Điện từ học”
Chúng tôi đã chọn ba bài trong chương “II. Điện từ học” để xây dựng, thiết kế phương án dạy học thành ba chủ đề. Cụ thể như sau:
Chủ đề 1: CHỦ ĐỀ TẠO RA ĐIỆN NĂNG A. Mô tả chủ đề tích hợp liên môn
1. Phát biểu vấn đề: Điện năng chúng ta đang sử dụng được tạo ra như thế nào? 2. Vấn đề nghiên cứu này cho phép khai thác những mảng kiến thức như sau:
* Vật lí:
- Dòng điện xoay chiều, cách tạo ra dòng điện xoay chiều.
* Công nghệ: - Nhà máy điện.
- Máy phát điện, cách sản xuất ra điện năng.
- Lựa chọn đèn chiếu sáng phù hợp, có lợi cho mắt.
B. Vị trí kiến thức trong chương trình và thời gian giảng dạy các kiến thức trong năm học
1. Vật lí: tiết 37 + 38 – Dòng điện xoay chiều và máy phát điện xoay chiều. (Vật lí 9) 2. Công nghệ: tiết 29 – Vai trò của điện năng trong sản xuất và đời sống. (Bài 32 - Công nghệ 8)
C. Mục tiêu kiến thức-kỹ năng
1. Kiến thức * Vật lí
- Nêu được sự phụ thuộc của dòng điện cảm ứng vào sự biến đổi của số đường sức từ qua tiết diện của dây dẫn.
- Phát biểu được đặc điểm của dòng điện xoay chiều là dòng điện cảm ứng có chiều luân phiên thay đổi.
- Nắm được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều. * Công nghệ
- Nắm được quy trình sản xuất điện năng của các nhà máy. 2. Kĩ năng
* Môn vật lí:
- Quan sát, phân tích kết quả thí nghiệm. - Vận dụng kiến thức, vận dụng vào thực tiễn. * Môn công nghệ
- Nghiên cứu tài liệu, vẽ sơ đồ mô phỏng. 3. Thái độ
- Hứng thú tích cực tham gia hoạt động, …
D. Mục tiêu năng lực
1. Năng lực chung - Giải quyết vấn đề
- Hợp tác hoạt động nhóm, thuyết trình trước lớp. 2. Năng lực chuyên biệt
* Vật lí:
- Năng lực thực nghiệm.
- Năng lực phân tích, giải quyết vấn đề. * Công nghệ: - Đọc, chọn lọc thông tin. - Vẽ sơ đồ mô phỏng E. Chuẩn bị 1. Giáo viên: - Phiếu học tập 1.1 (Phụ lục 4), 1.2 (Phụ lục 5) - Dụng cụ thí nghiệm
- Hình ảnh một số thiết bị điện, các loại bóng đèn. - Giấy A3
2. Học sinh
- Xem lại kiến thức cũ phần “cảm ứng điện từ”.
- Xem lại kiến thức cũ về điện năng, sản xuất điện năng (Công nghệ 8). - Sách công nghệ 8.
F. Tiến trình dạy học
1. Đặt vấn đề.
Cho HS xem clip về quá trình sản xuất điện năng từ nhà máy điện (nhà máy thuỷ điện) và đặt ra câu hỏi: nhà máy đã sản xuất điện năng như thế nào? Năng lượng nước có thể chuyển thành năng lượng điện bằng cách nào?
2. Trình bày cách tiếp cận giảng dạy các kiến thức vật lí và công nghệ để giải quyết tình huống phức hợp mà giáo viên đưa ra.
2.1. Hoạt động 1: Nhắc lại về điện năng – nhà máy điện
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Ghi chú
GV chuẩn bị phiếu học tập số 1.1 gồm 5 câu hỏi phát cho các nhóm, các
Bàn luận, hoàn thành phiếu học tập.
nhóm bàn luận và hoàn thành phiếu. 1. Có những loại năng lượng nào? (Môn vật lí)
(Điện năng, quang năng, nhiệt năng, thuỷ năng, phong năng, năng lượng Mặt Trời, năng lượng nguyên tử). 2. Điện năng là gì? (Môn vật lí) (năng lượng của dòng điện)
3. Điện năng chúng ta đang sử dụng được sản xuất từ đâu? (Công nghệ) (nhà máy điện)
4. Nước ta đã có nhà máy sản xuất điện từ năng lượng nào? (Công nghệ) (thuỷ điện, nhiệt điện, phong điện) 5. Điện năng có vai trò gì trong đời sống, sản xuất? (Công nghệ)
GV đưa ra kết luận và đặt vấn đề: chúng ta đã thấy được vai trò của điện năng, biết được nguồn sản xuất điện năng. Vậy dòng điện mà chúng ta đang sử dụng là dòng điện gì? Các máy phát điện có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động cụ thể như thế nào? Liệu chúng ta có thể tự chế tạo được 1 máy phát điện được không? Chúng ta hãy cùng tiếp tục tìm hiểu.
