8. Cấu trúc của luận văn
2.2.2. Xây dựng các bài tập thực tế
CÁC TÌNH HUỐNG/BÀI TẬP PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC VÀO THỰC TIỄN
Chủ đề: Cảm ứng điện từ - Vật lý 11 Bài tập 1: Bếp từ
Bếp từ là dụng cụ nhà bếp được nhiều gia đình trên thế giới tin dùng và ưa chuộng vì sự tiện lợi, độ an toàn cao, cùng nhiều tính năng đa dạng mà các dòng bếp khác không có được. Với nhiều ưu điểm vượt trội bếp từ đang dần thay thế các dụng
27
cụ đun nấu khác như bếp gas, bếp than...
Bếp từ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ dòng điện Fu-cô. Khi bếp bắt đầu hoạt động, dòng điện chạy qua cuộn dây đồng đặt dưới mặt kính và sinh ra dòng từ trường trong phạm vi vài milimet trên mặt bếp. Đáy nồi làm bằng vật liệu nhiễm từ nằm trong phạm vi này được dòng từ trường tác động khiến các phân tử nhiễm từ ở đấy nồi giao động mạnh và tự sinh ra nhiệt. Nhiệt lượng này chỉ có tác dụng với đáy nồi không tác động vào mặt kính và hoàn toàn không thất thoát ra môi trường. Không giống như những phương thức nấu ăn khác, nấu trên bếp từ chỉ có nồi được làm nóng, còn bề mặt bếp hoàn toàn cách nhiệt. Nhiệt độ của bếp không bao giờ cao hơn nhiệt đột của đáy nồi. Thực tế, đáy nồi được chuyển hóa từ năng lượng từ trường sang năng lượng nhiệt. Lượng điện tiêu thụ chuyển hóa lên tới 90-96% thành lượng nhiệt đun nấu, tiết kiệm điện. Cũng chính vì vậy, bếp từ chỉ có thể sử dụng được với các loại nồi có đáy bằng kim loại hoặc vật liệu nhiễm từ.
(https://bepviet.vn/Kinh-nghiem-hay/Bep-dien-tu/nguyen-ly-hoat-dong-cau-tao- cua-bep-tu)
Câu 1: Bếp từ có cấu tạo như thế nào? Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của bếp từ? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – Giải thích một vấn đề thực tiễn)
Hình 2.1. Nguyên lí làm việc của bếp từ
Trả lời:
– Cấu tạo của bếp từ gồm:
+ Thiết kế bếp từ: thiết kế với nhiều hình dạng khác nhau tùy theo từng loại bếp đơn, bếp đôi, bếp 3, bếp 4 mà sẽ có cấu tạo là hình vuông, hình chữ nhật, hình
28 oval hoặc hình quả đỗ.
+ Mâm nhiệt: được coi là bộ phận linh kiện quan trọng bậc nhất trong cấu tạo của bếp từ. Bộ phận này góp phần sinh nhiệt và đảm bảo độ ổn định, độ bền cũng như an toàn cho quá trình sử dụng bếp từ.
+ Quạt làm mát: là bộ phận đóng vai trò vô cùng quan trọng góp phần cân bằng nhiệt độ trong suốt quá trình bếp hoạt động với công suất cao. Bộ phận này giúp bảo vệ các linh kiện và đảm bảo cho bếp từ hoạt động ổn định cũng như có tuổi thọ cao nhất.
+ Bo mạch bếp từ: là bộ phận có kích thước lớn nhất, dễ thấy nhất và có kết cấu phức tạp nhất.
+ Mặt kính bếp từ: là bộ phận có công năng bảo vệ thân bếp và các linh kiện trong bếp
– Nguyên tắc hoạt động của bếp từ:
+ Khi có dòng điện biến thiên đi qua cuộn dây, xung quanh cuộn dây sẽ tạo nên từ trường biến đổi tương tác với nồi làm bằng vật liệu dẫn từ sinh ra lượng nhiệt lớn, nhiệt lượng đó sẽ làm chín các thức ăn bên trong nồi.
+ Từ trường biến đổi sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng và dòng cảm ứng đó gọi là dòng điện Fu-cô, dòng Fu-cô sẽ làm cho đáy nồi sinh nhiệt khá lớn.
