8. Cấu trúc của luận án
3.3.5. Thí nghiệm nghiên cứu lực điện từ
1- Phương án 1
a. Mục đích sử dụng: TN được sử dụng để nghiên cứu tác dụng của lực điện từ
lên đoạn dây dẫn mang dòng điện, bài Lực điện từ (SGK VL 9, trang 73) và bổ sung cho TN giáo khoa (có mô tả phương án nhưng không có thiết bị) [53].
b. Tập hợp vật liệu và thiết bị:
- 01 chân đế chữ A và giá treo; - 01 nam châm chữ U;
- 01 đoạn dây nhôm có Φ = 2,0 mm; - 01 bảng nhựa (15 x 10) cm; - 02 đầu nối điện và dây dẫn điện; - 04 đinh vít;
- 01 ống nhựa cứng có Φ = 0,5 cm; - Các dây dẫn điện.
c. Gia công, lắp ráp TN:
- Uốn thanh nhôm thành hình chữ U, hai đầu thanh được gập vào một đoạn 1
a. b.
- 90 - cm để cắm vào đầu rắc dẫn điện.
- Cắt các ống nhựa dài 10 cm và 5 cm, dùng vít gắn chúng lại thành hình chữ T. - Hai đầu thanh ngắn được gắn với hai đầu rắc nối điện dẫn điện màu đỏ và xanh. - Gắn ống nhựa, khung nhôm vào thanh trụ, sau đó gắn chúng lên chân đế chữ A hoặc bảng nhựa (15 x 10) cm.
- Gắn nam châm chữ U lên khối gỗ rồi cố định chúng lên bảng nhựa sao cho khung nhôm có thể dịch chuyển sang trái và phải dễ dàng (xem hình 3.5).
d. Tiến hành TN: Cho dòng điện một chiều chạy vào
khung nhôm qua các đầu rắc nối điện, kết quả là khung nhôm sẽ bị nam châm hút hoặc đẩy (dịch chuyển sang trái hoặc phải) tùy thuộc chiều dòng điện chạy qua khung. Đổi chiều dòng điện, khung nhôm sẽ dịch chuyển theo chiều ngược lại. Tương tự, có thể đổi cực của nam châm chữ U hoặc hai mặt của khung nhôm.
♦ Sử dụng TN trong DH: TNTT được chế tạo đơn giản, sử dụng các vật dụng
dễ kiếm, gia công nhanh gọn, dễ tháo lắp, chế tạo được khung dây dao động nhẹ (dây dẫn không chuyển động theo khung dây) và bộ phận dẫn điện vào khung dây tiếp xúc điện tốt (sử dụng các rắc cắm điện đã hỏng) nên tiến hành TN dễ thành công, đảm bảo tính trục quan.
2- Phương án 2
a. Mục đích sử dụng: TN được sử dụng để hỗ trợ HS giải bài tập TN 3: Khung
dây dẫn ABCD được móc vào một lực kế, đồng thời được đặt sao cho đoạn BC nằm lọt vào trong khoảng giữa hai cực của nam châm chữ U như hình vẽ 3.6.a. Ban đầu
lực kế chỉ giá trị P. Hỏi: a) Số chỉ của lực kế sẽ như thế nào khi cho dòng điện chạy
qua khung dây theo chiều từ A đến B?
b) Số chỉ của lực kế sẽ như thế nào nếu ta đổi chiều dòng điện qua khung dây
so với trường hợp a)? Hãy giải thích [25]; [72].
b. Tập hợp vật liệu và thiết bị:
- 01 cuộn dây đồng (Φdây = 0,3 mm); - 01 lò xo xoắn 0,1 N; - 02 nam châm vuông hoặc tròn; - 04 đinh vít;
- 01 giá treo và bảng nhựa làm chân đế; - 01 khóa K;
- 02 đầu rắc nối điện; - Các dây dẫn điện; - 01 vỏ lon bằng sắt (cắt thành hình dạng của nam châm chữ U).
Hình 3.5. TN lực điện từ lên đoạn dây dẫn thẳng.
- 91 -
c. Gia công, lắp ráp TN:
- Quấn khung dây đồng hình chữ nhật có kích thước (6 x 3) cm gồm 30 vòng. - Tạo nam châm có hình dạng như một nam châm chữ U: Dùng vỏ lon sắt uốn thành hình chữ U sau đó gắn vào hai nam châm vuông hoặc tròn trái cực nhau để tạo thành hai cực của nam châm chữ U. Chú ý khe hẹp để từ trường giữa hai cực tập trung mạnh.
- Làm lực kế: Dùng một đoạn ống nhựa trong suốt dài 8 cm, đặt lò xo xoắn vào bên trong (như là xo của một lực kế), cố định một đầu lên giá, một đầu lò xo gắn vào móc treo. Chia vạch để định lượng độ dãn của lò xo để tạo thành một lực kế tự tạo.
- Gắn giá treo, nam châm chữ U, đầu cắm dây vào chân đế (xem hình 3.6.b). - Móc khung dây chữ nhật lên lực kế tự tạo và đánh dấu vị trí làm dãn lò xo do trọng lượng P của cuộn dây. Điều chỉnh khoảng cách sao cho khung dây nằm vào khoảng giữa hai cực nam châm. Nối dây dẫn từ khung dây vào hai đầu nối điện sao cho khung dây có thể chuyển động dễ dàng khi có dòng điện chạy qua làm xuất hiện lực từ tác dụng lên khung dây dẫn.
d. Tiến hành TN: Khi cho dòng điện chạy qua khung dây, nó sẽ chịu tác dụng của
lực điện từ theo phương thẳng đứng, cùng phương với trọng lực. Ta thấy khung dây sẽ bị kéo xuống phía dưới nên lò xo bị kéo dãn, lực kế sẽ chỉ giá trị F1 > P. Khi đổi chiều dòng điện qua khung thì khung dây sẽ bị đẩy lên trên làm cho lò xo nén lại. Do đó, lực kế sẽ chỉ giá trị F2< P. Từ các kết quả TN thu được, HS vận dụng quy tắc bàn tay trái để giải thích hiện tượng. GV cần hướng dẫn HS đánh dấu chiều của dòng điện, chiều đường sức từ và chiều của lực từ để vận dụng quy tắc bàn tay trái dễ dàng, trực quan.
♦ Sử dụng TN trong DH: TN được sử dụng để hỗ trợ HS giải bài tập TN 3. Tuy
nhiên, có thể sử dụng TN để hướng dẫn HS thực hành ở lớp hoặc tự tạo TN theo phương án đã đề xuất ở nhà để củng cố, luyện tập kiến thức đã học.