1. Có những loại năng lượng nào?
(Điện năng, quang năng, nhiệt năng, thuỷ năng, phong năng, năng lượng Mặt Trời, năng lượng nguyên tử).
2. Điện năng là gì?
(năng lượng của dòng điện) 3. Điện năng chúng ta đang sử dụng được sản xuất từ đâu? (nhà máy điện)
4. Nước ta đã có nhà máy sản xuất điện từ năng lượng nào? (thuỷ điện, nhiệt điện, phong điện)
5. Điện năng có vai trò gì trong đời sống, sản xuất?
(Cung cấp điện cho đời sống và sản xuất; giúp các thiết bị hoạt động, hỗ trợ nhu cầu sống cho con người,…)
3. Hoạt động 3: Tìm hiểu “dòng điện xoay chiều”
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
(Học kiến thức Vật lí)
GV chuẩn bị thí nghiệm như hình 20.4/ SGK, giới thiệu dụng cụ, tiến hành thí nghiệm.
- Đầu tiên yêu cầu HS dự đoán khi đưa nhanh nam châm lại gần và đưa nhanh ra xa thì điều gì xảy ra?
- Vì sao đèn sáng?
- Mời HS lên tiến hành thí nghiệm, yêu cầu HS quan sát hai bóng đèn. - Yêu cầu HS nhận xét sự thay đổi số đường sức từ trong hai trường hợp và chiều dòng điện cảm ứng trong hai trường hợp được tạo ra như thế nào. - Liên tục đưa nam châm lại gần, ra xa và tăng dần tốc độ, HS quan sát. Kết luận: dòng điện luân phiên đổi chiều là dòng điện xoay chiều.
Ngày nay, mạng điện các nhà máy sản xuất ra và được sử dụng rộng rãi đều là điện xoay chiều. (AC)
Vận dụng học kiến thức Công nghệ - Vận dụng giới thiệu cho HS biết thêm về các loại thiết bị điện trong nhà, các loại đèn (ngoài các thông số
- Đèn sáng
- Xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây làm đèn sáng. - Đưa nhanh vào: chỉ đèn đỏ sáng
- Đưa nhanh ra: chỉ đèn vàng sáng
- Đưa vào: tăng, đưa ra: giảm Chiều đòng điện cảm ứng trong hai trường hợp là ngược nhau. - Hai đèn sáng tắt luân phiên và dần gần như cùng lúc.
- Ghi nhận
- Lắng nghe, vận dụng
- Lắng nghe, quan sát một số thiết bị điện trong lớp học để xác
3. Hoạt động 3: Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều (tiết 2).
kĩ thuật đã biết từ môn công nghệ sẽ giúp HS hiểu thêm về kí hiệu AC/DC, đặc biệt là giá trị tần số trên các bóng đèn, giúp HS hiểu và chọn được loại đèn nào là tốt cho mắt).
- Cho HS làm việc theo nhóm, tìm hiểu về các thông số của một vài thiết bị trong lớp, và thiết bị do GV chuẩn bị.
Thảo luận chọn bóng đèn dùng tốt cho mắt nhất trong các loại đèn (đèn huỳnh quang, đèn led, đèn sợi đốt), làm phiếu học tập số 1.2.
định các thông số kĩ thuật và ý nghĩa của những con số đó. - Bàn luận chọn loại đèn phù hợp, an toàn nhất cho mắt, giải thích.
(Hoàn thành phiêú học tập số 1.2)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- GV chuẩn bị giấy A3, yêu cầu HS đọc và nghiên cứu mục “sản xuất điện năng” (SGK công nghệ 8/112,113), lập sơ đồ tóm tắt quy trình sản xuất điện năng ở nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện và điện nguyên tử.
- Từ sơ đồ, yêu cầu HS đưa ra điểm chung của các nhà máy trên. (Công nghệ)
- Tại sao khi làm quay máy thì tạo ra điện? (Vật lí)
(GV hướng dẫn HS phân tích đưa ra cấu tạo, và nguyên tắc hoạt động của
- Nghiên cứu SGK, lập sơ đồ
- Điểm chung: năng lượng làm quay tuabin, tuabin làm quay
máy:
+ Từ các kiến thức đã học, yêu cầu HS cho biết muốn tạo ra dòng điện mình cần có các bộ phận nào?
