- Việc học vật lý ở trên lớp thì HS rất thụ động. Chỉ cĩ một số em học khá và say mê học vật lý thì tìm tịi mày mị đọc thêm tài liệu để bổ sung kiến thức. Trong khi đĩ, cịn đại đa số thì chỉ trơng chờ vào bài giảng của GV.
- Nhiều HS giải BTVL mà khơng hiểu được bản chất vật lý chỉ áp dụng cơng thức rồi suy ra kết quả.
Qua kết quả trên tơi thấy việc dạy học vật lý chương “Dịng điện xoay chiều” tại trường chưa sử dụng được phương pháp dạy – tự học cho HS, đa số cịn sử dụng phương pháp dạy học truyền thống, chưa lấy HS làm trung tâm trong hoạt động nhận thức. Do đĩ, chưa đáp ứng được mục tiêu khi dạy Vật lý và chưa phát huy được tính tích cực tự lực trong hoạt động nhận thức của HS.
Để khắc phục tình trạng đĩ theo tơi nghĩ cần phải áp dụng phương pháp dạy – tự học chương “Dịng điện xoay chiều”, cĩ thể nhân rộng nĩ ra ở các chương khác nĩi riêng và chương trình vật lý phổ thơng nĩi chung, từ đĩ cĩ thể phát huy được tính tích cực, tự lực của HS đáp ứng được mục tiêu dạy học trong nhà trường phổ thơng hiện nay.
2.7. Tổ chức hoạt động dạy học một số bài học ở chương “Dịng điện xoay chiều” theo hướng dạy học hình thành kỹ năng tự học cho học sinh
Như đã trình bày ở phần trước, cĩ rất nhiều KNTH cần hình thành cho HS. Tuy nhiên trong điều kiện triển khai của luận văn, tơi chỉ cĩ thể giới hạn vào việc hình thành một số KNTH sau:
- Kỹ năng đọc SGK;
- Kỹ năng phát hiện vấn đề và kỹ năng giải quyết vấn đề; - Kỹ năng ghi chép ở lớp và kỹ năng ơn tập ở nhà;
- Kỹ năng ghi nhớ - Kỹ năng thực hành.
Điều này được thể hiện trong 3 giáo án sau:
2.7.1. Giáo án 1: TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG – MÁY BIẾN ÁP I. Ý tưởng sư phạm
Đây là bài học giúp HS nghiên cứu quá trình truyền tải điện năng và khảo sát thực nghiệm một máy biến áp.
Trong bài này HS phải nắm được cấu tạo, nguyên lý làm việc và cơng dụng của máy biến áp. Đồng thời HS sẽ hiểu được vấn đề làm thế nào để giảm hao phí trên đường dây tải điện.
II - MỤC TIÊU 1. Về kiến thức
- Nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm điện năng.
- Viết được biểu thức của điện năng hao phí trên đường dây tải điện; từ đĩ suy ra những giải pháp để giảm điện năng hao phí trên đường dây tải điện, nhận thức được trong các biện pháp thì tăng áp là biện pháp triệt để và hiệu quả nhất.
- Phát biểu được định nghĩa, nêu được cấu tạo và nguyên tắc làm việc của biến áp. - Viết được hệ thức giữa điện áp của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp trong máy biến áp.
- Viết được hệ thức giữa cường độ dịng điện hiệu dụng trong cuộn thứ cấp và trong cuộn sơ cấp của một máy biến áp.
2. Về kỹ năng
Vận dụng những kiến thức đã biết để giải thích một số hiện tượng vật lý liên quan và để giải được các bài tập tương tự trong bài.
Khảo sát bằng thực nghiệm những đặc tính của máy biến áp. Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật và an tồn điện.
III - CHUẨN BỊ
Giáo viên
- Bộ thí nghiệm với máy biến áp gồm cĩ: cuộn dây, lõi thép, bĩng đèn cĩ đui, dây dẫn, dây điện cĩ phích cắn hai đầu.
- Một số ví dụ về thơng số ghi trên các máy tăng áp, giảm áp đặt ở đầu và cuối đường dây. Vì thí nghiệm trong bài yêu cầu tính chính xác cao, GV nên tiến hành thí nghiệm trước, điều chỉnh máy biến áp thật chuẩn trước khi đem ra sử dụng trong tiết dạy.
