Buổi 1 (ngày 02.04.2018). Phổ biến nhiệm vụ
GV tóm tắt nội dung chính chương từ trường.
Các nhóm sẽ bầu nhóm trưởng, sau đó bốc thăm để nhận các bài tập.
Bảng 3.2. Thông tin về các nhóm tham gia HĐNK
Nhóm Tên thành viên Nhiệm vụ
1 Hồng Trang, Tấn Thành (nhóm trưởng), Ngọc Hân, Thanh Thanh.
Nhiệm vụ 1. Động cơ điện. 2 Ngọc Dung, Anh Tuấn, Minh Hào (nhóm trưởng), Hữu
Khiêm.
3 Tấn Quý (nhóm trưởng), Minh Quí, Thái Châu, Thanh Lan. Nhiệm vụ 2. Chuông điện. 4 Tuấn Kiệt (nhóm trưởng), Cẩm Thúy, Quế Trâm, Huyền
Diệu.
5 Nhật Vũ, Ngọc Diệp (nhóm trưởng), Hồng Yến, Nhật Quang.
Nhiệm vụ 3.
Động cơ
Faraday. 6 Quốc Đạt (nhóm trưởng), Anh Thư, Huỳnh Như, Hoàng
Huy.
7 Ngọc Giàu (nhóm trưởng), Phương Trâm, Khánh Vy, Minh Thư.
Nhiệm vụ 4. Tàu biển Yamato. 8 Nhất Vũ (nhóm trưởng), Khánh An, Tâm Như, Duy Lan.
Các nhóm nhận phiếu học tập (phụ lục 7), đại diện nhóm ghi nhận vào phiếu học tập những nội dung cần thiết sau mỗi buổi thảo luận để làm cơ sở cho việc chế tạo thí nghiệm ở nhà. Sau đó, GV cùng các nhóm thảo luận để xác định mục đích của thí nghiệm và tìm cơ sở lý thuyết cho thí nghiệm. Diễn biến buổi 1 như sau:
Nhóm 1 và 2. Bài động cơ điện
- Xác định chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện thẳng dài. - Minh họa cho nguyên tắc hoạt động của động cơ điện. Tìm cơ sở lý thuyết dưới sự hướng dẫn của GV:
- Khi khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng của ngẫu lực từ. Ngẫu lực này làm cho chúng chuyển động quay, nghĩa là có sự biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng trong các chuyển động quay.
- Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
GV nhắc HS về nhà xem lại bài lực từ, lực từ tác dụng lên khung dây trong sách Vật lí 11 cả cơ bản và nâng cao. GV đề nghị HS tìm hiểu về cấu tạo chung, nguyên tắc hoạt động, ứng dụng và những ưu điểm của động cơ điện, đồng thời tìm các phương án chế tạo động cơ điện để dễ dàng thảo luận hơn trong buổi gặp thứ hai.
Nhóm 3 và 4. Bài chuông điện
Dưới sự hướng dẫn của GV, HS nêu được mục đích của thí nghiệm: - Hiểu được nguyên lý hoạt động của rơ-le điện từ.
- Minh họa cho nguyên tắc hoạt động của chuông điện, một trong những ứng dụng của rơ-le điện từ.
Dưới sự hướng dẫn của GV, HS tìm cơ sở lý thuyết:
- Nhận ra thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc: tương tác từ giữa nam châm điện và sắt (hoặc thép). Nếu cho dòng điện chạy qua ống dây, ống dây thành nam châm điện nên sẽ hút được sắt (hoặc thép).
GV nhắc HS về nhà ôn lại kiến thức các loại tương tác từ, cách tạo ra từ trường mạnh bằng nam châm điện. Riêng tài liệu về rơ-le điện từ, GV sẽ cung cấp cho hai nhóm để về nhà tìm hiểu. Đối với phần thiết kế chế tạo chuông điện, GV yêu cầu HS về nhà tìm hiểu để trả lời các câu hỏi sau:
- Dựa vào hiểu biết về rơ-le điện từ, em hãy thiết kế chế tạo chuông điện, hãy vẽ sơ đồ mạch chuông điện.
Nhóm 5 và 6. Bài động cơ Faraday
Dưới sự hướng dẫn của GV, HS nêu được mục đích của thí nghiệm: Xác định chiều của lực từ trong trường hợp cụ thể, từ đó dự đoán được kết quả thí nghiệm.
- GV hướng dẫn để HS nhận ra thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc Vật lí: lực từ tác dụng lên dòng điện (chạy trong dây dẫn kim loại và trong chất điện phân) khi dòng điện này đặt trong từ trường của nam châm. Lực từ này làm cho dòng điện chuyển động.
