựa. + Cọ xát thanh nhựa vào mảnh vải len.
+ Đưa thanh nhựa tiếp xúc với núm kim loại của điện nghiệm A chỉ có kim của điện nghiệm A quay sợi dây nhựa là vật cách điện.
Hình 2.12 Hình 2.11
Hình 2.13
* Dụng cụ:
- Máy phát tĩnh điện Uyn-sớt. - 2 bản tụ điện tròn.
- 2 dây nối loại mỏ kẹp. - Giá đỡ và con lắc.
* Tiến hành:
- Treo con lắc vào giá đỡ.
- Lấy 2 dây nối, mỗi dây một đầu gắn vào bản tụ điện, đầu còn lại kẹp vào điện cực của máy phát tĩnh điện.
- Đặt hai bản tụ điện cách nhau khoảng 8cm.
- Quay máy phát tĩnh điện con lắc dao động qua lại giữa hai bản tụ điện. * Từ thí nghiệm trên GV có thể yêu cầu HS tự chế tạo thí
nghiệm đơn giản từ các vật liệu như: lon nước ngọt, nắp khoen lon nước ngọt, thanh gỗ và sợi chỉ.
Thí nghiệm 7: Điện môi đặt trong điện trường.
* Dụng cụ:
- Vòi nước đang chảy - 1 ống hút bằng nhựa - 1 mảnh vải len.
* Tiến hành:
- Cọ xát mảnh vải len vào ống hút
- Mở vòi cho nước chảy thành dòng nước nhỏ
- Đưa ống hút lại gần dòng nước đang chảy dòng nước bị hút về đầu ống hút nhựa.
* Các câu hỏi thực tế dùng củng cố bài học [10]
Câu 1: Các ôtô chở xăng dầu, khả năng cháy nổ rất cao. Khả năng này xuất phát từ cơ sở vật lí nào? Người ta làm gì để phòng chống cháy nổ cho các xe này?
Hình 2.14 Cơ sở vật lí: các vật nhiễm điện trái dấu có thể phóng tia
lửa điện qua nhau
Xe chở xăng dầu khi chuyển động, xăng dầu cọ xát nhiều với bồn chứa làm chúng tích điện trái dấu. Khi các điện tích đủ lớn chúng sẽ phóng tia lửa điện gây ra cháy
nổ. Thực tế, để chống cháy nổ do phóng điện, người ta thường
dùng một dây xích sắt nối với bồn chứa và kéo lê trên đường. Đây là biện pháp nối đất cho các vật nhiễm điện để chống sự phóng tia lửa điện giữa chúng.
Câu 2: Những người đi biển gọi những đốm lửa xuất hiện một cách kì lạ trên ngọn các cột buồm vào những lúc có giông là lửa của thánh Enmơ (Staint Elme). Thực chất của các đốm lửa này là sự biểu hiện của một hiện tượng vật lí. Hãy cho biết đó là hiện tượng gì?
Trong các đám mây giông thường có tích điện. Tàu thuyền ở dưới những đám mây ấy bị nhiễm điện do hưởng ứng, ở đỉnh cột buồm tập trung nhiều điện tích (do phân bố nhiều ở những chỗ mũi nhọn). Điện tích ở đó đẩy nhau rất mạnh khiến cho một số điện tích bị đẩy ra khỏi vật, các hạt mang điện bị đẩy ra đó chuyển động rất nhanh, khi va chạm với không khí đã làm cho chúng phát sáng, tạo thành những “đốm lửa” bám ở trên đỉnh cột buồm. Hiện tượng này quan sát ban đêm thấy rất rõ. Câu 3: Vào những thời tiết hanh, khô nếu chải đầu bằng lược nhựa, ta nghe tiếng “lắc rắc” và trông thấy nhiều tia lửa từ tóc và lược tóe ra. Nhiều HS làm thử, nhưng không nhận thấy hiện tượng đó. Dường như ở đây lí thuyết mâu thuẫn với thực nghiệm chăng? Hãy giải thích?
Không mâu thuẫn gì. Thực ra hiện tượng trên chắc chắn xảy ra nếu chú ý hơn về các điều kiện sau đây:
- Tóc phải sạch và khô (nếu được sấy nóng thì càng tốt) - Lược phải khô và khô bám những cặn bẩn
- Chải tóc phải mạnh hơn một chút, để cọ xát giữa lược với tóc diễn ra thuận lợi cho việc nhiễm điện.
Thí nghiệm8: Một ắcqui bị mất kí hiệu các cực âm và dương. Chỉ bằng hai dây dẫn và một cốc nước, làm cách nào để có thể xác định lại các cực của ắcqui. Hãy nêu phương án thực hiện.