+ Dòng điện được tạo ra dựa trên hiện tượng nào? Cụ thể làm như thế nào?
- GV khái quát cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của máy phát điện. - Giới thiệu thêm cho Hs về bộ góp điện (Vật lí)
- Cho HS xem mô hình diamo xe đạp, yêu cầu HS chỉ ra các bộ phận chính và nguyên tắc hoạt động của nó. - Từ sơ đồ ban nãy, yêu cầu các nhóm vẽ hình mô phỏng cấu tạo hoạt động của máy phát điện để hoàn chỉnh quy trình sản xuất điện. (có thể bố trí nam châm quay hoặc cuộn dây quay tuỳ ý), sau đó mời đại diện nhóm lên bảng trình bày sơ đồ. (Công nghệ)
+ Nam châm, cuộn dây
+ Hiện tượng cảm ứng điện từ. Làm số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây luân phiên tăng giảm.
Vậy khi làm quay máy tức là làm nam châm quay trước cuộn dây hoặc làm cuộn dây quay trong từ trường để tạo ra dòng điện.
- Ghi nhận
- Quan sát, phát biểu.
- Làm việc nhóm bố trí vẽ sơ đồ, trình bày.
Chủ đề 2: CHỦ ĐỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG A. Mô tả chủ đề tích hợp liên môn
1. Phát biểu vấn đề: Mục đích của việc dạy học chủ đề tích hợp liên môn nhằm trả lời cho câu hỏi: Tại sao phải sử dụng máy biến thế khi truyền tải điện năng đi xa.
2. Vấn đề nghiên cứu này cho phép khai thác những mảng kiến thức như sau: * Vật lí:
- Cấu tạo và hoạt động của máy biến thế.
- Tác dụng làm biến đổi hiệu điện thế của máy biến thế.
- Điện năng hao phí trên đường dây truyền tải và cách làm giảm hao phí điện năng.
* Công nghệ:
- Quá trình truyền tải điện năng đi xa, xây dựng hệ thống truyền tải điện năng. - Nguyên tắc bố trí máy tăng thế ở các nhà máy và máy hạ thế ở gia đình.
B. Vị trí kiến thức trong chương trình và thời gian giảng dạy các kiến thức trong năm học
1. Vật lí: tiết 40 + 41 – Máy biến thế. Truyền tải điện năng đi xa (Vật lí 9) 2. Công nghệ: tiết 41 – Máy biến áp một pha. (Công nghệ 8)
C. Mục tiêu
1. Kiến thức * Vật lí
- Nêu được cấu tạo và hoạt động của máy biến thế.
- Hiểu tác dụng làm biến đổi hiệu điện thế của máy biến thế.
- Hiểu được nguyên nhân gây hao phí trong quá trình truyền tải điện năng và biết cách khắc phục.
* Công nghệ
- Biết được chức năng của máy biến thế được sử dụng trong gia đình. - Biết cách sử dụng và vận hành máy biến thế cho an toàn, lâu bền. 2. Kĩ năng
* Môn vật lí:
- Vận dụng công thức giải một số bài tập. * Môn công nghệ
- Nghiên cứu tài liệu.
- Quan sát, suy luận từ thực tiễn. 3. Thái độ
- Hứng thú tích cực tham gia hoạt động,…
D. Mục tiêu năng lực
1. Năng lực chung - Giải quyết vấn đề
- Hợp tác hoạt động nhóm - Sáng tạo.
2. Năng lực chuyên biệt * Vật lí:
- Suy luận, vận dụng mối quan hệ các đại lượng trong công thức giải quyết vấn đề.
* Công nghệ:
- Vận dụng kiến thức vào thực tế, lựa chọn thiết bị công nghệ phù hợp.
E. Chuẩn bị
1. Giáo viên:
- Phiếu học tập 2.1 (phụ lục 6), 2.2 (phụ lục 7) - Bài giảng ppt
- Hình ảnh một số loại máy biến thế.
- Clip/ hình mô phỏng quá trình truyền tải điện năng. 2. Học sinh
- Xem lại kiến thức cũ về công suất, điện trở dây dẫn,.. - Xem lại kiến thức cũ về máy biến áp (Công nghệ 8). - Sách công nghệ 8.
F. Tiến trình dạy học
Chiếu video clip về quá trình truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ. Mô tả, đặt vấn đề: điện năng từ nơi sản xuất được truyền đi với hiệu điện thế cực kì lớn, qua các trụ điện cao thế đến từng nơi tiêu thụ. Với mỗi nơi tiêu thụ sẽ có một máy biến thế để giúp biến đổi tạo hiệu điện thế phù hợp cho nơi tiêu thụ. Vậy tại sao người ta không truyền tải điện với hiệu điện thế phù hợp ngay từ đầu mà phải tăng thật cao rồi lại hạ xuống như vậy?
