9. Cấu trúc của đề tài
2.4. Thiết kế một số bài dạy học sử dụng thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học
năng lực tự học cho học sinh THPT
Với nội dung nghiên cứu đã trình bày ở trên, chúng tôi thiết kế một số giáo án như sau:
Bài 1:Điện tích. Định luật Cu-Lông Bài 2: Định luật Ôm đối với toàn mạch
Bài 3: : Định luật Ôm đối với các loại mạch điện. Mắc các nguồn điện thành bộ (tiết 1)
Bài 4: Thực hành: Đo suất điện động và điện trở trong của nguồn điện (tiết 1) Ở đây, chúng tôi chỉ trình bày tiến trình dạy học bài “Điện tích. Định luật Cu- Lông” và “Định luật Ôm đối với toàn mạch”. Các bài còn lại được trình bày trong phần các phụ lục 3, phụ lục 4.
BÀI 1: ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG 1. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Trình bày được khái niệm điện tích điểm và cấu tạo của điện nghiệm. - Nêu được các loại điện tích và sự tương tác giữa các điện tích.
- Trình bày được phương, chiều và độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích điểm trong chân không.
2. Kĩ năng
- Vận dụng được công thức của định luật Cu-lông để giải bài tập tính lực tương tác giữa các điện tích.
- Biết cách biểu diễn lực tương tác giữa các điện tích bằng vectơ.
- Biết cách tìm lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích bằng phép cộng các vectơ lực.
3. Thái độ
- Rèn luyện ý thức tự giác, chủ động trong học tập thông qua việc tự giác hoạt động nhóm, cùng hợp tác với bạn và với giáo viên trong học tập.
- Bước đầu hình thành lòng ham mê yêu thích môn vật lí thông qua việc quan sát các hiện tượng tự nhiên được đưa vào bài giảng.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên
- Dụng cụ thí nghiệm.
- Các thiết bị như máy tính, projector, bài giảng điện tử - Chuẩn bị phiếu học tập
PHIẾU HỌC TẬP Câu 1: Điện tích là gì? Điện tích điểm là gì?
………
Câu 2: Có mấy loại điện tích? Các điện tích tương tác với nhau như thế nào? ………
Câu 3: Làm thế nào để phát hiện ra một vật bị nhiễm điện?
……….
Câu 4: Có mấy cách làm nhiễm điện một vật? Đó là những cách nào.
……….
Câu 5: Viết biểu thức định luật Cu-lông. Nêu đặc điểm của lực điện giữa hai điện tích điểm.
……… ………
Dự kiến nội dung ghi bảng
ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG 1. Điện tích
1.1. Khái niệm điện tích. Điện tích điểm
Điện tích là một đại lượng vô hướng đặc trưng cho tính chất của một hạt hay một vật về mặt tương tác điện gắn liền với hạt hay vật đó.
Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét.
Có hai loại điện tích: điện tích âm và điện tích dương
Các điện tích cùng loại thì đẩy nhau, các điện tích khác loại thì hút nhau.
1.3. Cách phát hiện ra điện tích ở một vật
Để phát hiện điện tích ở một vật, người ta dùng điện nghiệm.
2. Sự nhiễm điện của các vật
- Nhiễm điện do cọ xát - Nhiễm điện do tiếp xúc - Nhiễm điện do hưởng ứng
3. Định luật Cu-lông 3.1. Thí nghiệm: 3.2. Định luật: 122 r q q k F = 2. Học sinh
- Ôn lại các kiến thức về điện tích ở lớp 7. - Ồng hút nhựa và mảnh vải len.
III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Hoạt động 1: Đặt vấn đề vào bài
Hoạt động học của HS Hoạt động dạy của GV
HS tiến hành thí nghiệm
Lắng nghe và suy nghĩ.
Yêu cầu HS làm thí nghiệm ống hút nhựa nhiễm điện hút trang sách
Yêu cầu HS trả lời câu hỏi: Tại sao lại có hiện tượng đó?
Đặt vấn đề: Để tìm hiểu xem bản chất của hiện tượng này là gì, chúng ta sẽ nghiên cứu bài Điện tích – Định luật Cu-
lông.
