- Dễ dàng suy ra được trong trường hợp v hợp với b một góc thì biểu thức tính ec là:
2.2.8. Tiến trình dạy học kiến thức về các giải pháp làm giảm tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô
hại của dòng điện Fu-cô
2.2.8.1. Mục tiêu
a) Mục tiêu về mặt kiến thức:
Nêu được các cách giảm tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô.
b) Mục tiêu về mặt kĩ năng:
Lắp ghép, tiến hành đước các TN kiểm nghiệm các cách giảm tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô.
2.2.8.2. 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:
Sử dụng tất cả các bộ phận của TBTN như trong tiến trình dạy học về sự xuất hiện và các hiệu ứng của dòng điện Fu-cô (mục 2.3.5.2). Ngoài ra, phải bổ sung thêm một số chi tiết sau:
Thanh nhôm dày 300mm, phía dưới gắn tấm nhôm mỏng có xẻ nhiều rãnh và phía trên có gắn ổ bi;
Đĩa nhôm tròn xẻ nhiều rãnh theo phương các bán kính;
Khối thép hình chữ I được ghép từ nhiều lá thép cách điện với nhau.
b) Các thí nghiệm cần tiến hành:
TN về dao động của tấm nhôm liền khối và tấm nhôm được xẻ nhiều rãnh trong không khí và trong từ trường.
TN về sự quay theo tương đối của đĩa nhôm xẻ nhiều rãnh và đĩa có gắn các nam châm gốm nằm đối diện nhau.
TN về sự nóng lên của khối thép đặc và khối thép được ghép từ nhiều lá thép cách điện với nhau khi đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian.
Trước hết, khẳng định với HS là: Hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng lực mà dòng điện Fu-cô gây ra trong một số ứng dụng là có lợi nhưng trong một số trường hợp là có hại đến các chi tiết của máy. HS phải chỉ ra một số tác hại trong một vài trường hợp cụ thể (vỏ máy động cơ điện, máy phát điện, máy biến thế nóng lên, gây tổn hao năng lượng và thậm chí gây cháy. Lực hãm Fu-cô làm cho máy hoạt động yếu).
HS đã biết:
Dòng điện Fu-cô gây ra hiệu ứng lực và hiệu ứng nhiệt trong một số TBKT các hiệu ứng này là có hại, không mong muốn.
Đề xuất giải pháp:
Vấn đề cần nghiên cứu:
Có những cách (giải pháp) nào để làm giảm các tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô?
Thông báo (kết hợp với việc nhớ lại kiến thức cấu tạo về máy biến thế đã học ở lớp 9) các cách (giải pháp kĩ thuật) chung để làm giảm cường độ dòng điện Fu-cô (bằng cách làm tăng điện trở của vật dẫn): Xẻ rãnh, khoét lỗ, khối kim loại; Thay khối kim loại đặc bằng khối kim loại được ghép từ nhiều lá kim loại cách điện với nhau.
Thiết kế các phương án TN kiểm tra tính đúng đắn của các giải pháp chung đã nêu: Trong các trường hợp đã xét khi nghiên cứu về hiện tượng xuất hiện dòng điện Fu- cô
Phương án TN 1: TN về dao động của tấm nhôm trong từ trường: Thay tấm nhôm liền khối bằng tấm nhôm được xẻ nhiều rãnh thì nó sẽ tắt dao động trong từ trường lâu hơn.
Phương án TN 2:
TN về sự quay theo tương đối của đĩa nhôm, khi đĩa nam châm nằm đối diện với nó quay, nếu thay đĩa nhôm liền khối bằng đĩa nhôm được xẻ nhiều rãnh dọc theo các bán kính đĩa thì đĩa sẽ quay theo nhưng chậm hơn.
Phương án TN 3:
TN về sự nóng lên của khối thép đặc và khối thép được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian của nam châm điện, khi thay khối thép đặc bằng khối thép (được ghép từ nhiều lá thép cách điện) đặt vuông góc với các đường sức từ thì nhiệt độ khối thép tăng lên ít hơn.