HS có thể đưa ra 2 hướng giải quyết:
- Do nhu cầu sử dụng ở mỗi nơi khác nhau (nhà máy, nhà ở, khu công nghiệp,...) nên không thể truyền một hiệu điện thế từ đầu đến các nơi tiêu thụ được (Kiến thức công nghệ).
- Khi có dòng điện truyền qua dây dẫn sẽ làm dây nóng lên và toả nhiệt (Jun- lenxo) ra môi trường xung quanh. Nhiệt lượng toả ra lại phụ thuộc vào điện trở R, cường độ I nên sẽ liên quan đến hiệu điện thế U (Kiến thức vật lí).
2. Trình bày cách tiếp cận giảng dạy các kiến thức vật lí và công nghệ để giải quyết tình huống phức hợp mà giáo viên đưa ra.
Hoạt động 1. Máy biến thế có cấu tạo và nguyên lí hoạt động như thế nào mà có thể làm thay đổi hiệu điện thế cho phù hợp với từng nơi tiêu thụ?
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
GV chuẩn bị phiếu học tập: phiếu 2.1 gồm các câu hỏi xoay quanh hướng giải quyết thứ nhất, hướng HS giải quyết vấn đề: Máy biến thế có cấu tạo và nguyên lí hoạt động như thế nào mà có thể làm thay đổi hiệu điện thế cho phù hợp với từng nơi tiêu thụ? (Kiến thức Công nghệ)
Phiếu 2.1 gồm 5 câu hỏi, các nhóm bàn luận và hoàn thành phiếu.
1. Máy biến thế là gì?
Bàn luận, hoàn thành phiếu học tập.
1. Máy biến thế là gì?
(là thiết bị điện dùng để biến đổi điện áp của dòng điện) 2. Công dụng của máy biến thế trong gia đình?
(dùng để tăng/giảm điện thế cho phù hợp với hiệu điện thế
2. Công dụng của máy biến thế trong gia đình?
3. Máy biến thế có cấu tạo như thế nào? 4. Nêu nguyên lí làm việc của máy biến thế?
5. Mối quan hệ giữa điện áp và số vòng dây của hai cuộn?
GV khái quát lại và yêu cầu HS trình bày cụ thể hướng giải quyết thứ 1.
định mức của các thiết bị điện trong gia đình)
3. Máy biến thế có cấu tạo như thế nào?
(gồm lõi thép làm bằng các lá thép kĩ thuật điện và dây quấn làm bằng dây điện từ quấn cách điện với nhau và cách điện với lõi thép)
4. Nêu nguyên lí làm việc của máy biến thế?
(Điện áp đưa vào dây quấn sơ cấp, trong dây sơ cấp có dòng điện, nhờ có cảm ứng điện từ giữa 2 cuộn dây mà tạo ra điện áp ở dầu dây thứ cấp)
5. Mối quan hệ giữa điện áp và số vòng dây của hai cuộn? (Điện áp đặt vào hai đầu mỗi cuộn dây tỉ lệ thuận với số vòng dây mỗi cuộn)
Suy nghĩ, đưa ý kiến
HS có thể trình bày cụ thể lại hướng giải quyết thứ nhất: vì mỗi nơi tiêu thụ sẽ có nhu cầu sử dụng điện với các hiệu điện thế khác nhau nên không thể truyền đi từ 1 giá trị cố định mà máy biến thế lại có thể làm
thay đổi HĐT được nên chỉ cần điện năng từ nhà máy truyền đi với HĐT thật lớn để đảm bảo cho quá trình tiêu thụ và ở mỗi nơi sẽ tuỳ thuộc nhu cầu sử dụng của mình mà lựa chọn máy biến thế cho phù hợp. Hoạt động 2: Tìm hiểu hướng giải quyết thứ 2.
Máy biến thế có công dụng gì để giúp hạn chế được sự toả nhiệt trên đường truyền.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Các nhóm tiếp tục bàn luận, tìm kiếm thông tin để hoàn thành phiếu học tập 2.2 xoay quanh hướng giải quyết thứ hai, hướng HS giải quyết vấn đề: Máy biến thế có công dụng gì để giúp hạn chế được sự toả nhiệt trên đường truyền? (Kiến thức Vật lí)
Phiếu 2.2 gồm 5 câu hỏi, các nhóm bàn luận và hoàn thành phiếu.
1. Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn thì dây dẫn có nóng lên không? Điện