- Chiều của lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái.
GV nhắc HS về nhà ôn lại kiến thức hình dạng đường sức từ của nam châm thẳng, ôn về lực từ, cách xác định chiều lực từ. Ôn lại kiến thức về chiều dòng điện trong mạch, dòng điện chạy qua chất điện phân. Các câu hỏi mà HS cần chuẩn bị:
- Hãy dự đoán kết quả thí nghiệm theo yêu cầu của đề bài.
- Dựa vào mô hình đã cho em hãy lựa chọn thêm những dụng cụ thích hợp để bố trí và tiến hành thí nghiệm.
Nhóm 7 và 8. Bài tàu biển
Dưới sự hướng dẫn của GV, HS nêu được mục đích của thí nghiệm: Xác định chiều lực từ tác dụng lên dòng điện chạy trong lòng chất lỏng.
Tìm cơ sở lý thuyết: GV hướng dẫn để HS nhận ra thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc: tương tác từ giữa nam châm và dòng điện chạy qua dung dịch điện phân. Khi dòng điện chạy qua chất điện phân đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực từ, lực từ tác dụng lên dòng điện là nguyên nhân làm tàu chuyển động.
GV nhắc HS về nhà tìm kiếm thông tin về tàu Yamato chạy bằng lực từ, ôn lại kiến thức về hình dạng và chiều đường sức từ của nam châm thẳng, ôn về lực từ, cách xác định chiều lực từ. Ôn lại kiến thức về chiều dòng điện trong mạch và dòng điện chạy qua chất điện phân. Câu hỏi mà HS cần chuẩn bị:
- Trong buổi một, em đoán được thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc Vật lí là lực từ tác dụng lên dòng điện chạy qua dung dịch điện phân, từ những dụng cụ đã cho, em hãy thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của dự đoán trên? Hãy vẽ sơ đồ mạch, dự đoán kết quả thí nghiệm và giải thích hiện tượng.
Nhận xét chung: Vì mới nhận bài tập nên hầu hết HS còn nhút nhát, không mạnh dạn phát biểu ý kiến. HS chưa tự xác định được cơ sở lý thuyết. Một số ít HS xác định được một phần mục đích thí nghiệm, phần còn lại là sự hướng dẫn của GV.
Buổi 2 (ngày 10.4.2018): Thảo luận, đề xuất các phương án thiết kế Nhóm 1 và 2. Bài động cơ điện
HS hai nhóm sẽ trình bày những gì đã chuẩn bị ở nhà. Do tài liệu về động cơ điện khá dễ tìm nên HS có thể dễ dàng tìm kiếm thông tin và tham khảo các mô hình có sẵn.
Mặc dù các em trình bày được những hiểu biết về động cơ điện như cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, ứng dụng, ưu điểm … nhưng chưa hiểu nhiều, đặc biệt về nguyên tắc hoạt động và vai trò của bộ góp. HS hai nhóm đều đưa ra các thắc mắc về công dụng của bán khuyên và chổi quét. Bằng các câu hỏi đã soạn thảo ở chương hai, GV định hướng để HS hiểu rõ hơn về động cơ điện, đặc biệt là vai trò của bộ góp. Diễn biến cụ thể như sau:
- Hai nhóm thảo luận và trả lời được bộ phận chính của động cơ điện chính là khung dây và nam châm. Bộ phận đứng yên gọi là stato, bộ phận quay là rô-to.
- GV yêu cầu hai nhóm đề xuất phương án chế tạo động cơ điện chỉ có hai bộ phận chính gồm nam châm và khung dây mà không cần bộ góp. Hai nhóm thảo luận, Thành đại diện nhóm một vẽ được mô hình động cơ điện đơn giản là khung dây đặt trên hai giá đỡ bằng kim loại, hai đầu khung dây nối với nguồn thông qua giá đỡ.
Hình 3.1 Sơ đồ động cơ điện đơn giản
Hai nhóm thảo luận để dự đoán được kết quả thí nghiệm. Hào đại diện cho nhóm hai trả lời: nếu cho dòng điện chạy qua khung dây đặt trong từ trường, nó sẽ chuyển động quay. Cả hai nhóm đều đồng ý với ý kiến trên nhưng chưa thành viên nào nhận ra chuyển động quay này không theo một chiều mà sẽ đổi chiều liên tục.
Dưới sự hướng dẫn của GV, HS hai nhóm nhận ra phương án này khung dây quay không liên tục do có sự đổi chiều của ngẫu lực từ khi quay.