Hoạt động 2: Tìm hiểu về điện tích
Hoạt động học của HS Hoạt động dạy của GV
Trả lời câu hỏi của GV
HS xem phim.
HS trả lời lại các câu hỏi trên
Cá nhân tự suy nghĩ rồi trao đổi với các bạn cùng nhóm để thống nhất nội dung trả lời của nhóm mình.
Đại diện các nhóm lên trình bày câu trả lời.
HS quan sát.
Yêu cầu HS nhớ lại các kiến thức về điện tích đã học ở lớp 7 thông qua các câu hỏi gợi ý: Điện tích là gì? Điện tích điểm là gì? Có mấy loại điện tích? Các điện tích tương tác với nhau như thế nào?
GV trình chiếu hai phim thí nghiệm để giới thiệu các loại điện tích và sự tương tác giữa chúng
Yêu cầu các nhóm trả lời câu hỏi sau: Làm thế nào để phát hiện ra một vật có nhiễm điện hay không?
Kết luận về cách phát hiện ra vật nhiễm điện.
Giới thiệu
điện
nghiệm cho HS. Mô tả cấu tạo của điện nghiệm và nguyên tắc hoạt động của nó.
Hoạt động 3: Tìm hiểu về ba hiện tượng nhiễm điện của các vật
Hoạt động học của HS Hoạt động dạy của GV
HS quan sát HS trả lời. HS tiến hành thí nghiệm HS nhận xét: Sau khi cọ xát, vật có khả năng hút được các vật nhẹ. HS quan sát
Làm thí nghiệm về hiện tượng nhiễm điện do cọ xát.
Tại sao quả bóng lại dính vào tường? Yêu cầu HS lấy thước nhựa cọ xát vào len rồi đưa lại gần các mẫu giấy vụn
Yêu cầu HS nêu nhận xét Nhận xét câu trả lời của HS
Cho HS xem hình ảnh về hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc.
HS nhận xét: thanh kim loại nhiễm điện cùng dấu với điện tích của quả cầu.
HS hiểu và ghi nhớ về hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc.
HS quan sát
HS nhận xét: Đưa vật nhiễm điện chạm vào núm kim loại của điện nghiệm thì thấy hai lá kim loại xòe ra chứng tỏ hai lá kim loại bị nhiễm điện do tiếp xúc. Đưa vật nhiễm điện ra xa thì hai lá kim loại vẫn xòe (tức vẫn nhiễm điện).
HS quan sát
Yêu cầu HS nêu nhận xét điện tích của thanh kim loại khi tiếp xúc với quả cầu và sau khi tiếp xúc với quả cầu.
Nhận xét câu trả lời của HS và nêu kết luận về hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc.
Làm thí nghiệm kiểm tra hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc thông qua điện nghiệm
Yêu cầu HS nhận xét
Nhận xét câu trả lời của HS.
Cho HS xem hình ảnh về hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng.
HS nhận xét.
HS hiểu và ghi nhớ về hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng.
HS nhận xét: Đưa vật nhiễm điện lại gần núm kim loại của điện nghiệm thì thấy hai lá kim loại xòe ra chứng tỏ hai lá kim loại bị nhiễm điện do hưởng ứng. Đưa vật nhiễm điện ra xa thì hai lá kim loại không xòe ra.
HS trả lời
Yêu cầu HS nêu nhận xét điện tích của thanh kim loại khi tiếp xúc với quả cầu và sau khi tiếp xúc với quả cầu.
Nhận xét câu trả lời của HS.
Làm thí nghiệm về hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng.
Yêu cầu HS nêu nhận xét
Nhận xét câu trả lời của HS và nêu kết luận về hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng.
Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C1.
Hoạt động 4: Tìm hiểu định luật Cu-lông
Hoạt động học của HS Hoạt động dạy của GV
Chú ý nghe GV đặt vấn đề Đặt vấn đề: Các em đã học về sự tương
HS quan sát
HS ghi nhớ và ghi vào phiếu học tập HS lắng nghe
HS nghiên cứu trả lời câu hỏi
dấu thì đẩy nhau, các điện tích khác dấu thì hút nhau. Vậy chúng đẩy hoặc hút nhau với một lực là bao nhiêu?
