9. Cấu trúc luận văn
2.2.4. Sơ đồ logic quá trình nhận thức chƣơng: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Từ thông (Ф) K/n DĐCƢ (IC ) Chiều IC
> ĐL Len-xơ
Hiện tƣợng CƢĐT
Dòng điện Fu-cô Hiện tƣợng tự cảm kín,SĐĐCỨ trong đoạn SĐĐCƢ trong mạch dây dẫn CĐ K/n dòng điện Fu-cô Tácdụng của dòng Fu-cô K/n hiện tƣợng tự cảm Suất điện động tự cảm Năng lƣợng từ trƣờng TN → Dòng điện Fu- cô - Hiện tƣợng CƢĐT - K/n dòng điện cảm ứng - SĐĐCỨ.eC = - t
TN → ĐL Len- xơ TNra- đây ( ĐL cơ bản → Định luật Fa-
của hiện tƣợng CƢĐT)
TN→ giải thích hiện tƣợng tự cảm.
Mối quan hệ: ĐL Fa- ra-đây và ĐL Len-xơ.
Từ thông riêng:Ф =Li SĐĐ tự cảm:etC =-
t
T/c và công dụng
của dòng Fu-cô Bản chất của hiện tƣợng CƢĐT.(CN ĐN)
Năng lƣợng từ trƣờng:
W = 1 2
2Li
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.3. Thiết kế một số bài dạy của chƣơng “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” ( Vật lý 11- Ban cơ bản ) theo hƣớng phát triển năng lực tự học cho HS trƣờng THPT DTNT. 2.3.1.TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI TỪ THÔNG - CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
(Tiết 1) I. MỤC TIÊU
1. Mục tiêu về kiến thức
- Phát biểu đƣợc định nghĩa từ thông qua một mặt có diện tích S và ý nghĩa, đơn vị đo từ thông.
- Nêu đƣợc các cách làm cho từ thông biến thiên. - Mô tả đƣợc TN về hiện tƣợng CƢĐT.
- Nêu đƣợc các đặc trƣng của hiện tƣợng CƢĐT.
2. Mục tiêu về kỹ năng
- Có kỹ năng tự ôn tập kiến thức cũ có liên quan, tự học kiến thức bài mới.
( Tự đọc sách giáo khoa, tự tóm tắt kiến thức cơ bản và trả lời các câu hỏi cuối SGK, tự phát hiện vấn đề và nêu câu hỏi, đánh dấu những phần khó, chƣa hiểu...)
- Có kỹ năng sử dụng điện kế, tạo sự chuyển động giữa NC và KD. - Đề xuất đƣợc các phƣơng án TN kiểm tra kết luận hiện tƣợng CƢĐT.
- Quan sát và hiểu đƣợc các TN về sự xuất hiện DĐCƢ, thu thập thông tin, phân tích hiện tƣợng và rút ra các kết luận cần thiết.
-Vận dụng hiện tƣợng CƢĐT và biểu thức tính từ thông để giải đƣợc các bài tập đơn giản. - Rèn luyện phƣơng pháp làm việc độc lập, theo nhóm.
3. Mục tiêu thái độ
- Hứng thú học môn Vật lí, yêu quý môn học.
- Trung thực, khách quan, tính kiên trì.
- Có ý thức thực hiện các hoạt động đúng thời gian.
- Xác định các công việc cần làm ( Cách nghe giảng, cách dùng ký hiệu vật lý, cách viết tắt, cách ghi tóm tắt kiến thức...)
II. CHUẨN BỊ * Giáo viên:
- Tổ chức phân nhóm.( Nhóm cặp- bàn hoặc nhóm 4-6 ngƣời)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
diện tích S đƣợc vẽ trên giấy.
- Dụng cụ TN: Bộ TN biểu diễn của GV gồm: + Bộ TN điện từ. ; + 01 NC vĩnh cửu .
+ Phần mềm mô phỏng về hiện tƣợng CƢĐT
+ Mô hình máy phát điện xoay chiều một pha. - Phiếu học tập số 1 (chi tiết xem phụ lục )
*HS:
- Ôn lại hiện tƣợng CƢĐT ở trung học cơ sở.