Thực hiện giải pháp đã đề xuất: Tiến hành các TN để kiểm tra tính đúng đắn của các giải pháp chung đã nêu:
TN 1: Tấm TN 2: Đĩa nhôm
nhôm được xẻ được xẻ nhiều rãnh nhiều rãnh duy dọc theo các bán trì dao động kính đía thì đĩa quay
lâu hơn trong theo nhưng chậm
từ trường so hơn so với đĩa nhôm với tấm nhôm liền khối khi đĩa
liền khối nam châm nằm đối
diện quay.
TN 3: - Khối thép (được ghép từ nhiều lá thép cách điện) được đặt sao cho các lá thép vuông góc với các đường sức từ thì nhiệt độ khối thép tăng lên khoảng 120C (ít hơn nhiều so với khối thép đặc);
Nếu khối thép đó được đặt sao cho các lá thép song song với các đường sức từ thì nhiệt độ khối thép tăng lên không đáng kể.
Kết luận: Để làm giảm tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô gây ra trong khối vật dẫn, người ta làm giảm cường độ dòng điện Fu-cô (nhờ làm tăng điện trở của khối vật dẫn đối với dòng điện Fu-cô) bằng cách xẻ rãnh, khoét lỗ khối vật dẫn. Ghép từ nhiều lá cách điện với nhau
Sơ đồ 2.8. Tiến trình dạy học kiến thức về các giải pháp làm giảm tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô HS sẽ đưa ra lập luận để làm giảm tác hại của dòng điện Fu-cô. Trước hết, cần phải làm giảm cường độ dòng điện Fu-cô, tức là làm tăng điện trở của khối vật dẫn. Dựa vào TN3.1a, TN3.2a, TN3.3a HS đã tiến hành. HS sẽ đề xuất giải pháp làm tăng điện trở của khối vật dẫn bằng cách: Xẻ rãnh, khoét lỗ hay thay khối kim loại đặc bằng khối kim loại được ghép từ nhiều lá kim loại cách điện với nhau. Cũng dựa vào các TN đã tiến hành các em dễ dàng đề xuất được các phương án TN như: TN3.1b, TN3.2b, TN3.3b.
Sau khi các nhóm HS lắp ghép và tiến hành các thí nghiệm (TN3.1b, TN3.2b, TN3.3b), GV yếu cầu HS báo cáo kết quả quan sát được. Đưa ra giải pháp chung làm giảm tác hại của dòng điện Fu-cô là tăng điện trở khối vật dẫn.
Tiến trình xây dựng kiến thức về các giải pháp làm giảm tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô nêu trên được thể hiện bằng sơ đồ 2.8.
Hoạt động 1:Đưa ra các phương án làm giảm tác dụngcó hạicủadòngđiện Fu-cô (thảo luận chung cả lớp)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Thông báo cho HS biết: Hiệu ứng - Tiếp thu thông báo và ghi lại. nhiệt và hiệu ứng lực của dòng điện
Fu-cô gây ra trong một số ứng dụng là có lợi nhưng trong một số trường hợp là có hại đến các chi tiết của máy.
- Nêu câu hỏi: Hãy chỉ ra một số tác - Nghe câu hỏi và tập trung thảo luận chung hại do dòng điện Fu-cô gây ra trong cả lớp, chú ý khai thác được vốn hiểu biết một vài trường hợp cụ thể? (H8.1) trong thực tiễn của mỗi cá nhân để nêu được Gợi ý cho các em trong quá trình thảo một số trường hợp cụ thể: vỏ máy động cơ luận chú ý khai thác được vốn hiểu điện, máy phát điện, máy biến thế nóng lên, biết trong thực tiễn của mỗi cá nhân. gây tổn hao năng lượng và thậm chí gây cháy. Lực hãm Fu-cô làm giảm tốc độ quay của máy, làm cho máy hoạt động có hiệu suất thấp.
* Nhận xét một số trường hợp có hại - Nghe nhận xét và tiếp nhận vấn đề nghiên cụ thể mà HS nêu ra là chính xác. Vấn cứu.