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K1), (V1)
vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: Từ thông – cảm ứng từ và vận dụng được nội dung của bài đã học để giải thích được nguyên tắc làm việc của bếp từ.
Câu 2: Tại sao bếp từ lại phải kèm theo nồi riêng của bếp? Nếu không sử dụng đúng nồi thì sẽ xảy ra hiện tượng gì cho bếp? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – Đánh giá một vấn đề thực tiễn)
Trả lời:
– Bếp hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng dòng điện từ để làm nóng trực tiếp nồi nấu. Do đó, nồi nấu bếp từ phải được chế tạo từ các vật liệu như thép, gang, men, sắt, thép không gỉ hoặc inox với bề mặt đáy phẳng và có đường kính từ 10 cm. Chỉ khi dùng đúng nồi, bếp mới cho hiệu suất truyền nhiệt cao và ít gây tổn thất nhiệt.
– Không nên dùng các dụng cụ nấu nướng bằng thủy tinh, đồng, nhôm hoặc nồi có đáy cong hay lõm và đường kính nhỏ hơn 10 cm cho bếp từ. Các loại nồi này sẽ
29
không làm nóng được trên bếp từ hoặc có hiệu suất sinh nhiệt thấp; và khi nhiệt lượng tạo ra không đủ có thể khiến cuộn dây của bếp nóng lên, gây nguy hiểm cho bếp (chập mạch, cháy nổ).
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K4), (V2)
vì ở đây HS phân tích được hiện tượng Vật lí về bếp từ và vận dụng được nội dung đó để đánh giá được việc sử dụng đúng loại bếp của bếp từ.
Câu 3: Em hãy so sánh nguyên tắc hoạt động của bếp từ với bếp ga? Tại sao bếp từ lại an toàn hơn các loại bếp khác? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – Đánh giá một vấn đề thực tiễn)
Trả lời:
Nội dung Bếp ga Bếp từ
Hoạt động
- Khi gas từ đường ống dẫn khí được nối tới các vòi phun của bếp dưới mâm chia lửa. Khi vặn công tắc, bộ phận gốm áp điện hoặc một mạch điển tử tạo ra tia lửa bắt vào dòng khí.
- Dòng Fu-cô này sẽ làm cho vật ( đáy nồi) sinh nhiệt tương đối lớ vì ta có thể xem đáy nồi là cuộn dây thứ cấp có điện trở rất nhỏ, các electron di chuyển với tóc độ cao sẽ va đập lẫn nhau nên sinh nhiệt làm đáy nồi tự nóng lên và làm chín thức ăn bên trong. Với nguyên lí hoạt động này bếp từ chỉ đun được trên các nồi inox có đáy nhiễm điện.
An toàn Độ an toàn thấP Độ an toàn cao
– Bếp từ an toàn hơn các loại bếp khác vì:
+ Mặt kính được thiết kế bằng chất liệu cao cấp + Sử dụng bộ phận cảm biến nhiệt độ
+ Có chức năng khóa bàn phím child lock – khóa trẻ em
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K4), (V2)
vì ở đây HS phân tích và so sánh được các loại bếp khác nhau và vận dụng được nội dung đó để đánh giá được các loại bếp khác nhau.
30
Câu 4 :Bếp từ Munchen MC 200i công suất định mức là 2100W, đun sôi 2 lít nước từ
20 độ C đến 95 độ C trong vòng 5,3 phút biết nhiệt dung riêng của nước 4200J/kg. a. Tính nhiệt lượng do dòng Fuco tỏa ra để đun nóng nước ?
b. Tính nhiệt lượng thực tế của bếp từ
c. Nếu hằng ngày, sử dụng bếp từ để nấu 10 lít nước thì số tiền điện phải trả cho việc sử dụng bếp từ trong 30 ngày là bao nhiêu ( biết mức giá bán lẻ bình quân là
1.622 đồng / Kwh) (NL tính toán)
(http://beptunhapkhau.com/bep-dien-tu-munchen-mc-200i)
Trả lời:
a. Nhiệt lượng do dòng Fuco tỏa ra để đun nóng nước là: Q = m.c.∆𝑡 = 2.4200.75 = 630KJ
b. Nhiệt lượng thực tế của bếp từ là:
H = 95%. Qthực tế = 630. 95% = 598.5 KJ c. Số tiền điện phải trả là:
A = P.t = 2100. 5,3
60 . 30 . 5 = 83475 Wh = 83,475 KWh T = 83,475 . 1662 = 138735,45 ( đồng)
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực tính toán, năng lực (K2), (V2) vì ở đây HS trình bày quá trình vật lí theo hình thức tính toán và vận dụng được nội dung đó để đánh giá được số tiền điện phải trả.
