Qua phân tích chương trình – sách giáo khoa vật lí phổ thông chúng tôi thấy những yếu tố kiến thức làm cơ sở cho sản xuất điện năng bao gồm:
- Động năng, thế năng
- Hiện tượng quang điện. - Máy phát điện xoay chiều. - Năng lượng hạt nhân
2.2. Xây dựng chƣơng trình tích hợp kiến thức về sản xuất điện năng theo chƣơng trình – SGK Vật lí.
2.2.1. Một số nguyên tắc tích hợp các kiến thức về sản xuất điện năng.
- Các kiến thức được tích hợp phải gắn kết hợp lí với nội dung của bài học, phục vụ mục tiêu chung của nội dung bài học.
- Việc tích hợp các kiến thức về sản xuất điện năng trong bài học phải không làm giờ học trở nên quá tải.
- Việc tích hợp các kiến thức về sản xuất điện năng không những góp phần giáo dục KTTH và hướng nghiệp cho học sinh mà còn thông qua đó giáo dục môi trường, giúp học sinh có thái độ đúng đắn trước vấn đề môi trường hiện nay.
2.2.2. Xây dựng chƣơng trình tích hợp: * Bài 1: Động năng (lớp 10)
- Tên hoạt động tích hợp: Động năng của dòng nước, động năng của gió có lợi ích và tác hại gì trong đời sống và kĩ thuật ? (Thời gian: 5 phút)
- Vị trí tích hợp: Sau mục “Khái niệm động năng” - Mục tiêu:
+ Giáo dục KTTH&HN: Giúp học sinh hiểu được động năng của dòng nước, động năng của gió làm quay tuabin trong máy phát điện. Ngoài ra người ta còn lợi dụng động năng của dòng nước để làm cọn nước, cối giã gạo nước.
+ Giáo dục môi trường: Động năng của dòng nước gây sói mòn đất, gây lở đất, làm đất bạc màu. Động năng của dòng nước và gió trong lũ quét gây hậu quả nghiêm trọng.
+ Biện pháp: Trồng cây, bảo vệ rừng, làm ruộng bậc thang. - Chuẩn bị: Các câu hỏi cho học sinh
+ Người ta đã lợi dụng động năng của dòng nước, của gió để làm gì ? + Hãy kể tên các nhà máy thuỷ điện ở nước ta ?
+ Động năng của dòng nước, động năng của gió có gây ra tác hại gì không ? Biện pháp khắc phục ?
* Bài 2: Thế năng (Lớp 10)
- Tên hoạt động tích hợp: Vai trò thế năng của thác nước trong sản suất điện năng. (Thời gian: 5 phút)
- Vị trí tích hợp: Sau khi học xong mục “Thế năng trọng trường” - Mục tiêu:
+ Giáo dục KTTH&HN: Giúp học sinh hiểu được thế năng của thác nước làm quay tua bin trong máy phát điện. Công thức tính công suất của nhà máy thuỷ điện N = mgh
t , trong đó h là chiều cao của thác nước.
Giới thiệu về sự phát triển của thuỷ điện ở nước ta và trên thế giới. + Giáo dục môi trường: Thế năng của dòng nước gây ra những tác hại đó là làm sói mòn đất, đất bạc màu, ..
+ Biện pháp: Trồng cây, bảo vệ rừng. - Các câu hỏi cho học sinh:
+ Cho biết vai trò của thác nước đối với nhà máy thuỷ điện ?
+ Thế năng của dòng nước có gây ra tác hại gì tới môi trường không ? Biện pháp khắc phục những tác hại đó ?
+ Việc xây dựng các nhà máy thuỷ điện có gây ảnh hưởng gì tới môi trường sinh thái ? Trách nhiệm của mỗi chúng ta trước vấn đề này ?
* Bài 3: Nội năng và sự biến thiên nội năng.
- Tên hoạt động tích hợp: Sự biến đổi của nhiệt năng thành điện năng trong nhà máy nhiệt điện. (Thời gian: 5 phút)
- Vị trí tích hợp: Sau khi học xong mục II của bài. - Mục tiêu:
+ Giáo dục KTTH: Học sinh hiểu được sự biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện.
+ Giáo dục môi trường: HS thấy được ô nhiễm môi trường do nhà máy nhiệt điện gây ra (từ khâu khai thác nhiên liệu đến hoạt động của nhà máy)
Hướng tới sử dụng những nguồn năng lượng sạch, tiết kiệm điện năng.
