8. Bố cục của luận văn
2.2.Soạn thảo một số bài tập thực tiễn chương Từ trường, vật lí 11
Vận dụng các nguyên tắc và quy trình khai thác, xây dựng bài tập có nội dung thực tế được trình bày trong chương 1, chúng tôi đã tiến hành khai thác, xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực tế của phần Từ trường gồm 36 bài cho các bài học khác nhau và với các hình thức thể hiện khác nhau. Do khuôn khổ của luận văn nên ứng với mỗi hình thức thể hiện bài tập có nội dung thực tế, chúng tôi tiến hành giải 1 hoặc 2
bài tập theo quy trình giải đã trình bày trong chương 1 để minh họa, các bài tập còn lại chúng tôi hướng dẫn giải ở phần phụ lục 1.
2.2.1. Bài tập phát triển khả năng phân tích tình huống, phát hiện vấn đề và phát biểu vấn đề cần giải quyết.
Bài tập 1: Trong đêm tối âm u, không trăng sao, giữa biển khơi mênh mông một người muốn đi điều khiển thuyền về hướng Tây, trong túi người đó có đồng hồ, quần áo, lương thực, đèn pin, một kim nam châm. Người đó phải làm gì để xác định hướng đi khi đó?
Mục đích của BT
Giúp HS nhận biết được sự có mặt, đặc điểm, vai trò của từ trường. Mô tả được một số đặc điểm của từ trường.
Phân tích hiện tượng vật lí có trong bài - Trái đất sinh ra từ trường với hai cực Nam, Bắc
- Khi đặt thanh nam châm ngoài môi trường thì nó sẽ hướng theo đường sức của từ trường trái đất.
Chỉ ra các dữ kiện và ẩn số
- Dữ kiện đầu bài cho: Thanh nam châm, từ trường của trái đất - Yếu tố cấn tìm: Xác định hướng Tây
Huy động những kiến thức liên quan.
Từ trường, đường sức từ trường, tương tác của thanh nam châm với từ trường của trái đất.
Lập luận giải
- Đặt kim nam châm lên trục sao cho kim nam châm xoay tự do quanh trục thẳng đứng.
- Đầu mầu đỏ kim nam châm chính là cực Nam của nam châm, nó chỉ về địa cực Bắc của Trái đất (Cực Bắc của Trái đất lệch đi 110 về hướng Đông ).
- Đứng nhìn về cực Bắc, giang tay trái sang ngang, tay trái chỉ hướng tây).
Khả năng sử dụng BTTT trong DH nhằm phát triển NL GQVĐ của HS
Bài tập này có thể được sử dụng trong các giai đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc vận dụng kiến thức để GQVĐ khi dạy học bài “Từ Trường”.
Bài tập 2: Có hai thanh kim loại giống hệt nhau. Một thanh bằng thép đã bị nhiễm từ, một thanh thì không. Chỉ với hai thanh này có thể phân biệt được thanh kim loại nhiễm từ không.
Mục đích của BT
Giúp HS nhận biết được sự có mặt, đặc điểm, vai trò của đường sức từ trường. Mô tả được một số đặc điểm của đường sức từ trường.
Phân tích hiện tượng vật lí có trong bài
Thanh kim loại bị nhiễm từ sẽ trở thành một nam châm, nó có khả năng hút thanh kim loại hoặc nam châm khác.
Chỉ ra các dữ kiện và ẩn số
- Dữ kiện đầu bài cho: Hai thanh kim loại như nhau, một thanh nhiễm từ, một thanh không.
- Yếu tố cần tìm: Xác định đâu là thanh kim loại bị nhiễm từ, đâu là thanh kim loại không bị nhiễm từ.
Huy động những kiến thức liên quan.
Từ trường, đường sức từ trường, tương tác của thanh nam châm với từ trường của trái đất.
Lập luận giải
Đặt thanh kim loại vào gần chính giữa của thanh kim loại cùng loại:
- Nếu hai thanh hút nhau thì chưa xác định được đâu là thanh bị nhiễm từ, đâu là thanh còn lại.
- Nếu hai thanh không hút nhau thì thanh đặt cố định bị nhiễm từ, thanh còn lại không bị nhiễm từ. Vì tập hợp những điểm cách đều hai cực Bắc, Nam của thanh nam châm sẽ có cường độ từ trường tổng hợp bị triệt tiêu nên hai thanh sẽ gần như không tương tác với nhau.