* Phương án tiến hành: nối các đầu dây dẫn vào hai điện cực của ắcqui. Cạo sạch lớp cách điện hai đầu dây còn lại cỡ 5cm mỗi đầu và nhúng vào cốc nước ở hai thành đối diện. Quan sát đầu dây nào có nhiều bọt khí hơn đó là cực âm. Cực của ắcqui nối với dây này là cực âm, cực còn lại là cực dương.
* Giải thích: Khi mắc mạch điện như trên dưới tác dụng hóa học của dòng điện, các ion dương H+ dịch chuyển về cực âm, các ion âm O2- dịch chuyển về cực dương và được giải phóng. Vì một phân tử nước có hai nguyên tử Hiđrô và một nguyên tử Oxi do đó phân số phân tử Hiđrô được giải phóng ở cực âm nhiều hơn gấp đôi. Vì vậy suy ra điện cực âm là điện cực có nhiều bọt khí sủi lên hơn.
Thí nghiệm9: Dùng Ôm kế đo điện trở của bóng đèn 220V-100W khi chưa mắc vào nguồn điện là 30Ω, nhưng khi dùng công thức tính
2 484 dm dm U R P = = Ω. Hãy giải
thích tại sao lại có mâu thuẫn giữa lí thuyết và thực nghiệm?
* Giải thích: Không mâu thuẫn gì. Giá trị 30Ωlà điện trở của bóng đèn khi không làm việc. Khi đèn sáng, nhiệt độ của dây tóc bóng đèn tăng nhanh sau đó ổn định (khoảng 20000C) do đó điện trở của bóng đèn cũng tăng lên rất nhanh. R=484Ωlà điện trở tương ứng với bóng đèn khi làm việc bình thường.
Thí nghiệm10: Cho một nguồn điện một chiều, hai vôn kế giống nhau có điện trở rất lớn, một điện trở đã biết trị số R , một điện trở chưa biết trị số 0 R , dây nối, x khóa K. Hãy đề xuất phương án xác định giá trị điện trở R ?x
* Xây dựng phương án
Hình 2.17
- Mắc mạch điện theo hình 2.16 , các vôn kế mắc song song vào hai đầu R và 0 R . x - Đóng khóa K,đọc giá trị U0, Uxcủa các vôn kế chỉ và ghi vào bảng kết quả đo.
- Thế các giá trị đó vào công thức 0
0 x x R U U R = , tìm được Rx
* Giải thích: Do điện trở của vôn kế rất lớn nên khi mắc vôn kế vào mạch, cường độ dòng điện trong mạch không đổi. Mạch ngoài gồm R 0 nt R . x Ta cóU0 =IR0, Ux =IRx suy ra 0 0 x x R U U R =
Thí nghiệm 11: Cho điện trở đã biết trị số R , điện trở chưa biết trị số 0 R , hai vôn x kế có điện trở rất lớn, nguồn điện, dây nối. Hãy lập phương án xác định công suất tiêu thụ trên R ?x
* Xây dựng phương án: giống thí nghiệm 10
- Thay biểu thức 0 0 x x R U U R = vào công thức x 2 x x R U P = ta được 0 0 x 0 0 x 2 x x R U U R U U U P = =
Thí nghiệm 13: Cho nguồn điện một chiều, hai ampe kế giống nhau có điện trở rất nhỏ, một điện trở đã biết trị số R , một điện trở chưa biết trị số 0 R , dây nối, khóa x K. Hãy đề xuất phương án xác định giá trị điện trở R ?x
Hình 2.16 Rx R0
V V
Hình 2.19
K Đ
Xây dựng phương án
- Mắc mạch điện như hình 2.18, đóng khóa K, đọc số chỉ của các ampe kế.
- Thế các giá trị đó vào công thức 0
x 0 X R I I R = .
* Giải thích: Vì điện trở của ampe kế rất bé nên khi mắc ampe kế vào mạch có thể bỏ qua điện trở các ampe kế. Khi đó, mạch ngoài chỉ còn R0 mắcsong song với Rx. Ta có U0 =I0R0, Ux =IxRx và U0 =Ux suy ra 0 x 0 X R I I R =
Thí nghiệm 14: Cho điện trở đã biết trị số R0, điện trở chưa biết trị số R , hai x ampe kế có điện trở rất nhỏ, nguồn điện một chiều, dây nối, khóa K. Hãy lập phương án xác định công suất tiêu thụ trên R ?x
Xây dựng phương án: giống thí nghiệm 13
Thay biểu thức: 0 x 0 R I I R = vào 2 x x 0 0 x x I R I I R P = =
Thí nghiệm15: Mắc bóng đèn 3V – 3W vào mạch điện như hình 2.20 , hiện tượng gì xảy ra với bóng đèn khi đóng khóa K?