- Ôn lai các kiến thức về từ trƣờng, đƣờng cảm ứng từ đã học ở chƣơng trƣớc.
- Đọc và nghiên cứu sơ bộ nội dung bài mới (tên chủ đề, các tiểu mục, các câu hỏi C1,C2,...trong bài, đánh dấu những chỗ khó, chƣa hiểu để khi nghe giảng sẽ chú ý nhiều hơn)
- Chuẩn bị dụng cụ cần thiết cho bài học mới.(Bút chì, thƣớc kẻ, giấy nháp, vở...)
III . TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG KIẾN THỨC: III .1. Ý tƣởng sƣ phạm :
- Tiến trình DH đƣợc thực hiện theo đúng trình tự mà SGK vật lý 11 cơ bản đã biên soạn. Cụ thể là SGK cơ bản trình bày khái niệm từ thông trƣớc sau đó mới đi nghiên cứu hiện tƣợng CƢĐT. Trên cơ sở những kiến thức về CƢĐT HS đã đƣợc tiếp cận trong chƣơng trình SGK lớp 9, chúng tôi giúp các em nghiên cứu cụ thể hơn các TN về sự biến thiên của từ thông.Cuối cùng kết luận về hiện tƣợng CƢĐT.
+ Ở phần TN chúng tôi thiết kế không sử dụng TN 2 nhƣ SGK mà sử dụng bộ TN điện từ vì HS đã đƣợc sử dụng ở bài lực từ và các trƣờng phổ thông hiện nay đều đƣợc cấp bộ TN này.
+ Khó khăn của HS khi học bài này: HS khó tƣởng tƣợng đƣợc sự thay đổi của số đƣờng sức qua KD kín để giải thích hiện tƣợng CƢĐT.
+ Biện pháp khắc phục của GV: Để HS thấy đƣợc sự thay đổi của từ thông qua KD kín khi NC hoặc KD chuyển động GV trình chiếu TN mô phỏng sau khi yêu cầu HS làm hai TN trực quan, quan sát MH.
+ Chỗ cần xây dựng tình huống là giải thích hiện tƣợng CƢĐT.
* Định hƣớng cụ thể:
- GV yêu cầu HS tái hiện lại điều kiện xuất hiện DĐCƢ đã đƣợc giao về
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nhà ôn tập trƣớc đó và hiện tƣợng CƢĐT đã học ở lớp 9 cùng với việc đọc trƣớc SGK vật lý lớp 11.
- GV định hƣớng để HS đƣa ra đƣợc biểu thức tính từ thông: Ф= B.S.cosα và rút ra đƣợc kết luận: Khi Ф qua KD biến thiên thì trong KD xuất hiện Ic cảm ứng.
- Vấn đề tiếp theo là làm thế nào để kiểm tra đƣợc kết luận đƣa ra? dƣới sự hƣớng dẫn của GV, dựa vào biểu thức tính Ф, HS sẽ xác định có 03 cách biến đổi Ф và do đó có 3 cách làm xuất hiện DĐCƢ( làm biến đổi một trong ba đại lƣợng B,S hoặc α)
+) GV hƣớng dẫn HS làm TN 1( thay đổi B) về hiện tƣợng CƢĐT để HS nhận thấy sự xuất hiện dòng điện cảm ứng do NC hoặc KD chuyển động.( Điều này hình nhƣ khác với điều đã học ở lớp 9, có thể làm cho HS xôn xao, thắc mắc).
+) GV cho HS xem MH các đƣờng sức từ của NC thẳng vẽ trên phim trong chuyển động đối với vòng dây S vẽ trên giấy trắng để HS thấy rõ sự biến thiên của số đƣờng sức từ qua diện tích S khi có sự chuyển động tƣơng đối giữa chúng. HS nhận ra rằng, chuyển động của NC hay của KD sẽ làm cho số đƣờng sức qua KD biến thiên, thắc mắc của HS đƣợc giải đáp.