Khả năng sử dụng BTTT trong DH nhằm phát triển NL GQVĐ của HS
Bài tập này có thể được sử dụng trong các giai đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc vận dụng kiến thức để GQVĐ khi dạy học bài “Từ Trường”.
Bài tập 3: Nam châm điện được sử dụng làm cần cẩu ở bến cảng. Tại sao cần cẩu đó lại cẩu được các vật bằng kim loại? Đôi khi vật nặng không rời nam châm khi đã ngắt điện. Vì sao? Khắc phục hiện tượng đó như thế nào?
Hình 2.1. Cấu tạo bóng hình của màn hình CRT
Giúp HS nhận biết được sự có mặt, đặc điểm, vai trò của lực từ. Mô tả được một số đặc điểm của lực từ.
Phân tích hiện tượng vật lí có trong bài
Khi một nam châm đặt gần vật bằng kim loại, vật bằng kim loại cũng sẽ bị nhiễm từ tính. Kết quả là nam châm có thể hút được vật bằng kim loại đó.
Chỉ ra các dữ kiện và ẩn số
- Dữ kiện đầu bài cho: Cần cẩu làm từ nam châm điện.
- Yếu tố cần tìm: Xác định tại sao nam châm điện có thể hút được kim loại và sau khi ngắt dòng điện ở nam châm điện thì kim loại vẫn có khả năng bị hút.
Huy động những kiến thức liên quan. Kiến thức về lực từ, hiện tượng từ hóa, từ dư.
Lập luận giải
- Khi cho dòng điện chạy qua nam châm điện thì nam châm điện có khả năng sinh ra từ trường.
- Từ trường tạo ra bởi nam châm điện có khả năng làm từ hóa khối kim loại khi chúng đặt gần nhau, kết quả là khối kim loại bị nhiễm từ trường.
- Khi hai vật có từ tính dặt gần nhau thì tác dụng lực từ lên nhau. Trong trường hợp này lực từ tương tác giữa chúng có bản chất là lực hút.
- Khi ngắt dòng điện khỏi nam châm điện có thể hai vật vẫn chưa bị tách rời nhau là do hiện tượng từ dư từ lõi sắt của nam châm điện.
Khả năng sử dụng BTTT trong DH nhằm phát triển NL GQVĐ của HS
Bài tập này có thể được sử dụng trong các giai đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc vận dụng kiến thức để GQVĐ khi dạy học bài “Lực Từ”.
2.2.2. Bài tập phát triển khả năng đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề.
Bài tập 4: Trong bóng hình của màn hình CRT dòng electron chuyển động từ catot đến đập vào các điểm ảnh trên màn hình, quá trình này làm phát sáng những điểm ảnh, nhờ đó màn hình mới hiển thị những hình ảnh. Vậy, để điều khiển dòng electron đập vào những điểm ảnh nhất định thì người ta phải làm thế nào? Hãy giải thích cơ chế của quá trình đó?
Mục đích của BT
- Giúp HS biết cách thu thập thông tin, xử lí thông tin liên quan tới vấn đề chuyển động của dòng electron trong bóng hình của màn hình CRT.
- Tìm ra kiến thức, phương pháp vật lí hoặc liên môn cần cho quá trình GQVĐ liên quan đến chuyển động của dòng electron trong bóng hình của màn hình CRT.
- Đề xuất và lựa chọn được giải pháp giải quyết được vấn đề đặt ra.
Phân tích hiện tượng vật lí có trong bài
Trong quá trình dòng electron chuyển động từ anot tới bề mặt màn hình hiển thị, dòng chuyển động này bị điều khiển bởi từ trường gây bởi những cuộn dậy đặt quanh ống phóng.
Chỉ ra các dữ kiện và ẩn số
- Dữ kiện đầu bài cho: dòng chuyển động của electron, cuộn dây quấn quanh cổ của ống phóng
- Yếu tố cấn tìm: Xác định nguyên nhân người ta điều khiển được dòng chuyển động
Huy động những kiến thức liên quan.
Từ trường, đường sức từ trường, tương tác của electron với từ trường ngoài
Lập luận giải
- Người ta có thể điều khiển được dòng chuyển động của electron vì người ta đã dùng từ trường ngoài.