- Chuẩn bị câu hỏi cho HS:
+ Sự chuyển hoá của nội năng thành cơ năng có ứng dụng gì trong thực tế ?
+ Nhà máy nhiệt điện có gây ô nhiễm môi trường không ? Biện pháp nào để khắc phục ?
+ Em biết nhà máy nhiệt điện nào ở nước ta ?
* Bài 4: Từ thông. Cảm ứng điện từ (Lớp 11)
- Tên hoạt động tích hợp: Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ. (Thời gian: 5 phút)
- Vị trí tích hợp: Sau khi học xong mục “Hiện tượng cảm ứng điện từ” - Mục tiêu:
Giáo dục KTTH&HN: + Học sinh hiểu được hiện tượng cảm ứng điện từ là nguyên lí hoạt động của một số máy móc trong đó có máy phát điện
+ Học sinh được tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của máy phát điện (loại nhỏ dùng trong phòng thí nghiệm).
- Câu hỏi cho học sinh: Em có biết ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ là gì ?
- Cho học sinh quan sát cấu tạo và hoạt động của máy phát điện (loại dùng trong phòng thí nghiệm).
* Bài 5: Máy phát điện xoay chiều (Lớp 12)
- Tên hoạt động tích hợp: Các cách làm quay rôto trong máy phát điện. (Thời gian: 5 phút)
- Vị trí tích hợp: Sau mục “Cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều ba pha”
- Mục tiêu:
+ Giáo dục KTTH&HN: Giới thiệu cho học sinh biết được các cách làm quay rôto trong máy phát điện.
Ví dụ: Trong nhà máy thuỷ điện: dùng sức nước; Trong nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân: dùng hơi nước tạo áp suất lớn.
+ Giáo dục môi trường: Việc sản xuất điện năng gây ô nhiễm môi trường, các biện pháp khắc phục.
+ Ý thức tiết kiệm trong sử dụng điện. - Các câu hỏi cho học sinh:
+ Em có biết người ta sử dụng biện pháp nào để làm quay rôto ? + Việc sản xuất điện năng có gây ô nhiễm môi trường không ? + Có cách nào để hạn chế việc ô nhiễm này ?
* Bài 6: Hiện tƣợng quang điện trong (Lớp 12)
- Tên hoạt động tích hợp: Điện mặt trời (Thời gian 5 phút) - Vị trí tích hợp: Sau mục “Pin quang điện”
+ Giáo dục KTTH&HN: Giới thiệu cho học sinh biết được Điện mặt trời là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng nhờ pin mặt trời. Suất điện động của pin mặt trời không lớn, chính vì vậy mà người ta đã chế tạo pin mặt trời là những tấm gồm nhiều pin ghép nối tiếp với nhau.
Các pin mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh, máy tính cầm tay, …
Do nhu cầu năng lượng sạch ngày càng nhiều nên ngành sản xuất pin mặt trời phát triển cực kì nhanh chóng. Sản lượng điện mặt trời tăng 48% một năm kể từ năm 2002. Dữ liệu đến hết năm 2007 cho biết toàn thế giới đạt 12400kW công suất điện mặt trời, trong đó khoảng 90% hoà vào mạng lưới điện chung, còn lại được lắp lên tường hay mái của nhiều nhà gọi là hệ thống tích hợp điện cho toà nhà.
+ Giáo dục môi trường: Biến đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng là quá trình sản xuất điện năng không gây ô nhiễm môi trường, do vậy cần được phát triển đưa vào sử dụng nhiều hơn nữa.
- Các câu hỏi cho học sinh:
+ Pin mặt trời đầu tiên được ra đời vào năm nào ?
+ Pin mặt trời được dùng ở đâu ? Làm thế nào để tạo ra nguồn điện mặt trời với suất điện động lớn ?
+ Sản xuất điện mặt trời có gây ô nhiễm môi trường không ? Khả năng phát triển của ngành điện mặt trời trong tương lai ?
* Bài 7: Phản ứng phân hạch (Lớp 12)
- Tên hoạt động tích hợp: Nhà máy điện nguyên tử. (Thời gian: 5 phút) - Vị trí tích hợp: Sau khi học xong mục “Năng lượng phân hạch”. - Mục tiêu:
+ Giáo dục KTTH&HN: Học sinh hiểu được cấu tạo và hoạt động của nhà máy điện nguyên tử. Yếu tố đảm bảo an toàn cho nhà máy.