+) Để tiếp tục kiểm chứng nhận diện, khi số đƣờng sức qua KD kín thay đổi , theo định nghĩa tức từ thông gửi qua KD kín thay đổi thì trong KD xuất hiện DĐCƢ, GV cho HS làm TN 2. Cuối cùng GV cho HS quan sát TN mô phỏng hiện tƣợng CƢĐT để HS hiểu rõ hơn nữa về hiện tƣợng CƢĐT.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
III.2. SƠ ĐỒ LÔGIC TIẾN TRÌNH DẠY HỌC :
Vấn đề :- Dòng điện sinh ra từ trƣờng, ngƣợc lại từ trƣờng có sinh ra dòng điện không?
Từ thông là gì? Điều kiện để xuất hiện Ic là gì?
PP : HS tự ôn tập, đọc SGK + PP đặt và nêu vấn đề + Vấn đáp, gợi mở
PT: + hình ảnh từ phổ của NC thẳng.
+ Máy chiếu projector
Biểu thƣ́c tính tƣ̀ thông Ф = B.S cosα
KL : Điều kiện xuất hiện Ic trong khung dây
dẫn kín là khi Ф biến thiên
+ Nêu vấn đề, vấn đáp. + PP thực nghiệm. +Thảo luận nhóm Mô phỏng bằng máy chiếu
Nghiên cứu hiện tƣợng CƢĐT Các phƣơng án TN kiểm tra KL:
(B, S hoặc α thay đổi)
+ Thảo luận nhóm + Hoạt động cá nhân + PP TN, quan sát, phân tích. +TN mô phỏng Thay đổi B TN 1: Thay đổi vị trí tƣơng đối giữa thanh NC và KD kín (C) Thay đổi B TN 2: -PA1: Đóng ngắt khóa K -PA2:Dùng biến trở thay đổi dòng điện qua NC - Hiện tƣợng CƢĐT. - Ứng dụng của hiện tƣợng CƢĐT. Kiến thức lớp 9 : - Từ trƣờng là gì? Từ trƣờng tồn tại ở những đâu?
Điều kiện xuất hiện Ic trong KD dẫn kín là khi số đƣờng sƣ́c tƣ̀ xuyên qua tiết diện của khung dây dẫn kín đó biến thiên
Thay đổi S hoặc α TN 3: -Thay KD có S khác - Bóp méo KD TN 4: Cho KD quay trong từ trƣờng NC chữ U.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
IV. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC
Phần này chúng tôi sử dụng một số kí hiệu sau:
* Nhận xét, dẫn dắt hoặc thông báo của giáo viên.
O Câu hỏi, đặt vấn đề của giáo viên. ◘ Hoạt động của HS.
Hoạt động 1 : Giới thiệu sơ lƣợc chƣơng CƢĐT.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS. O.Nêu vấn đề học tâp : Dòng điện sinh ra từ
trƣờng, ngƣợc lại từ trƣờng có sinh ra dòng điện không?
►.Vấn đề này đã đƣợc nghiên cứu ở lớp 9. Trong chƣơng này ta tiếp tục nghiên cứu về hiệ tƣợng CƢĐT một cách định lƣợng, gồm các nội dung : + Từ thông- Hiện tƣợng CƢĐT. + Định luật Len-xơ. + SĐĐCỨ + Tự cảm. ◘ Kiến thức lớp 9:
Từ trƣờng sinh ra dòng điện khi số đƣờng sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây kín biến thiên.
Chƣơng VI : CƢĐT
Hoạt động 2 : Xây dựng khái niệm từ thông Ф và điều kiện xuất hiện DĐCƢ .
( Phƣơng pháp : GV Nêu vấn đề và HS thảo luận nhóm)
O.Yêu cầu HS nhắc lại điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng đã đƣợc học ở lớp 9?
- Nhắc lại : Đƣờng cảm ứng từ; Dạng đƣờng
cảm ứng từ của NC thẳng, của ống dây dài và
nhớ đƣợc B = 4π.10-7.n.I.
với B tỉ lệ với I
* Khẳng định nội dung kiến thức vừa đƣợc nhắc lại.
