- Dễ dàng suy ra được trong trường hợp v hợp với b một góc thì biểu thức tính ec là:
2.2.9. Tiến trình dạy học kiến thức về hiện tượng tự cảm 1 Mục tiêu
2.2.9.1. Mục tiêu
a) Mục tiêu về mặt kiến thức:
Phát biểu được hiện tượng tự cảm.
Nêu được độ tự cảm là gì và đơn vị đo của độ tự cảm.
b) Mục tiêu về mặt kĩ năng:
Tính được độ lớn suất điện động tự cảm trong ống dây khi dòng điện chạy qua nó có cường độ biến đổi đều theo thời gian.
2.2.9.2. Thiết bị thí nghiệm cần chuẩn bị và các thí nghiệm cần tiến hành a) Các thiết bị thí nghiệm: hành a) Các thiết bị thí nghiệm:
Khung dây dẫn (1) có lõi sắt, có ba đầu ra tương ứng với 500 vòng dây và 1000 vong dây,
- Biến trở 30 (2), hai đèn dây tóc 1,5V-3W (3), điôt phát quang (4),
Đèn khí kém Ne (5) có công suất nhỏ, có điện áp định mức là 70V, Cầu dao đóng ngắt điện (6), cầu nối điện (7) và bảng mạch in (8), Nguồn điện một chiều 12V và dao động kí điện tử.
TN về hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, TN về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch,
TN về quá trình biến đổi theo thời gian của dòng điện qua cuonj cảm khi đưa xung điện vuông vào đoạn mạch có cuộn cảm,
2.2.9.3. Tiến trình xây dựng kiến thức
HS đã biết, khi Φ qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trên mạch xuất hiện SĐĐCƯ (Icư). Nên GV nêu câu hỏi: Khi I chạy qua một ống dây thay đổi, thì trong ống dây có xuất hiện SĐĐCƯ (Icư) không? HS sẽ đưa ra được dự đoán.
Vấn đề cần nghiên cứu là: Làm thế nào để có thể kiểm nghiệm được rằng: Khi I chạy qua một ống dây biến đổi thì trong ống dây có xuất hiện SĐĐCƯ?
Để giả quyết vấn đề, trước hết phải đề xuất được phương án tạo ra sự thay đổi I chạy qua một ống dây: Phương án mà HS đề xuất được bằng cách nối ống dây với nguồn điện một chiều. Sau đó, đóng mạch hoặc ngắt mạch, phương án này tương ứng với sơ đồ 1 (H2.45). Nhưng theo đó thì không thể phát hiện được sự xuất hiện SĐĐCƯ trong ống dây.
Tiếp theo, HS đề xuất phương án lắp một bóng đèn nối tiếp với ống dây như sơ đồ 2 (H2.46). Mặc dù, khi đóng mạch, ảnh hưởng của SĐĐCƯ xuất hiện trong ống dây làm cho đèn không sáng ngay nhưng điều này vẫn không phát hiện được.
Để phát hiện được đèn mắc nối tiếp với ống dây (Đ1) không sáng ngay khi đóng mạch (do ảnh hưởng của SĐĐCƯ xuất hiện trong ống dây) thì cần phải mắc một đèn khác (Đ2) trên nhánh song song với nhánh có ống dây, như sơ đồ 3 (H2.47). Với điều kiện hai đèn phải giống nhau, điện trở hai nhánh bằng nhau. Khi tiến hành TN theo sơ đồ 3 sẽ phát hiện được đóng mạch, Đ1 sáng chậm hơn so với đèn Đ2. Điều đó, chứng tỏ trong thời gian đóng mạch xuất hiện trên ống dây một SĐĐCƯ chống lại suất điện động của nguồn ngoài.
Nếu khi ngắt mạch, trong ống dây xuất hiện một SĐĐCƯ thì khi ống dây là một nguồn điện (tức thời) và ta có thể nghiên cứu hiện tượng này theo phương án TN như sơ đồ 4 (H2.48). Tiến hành TN theo sơ đồ 4 sẽ phát hiện khi ngắt mạch đèn Đ2 lóe sáng trước khi tắt. Việc xác định chiều của dòng điện tự cảm, khi ngắt mạch cùng chiều với chiều của dòng điện do nguồn sinh ra, GV gợi ý cho HS thay đèn sợi tóc trong sơ đồ TN ở hình 2.47 bằng điôt phát quang (LED).
HS đã biết: Vấn đề cần nghiên cứu:
Khi Φ qua diện tích giới hạn bởi mạch Làm thế nào để có thể kiểm
kín biến thiên thì trên mạch xuất hiện nghiệm được rằng: Khi I chạy
SĐĐCƯ (Icư). Như vậy, khi I chạy qua qua một ống dây biến đổi thì một ống dây biến đổi, thì trong ống dây trên ống dây cũng phải xuất
cũng phải xuất hiện SĐĐCƯ (Icư). hiện SĐĐCƯ (Icư)?
Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề:
làm I qua ống dây biến thiên bằng cách nối ống dây với nguồn điện một chiều và đóng mạch hoặc ngắt mạch.
Thiết kế các phương án TN để kiểm tra hệ quả từ kiến thức đã biết:
Hình 2.44 Hình 2.45 Hình 2.46 Hình 2.47
Không phát hiện Do sự xuất hiện Hai mạch nhánh Khi ngắt mạch
được sự xuất hiện SĐĐCƯ trên ống có điện trở như đèn không tắt
SĐĐCƯ (Icư) của dây nên đèn Đ1 nhau. Do sự xuất ngay mà lóe sáng
ống dây. không sáng ngay hiện SĐĐCƯ ở trước khi tắt.
khi đóng mạch. ống dây làm đèn
Không phát hiện Đ1 sáng lên chậm
được điều đó. hơn so với đèn Đ2
khi ta đóng mạch.
Thực hiện giải pháp (Tiến hành TN đóng mạch như sơ đồ 3 và ngắt mạch như sơ đồ 4):
Khi ta đóng mạch đèn Đ1 mắc nối tiếp với ống dây sáng lên chậm hơn so với đèn Đ2 nối tiếp với điện trở.
Khi nắt mạch đèn Đ2 không những không tắ ngay mà còn lóe ssngas lên sau đó mới tắt.
Kết luận: Tiến hành TN đóng mạch như sơ đồ 3 và ngắt mạch như sơ đồ 4: Khi dòng điện chạy qua ống dấy biến đổi trong ống dây xuất hiện một SĐĐCƯ (Icư).
Hiện tượng CƯĐT xuất hiện trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó được coi là hiện tượng tự cảm. SĐĐ được sinh ra do hiện tượng tự cảm gọi là SĐĐ tự cảm.
Sơ đồ 2.9. Tiến trình dạy học kiến thức hiện tượng tự cảm
Một vấn đề có thể được nghiên cứu sâu hơn là sự xuất hiện suất điện động tự cảm (dòng tự cảm) trên ống chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian rất ngắn (thời gian đóng, ngắt mạch). Vì vậy, cần có một phương án TN để có thể quan sát được hình ảnh về sự xuất hiện và biến đổi của dòng điện tự cảm. Một TBTN có sẵn ở trường phổ thông có thể được sử dụng để hỗ trợ để tiến hành được TN đó chính là dao động kí điện tử. Có thể lắp ghép TN đó theo sơ đồ như hình 2.48.
Tiến trình xây dựng kiến thức được mô tả bằng sơ đồ 2.9.
2.2.9.4. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: làm nảysinh vấn đềnghiên cứu(làm việcchung cả lớp)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Yêu cầu HS nhắc lại điều kiện xuất - Nhớ để nhắc lại được: Khi Φ qua diện hiện SĐĐCƯ (Icư) trong mạch kín? tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì
trong mạch xuất hiện SĐĐCƯ (Icư)
- Nêu câu hỏi: Khi I chạy qua một ống - Nghe câu hỏi, thảo luận để đưa ra dự dây biến đổi, thì trong ống dây có xuất đoán: Khi I chạy qua một ống dây biến đổi,
hiện SĐĐCƯ (Icư) không? thì trong ống dây có xuất hiện SĐĐCƯ.
- Vấn đề cần nghiên cứu là: Làm thế - Tiếp nhận vấn đề cần nghiên cứu. nào để có thể kiểm nghiệm được dự
mà HS đã đưa ra ?
b) Hoạt động 2: Đề xuất giảipháp giảiquyếtvấn đề (làm việcchung)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Yêu cầu HS đề xuất các giải pháp Thảo luận chung để đưa ra các giải pháp: Gợi ý: Trước hết tìm cách làm cho I - Tạo ra I thay đổi trong ống dây bằng cách
qua ống dây biến thiên. nối với nguồn điện một chiều sau đó đóng
- Cho HS thấy: Nếu tiến hành TN như mạch hoặc ngắt mạch, tương ứng với sơ đồ sơ đồ như hình 2.44 sẽ không phát như hình 2.44.
hiện được sự xuất hiện SĐĐCƯ trong - Phương án mới là phát hiện sự xuất
ống dây. SĐĐCƯ trong ống dây bằng cách quan sát
- Khẳng định với HS: Có thể đèn Đ1 đèn như sơ đồ hình 2.44, HS sẽ phát triển không sáng ngay, nhưng cũng không thành sơ đồ như hình 2.45 và ý định sẽ phát
phát hiện được. hiện được xuất hiện SĐĐCƯ trong ống dây
nhờ quan sát đèn Đ1.