Nước ta có lò phản ứng hạt nhân ở Đà Lạt sản xuất đồng vị phóng xạ, công suất 500KW dùng cho nghiên cứu khoa học và ytế.
+ Giáo dục môi trường:
Nhà máy điện hạt nhân 1 triệu KW, mỗi năm cần 30 tấn nguyên liệu hạt nhân. Loại nguyên liệu này hầu như không tiêu hao dưỡng khí của không khí. Nhà máy điện hạt nhân không có khói, bụi, nước thải và khí thải vào môi trường. Nhà máy thực sự an toàn nếu không có rò rỉ phóng xạ.
Ngày 26/4/1986 nhà máy điện Trecnobưn của Liên Xô cũ bị nổ. Khí phóng xạ toả ra trong khí quyển, có tới 3,4% sản phẩm phân hạch ra ngoài trong đó có khoảng 20% là Iốt – 131 và Xêxi 137.
Tác hại của phóng xạ: Nhiễm độc phóng xạ gây chết người, bệnh máu trắng, u ác tính, đục thuỷ tinh thể, vô sinh, quái thai, …
- Các câu hỏi cho học sinh:
+ Cho biết cấu tạo và hoạt động của nhà máy điện nguyên tử ?
+ Nước ta có lò phản ứng hạt nhân ở đâu ? hoạt động với mục đích gì ? + Sử dụng năng lượng hạt nhân có an toàn cho môi trường không ?
2.3. Xây dựng tiến trình một số bài cụ thể.
Vận dụng những nghiên cứu về lí luận và thực tiễn ở chương I, chúng tôi lựa chọn các bài sau để dạy học thực nghiệm :
Bài 1: Thế năng
Bài 2: Từ thông. Hiện tượng cảm ứng điện từ Bài 3: Máy phát điện xoay chiều
Giáo án số 1
Bài 26. THẾ NĂNG I. Mục tiêu
1. Về kiến thức
- Phát biểu được định nghĩa trọng trường, trọng trường đều. Viết được biểu thức trọng lực của một vật.
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng trọng trường. Định nghĩa được khái niệm mốc thế năng. Viết được hệ thức liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và công của trọng lực.
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng đàn hồi.
2. Về kĩ năng
- Vận dụng công thức tính thế năng hấp dẫn và thế năng đàn hồi để giải bài tập cơ bản trong sách giáo khoa và các bài tập tương tự.
- Vận dụng các khái niệm trọng trường, thế năng trọng trường, công của trọng lực, thế năng đàn hồi để giải thích các hiện tượng trong đời sống và tự nhiên.
- Giáo dục KTTH&HN: Thế năng của dòng nước làm quay tua bin trong máy phát điện của nhà máy thuỷ điện. Giới thiệu sự phát triển của thuỷ điện nước ta và trên thế giới.
- Giáo dục môi trường: Giải thích tác động làm sói mòn đất khi nước chảy, ảnh hưởng của việc đắp đập xây dựng nhà máy thuỷ điện tới môi trường sinh thái, ô nhiễm môi trường khi nhà máy hoạt động và cách khắc phục.
3. Thái độ
- Quan tâm trồng cây, ý thức bảo vệ rừng. - Tiết kiệm trong việc sử dụng điện năng.
1. Giáo viên:
- Tìm những ví dụ thực tế (tranh, ảnh) về những vật có thế năng có thể sinh công.
- Chuẩn bị một số hình ảnh về sói mòn đất, hình ảnh về tác dụng chống sói mòn đất của rừng và ruộng bậc thang.
2. Học sinh
Ôn lại những kiến thức sau:
- Khái niệm thế năng đã học ở lớp 8 THCS. - Các khái niệm trọng lực và trọng trường. - Công thức tính công của một lực.
III. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức.
Trong các trường hợp sau:
- Vật nặng được đưa lên một độ cao Z
- Vật nặng gắn vào một đầu lò xo đang bị nén - Mũi tên đặt vào cung đang giương.
Các vật này đều có khả năng sinh công, nghĩa là chúng đều mang năng lượng. Dạng năng lượng này gọi là thế năng.