Dưới sự dẫn dắt của GV, HS hai nhóm thảo luận tìm ra các biện pháp làm cho khung dây quay nhiều vòng mà không đổi chiều quay, Thành đại diện cho nhóm một trả lời: cần tạo một dụng cụ nối với hai đầu AB của khung dây sao cho nửa chu kì đầu đầu A nối với cực dương, đầu B nối với cực âm của nguồn, còn nửa chu kì sau thì ngược lại, đầu A nối với cực âm, đầu B nối với cực dương. HS nhận ra hai dụng cụ này chính là bán khuyên.
GV thông báo: Vì bán khuyên được nối với hai đầu khung dây, khi khung dây quay thì bán khuyên cũng quay nên ta cần có một dụng cụ đứng yên để dẫn điện từ bán khuyên tới nguồn. Hai nhóm tiếp tục thảo luận để tìm phương án dẫn điện từ bán khuyên ra ngoài, đại diện hai nhóm trả lời: cần có hai miếng kim loại đặt cố định làm trung gian cho sự tiếp điện của hai bán khuyên và hai cực của nguồn. HS hai nhóm nhận ra dụng cụ này chính là chổi quét, bán khuyên và chổi quét gọi chung là bộ góp điện.
Sau khi hai nhóm đã nắm được nguyên tắc hoạt động của động cơ cũng như vai trò của bộ góp, GV yêu cầu HS hai nhóm thảo luận để đề xuất các phương án thiết kế động cơ điện theo tiêu chí của đề bài là dùng các dụng cụ đơn giản như vỏ lon, chai nhựa … Cụ thể:
Nhóm 1 Nhóm 2
- Nhóm một thống nhất quấn một khung dây trên một chiếc đũa, chiếc đũa này cũng chính là trục quay.
- Nhóm thống nhất quấn khung dây nhiều vòng để tăng cường độ dòng điện. Dưới sự gợi ý của GV, nhóm thống nhất quấn khung dây khoảng 30 - 50 vòng.
- Thành đề xuất tạo ra hai bán khuyên từ vỏ lon nhôm và được dán chặt trên trục quay.
- Nhóm thống nhất lấy hai chai nhựa làm giá đỡ.
- Nhóm đề nghị quấn hai khung dây nối tiếp với nhau và dán vào chai nhựa, tạo hai bán khuyên từ vỏ lon sữa dán lên cổ chai. Cả nhóm thống nhất làm bán khuyên có kích thước không quá nhỏ để có thể dễ dàng tiếp xúc với chổi quét.
- Hân đề nghị đặt trục quay trên hai giá đỡ làm từ hai chai nhựa.
- Nhóm thống nhất tạo ra chổi quét từ vỏ lon, hai chổi quét dán trực tiếp vào đế đỡ, đầu trên tiếp xúc với hai bán khuyên.
- Nhóm thống nhất chọn nguồn điện 9V từ biến thế nguồn.
- Nhóm thảo luận và vẽ sơ đồ dưới sự hỗ trợ của GV:
Hình 3.2. Sơ đồ động cơ điện một khung dây của nhóm 1
- Hào đề nghị dùng chiếc đũa xuyên qua chai nhựa có gắn khung dây làm trục quay. Trục quay đặt nằm ngang trên giá đỡ.
- Dung đề nghị làm hai chổi quét từ vỏ lon sữa, hai chổi quét dán trên đế đỡ làm từ nắp chai. Đầu trên của chổi quét tiếp xúc với bán khuyên. - Nhóm thảo luận và vẽ sơ đồ dưới sự hỗ trợ của GV:
Hình 3.3. Sơ đồ động cơ điện hai khung dây của nhóm 2
Cuối buổi, nhóm trưởng liệt kê thêm các dụng cụ cần thiết để chế tạo như: dao, keo 502, keo nến, kéo, … Nhóm trưởng phân công cho các thành viên và vạch ra kế hoạch chế tạo thí nghiệm ở nhà sau buổi hai.