Giới thiệu về Cu-lông và thí nghiệm của ông bằng cách cho HS xem hình ảnh về Cu-lông và cân xoắn.
Thông báo định luật Cu-lông.
GV giới thiệu về trường hợp các điện tích đặt trong điện môi thì lực tương tác của chúng sẽ giảm đi ε lần so với khi chúng được đặt trong chân không.
Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C2.
Hoạt động 5: Củng cố và vận dụng kiến thức
Hoạt động học của HS Hoạt động dạy của GV
HS làm việc theo nhóm. 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?
HS suy nghĩ trả lời Nêu các câu hỏi trắc nghiệm khách quan (trình chiếu)
Nhận xét câu trả lời của HS.
Hoạt động 6: Giao nhiệm vụ về nhà
Hoạt động học của HS Hoạt động dạy của GV
HS ghi nhớ. Yêu cầu HS về nhà làm các bài tập trong
SGK/8, 9.
Yêu cầu HS tìm một vài ứng dụng của sự tương tác giữa các vật nhiễm điện. Yêu cầu mỗi nhóm làm điện nghiệm tự tạo.
Bài 2: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Phát biểu và viết được hệ thức của định luật Ôm đối với toàn mạch.
- Biết được độ giảm thế là gì và nêu được mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và độ giảm thế của mạch ngoài và mạch trong.
- Biết được hiện tượng đoản mạch là gì.
2. Kĩ năng
- Dự đoán mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí từ kết quả thí nghiệm thu được.
- Giải thích được ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện đối với cường độ dòng điện khi đoản mạch.
- Giải thích được sự phù hợp giữa định luật Ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.
- Vận dụng được định luật Ôm đối với toàn mạch và tính được hiệu suất của nguồn điện.
3. Thái độ
- Tác phong làm việc khoa học, cẩn thận, tỉ mỉ.
- Tinh thần nỗ lực phấn đấu cá nhân, kết hợp chặt chẽ với tinh thần hợp tác trong học tập.
II. CHUẨN BỊ:
1. Giáo viên:
a) Kiến thức và dụng cụ:
- Đọc SGK Vật lí 9 và vật lí 10 để biết học sinh đã biết những gì về định luật bảo toàn năng lượng.
- Chuẩn bị bộ thí nghiệm gồm: Bộ pin có (ξ =4,5 ;V r=1,5Ω) , một ampe kế,
một vôn kế, một bóng đèn (3V – 3W), khóa K và các dây nối. - Biến trở con chạy.
( , )ξ r R ( , )ξ r I A B R (ξp,rp)
Bài 13: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH 1. Định luật Ôm đối với toàn mạch:
- Công của nguồn điện: A q= ξ ξ= It
- Nhiệt lượng toả ra: Q = RI2t + rI2t
- Định luật bảo toàn năng lượng: Q = A
( ) I R r ξ ⇒ = + ⇔ I R r ξ =
+ : Biểu thức định luật Ôm đối với toàn mạch
- Phát biểu định luật: SGK/65.
2. Hiện tượng đoản mạch:
- Xảy ra khi điện trở mạch ngoài nhỏ không đáng kể (RN ≈ 0) và khi đó: Imax
r
ξ
= .
3. Trường hợp mạch ngoài có máy thu điện:
P p I R r r ξ ξ− = + +
Biểu thức Định luật Ôm đối với toàn mạch chứa nguồn và máy thu điện mắc nối tiếp
4. Hiệu suất của nguồn điện:
Acoich U H
A ξ
= =
2. Học sinh: ôn tập định luật bảo toàn năng lượng vật lí 9 và vật lí 10.
III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ.
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Trả lời câu hỏi. Nêu câu hỏi:
1. Hãy viết các công thức sau: Công của dòng điện và nguồn điện; biểu thức của định luật Jun – Lenxơ.
K Đ
Hãy cho biết ý nghĩa của các chỉ số ghi trên bóng đèn. Tính điện trở và cường độ dòng điện định mức của bóng đèn.
Nhận xét câu trả lời của HS.