◘ Nghe câu hỏi, thảo luận chung cả lớp và nhắc lại đƣợc : Điều kiện xuất hiện DĐCƢ (Ic) trong khung dây dẫn kín là khi số đƣờng sức từ xuyên qua tiết diện thẳng của KD dẫn kín đó biến thiên. n B α Hình 2.2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Vấn đề :
Nếu định nghĩa số đường sức từ xuyên qua tiết diện của KD là từ thông ( Ф) thì Ф được tính bởi biểu thức nào và điều kiện xuất hiện Ic là gì? Biết tiết diện của KD là S, độ lớn cảm ứng từ là B, α là góc hợp bởi (B
, n
), n
là véc tơ pháp tuyến của S.
- Yêu cầu HS nghiên cứu SGK.
◘ Tiếp thu vấn đề cần nghiên cứu.
◘ Hoạt động cá nhân, đƣa ra đƣợc biểu
thức: Ф = B.S.cosα (1)
( Từ thông biến thiên qua một vòng dây) ◘ Thảo luận chung, đại diện 1HS nêu điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng: Đk xuất hiện Ic trong KD dẫn kín là khi Ф biến thiên.
- Xác nhận tính đúng đắn của kiến thức HS vừa nêu.
O.Từ biểu thức (1) Từ thông Φ phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Tại sao ?
* Khi B hoặc S tăng bao nhiêu thì từ thông Φ qua S tăng bấy nhiêu và ngƣợc lại.
O. Giá trị của Φ phụ thuộc nhƣ thế nào vào giá trị của góc α ?
* Φ là đại lƣợng đại số , dấu của Φ phụ thuộc vào việc chọn chiều n
. Để đơn giản, chọn chiều n sao cho α < 900 , Φ> 0. * Lƣu ý trƣờng hợp α = 900→ B // S * Lƣu ý: Trƣờng hợp KD có N vòng dây: Ф = N. B.S.cosα (2)
( Từ thông biến thiên qua N vòng dây)
O. Đơn vị của Φ trong hệ SI?
◘.Cá nhân trả lời :
Từ thông qua vòng S dây phụ thuộc vào độ mạnh yếu của từ trƣờng B (Độ mau thƣa của các đƣờng sức) và diện tích S của vòng dây và góc α . Nghĩa là Φ tỉ lệ với B, S và phụ thuộc vào α.
- Các trƣờng hợp của góc α. * α = 90 0 , (cosα = 0) thì Φ = 0. * α nhọn, (cosα > 0) thì Φ > 0. * α tù, (cosα <0) thì Φ < 0. * α = 0 (cosα = 1) thì Φ = BS. Φ là một đại lƣợng đại số có thể dƣơng hoặc âm, hoặc bằng không.
Trong hệ SI đơn vị của từ thông là
=B.S.cos
Vebe(Wb)
Tesla(T)) m2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Hoàn thành câu 1 trong phiếu học tập.
Vêbe .( kí hiệu là Wb) ; 1Wb = 1 T.m2 - Hoạt động cá nhân, trả lời.
* Không, giải thích theo định nghĩa Φ.
I – Từ thông :
1. Định nghĩa: Từ thông qua mặt S là đại lượng , ký hiệu Φ , cho bởi Φ = B.S.cosα (1) 2. Từ thông Φ phụ thuộc vào 3 yếu tố: Cảm ứng từ (B), diện tích (S) và góc α tạo bởi n
và B
. 3. Trong hệ SI đơn vị từ thông là Vêbe, kí hiệu Wb.
Hoạt động 3 : Nghiên cứu hiện tƣợng CƢĐT. (Thảo luận chung cả lớp)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
* Nêu vấn đề : Để trả lời câu hỏi từ trƣờng có sinh ra dòng điện đƣợc không, ta làm thế nào?