Bài tập 2: Phanh điện từ
Phanh phụ (phanh điện từ) hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ. Nguyên tắc này hoạt động giống như nguyên lý hoạt động của máy phát vậy ấy nhưng mà nó hoạt động theo cơ chế ngược lại. Khi ta đưa dòng điện vào cuộn cảm lúc này sẽ sinh ra lực điện từ trong Rotor và làm Rotor hoạt động. Hiện nay, phanh điện từ được ứng dụng phổ biến trong xe máy, oto, tàu hỏa hay thang máy.
31
Hình 2.2. cấu tạo của phanh điện từ
(https://tailieuoto.vn/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-he-thong-phanh-dien-tu/)
Hãy cho biết cấu tạo và giải thích nguyên lí hoạt động của phanh điện tử? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – Giải thích một vấn đề thực tiễn)
Trả lời:
– Cấu tạo phanh điện từ: + Đầu chụp hộp số. + Khung lắp ghép. + Giá đỡ.
+ Cánh quay trước và sau. + Trục các đăng.
+ Cảm biến tốc độ.
+ Cụm Stator (Cuộn dây). – Nguyên lí hoạt động:
+ Động cơ làm quay đĩa nhôm ở tốc độ cao, khi đó chúng ta bóp phanh làm cho các rơle điện từ được đóng lại và cấp điện cho các nam châm điện tạo ra từ trường mạnh có đường sức từ xuyên qua đĩa nhôm.
+ Đĩa nhôm quay trong từ trường của nam châm và cắt các đường sức từ nên trong đĩa nhôm xuất hiện dòng Fucô, dòng điện này lại sinh ra từ trường chống lại chiều quay của đĩa nhôm làm giảm tốc của đĩa nhôm lại đến khi dừng hẳn lại.
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K1), (V1)
vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: Từ thông – cảm ứng từ và vận dụng được nội dung của bài đã học để đưa ra được nguyên tắc làm việc của phanh điện từ.
32
Câu 2: Giải thích nguyên tắc hoạt động của phanh? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – Giải thích một vấn đề thực tiễn)
Trả lời:
– Theo định luật len – xơ, những dòng điện cảm ứng này luôn có tác dụng chống lại sự chuyển dời, vì vậy khi đưa miếng kim loại tiếp xúc với bánh xe thì trên bánh xe xuất hiện những lực từ có tác dụng cản trở chuyển động gọi là lực hãm điện từ làm bánh xe ngừng quay.
– Khi cung cấp dòng điện cho miếng nhôm, lập tức nó trở thành nam châm điện. Trong thể tích miếng kim loại nhôm xuất hiện những dòng điện cảm ứng những dòng điện Fu –cô.
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K1), (V1)
vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: Từ thông – cảm ứng từ và vận dụng được nội dung của bài đã học để giải thích được nguyên tắc làm việc của phanh điện từ.
Câu 3: Dòng điện Fu-cô là gì? Để dòng điện Fu-cô được sinh ra thì cần những điều kiện gì? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – mức độ hiểu)
Trả lời:
– Dòng điện Fu-cô (Foucault) là dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối
vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian.
– Để tạo ra dòng điện Fu-cô thì mục đích là làm từ thông biến thiên nên có 3 cách:
+ Từ trường biến thiên, khối kim loại cố định
+ Từ trường không đổi, khối kim loại chuyển động (trường hợp phanh điện từ khối kim loại chuyển động quay)
+ Cả hai cùng thay đổi.
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K1), (V1)
vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: Từ thông – cảm ứng từ và vận dụng được nội dung của bài đã học để giải thích được các cách tạo ra dòng điện Fu-cô.