đề đặt ra là: Có cách nào làm giảm các tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô? (H8.2)
* Có thể, gợi ý để HS đưa ra được lập * Tiếp thu gợi ý của GV và thảo luận chung luận để làm giảm tác hại mà dòng điện để đưa ra được lập luận: Muốn làm giảm tác gây thì trước hết phải làm giảm cường hại của dòng điện Fu-cô thì phải làm giảm độ dòng điện hoặc giảm thời gian tồn cường độ dòng điện Fu-cô, tức là làm tăng
tại của nó. điện trở của khối vật dẫn.
* Tiếp tục gợi ý, để HS đề xuất được * Làm tăng điện trở của khối vật dẫn bằng các cách làm tăng điện trở của các cách: Xẻ rãnh, khoét lỗ hay thay khối kim
khối vật dẫn. loại đặc bằng khối kim loại được ghép từ
nhiều lá kim loại cách điện với nhau.
- Khẳng định các cách làm tăng điện - Lắng nghe khẳng định của GV và dựa vào trở của khối vật dẫn có tính khả thi và các TN: TN3.1a, TN3.2a, TN3.3a, một cách yêu cầu HS đề xuất các phương án tương tự, HS đễ dàng đề xuất được các
TN. phương án TN bằng cách: Trong TN3.1a,
- Chính xác hóa, bổ sung hoàn chỉnh thay tấm nhôm liền khối bằng đĩa nhôm xẻ các phương án TN, HS đã đề xuất và rãnh; Trong TN3.2a thay đĩa nhôm liền khối
hướng dẫn cho HS ba phương án TN: TN3.1b, TN3.2b, TN3.3b.
bằng đĩa nhôm xẻ rãnh. Trong TN3.3a thay khối thép đặc bằng khối thép được ghép từ nhiều lá thép cách điện vơi nhau.
Lắng nghe và ghi chép vào vở
Hoạt động 2: Tiếnhành các TN kiểm nghiệmcác giảiphápđã đềxuất(Hoạt động theo nhóm và hoạt động cá nhân)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Giới thiệu các bộ phận TBTN cần bổ - Theo dõi để biết được các bộ phận TBTN
sung để tiến hành các TN. cần sử dụng thêm.
Phân công nhiệm vụ để các nhóm lắp - Các nhóm thực hiện nhiệm vụ: lắp ghép, ghép và tiến hành TN: Nhóm 1, 2: TN tiến hành TN và tập trung quan sát, mỗi cá 3.1b; Nhóm 3, 4: TN 3.2b; Nhóm 5, nhân ghi chép lại kết quả TN nhóm mình
6: TN 3.3b. (H6.3) tiến hành.
Theo dõi, hướng dẫn gợi ý để các nhóm lắp ghép, tiến hành và quan sát TN được chính xác.
Yêu cầu các nhóm cử người nêu kết - Cử người báo cáo kết quả TN quan sát quả TN nhóm mình tiến hành và quan được.
sát được? (H6.4) * Kết quả TN 3.1b: Hai tấm nhôm dao động
trong không khí có thời gian duy trì dao động bằng nhau (khoảng 3 phút), khi dao động trong từ trường tấm nhôm xẻ rãnh duy trì dao động lâu hơn so với tấm nhôm liền khối.
* Kết quả TN 3.2b: Khi đĩa có gắn các nam châm gốm quay thì đĩa nhôm xẻ rãnh quay theo chậm hơn so với đĩa nhôm liền khối. Ngược lại, khi đĩa được xẻ nhiều rãnh quay đĩa có gắn các nam châm cũng quay theo yếu hơn khi quay theo đĩa nhôm liền khối. * Kết quả TN 3.3b: Sau 5 phút với khối sắt được ghép từ nhiều lá đặt theo chiều song song với các đường sức từ trường nóng lên không đáng kể (khoảng 50),
nếu đặt khối sắt đó theo chiều vuông góc với các đường sức từ trường thì nó nóng lên
khoảng nhiều hơn (khoảng 120).
- Khẳng định các kết quả các nhóm đã - Lắng nghe bổ sung của GV. quan sát, báo cáo là chính xác và
khách quan. Kết quả các TN cho thấy các giải pháp đã đề xuất là có hiệu quả. Đối với khối kim loại được ghép từ nhiều lá kim loại cách điện với nhau, để giảm được tác hại của Fu-cô phải đặt sao cho các lá kim loại nằm theo phương song song với các đường sức từ.