* Dụng cụ:
- 3 pin, mỗi pin có suất điện động bằng 1,5V, điện trở trong 0,5Ω
- Bóng đèn 3V – 3W - Khóa K và dây nối
* Tiến hành thí nghiệm: Hình 2.18 A R0 Rx A + - K
V
Hình 2.21
- Mắc các dụng cụ theo sơ đồ hình 2.20 (3 pin mắc nối tiếp thành bộ nguồn có có suất điện động bằng 4,5V, điện trở trong 1,5Ω)
- Đóng khóa K và yêu cầu HS nhận xét đèn sáng hay cháy. * Kết quả:
- Đèn sáng.
* Thí nghiệm này được sử dụng trong quá trình nghiên cứu kiến thức mới bài: Định luật Ôm đối với toàn mạch, GV sẽ đưa tư duy của HS vào tình huống mâu thuẫn nhận thức
+ HS dự đoán: Bóng đèn sẽ cháy vì U > Uđm của bóng đèn hay 4,5 1,5( ) 3 dm U I A I R = = = >
+ Giá trị 4,5V có phải là hiệu điện thế đặt vào bóng đèn không? Cường độ dòng điện qua đèn có phải là 1,5A không?
Thí nghiệm 16: Hiệu điện thế giữa hai cực của bóng đèn (Hình 2.21) thay đổi như thế nào khi dịch chuyển con chạy của biến trở về bên phải? Giải thích?
* Kết quả: Số chỉ của vôn kế giảm dần.
* Giải thích:
- Hiệu điện thế U giữa hai cực bóng đèn liên hệ với điện trở R của bóng đèn và cường độ dòng điện trong công thức U = I.R (1).
- Cường độ dòng điện trong toàn mạch phụ thuộc vào suất điện động ξ và điện trở
trong r của nguồn điện, điện trở mạch ngoài RN gồm điện trở R0 của biến trở nối tiếp với điện trở R của bóng đèn theo công thức
0 N I R r R R r ξ ξ = = + + + , (2).
V
A B
Hình 2.22 - Từ (1),(2) ta xác định được mối quan hệ cần kiểm tra là
0 R U R R r ξ = + + .
- Khi dịch chuyển con chạy của biến trở về phía phải thì điện trở R0 của biến trở tăng dần nên hiệu điện thế U giảm dần.
Thí nghiệm 17: Số chỉ của vôn kế thay đổi như thế nào khi dịch chuyển con chạy của biến trở sang bên phải? Tại sao?
* Kết quả: số chỉ vôn kế tăng.
* Giải thích:
- Số chỉ vôn kế UAB = −ξ I R.( d +r)
- Cường độ dòng điện qua đoạn mạch AB:
0 N d I R r R R r ξ ξ = = + + +
- Khi dịch chuyển con chạy của biến trở sang bên phải thì R0 tăng I giảm số chỉ vôn kế tăng.
Thí nghiệm 18: Khi mắc mạch điện theo sơ đồ hình 2.23, một HS đã mắc nhầm vôn kế vào chỗ ampe kế và ampe kế vào chỗ vôn kế. Khi đó có hiện tượng gì xảy ra với các dụng cụ đo này? Tại sao?
* Kết quả: Các dụng cụ ampe kế, vôn kế không bị hỏng.
* Giải thích:
A
V
Đ
U (V) I (mA)
Hình 2.25
- Khi (Rd //RA) nt RV thì điện trở tương đương của mạch ngoài rất lớn (do RV rất lớn) nên cường độ dòng điện trong mạch sẽ rất nhỏ. Vì vậy, số chỉ của vôn kế, ampe kế có giá trị rất nhỏ.
Thí nghiệm 19: Thiết lậpđịnh luật Ôm đối với đoạn mạch có chứa máy thu điện.
* Dụng cụ:
- Pin điện hóa - Biến trở
- 2 đồng hồ đo điện năng hiển thị số DT 9205 dùng làm chức năng ampe kế và vôn kế một chiều
- Bình thủy tinh chứa H2SO4 có gắn 2 điện cực Pb, PbSO4
- Khóa K và dây nối
* Tiến hành thí nghiệm:
- Mắc các dụng cụ theo sơ đồ hình 2.24
- Đóng khóa K, dịch chuyển con chạy của biến trở đọc số chỉ ampe kế và vôn kế và ghi vào bảng 2.1
- Từ bảng số liệu vẽ đồ thị của UAB theo I. Từ đó nhận xét dạng đồ thị và rút ra biểu thức toán học tương ứng. ( , )ξ r R V A K ( , )ξp rp I A B Hình 2.24 Bảng 2.1
Hình 2.26 A R R0 Hình: 2.27 * Kết quả: - Đồ thị là đoạn thẳng có hệ số góc dương, dạng pt: UAB = a + bI Với a: suất phản điện (V)
b: điện trở trong r (Ω)
Thí nghiệm 20: Kiểm nghiệm định luật Ôm đối với toàn mạch
* Dụng cụ: