- Điện năng có vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực kinh tế và đời sống.
+ Trong sản xuất công nghiệp: Có thể nói điện năng là lực đẩy cho sản xuất công nghiệp phát triển, góp phần chuyển dịch cơ cấu công nghiệp từ thủ công sang cơ giới hoá, tự động hoá với công nghệ ngày càng hiện đại.
+ Trong giao thông vận tải: Giao thông vận tải là nền tảng của phát triển kinh tế xã hội trong đó điện năng đóng vai trò quan trọng vào việc phát triển của ngành này. Đó là việc xây dựng các tuyến giao thông, đưa các phương tiện giao thông góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường vào hoạt động như xe điện, ô tô chạy bằng điện, …
+ Trong thông tin liên lạc: Thông tin liên lạc được coi như thước đo của nền văn minh. Nếu như thời kì sơ khai con người chuyển thông tin bằng các cách thổi tù và, đốt lửa, đánh trống, … hoặc dùng các phương tiện thông thường thì ngày nay nhờ có điện năng, thông tin liên lạc đã phát triển vượt bậc. Ví dụ: Việc thông tin liên lạc trên khoảng cách xa được tiến hành bằng điện thoại, điện báo, internet, fax, telex, các phương tiện thông tin đại chúng như đài phát thanh, vô tuyến, …
Sự phát triển của thông tin liên lạc góp phần thay đổi cách tổ chức kinh tế trên thế giới, thúc đẩy quá trình toàn cầu hoá, làm thay đổi mạnh mẽ cuộc sống của từng người, từng gia đình.
+ Trong khoa học kĩ thuật: Điện năng giúp cho các ngành khoa học kĩ thuật phát triển, có nhiều những nghiên cứu khoa học mới được ứng dụng trong thực tế. Sự phát triển của ngành điện thúc đẩy các ngành chế tạo máy, điện tử, … quyết định tiến bộ trong các lĩnh vực cơ khí hoá, tự động hoá sản xuất, gắn liền với việc nâng cao sức sản xuất và chất lượng sản phẩm.
+ Trong đời sống: Điện năng phục vụ rất nhiều những nhu cầu trong đời sống hàng ngày của con người như chiếu sáng, quạt mát, điều hoà không khí, thông tin liên lạc, nấu ăn, …
1.3.2. Sự chuyển hoá các dạng năng lƣợng thành điện năng. 20
Hiện nay, việc sản xuất điện năng được thực hiện bởi nhiều nhà máy điện, trong đó cơ năng vận hành máy phát điện được lấy từ nhiều nguồn năng lượng khác nhau.
- Nhà máy nhiệt điện: Nhiệt năng (đốt các nhiên liệu hoá thạch) cơ năng (làm quay tuabin) điện năng.
- Nhà máy thuỷ điện: Năng lượng của dòng chảy (động năng, thế năng) cơ năng (làm quay tuabin) điện năng.
- Nhà máy điện hạt nhân: Năng lượng hạt nhân cơ năng (làm quay tuabin) điện năng.
- Máy phát điện nhờ sức gió: Động năng của gió cơ năng (làm quay tuabin) điện năng.
- Pin mặt trời: Năng lượng mặt trời điện năng. - Pin, ac quy: Năng lượng hoá học điện năng.
1.3.3. Sản xuất điện năng và vấn đề môi trƣờng sinh thái. 12
Quá trình sản xuất điện năng có ảnh hưởng nhất định đối với môi trường sinh thái.
* Nhà máy thuỷ điện: Thuỷ năng được xem là năng lượng sạch của con người. Tuy nhiên hoạt động của nhà máy điện lại có những ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái.
Việc xây dựng các hồ chứa nước lớn tạo nhiều tác động tiêu cực tới môi trường như: động đất cưỡng bức, thay đổi khí hậu và thời tiết khu vực, mất đất canh tác, tạo ra CH4 do phân huỷ chất hữu cơ lòng hồ. Tạo ra sự biến đổi thuỷ văn hạ lưu, làm thay đổi độ mặn của nước khu vực cửa sông ven
biển. Ngăn chặn sự phát triển bình thường các quần thể cá trên sông. Tiềm ẩn tai biến môi trường cho hệ thống đê điều và các công trình xây dựng trên sông.
* Nhà máy nhiệt điện: Với chất đốt là than đá, việc khai thác than đã gây ảnh hưởng tới môi trường.
- Khai thác lộ thiên thì tạo lượng chất thải đất đá khá lớn, ô nhiễm bụi, ô nhiễm nước, mất rừng.
- Khai thác hầm lò: lãng phí trữ lượng, gây lún đất, ô nhiễm nước, tiêu hao gỗ chống lò, tai nạn hầm lò. Trong chế biến, sàng tuyển tạo bụi và nước thải chứa than, kim loại nặng.
- Đốt than tạo khí độc SO2, bụi CO2, …
Theo tính toán một nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW, hàng năm thải ra môi trường 5 triệu tấn CO2, 11000 đến 68000 tấn chất thải rắn có chứa kim loại nặng và chất phóng xạ độc hại.
* Nhà máy điện nguyên tử: Nhà máy điện hạt nhân 106kW, mỗi năm
cần 30 tấn nguyên liệu hạt nhân. Nhà máy điện hạt nhân không có khói, bụi, nước thải và khí thải vào môi trường. Tuy nhiên nếu trong quá trình xây dựng và vận hành không đảm bảo an toàn sẽ dẫn đến rò rỉ chất phóng xạ ra bên ngoài gây ảnh hưởng cực kì nghiêm trọng. Nếu bị chiếu xạ với lượng lớn sẽ dẫn tới tử vong hoặc nhiễm các bệnh máu trắng, u ác tính, thiếu máu, đục thuỷ tinh thể, vô sinh, quái thai, rụng tóc, …
Hiện nay người ta đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng có thể chuyển hoá thành điện năng như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, … an toàn hơn với môi trường, tuy vậy nhưng công suất còn nhỏ chưa sử dụng được rộng rãi.
Trong khi quá trình sản xuất điện năng hiện nay đang gây ô nhiễm cho môi trường, mặt khác nhiên liệu cho sản xuất điện năng ngày càng cạn kiệt thì
mỗi người phải tìm ra phương pháp tiết kiệm điện năng trong cuộc sống của mình như: Tắt các thiết bị điện khi không sử dụng, lựa chọn các sản phẩm tiêu thụ ít năng lượng, …
1.4 Các biện pháp tích hợp các kiến thức về sản xuất điện năng trong dạy học Vật lí ở trƣờng THPT. học Vật lí ở trƣờng THPT.
1.4.1. Tích hợp các kiến thức về sản xuất điện năng vào các bài học Vật lí. Các mức độ tích hợp.
Việc tích hợp các kiến thức về sản suất điện năng có thể thực hiện từ lớp 10 đến lớp 12, với mức độ tích hợp cụ thể như sau:
- Lớp 10:
Phần cơ học: Bài “Động năng, thế năng” sẽ tích hợp giới thiệu việc sử dụng động năng và thế năng của thác nước, động năng của gió để sản xuất điện năng. Cho học sinh nắm được cách thức hoạt động của nhà máy thuỷ điện, đồng thời thấy được tốc độ phát triển ngành thuỷ điện nước ta.
Phần nhiệt học: Bài “Nội năng và sự biến thiên nội năng” cho HS thấy được sự chuyển hoá năng lượng từ nhiệt năng cơ năng làm quay tuabin điện năng trong nhà máy nhiệt điện.
- Lớp 11:
Bài “Từ thông. Hiện tượng cảm ứng điện từ”: Giới thiệu cho học sinh biết hiện tượng cảm ứng điện từ là nguyên tắc hoạt động của máy phát điện đồng thời cho học sinh quan sát cấu tạo và vận hành của máy phát điện (loại nhỏ dùng trong phòng thí nghiệm).
- Lớp 12:
+ Bài “Hiện tượng quang điện” sẽ tích hợp giới thiệu các tế bào quang điện chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành dòng điện, các vật liệu bán dẫn khi nhận năng lượng ánh sáng mặt trời giải phóng electron và tạo ra
dòng điện. Cách tạo ra pin mặt trời với suất điện động lớn và giới thiệu xu hướng phát triển ngành điện mặt trời ở nước ta và trên thế giới.
+ Bài “Máy phát điện xoay chiều”: Ngoài việc nghiên cứu cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều sẽ tích hợp các cách làm quay rôto của máy phát điện trong thực tế, cách làm thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều.
+ Bài “Phản ứng phân hạch” sẽ tích hợp giới thiệu năng lượng nhiệt từ phản ứng hạt nhân để sản xuất điện năng, giới thiệu cấu tạo và hoạt động của nhà máy điện nguyên tử.
Cùng với việc tích hợp các kiến thức về sản xuất điện năng sẽ tích hợp các kiến thức về vấn đề bảo vệ môi trường sinh thái và vấn đề tiết kiệm điện năng.
1.4.2. Tích hợp các kiến thức về sản xuất điện năng khi giải các bài tập có nội dung kĩ thuật.
Việc tích hợp các kiến thức về sản xuất điện năng không chỉ thực hiện khi dạy lí thuyết mà còn có thể thực hiện thông qua việc giải bài tập.
Ví dụ: - Ở phần cơ học, khi nghiên cứu về động năng và thế năng của thác nước sẽ tích hợp giới thiệu việc sử dụng động năng và thế năng của thác nước để sản xuất điện năng (nhà máy thuỷ điện).
Có thể sử dụng bài toán: Nước từ mặt đập nhà máy thuỷ điện cao 80 m chay qua ống dẫn vào tuabin vơi lưu lượng 20m3/s. Biết hiệu suất của tuabin H = 0,6, tìm công suất phát điện của tuabin.
- Ở phần nhiệt, có thể sử dụng bài toán: Xác định độ biến thiên nhiệt độ của hơi nước rơi từ độ cao 96m xuống và đập vào cánh tuabin làm quay máy phát điện, biết rằng 50% thế năng của nước biến thành nội năng của nước. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/kg.K.
- Ở phần điện, có thể sử dụng bài toán: Máy phát điện xoay chiều tạo nên suất điện động eE0 2 cos100t. Tốc độ quay của rôto là 600 vòng/phút. Số cặp cực của rôto là bao nhiêu ?
- Ở phần hạt nhân, có thể sử dụng bài toán: Trong phản ứng phân hạch urani U235, năng lượng trung bình toả ra khi một hạt nhân bị phân hạch là 200MeV. Một nhà máy điện nguyên tử dùng nguyên liệu urani, có công suất 500000kW, hiệu suất là 20%. Lượng urani tiêu thụ hàng năm là bao nhiêu ?
Với những dạng bài toán này vừa tích hợp kiến thức sản xuất điện năng, vừa tích hợp được nội dung giáo dục KTTH và hướng nghiệp.
1.4.3. Tổ chức tham quan, ngoại khoá.
* Tham quan: Do yêu cầu đào tạo toàn diện của người học sinh, đặc biệt là yêu cầu giáo dục KTTH và dạy học gắn liền với lao động sản xuất. Tham quan có vai trò rất lớn, nó làm cho kiến thức của học sinh sâu sắc hơn, góp phần giáo dục tư tưởng tình cảm cho học sinh. Qua tham quan, các em có nhận thức đúng đắn về tình cảm, tư tưởng của người lao động mới, bồi dưỡng cho các em lòng yêu nước, tinh thần hợp tác quốc tế. Tham quan kích thích hứng thú học tập của học sinh. Tham quan góp phần quan trọng trong giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp.
- Tham quan sản xuất
+ Với hình thức này học sinh trực tiếp nhận biết được các hiện tượng vật lí trong đời sống sản xuất, thấy được vai trò của kiến thức khoa học trong thực tế sản xuất, thấy được thành tựu của kĩ thuật như cơ khí hoá, điện khí hoá, sản xuất tự động, điện tử thông tin … trên cơ sở đó giáo dục lòng yêu thích bộ môn và hứng thú học tập bộ môn cho các em.
+ Giúp HS mở rộng tầm nhìn, mở rộng hiểu biết của học sinh trong thực tế sản xuất, các em thấy tận mắt những máy móc cụ thể và cơ chế hoạt động của nó mà trong phạm vi mình chưa có.
+ Giúp các em tiếp xúc với người lao động, bước đầu làm quen với họ, thấy được cách tổ chức lao động thực sự, hiểu biết thêm những ngành nghề trong thực tế, giúp các em có định hướng nghề nghiệp trong tương lai phù hợp với khả năng của mình.
- Tham quan các cơ quan khoa học hoặc viện bảo tàng cũng có tác dụng giúp cho học sinh thấy được lịch sử của quá trình nghiên cứu các máy móc các sự kiện.
Ví dụ: Tham quan nhà máy thuỷ điện
Học sinh trực tiếp thấy được quá trình sản xuất và phân phối lượng điện. Cụ thể:
+ Nguyên tắc hoạt động của nhà máy thuỷ điện.
+ Cách bố trí các bộ phận quan trọng của nhà máy thuỷ điện. + Cách truyền tải điện từ máy phát.
+ Các dụng cụ điều khiển và đo điện.
+ Công suất, hiệu suất của nhà máy, phương tiện bảo hộ lao động và công tác an toàn về điện.
Ngoài ra học sinh còn được tìm hiểu những ảnh hưởng của quá trình xây dựng và hoạt động của nhà máy thuỷ điện đối với môi trường. Học sinh biết được những ngành nghề được đào tạo để làm việc trong nhà máy điện, giúp các em có định hướng nghề nghiệp trong tương lai.
* Ngoại khoá: Ngoại khoá là một công tác hỗ trợ có chất lượng cho việc giảng dạy vật lí trong nhà trường. Ngoại khoá là phương tiện để phát huy năng lực và tài năng của học sinh, làm thức tỉnh hứng thú và thiên hướng của các em về một hoạt động nào đó. Ngoại khoá có tác dụng giáo dục, tác dụng giáo dưỡng, tác dụng giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp.
Qua hoạt động ngoại khoá học sinh được rèn luyện một số kĩ năng như: + Bồi dưỡng kĩ năng làm mộc, nguội, rèn, mắc điện, trang trí, vẽ, …
+ Tập sử dụng những dụng cụ đo lường cơ bản, những máy móc đơn giản.
+ Tập nghiên cứu một vấn đề, thuyết minh, trình bày …
Trên cơ sở ngoại khoá học sinh sẽ nảy nở tình cảm nghề nghiệp, bước đầu có thiên hướng của mình về nghề nghiệp mà mình sẽ lựa chọn trong tương lai.
1.4.4. Phối hợp các phƣơng pháp và phƣơng tiện dạy học. 6 , 3 , 13 , 14
a) Phƣơng pháp dạy học: Là những hình thức và cách thức hoạt động của giáo viên và học sinh trong những điều kiện dạy học xác định nhằm đạt mục đích dạy học (những hình thức và cách thức, thông qua đó và bằng cách đó, giáo viên và học sinh lĩnh hội những hiện thực tự nhiên và xã hội xung quanh trong những điều kiện học tập cụ thể).
* Phƣơng pháp dạy học tích cực: Là một nhóm phương pháp dạy học
theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo của người học.
* Các đặc trƣng của phƣơng pháp dạy học tích cực.
- Dạy học tăng cường phát huy tính tự tin, tích cực, chủ động, sáng tạo thông qua tổ chức thực hiện các hoạt động học tập của học sinh.
Lấy “học” làm trung tâm thay vì lấy “dạy” làm trung tâm: Trong phương pháp tổ chức, người học – đối tượng của hoạt động “dạy”, đồng thời là chủ thể của hoạt động “học” – được cuốn hút vào các hoạt động học tập do GV tổ chức và chỉ đạo, thông qua đó tự lực khám phá những điều mình chưa rõ, chưa có chứ không phải thụ động tiếp thu những tri thức đã được GV sắp đặt. Được đặt vào tình huống của đời sống thực tế, người học trực tiếp quan sát, thảo luận, làm thí nghiệm, giải quyết vấn đề đặt ra theo cách suy nghĩ của mình, từ đó nắm kiến thức kĩ năng mới, vừa nắm được phương pháp “làm ra” kiến thức đó, không rập theo khuân mẫu sẵn có, được bộc lộ và phát huy tiềm năng sáng tạo. Theo cách này, GV không chỉ đơn giản truyền kiến thức và
còn hướng dẫn hành động. Thực hiện thầy chủ đạo, trò chủ động: “Hoạt động làm cho lớp học ồn ào hơn, nhưng là ồn ào hiệu quả”.
- Dạy học chú trọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực tự lực của HS.
Phương pháp tích cực xem việc rèn luyện phương pháp học tập cho học sinh không chỉ là một biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học mà còn là một mục tiêu dạy học.
Trong xã hội hiện đại đang biến đổi nhanh – với sự bùng nổ thông tin, khoa học, kĩ thuật, công nghệ như vũ bão – thì không thể nhét vào đầu HS khối lượng kiến thức ngày càng nhiều. Phải quan tâm dạy cho HS phương pháp tự học ngay từ cấp tiểu học.
Trong các phương pháp học thì cốt lõi là phương pháp tự học. Nếu rèn luyện cho học sinh có được phương pháp, kĩ năng, thói quen, ý chí tự học thì sẽ tạo cho họ lòng ham học, khơi dậy nội lực vốn có trong mỗi người, kết quả học tập sẽ nhân lên gấp bội.
- Dạy học phân hoá kết hợp với hợp tác.