Nhận xét chung: Đa số HS của hai nhóm có sự chuẩn bị khá tốt và làm việc khá tích cực. So với buổi một, hai nhóm có sự tiến bộ hơn khi có thể vừa làm việc nhóm để có thể trả lời câu hỏi của GV, vừa làm việc độc lập để có thể tự đề xuất được các phương án thiết kế khả thi. Do mô hình động cơ điện khá dễ tìm nên hai nhóm cũng nhanh chóng thiết kế lại mô hình để được mô hình mới có sử dụng dụng cụ đơn giản như chai nhựa và vỏ lon. Hai nhóm cũng có sự phát triển năng lực nhất định ở các mặt như thiết kế, vẽ sơ đồ, dự đoán kết quả …
Nhóm 3 và 4. Bài chuông điện
GV yêu cầu HS trình bày những hiểu biết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ-le điện từ. Do được cung cấp tài liệu (từ GV), nên đa số các HS hiểu về kiến thức này nhưng không áp dụng được để thiết kế chế tạo chuông điện, đặc biệt là sự đóng ngắt mạch liên tục của chuông. Đa số HS hai nhóm đều đặt câu hỏi: Mạch chuông điện vẽ như thế nào? Làm thế nào để chuông kêu lên tục? Bằng các câu hỏi gợi ý đã soạn thảo ở chương 2, GV hướng dẫn để HS hiểu được mạch chuông điện. Diễn biến của cuộc thảo luận:
- HS của hai nhóm thảo luận để tìm ra bộ phận chính của chuông, Quý đại diện nhóm ba trả lời: các bộ phận chính của chuông điện là nam châm điện hút miếng sắt, ngoài ra còn có chuông. Do đã học trong giờ chính khóa, HS hai nhóm biết cách chế tạo một nam châm điện bằng cách cho dòng điện chạy qua ống dây quấn xung quanh lõi sắt. Nam châm điện có thể gồm một hoặc nhiều ống dây.
- Nhóm thảo luận để mô tả sơ bộ sự sắp xếp của ba bộ phận chính này: thanh sắt dài có một đầu cố định, phần giữa đặt đối diện với nam châm điện, đầu còn lại tự do và đặt đối diện với chuông.
- Hai nhóm thảo luận để dự đoán hiện tượng xảy ra khi cho nam châm điện hoạt động: miếng sắt bị nam châm hút sẽ đập vào chuông tạo ra tiếng kêu khi ta nối nam châm điện với nguồn. Dưới sự gợi ý của GV, HS hai nhóm biết được với mô hình này chuông chỉ kêu một tiếng rồi ngừng.
- GV hướng dẫn để HS tạo ra mạch chuông điện có sự đóng ngắt mạch điện liên tục để chuông kêu không ngừng. Hai nhóm thảo luận vẽ sơ đồ mạch chuông điện dưới sự hướng dẫn của GV.
- Qua sơ đồ, HS hai nhóm cơ bản hiểu được nguyên tắc đóng ngắt mạch điện liên tục. Sau đó, HS hai nhóm thảo luận để đề xuất các phương án thiết kế mạch chuông điện:
Nhóm 3 Nhóm 4
Dưới sự trợ giúp của GV, nhóm đề xuất các phương án sau:
- Nhóm thảo luận và chọn các bu-lông để quấn ống dây tạo ra nam châm điện, các bu- lông đặt nằm ngang bằng các ke góc.
- Nhóm thống nhất dùng dây đồng kích thước 0.2 mm đến 0.4 mm để quấn hai ống dây nối tiếp nhau, mỗi ống dây được quấn có bề dày cỡ đường kính của mũ đội trên bu- long (vài trăm vòng).
- Châu đề xuất dùng một đế bằng gỗ nhưng Quý chọn bảng điện bằng nhựa làm đế vì đế bằng gỗ sẽ khó gắn các ke góc. Nhóm thống nhất chọn phương án của Quý.
- Nhóm chọn lon sữa để làm chuông.
- Nhóm đề xuất cắt thanh sắt dài từ vỏ lon sữa để đỡ đầu gõ chuông đồng thời tiếp xúc với tiếp điểm.
- Nhóm sử dụng nguồn 9V cả hai cách vừa dùng pin vừa dùng biến thế nguồn.
- Quý đề xuất làm hộp để pin 9V từ que kem, gắn đèn led vào mạch.
- Nhóm đề xuất phương án tạo tiếp điểm và đầu gõ chuông bằng các đinh ốc, lắp thêm khóa K vào mạch.
Do có tham khảo mô hình trên mạng nên nhóm bốn nhanh chóng đề xuất các phương án thiết kế chuông điện. - Kiệt đề xuất chọn nam châm điện chỉ làm từ một ống dây quấn quanh bu-lông, bu-lông đặt nằm ngang trên các giá đỡ bằng que kem.
- Qua thảo luận, nhóm bốn cũng nhận ra rằng để tạo ra từ trường mạnh thì ống dây quấn phải nhiều vòng. Dưới sự gợi ý của GV, nhóm dùng dây đồng 0.4 mm, ống dây được quấn có bề dày cỡ đường kính của mũ đội trên bu-lông (vài trăm