Hoạt động 2: Xây dựng biểu thức định luật Ôm đối với toàn mạch
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Vì U > Uđm của bóng đèn nên bóng đèn sẽ cháy. Quan sát và nhận xét: Bóng đèn không bị cháy. Lúng túng. Không phải 4,5 1,5( ) 1 3 dm U I A I A R = = = > = Đèn bị cháy.
Do sự xuất hiện điện trở trong của nguồn điện.
Giới thiệu thí nghiệm: Mắc nguồn điện có suất điện động 4,5V, bóng đèn loại 3V-3W, khóa K, một số dây nối với nhau thành mạch kín
Hiện tượng gì xảy ra với bóng đèn khi đóng khóa K? Tại sao?
Làm thí nghiệm để kiểm tra dự đoán của HS. Yêu cầu HS quan sát và nhận xét.
Bóng đèn vẫn sáng bình thường. Tại sao lại như vậy?
4,5V có phải là hiệu điện thế đặt vào bóng đèn không? Nếu đúng vậy thì cường độ dòng điện qua đèn là bao nhiêu?
Vậy hiệu điện thế thực tế đặt vào hai đầu bóng đèn không phải là 4,5V. Tại sao có kết quả như vậy không? Hãy tìm biểu thức tính cường độ dòng
A=ξIt
2 2
Q rI t RI t= +
2 ( ) (1)
Q A= ⇔ξIt I t R r= + ⇒ =ξ IR Ir+
Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch ngoài và mạch trong. I R r ξ = + Phát biểu định luật. 4,5 1 3 1,5 dm I A I R r ξ = = = = + + U = I.r = 3V
Mắc sơ đồ mạch điện như hình sau
Khi đóng khóa K: số chỉ của ampe kế ta biết được giá trị của cường độ dòng điện qua bóng đèn, số chỉ của vôn kế ta biết được giá trị của hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn
Trả lời C1
điện qua bóng đèn?
Hãy tính công mà nguồn điện thực hiện trong thời gian t?
Tính nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở ngoài R và điện trở trong r trong thời gian t? Dựa vào định luật bảo toàn năng lượng, hãy suy ra mối quan hệ giữa ξ, I, R, r?
Từ biểu thức (1), em có nhận xét gì về mối quan hệ giữa suất điện động ξ và các độ giảm thế?
Từ (1) suy ra biểu thức của I. Gọi 1 HS phát biểu định luật.
Hãy tính cường độ dòng điện qua bóng đèn và hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn ở thí nghiệm trên?
Hãy tiến hành thí nghiệm để kiểm tra? GV nhận xét
Yêu cầu HS trả lời nhanh câu C1.
Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng đoản mạch
K Đ
V
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
I r
ξ = .
Khi đó cường độ dòng điện trong mạch là lớn nhất.
Khi nguồn điện bị đoản mạch sẽ làm hư hỏng các dụng cụ, thiết bị điện và có thể gây ra hỏa hoạn.
Để tránh hiện tượng đoản mạch đối với mạng điện ở gia đình người ta dùng cầu chì hoặc atômat.
Nếu điện trở ngoài nhỏ không đáng kể thì biểu thức (13.5) được viết lại như thế nào và lúc đó cường độ dòng điện trong mạch ra sao?
Hiện tượng trên gọi là hiện tượng đoản mạch. Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào và gây ra những tác hại gì?
Dựa vào quan sát trong thực tế, hãy cho biết cách tránh hiện tượng này?
Hoạt động 4: Thiết lập công thức biểu thị định luật Ôm cho toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài có máy thu
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Công do dòng điện sinh ra chuyển hóa thành nhiệt năng tỏa ra trên các điện trở và thực hiện công trên máy thu.
Công của nguồn điện: A=ξIt
Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R và nguồn là: Q = RI2t + rI2t
Năng lượng tiêu thụ trên máy thu: A'=ξpIt r I t+ p 2
Định luật bảo toàn năng lượng: A = Q + A’
Xét 1 trường hợp mạch điện như hình vẽ:
Hãy nêu quá trình chuyển hóa năng lượng trong mạch điện này.
Viết công thức tính các năng lượng trên.
Viết biểu thức định luật bảo toàn năng lượng trong trường hợp này.
( , )ξ r I
A B
R
P p I R r r ξ ξ−