O. Dựa vào biểu thức (1) hãy cho biết có những cách nào làm xuất hiện IC trong KD kín? Gợi ý: Căn cứ vào định nghĩa từ thông và xác định xem có những cách nào làm biến đổi Ф.
O.Yêu cầu HS đề xuất một phƣơng án TN.
- Hƣớng dẫn thảo luận các phƣơng án HS đề xuất, chọn phƣơng án khả thi.
- Chọn hai phƣơng án thay đổi B:
+ Cho thanh nam châm SN dịch chuyển lại gần hoặc ra xa mạch kín ( C) hai đầu nối với điện kế G ( Sao cho α không đổi)
+ Thay nam châm SN bằng một nam châm điện và cho dòng điện qua nam châm biến thiên. (α không đổi)
O.Tabố trí và tiến hành TN nhƣ thế nào? * GV nhắc lại phƣơng án TN, giới thiệu mục đích, dụng cụ TN, cách bố trí TN (hình vẽ 2,3),
◘ HS suy nghĩ.
◘ Thảo luận nhóm và đƣa ra đƣợc : các cách làm biến đổi Ф và cũng là các cách làm xuất hiện dòng điện cảm ứng IC. * Làm biến đổi B.
* Làm biến đổi S. * Làm biến đổi α
◘. Đƣa ra các phƣơng án ◘. Thảo luận
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
GV tiến hành TN biểu diễn hoặc phát cho mỗi nhóm HS một bộ dụng cụ TN gồm:1 NC thẳng, 1 điện kế G, dây nối mềm nối KD kín (C) với điện kế. Hƣớng dẫn HS tiến hành TN và lƣu ý HS động tác TN phải dứt khoát từng thao tác, không cho NC chuyển động vào ra liên tục.
1- TN 1:
- Tiến hành TN với 2 trƣờng hợp :
+) TNa. Giữ KD cố định, di chuyển NC. Nhận xét kết quả?
+)TNb. Giữ NC cố định, di chuyển KD. Nhận xét kết quả?
GV yêu cầu HS xác định chiều dƣơng trên mạch kín (C) phù hợp với chiều đƣờng sức từ của NC theo quy tắc nắm bàn tay phải.
( Chọn chiều + cùng chiều kim đồng hồ)
O. Vậy ta có nhận xét gì cho hai trƣờng
hợp TN trên?
GV bổ sung: Hiện tƣợng trên gọi là hiện tƣợng CƢĐT. Dòng điện xuất hiện trong hiện tƣợng CƢĐT gọi là dòng điện cảm ứng. (IC)
O. Nguyên nhân xuất hiện dòng điện cảm ứng?
2- TN 2: ( Chọn một trong 2 P/á)
Hình 2.3
◘. Tiến hành TN theo nhóm dƣới sự hƣớng dẫn của GV (Từ kết quả của TN, thảo luận nhóm)
- Kết quả TNa: Trong KD kín (C) xuất hiện dòng điện khi NC chuyển động.
(Chiều của dòng điện ngƣợc với chiều (+) đã chọn khi NC lại gần và cùng chiều (+) khi NC ra xa)
-Kết quả TNb: Trong KD kín (C) xuất hiện dòng điện khi KD chuyển động.
◘.Nhận xét : Khi có sự chuyển động tƣơng đối giữa NC và KD kín (mạch kín) thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện.
◘.Thảo luận và đƣa ra giả thiết 1: Sự xuất hiên dòng điện là do chuyển động tƣơng đối giữa NC và KD.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ Phƣơng án 1: GV giới thiệu bộ dụng cụ TN điện từ (Hình 2.4) và tiến hành TN biểu diễn : Đóng ngắt khóa K, HS quan sát điện kế ?
Hình 2.4
+ Phƣơng án 2 ::Dùng biến trở thay đổi dòng điện qua NC, quan sát kim điện kế ?
Hình 2.5
O. Ở TN này, có sự chuyển động tƣơng đối giữa NC và KD không ? Khi nào xuất hiện dòng điện trong KD (C)?
ONguyên nhân nào làm cho trong KD kín