- Khi electron chuyển động trong từ trường ngoài, nó sẽ chịu tác dụng bởi lực Lorenxơ. Bằng việc điều khiển cường độ, phương chiều tác dụng của từ trường ngoài mà ta có thể điều khiển dòng electron quét qua những điểm ảnh mong muốn trên màn hình.
Khả năng sử dụng BTTT trong DH nhằm phát triển NL GQVĐ của HS
Bài tập này có thể được sử dụng nhằm phát triển khả năng đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề khi dạy học bài “Lực Lorenxơ”.
Bàitập 5:Làm thế nào để tạo được nam châm điện mạnh với điều kiện dòng điện đưa vào nam châm tương đối yếu.
Mục đích của BT
- Giúp HS biết cách thu thập thông tin, xử lí thông tin liên quan tới độ mạnh yếu của từ trường gây bởi mọt nam châm điện.
- Tìm ra kiến thức, phương pháp vật lí hoặc liên môn cần cho quá trình GQVĐ liên quan đến độ mạnh yếu của từ trường gây bởi một nam châm điện.
- Đề xuất và lựa chọn được giải pháp nhằm thu được một nam châm điện mạnh với điều kiện dòng điện đưa vào nam châm tương đối yếu.
Phân tích hiện tượng vật lí có trong bài
Khi dòng điện chạy trong cuộn dây quấn trên lõi sắ non thì dòng điện đó sẽ sinh ra từ trường. Từ trường này có thể hút được những vật làm từ sắt trong phạm vi tác dụng của từ trường mà nó sinh ra.
Chỉ ra các dữ kiện và ẩn số
- Dữ kiện đầu bài cho: Từ trường được sinh ra từ cuộn dây điện quấn trên lõi sắt non có dòng điện chạy qua.
- Yếu tố cấn tìm: Xác định nguyên nhân gây ra từ trường, từ trường đó phụ thuộc vào những yế tố nào. Ta có thể chế tạo được một nam châm điện mạnh nếu dòng điện cũng cấp có cường độ tương đối yếu không?
Huy động những kiến thức liên quan. Từ trường, các yếu tố ảnh hưởng đến từ trường.
Lập luận giải
- Ta có thể chế tạo được một nam châm điện tương đối mạnh nếu dòng điện đi vào tương đối yếu.
- Có hai yếu tố ảnh hưởng đến độ mạnh, yếu của từ trường gây bởi một nam châm điện. Yếu tố thứ nhất là cường độ dòng điện. yếu tố thứ ha là số vòng dây của cuộn dây. Bằng cách tăng số lượng vòng dây ta có thể tạo ra được một nam châm điện có từ trường đủ mạnh.
Khả năng sử dụng BTTT trong DH nhằm phát triển NL GQVĐ của HS
Bài tập này có thể được sử dụng nhằm phát triển khả năng đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề khi dạy học bài “Từ Trường”.
Bài tập 6: Nam châm khi bị nung đỏ có còn hút được sắt không? Vì sao?
Mục đích của BT
- Giúp HS biết cách thu thập thông tin, xử lí thông tin liên quan tới điều kiện tồn tại từ rường của nam châm.
- Tìm ra kiến thức, phương pháp vật lí hoặc liên môn cần cho quá trình GQVĐ liên quan đến độ mạnh yếu của từ trường gây bởi một nam châm.
- Đề xuất và lựa chọn được giải pháp nhằm chỉ ra mối liên hệ giữa sự tồn tại của từ tính và nhiệt độ của thanh nam châm.
Phân tích hiện tượng vật lí có trong bài
Khả năng tác dụng từ tính của nam châm phụ thuộc vào nhiệt độ của thanh nam châm đó.
Chỉ ra các dữ kiện và ẩn số
- Dữ kiện đầu bài cho: Từ trường được sinh ra từ một thanh nam châm.
- Yếu tố cấn tìm: Xác định khi nhiệt độ của thanh nam châm tăng lên cao thì nó còn giữ được từ tính nữa không?
Huy động những kiến thức liên quan. Từ trường, các yếu tố ảnh hưởng đến từ trường.
Lập luận giải
- Từ tính của một thanh nam châm phụ thuộc vào nhiệt độ của thanh nam châm ấy. Khi thanh nam châm tăng cao thì làm từ tính của nó bị mất dần, do đó khi nhiệt độ tăng cao thanh nam châm không còn có khả năng hút được sắt.