- Muốn biết cuộn dây ở biến thế cĩ thể được dùng với điện áp khoảng bao nhiêu, GV cĩ thể sử dụng cơng thức ' k
n s
= trong đĩ n' là số vịng ứng với 1V, k là hệ số đối với lõi thép (dao động trong khoảng 45 đến 60), S là tiết diện của lõi thép (tính theo đơn vị 2
cm ). Do đĩ, nếu muốn dùng với hiệu điện thế 220V thì số vịng của cuộn dây phải là: n = 220.n’
Học sinh
- Ơn lại kiến thức về suất điện động cảm ứng, về vật liệu từ.
- Ơn lại kiến thức về truyền tải điện năng đi xa, máy biến thế (ở chương trình vật lý lớp 9 THCS).
IV. LƠGIC TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG TRI THỨC
V - THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
Để truyền tải điện từ nguồn phát đến nơi tiêu thụ, ta phải thực hiện qua các khâu nào?
Nguồn điện, truyền tải và tiêu thụ điện
Trong khi truyền tải điện từ nhà máy đến nơi tiêu thụ phải sử dụng thiết bị nào để tăng áp và hạ áp?
Máy biến áp
Máy biến áp là gì?
Là những thiết bị cĩ khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.
Máy biến áp cĩ cấu tạo như thế nào?
Bộ phận chính là một khung bởi sắt non cĩ pha silic gọi là lõi biến áp, cùng với hai cuộn dây. Cuộn nối vào nguồn phát điện là cuộn sơ cấp, cuộn nối ra tải tiêu thụ là cuộn thứ cấp.
Dựa vào đâu để phân biệt máy tăng áp, máy hạ áp?
Dựa vào tỉ số các vịng dây hoặc tỉ sơ điện áp vì - Khi 1: máy tăng áp - Khi 1: máy hạ áp
Hoạt động 1: (4 phút)
Nhận thức vấn đề cần nghiên cứu
Các khâu: Nguồn điện, truyền tải và tiêu thụ điện.
Máy biến áp.
Cá nhân nhận thức vấn đề của bài học.
Đặt vấn đề: Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các loại máy xuất hiện trong gia đình, cơng sở,… ngày càng nhiều, do vậy lượng điện năng tiêu thụ cũng ngày càng nhiều. Ngồi những biện pháp tạo ra điện trực tiếp nhờ vào năng lượng mặt trời như pin quang điện thì hiện nay hầu hết điện năng đều được chuyển đến nguời sử dụng từ các nhà máy phát điện. Các nhà máy phát điện cĩ cơng suất lớn phần lớn thường ở xa trung tâm tiêu thụ điện, vì thế cần phải xây dựng các đường dây dẫn truyền tải điện năng.
- Để truyền tải điện từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ phải qua các khâu nào? - Người ta sử dụng thiết bị gì để tăng áp hay hạ áp theo yêu cầu?
Vậy làm thế nào để làm giảm tối đa sự hao phí trên đường dây tải điện?
Câu hỏi này sẽ được trả lời qua nội dung nghiên cứu của bài ngày hơm nay.
Hoạt động 2: (6 phút)
Tìm hiểu bài tốn về truyền tải điện năng
Cá nhân nhớ lại kiến thức cũ, trả lời câu hỏi của GV.
Php = rI2 = 2 2 2 2 phat phat phat phat P r P U = U GV sử dụng hình vẽ 16.1 SGK
Chú ý: vì nội dung của bài HS đã biết một phần trong chương trình vật lý lớp 9 nên GV cĩ thể yêu cầu HS nhắc lại kiến thức ở một số nội dung.
o Người ta đã chứng minh được rằng, cơng suất phát Pphát = UphátI
Trong đĩ I là cường độ hiệu dụng trên đường dây.
o Viết cơng thức tính cơng suất tiêu hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây (tính theo định luật Jun).
o Trong cơng thức thì đại lượng P2
- Để làm giảm hao phí thì hoặc là giảm r hoặc là tăng điện áp rơi phát. - Nhận xét: từ cơng thức tính điện trở
l R
S
ρ
= nhận thấy, để làm giảm điện
trở thì phải thay chất liệu làm dây dẫn (ví dụ như thay dây đồng bằng dây bạc, vàng hay dây siêu dẫn) → quá tốn kém; nếu khơng phải tăng tiết diện dây dẫn lên (nghĩa là phải tăng khối lượng đồng, tăng khối lượng cột điện để đỡ được dây cĩ tiết diện lớn hơn, …) → cũng rất tốn kém. Trong khi đĩ, nếu tăng điện áp nơi phát thì đem lại hiệu quả rõ rệt vì nếu tăng U lên 10 lần thì hao phí giảm đi 100 lần.