33
phanh hoạt động? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – Thiết kế mô hình)
Trả lời:
– Ý tưởng thiết kế phanh điện từ: Cấu tạo của phanh điện từ gồm có một đĩa nhôm có bề dày; nam châm điện; trục quay bằng thép, một động cơ điện một chiều một pha công suất 370W để tạo chuyển động cho đĩa nhôm.
– Ưu điểm: phanh không bị bào mòn, giảm chi phí bảo dưỡng. đồng thời việc điều chỉnh lực giảm tốc cũng có thể được thực hiện chính xác hơn phanh ma sát tong thường.
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K1),(V3), (V4) vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: Từ thông – cảm ứng từ và vận dụng được nội dung của bài đã học để đề xuất ra cách làm phanh điện từ.
Bài tập 3: Máy phát điện xoay chiều
Rất nhiều người cho rằng bất kỳ một máy phát điện nào sản sinh ra dòng điện xoay chiều đều được coi là máy phát điện xoay chiều. Tuy nhiên, khái niệm chuẩn của loại máy này lại không phải như thế. Một máy phát điện có khả năng biến cơ năng thành điện năng nhờ vào hiện tượng cảm ứng điện từ mới là khái niệm được công nhận.
Máy phát điện xoay chiều trước hết là một chiếc máy phát điện, có cơ chế hoạt động là biến đổi cơ năng thành điện năng bằng cách sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để phục vụ cho nhu cầu của người dùng. Đặc biệt, dòng điện năng trong các loại máy này phải luôn đảm bảo được dưới dạng 1 dòng điện xoay chiều. Nguồn cơ năng trong máy tương đối đa dạng, từ sơ cấp đến nhiều dạng cơ năng phức tạp khác như: tua bin hơi, tua bin nước,...
34
Hình 2.3. cấu tạo của máy phát điện xoay chiều
(https://tongkhomayphatdien.com/may-phat-dien-xoay-chieu/)
Em hãy cho biết cấu tạo của một máy phát điện xoay chiều? (NL vận dụng kiến thức thực tiễn – mức độ quan sát, phân tích)
Trả lời:
Cấu tạo gồm 2 phần chính là phần cảm và phần ứng.
– Phần cảm (roto): gồm các nam châm điện có chức năng tạo ra từ thông.
– Phần ứng (stato): được tạo thành bởi hệ thống các cuộn dây điện cố định, giống nhau về kích thước
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K1),(V2)
vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: Từ thông – cảm ứng từ và vận dụng được nội dung của bài đã học phân tích được cấu tạo của máy phát điện.
Câu 2: Hãy giải thích nguyên lí hoạt động của máy phát điện xoay chiều? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – Giải thích một vấn đề thực tiễn)
Trả lời:
Hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi số đường sức từ của nam châm xuyên qua tiết diện của cuộn dây luân phiên tăng giảm thì dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây cũng luân phiên đổi chiều. Tiết diện của cuộn dây tăng giảm có thể là do cuộn dây quay tròn hoặc nam châm quay tròn. Nếu chu trình cứ tái diễn liên tục như vậy thì sẽ hình thành nên dòng điện.
35
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K1),(V1)
vì ở đây HS nhận biết và nêu được đối tượng, khái niệm Vật lí của kiến thức đã học ở Bài: Từ thông – cảm ứng từ và vận dụng được nội dung của bài đã học giải thích được nguyên lí hoạt động của máy phát điện.
Câu 3: So sánh giữa đinamo xe đạp và máy phát điện xoay chiều trong công nghiệp? (NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn – Đánh giá một vấn đề thực tiễn)
Trả lời:
– Giống nhau:
+ Đều có hai bộ phận chính là nam châm và cuộn dây + Đều có một bộ phận quay và một bộ phận đứng yên – Khác nhau:
Đinamo xe đạp Máy phát điện xoay chiều trong
công nghiệp
– Kích thước nhỏ.
– Nam châm là nam châm vĩnh cửu. – Dòng điện tạo ra là dòng xoay
chiều 1 pha, công suất nhỏ.
– Kích thước lớn.
– Nam châm là nam châm điện. – Dòng điện tạo ra là dòng xoay
chiều 3 pha, công suất lớn.
Năng lực vật lí: Câu hỏi này giúp học sinh hình thành được năng lực (K1),(K4),