Khả năng sử dụng BTTT trong DH nhằm phát triển NL GQVĐ của HS
Bài tập này có thể được sử dụng nhằm phát triển khả năng đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề khi dạy học bài “Từ Trường”.
2.2.3. Bài tập phát triển khả năng thực hiện giải pháp.
Bài tập 7: Với các dụng cụ: một thước đo độ, thước đo chiều dài, một cái cân, một ampe kế, acquy, thanh kim loại và dây dẫn. Hãy thiết kế thiết bị đo cảm ứng từ của nam châm chữ U.
Mục đích của BT
- Giúp HS biết cách lập kế hoạch thực hiện quá trình xác định từ trường gây bởi một thanh nam châm hình chữ U tại tâm của nó.
- Giúp HS thực hiện được những kế hoạch đã lập ra từ trước và điều chỉnh nó cho phù hợp trong quá trình xác định từ trường gây bởi thanh nam châm hình chữ U.
Phân tích hiện tượng vật lí có trong bài
- Từ trường tác dụng lực lên một thanh kim loại có dòng điện chạy qua đặt trong nó. - Các lực tác dụng lên thanh kim loại khi đặt trong điện trường ở trạng thái cân bằng
Chỉ ra các dữ kiện và ẩn số
- Yếu tố cấn tìm: Xác định cách bố trí thí nghiệm để thu được kết quả mong muốn góc hợp bởi phương của sợi dây và phương thẳng đứng khi thanh kim loại ở trạng thái cân bằng trọng lực P lực từ tác dụng độ lớn của cảm ứng từ.
Huy động những kiến thức liên quan.
Từ trường, lực tác dụng của từ trường lên thanh kim loại có dòng điện chạy qua khi đặt trong nó, lực tổng hợp tác dụng lên thanh kim loại ở trạng thái cân bằng, nội dung định luật Newton 2.
Lập luận giải
Nối hai đầu thanh kim loại với dây dẫn cho tiếp xúc với nhau có thể truyền điện được. Cân khối lượng của thanh kim loại và 2 dây nối, đo chiều dài thanh kim loại l. Treo hai dây dẫn lên giá đỡ sao cho thanh kim loại nằm giữa hai nhanh nam châm chữ U như hình vẽ trên, thanh vuông góc với các đường sức từ. Treo một sợi dây dọi thẳng đứng. Nối 2 đầu dây với 2 cực nguồn điện, trên đó nối tiếp một ampe kế và biến trở. Thanh kim loại bị đẩy lệch về một bên. Đặt vào hệ thống thước đo độ đo góc lệch giữa dây treo và phương thẳng đứng.
Khi đó theo điều kiện cân bằng các lực tác dụng lên thanh kim loại có độ lớn là: F = Ptan
Đọc số chỉ Ampe kế ta biết được cường độ dòng điện I. Tính B theo công thức: tan F mg F BIl B Il Il
Ghi giá trị B thu được và tiến hành lại 5 lần.
Khả năng sử dụng BTTT trong DH nhằm phát triển NL GQVĐ của HS
Bài tập này có thể được sử dụng nhằm phát triển khả thực hiện giải pháp của bài “Từ Trường”.
Bài tập 8: Cho một khung dây đã biết số vòng, một khung dây không biết số vòng nhưng bạn đang muốn làm ra một khung dây giống hệt như thế, vì thế bạn cần tính toán chiều dài dây điện để quấn khung. Với bộ cân lực từ có trong phòng thí nghiệm, bạn hãy xác định chiều dài dây cần thiết.
Bài tập 9: Bạn có thể xác định cường độ dòng điện qua một dây dẫn khi không có ampe kế mà chỉ có một cái cân đòn, các quả cân, nguồn điện, thước đo, cân đồng hồ nhạy có thể cân khối lượng chính xác tới 0,1g và cả biến trở nếu bạn cần sử dụng. Bạn có thể thêm vào vật nặng khi cân.
2.2.4. Bài tập phát triển khả năng đánh giá và hoàn thiện quá trình GQVĐ và đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự.
Bài tập 10: Với các dụng cụ: một thước đo độ, thước đo chiều dài, một cái cân, một