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
phương án để làm giảm cơng suất hao phí? Biện pháp nào là tối ưu hơn cả?
o Với những phân tích trên đây, trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, lúc bắt đầu đưa dịng điện lên đường dây thì phải tăng điện áp, khi đến nơi tiêu thụ thì phải giảm điện áp. Như vậy, trong quá trình truyền tải điện năng, phải sử dụng những thiết bị biến đổi điện áp.
Hoạt động 3: (5 phút)
Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp
Cá nhân nhớ lại kiến thức cũ, trả lời câu hỏi của GV.
Máy biến áp là những thiết bị cĩ khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều). Bộ phận chính của máy biến áp là một khung nằng sắt non cĩ pha silic gọi là lõi biến áp và hai cuộn dây dẫn cĩ số vịng khác nhau, điện trở khơng đáng kể.
Yêu cầu HS trả lời câu hỏi:
Máy biến áp là gì ?
Nêu cấu tạo của một máy biến áp?
GV giải thích nguyên lý làm việc của MBA
Hai cuộn dây D1, D2 cần cĩ độ tự cảm lớn quấn trên hai cạnh đối diện của khung.
- Cuộn dây D1 cĩ N1 vịng được nối vào nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp.
HS tiếp thu, ghi nhớ HS làm việc nhĩm Suất điện động cảm ứng: 2 2 d e dt φ = − = N2 ωΦ0sinωt
Nhận xét: dịng xoay chiều trong cuộn thứ cấp cĩ cùng tần số với dịng điện ở cuộn sơ cấp. Cĩ điều này là do từ thơng qua mỗi vịng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp là như nhau.
- Cuộn dây D2 cĩ N2 vịng được nối ra cơ sở tiêu thụ điện gọi là cuộn thứ cấp.
Dịng xoay chiều trong cuộn sơ cấp gây ra biến thiên từ thơng trong hai cuộn. Do cấu tạo của máy biến áp nên từ thơng qua mỗi vịng dây của cuộn sơ cấp và của cuộn thứ cấp là như nhau. Gọi từ thơng này là Φ = Φ0cosωt.
Từ thơng qua cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp lần lượt là:
Φ1 = N1Φ0cosωt và Φ2 = N2Φ0cosωt Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn sơ cấp? So sánh tần số của dịng điện cảm ứng và dịng điện đặt vào biến áp? Giải thích?
Hoạt động 4: (15 phút)
Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp.
HS tiếp thu, ghi nhớ.
Cá nhân HS suy nghĩ, trả lời.
o Một MBA cĩ thể làm việc ở hai chế độ:
- Cuộn thứ cấp hở mạch (chế độ khơng tải).
- Cuộn thứ cấp nối với cơ sở tiêu thụ (chế độ cĩ tải).
GV mắc mạch điện như hình 16.4 (khĩa K ngắt, chế độ khơng tải, I2 = 0). Cung cấp cho HS các thơng số về tần số dịng điện đặt vào cuộn sơ cấp, số vịng dây của cuộn thứ cấp, sơ cấp. Yêu cầu HS giải thích sơ đồ thí nghiệm.
Trong mạch điện hình 16.4:
- Vơn kế V1, V2 đo các điện áp hiệu dụng hai đầu mỗi cuộn dây.
- Ampe kế A1, A2 đo cường độ dịng điện hiệu dụng hai đầu mỗi cuộn dây. Điều kiện: vơn kế cĩ điện trở vơ cùng lớn, ampe kế cĩ điện trở vơ cùng nhỏ. Hiện tượng: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều, lõi thép được đặt trong từ trường biến thiên, do đĩ từ thơng qua cuộn thứ cấp biến thiên, trong cuộn thứ cấp xuất hiện dịng điện cảm ứng. Dịng này là dịng xoay chiều, cĩ cùng tần số với dịng điện ở cuộn sơ cấp.
Cá nhân theo dõi, thu thập, xử lí thơng tin.
- Nhận xét: tỉ số các điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp luơn luơn bằng tỉ số các vịng dây của hai cuộn đĩ.
2 2 1 1
U N
U = N
o Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều. Dự đốn hiện tượng xảy ra và giải thích?
GV tiến hành thí nghiệm. Trong quá trình làm thí nghiệm, luơn luơn thơng báo cho HS những thay đổi (về số vịng dây ở các cuộn, điện áp đặt vào, …). Yêu cầu HS theo dõi, ghi lại kết quả.
Chú ý:
- Phải đảm bảo đã lắp hồn chỉnh rồi mới cắm vào mạch điện 220V.
- Trong khi làm thí nghiệm, GV lưu ý cho HS thấy sợi dây quấn vào lõi thép khơng nối với lõi và cuộn dây bên kia. - Nếu dịng đặt vào hơi lớn hơn cường độ dịng điện định mức thì thí nghiệm chỉ nên tiến hành trong thời gian ngắn.
o Nhận xét kết quả thí nghiệm?
- Nếu 2 1 N N >1: máy tăng áp - Nếu 2 1 N N <1: máy hạ áp vịng dây?
GV giới thiệu thí nghiệm với khĩa K đĩng (chế độ cĩ tải), thơng báo kết quả thí nghiệm với HS.
Cần chú ý rằng: trong chế độ làm việc cĩ tải, cường độ dịng điện hiệu dụng I2 khơng được vượt quá một giá trị chuẩn cho các cuộn dây khơng quá nĩng do tỏa nhiệt.
o Nếu máy biến áp làm việc trong điều kiện lí tưởng thì ta thu được kết quả:
2 1 2
1 2 1
U I N
U = I = N
Yêu cầu HS đọc phần kết luận trong SGK
Hoạt động 5: (6 phút)
Tìm hiểu ứng dụng của máy biến áp
HS nhớ lại kiến thức đã học, trả lời. - Tại đầu đường dây lắp máy tăng áp, tại nơi sử dụng lắp máy hạ áp.
C4. Tại đầu ra của nhà máy điện, điện áp 10kV đã được tăng lên đến giá trị 200kV bằng máy tăng áp.
Gần nơi tiêu thụ, dùng các loại hạ áp khác nhau để hạ điện áp xuống cịn mức 5000V, rồi 220V để phù hợp với nhu cầu sử dụng.
o Như chúng ta đã phân tích ở đầu bài học, để giảm được hao phí trên đường dây truyền tải điện năng đi xa, cần tăng điện áp tại nơi phát trước khi đi vào dây truyền.
o Muốn làm được điều đĩ chúng ta phải làm như thế nào?
GV giới thiệu về sơ đồ truyền tải điện năng đi xa (hình 16.5 SGK).
HS giải thích: do N2 « N1 nên cường độ dịng điện ở cuộn thứ cấp rất lớn so với cuộn sơ cấp (gấp 200 lần). Dưới tác dụng của cường độ dịng điện rất lớn đĩ, hai miếng kim loại nĩng chảy và dính liền với nhau.
Ngồi việc ứng dụng trong việc làm giảm hao phí trên đường dây truyền tải điện năng đi xa, máy biến áp cịn dùng trong việc nấu chảy kim loại, hàn điện. Loại máy dùng trong trường hợp này cĩ cuộn sơ cấp gồm nhiều vịng dây tiết diện nhỏ, cuộn thứ cấp gồm ít vịng dây tiết diện lớn.
Ví dụ về máy hàn điện như ở hình 16.6.
Yêu cầu HS giải thích máy hàn điện theo nguyên tắc biến áp
Hoạt động 6: (6 phút)
Củng cố, vận dụng
Cá nhân hồn thành yêu cầu của GV. Bài 2. Câu C Bài 3. Câu A Bài 5. a/ P2 = 220.30 = 6600W = P1 b/ 1 1 1 6600 1,32 5000 P I A U = = =
Yêu cầu HS đọc nội dung phần ghi nhớ trong SGK.
GV cĩ thể giới thiệu một số máy biến áp với các thơng số khác nhau.
- Hồn thành yêu cầu ở bài tập 2, 3, 5 SGK.
Hoạt động 7: (3 phút)
Tổng kết
GV nhận xét, đánh giá giờ học. Hướng dẫn học bài tại nhà: - Làm bài tập 4, 6 SGK.
Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập - Ơn lại kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ và định luật Len-xơ ở lớp 11.
2.7.2. Giáo án 2: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀUI. Ý tưởng sư phạm I. Ý tưởng sư phạm
Đây là bài nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha và cách mắc dịng điện ba pha.
Máy phát điện xoay chiều ba pha và máy phát điện xoay chiều một pha cơ bản giống nhau, chúng chỉ khác nhau ở phần ứng: Máy phát điện xoay chiều một