Thế năng của một vật sẽ phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Biểu thức toán học nào thể hiện mối quan hệ đó ?
Thế năng trọng trường: Phụ thuộc vào khối lượng và vị trí tương đối của vật so với mốc thế năng.
Biểu thức: Wt = mgZ
Thế năng đàn hồi: Phụ thuộc vào độ biến dạng của vật so với trạng thái chưa biến dạng. Biểu thức: 1 2 ( ) 2 t W k l
Sự biến thiên thế năng và công của trọng lực: AMN = Wt(N) – Wt(M)
Giáo dục KTTH&HN:
- Thế năng của dòng nước ứng dụng làm cọn nước, cối giã gạo nước, quay tuabin của máy phát điện trong nhà máy thuỷ điện. - Giới thiệu tiềm năng phát triển thuỷ điện ở nước ta.
Giáo dục môi trường:
- Nước chảy ở nơi đất dốc làm bào mòn đất, gây sạt lở trồng cây chống sói mòn.
- Đắp đập làm thuỷ điện gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái sử dụng năng lượng mặt trời, tiết kiệm điện năng …
- Phương pháp đàm thoại, gợi mở.
- Phương tiện: Ảnh chụp (nhà máy thuỷ điện, ruộng bậc thang, cọn nước, cối giã gạo)
IV. Tiến trình dạy học
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Hoạt động 1 (5 phút):
Kiểm tra bài cũ, đề xuất vấn đề cần nghiên cứu.
- Câu hỏi: Nêu định nghĩa, biểu thức và đơn vị của động năng.
- Nhận xét câu trả lời
- Đặt vấn đề: Trong bài trước các em đã biết một vật chuyển động có mang năng lượng, năng lượng ấy gọi là động năng. Thực tế trong các trường hợp sau:
+ Vật nặng được đưa lên độ cao Z + Vật nặng gắn vào đầu lò xo đang bị nén.
+ Mũi tên đặt vào cung đang giương. Các vật này đều có khả năng sinh công, nghĩa là chúng đều mang năng lượng. Dạng năng lượng này gọi là thế năng. Vậy thế năng của một vật sẽ phụ thuộc những yếu tố nào ? Biểu thức toán học nào thể hiện mối quan hệ đó ?
- Trả lời câu hỏi
Hoạt động 2 (10 phút): Tìm hiểu thế năng trọng trƣờng.
- Yêu cầu học sinh đọc mục I sgk. - Hỏi: Nêu biểu hiện của trọng trường , công thức trọng lực của một vật và biểu hiện của trọng trường đều ? - Nêu câu hỏi C1
- Hướng dẫn học sinh đọc sgk tìm hiểu định nghĩa thế và biểu thức của năng trọng trường.
Yêu cầu học sinh:
+ Cho ví dụ về một vật ở độ cao đủ lớn sẽ có khả năng sinh công ?
+ Tính công của trọng lực khi vật ở độ cao Z rơi xuống đất.
+ Nêu định nghĩa thế năng trọng trường và đơn vị của nó.
- Giảng thêm: + Để xác định Z ta phải chọn gốc thế năng.
+ Quy ước: Vật ở vị trí cao hơn gốc thế năng thì Z > 0; thấp hơn gốc thế năng thì Z <0; ở vị trí ngang bằng gốc thế năng thì Z = 0.
- Nêu câu hỏi C3
- Đọc sgk
- Trả lời các câu hỏi
- Đọc ví dụ về sự sinh công của búa máy và trả lời câu hỏi C2
- Thiết lập biểu thức của thế năng và giải thích rõ tên, đơn vị của các đại lượng trong biểu thức.
- Nêu định nghĩa thế năng.
- Tiếp thu, ghi nhớ.
Hoạt động 3 (10 phút): Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực.
- Hướng dẫn để học sinh tìm hệ thức liên hệ giữa công của trọng lực và độ biến thiên thế năng.
+ Xét một vật khối lượng m rơi từ điểm M có độ cao ZM đến điểm N có độ cao ZN. Tìm biến thiên thế năng của vật đó ?
+ Hãy so sánh độ biến thiên này với công của trọng lực trong quá trình đó ?
- Yêu cầu học sinh tính công của trọng lực khi vật chuyển động từ M đến N trong trọng trường theo những đường khác nhau.
- Nêu kết quả tổng quát trong trường