- Xác định phương án đề xuất là khả - Đề xuất phương án như sơ đồ hình 2.45.
thi. Sẽ phát hiện được xuất hiện SĐĐCƯ trong
Gợi ý: Khi ngắt mạch trong ống dây ống dây nhờ quan sát sự sáng lên đồng thời
xuất hiện SĐĐCƯ thì SĐĐCƯ đóng hay không của đèn Đ1 và Đ2.
vai trò như một nguồn điện. - Có thể tiến hành TN kiểm nghiệm sự xuát
hiện SĐĐCƯ trong ống dây khi ngắt mạch theo sơ đồ hình 2.47.
- Xác định phương án TN như hình 2.48 là khả thi.
Hoạt động 3: Tiếnhành các TN vàđưa ra các kếtluận chung củahiệntượng tự cảm (làm việc theo nhóm)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Hướng dẫn để HS nắm được cấu tạo - Chú ý để nắm được cấu tạo của bản mạch của bản mạch in và các bộ phận của in và nhận biết được các bộ phận của
TBTN về tự cảm TBTN về tự cảm.
- Chia lớp thành 6 nhóm và phân công - Các nhóm phân công nhiệm vụ và tiến
nhiệm vụ theo tứng nhóm. hành.
* Nhóm 1 tiến hành TN theo sơ đồ như hình 2.46 khi đóng mạch (với ống dây 500 vòng, 1000 vòng đều có lõi sắt) và nhóm 2 quan sát, ghi chép kết quả TN.
* Nhóm 3 tiến hành TN theo sơ đồ như hình 2.45 khi ngắt mạch (với ống dây 1000 vòng có lõi sắt) và nhóm 4 quan sát, ghi chép kết quả TN.
* Nhóm 5 tiến hành TN theo sơ đồ như hình 2.48 khi ngắt mạch nhưng thay đèn Đ2 bằng Ne (điện áp định mức cở 70V). * Nhóm 6 tiến hành TN theo sơ đồ như hình 2.47 nhưng sử dụng điôt pát quang
(LED) để phát hiện suất điện động tự cảm cùng chiều với suất điện động ngoài khi đóng mạch.
- Yêu cầu các nhóm báo cáo kết quả Các nhóm 2, 4, 5, 6 cử người báo cáo kết
TN quan sát được? (H9.4). quả TN đã quan sát được hoặc nhóm mình
đã tiến hành.
- Yêu cầu HS nêu định nghĩa và các - Tiếp thu yêu cầu, thảo luận để nêu được: đặc điểm của hiện tượng tự cảm? * Hiện tượng CƯĐT trong một mạch điện
(H9.5) do chính sự biến đổi của dòng điện trong
Hợp thức hóa định nghĩa và các đặc mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm. điểm của hiện tượng tự cảm mà HS đã * Hiện tượng tự cảm xuất hiện khi đóng và
quan đưa ra. ngắt mạch.
* Khi ngắt mạch, độ lớn suất điện động tự cảm lớn hơn rất nhiều và cùng chiều so với suất điện động mạch ngoài. Khi đóng mạch, suất điện động tự cảm ngược chiều với suất điện động mạch ngoài.
- Đặt vấn đề: Sụ xuất hiện dòng điện - Theo dõi GV đặt vấn đề, tiếp thu hướng tự cảm trong ống dây chỉ tồn tại một dẫn để lắp ghép và tiến hành TN theo sơ đồ thời gian rất ngắn. Vì vậy, chúng ta như hình 2.47.
cần tìm cách để có thể quan sát được hình ảnh về sự xuất hiện và biến đổi của dòng điện tự cảm. Một TBTN có sẵn ở trường phổ thông có thể hỗ trợ để tiến hành được TN đó chính là dao động kí điện tử.
- Hướng dẫn để HS tiến hành TN theo - Quan sát hình ảnh về sự xuất hiện và biến
sơ đồ như hình 2.48. (H9.6) đổi của dòng điện tự cảm trong ống dây
- Giải thích về hình ảnh trên màn hình trên màn hình dao động kí. dao động kí điện tử.
Hoạt động 4: Xây dựngbiểu thứctính suất điện động tựcảm và hệsốtựcảm (làm việc cá nhân tự đọc ở nhà)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- GV yêu cầu HS về nhà tự đọc để xây - HS về nhà tự đọc tài liệu để tính suất điện dựng biểu thức tính suất điện động tự động tự cảm và hệ số tự cảm để trả lời
lời được câu hỏi 2, 3, 4 và giải được bản thu hoạch đúng thời hạn. các bài tập 1, 2, 3 SGK. GV đánh giá
kết quả tự học bằng việc chấm bản thu hoạch và kiểm tra vấn đáp (H9.7).