- Làm đƣợc các thí nghiệm về hiện tƣợng cảm ứng điện từ.
- Tính đƣợc suất điện động cảm ứng trong trƣờng hợp từ thơng qua một mạch kín biến đổi đều theo thời gian.
- Xác định đƣợc chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ. - Tính đƣợc suất điện động tự cảm trong ống dây khi dịng điện chạy qua nó có cƣờng độ biến đổi đều theo thời gian.
2.2.3. Mục tiêu thái độ
- Có hứng thú, say mê trong học tập và u thích bộ mơn Vật lí
nói chung, các kiến thức về cảm ứng điện từ nói riêng.
- Có tinh thần đồn kết, giúp đỡ lẫn nhau trong q trình học, có tinh thần hợp tác khi làm việc giữa các cá nhân và ý thức trách nhiệm của mỗi HS khi làm việc theo nhóm.
- Tích cực vận dụng, liên hệ các kiến thức đã học với thực tiễn cuộc sống.
- Có thái độ làm việc khách quan, trung thực, tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác.
- Nhiệt tình trách nhiệm trong công việc đƣợc giao và có tinh thần cố gắng, hợp tác khi làm việc nhóm, làm việc tập thể.
2.2.4. Định hướng bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề
- Phát hiện đƣợc vấn đề nghiên cứu khi tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy biến thế, biết đƣa ra các dự đốn về chiều và độ lớn của dịng điện cảm ứng; độ lớn của suất điện động cảm ứng; sự xuất hiện dòng điện trong khối kim loại đặt trong từ trƣờng biến thiên; hoặc chuyển động trong từ trƣờng; sự xuất hiện suất điện động tự cảm, đề xuất đƣợc những phƣơng án làm thí nghiệm để kiểm chứng các dự đốn đã đƣa ra.
-Tìm hiểu các tài liệu tham khảo; mạng internet… giải thích đƣợc cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của các máy điện; phanh từ; bếp từ….
2.3. Phân tích một số nội dung ki n thức chủ đề “Cảm ứng điện từ”
2.3.1. Nội dung “Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng”
- Trong nội dung của chƣơng học trƣớc HS đã biết tồn tại xung quanh dịng điện có từ trƣờng, hay nói cách khác dòng điện tạo ra từ trƣờng vậy ngƣợc lại từ trƣờng có tạo ra dịng điện khơng?
- Khi số đƣờng sức từ gửi qua diện tích đƣợc giới hạn bởi một mạch điện kín biến thiên thì trong mạch điện kín xuất hiện dịng điện cảm ứng.
- Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào việc tăng hay giảm thay đổi của số đƣờng sức từ gửi qua khung dây kín, cụ thể là chống lại sự biến thiên số đƣờng sức từ gửi qua khung dây kín.
- Cƣờng độ dịng điện cảm ứng càng lớn khi tốc độ biến thiên số đƣờng sức từ gửi qua khung dây càng lớn. Tƣơng ứng độ lớn của suất điện động cảm ứng càng lớn khi tốc độ biến thiên số đƣờng sức từ gửi qua khung dây càng lớn.
- Cách xác định cƣờng độ dòng điện, độ lớn của suất điện động cảm ứng và so sánh cƣờng độ này trong các trƣờng hợp khác nhau dựa trên sự biến thiên số đƣờng sức từ gửi qua khung dây nói chung là rất khó thực hiện, cần phải đƣa cách xác định dễ dàng và có thể áp dụng cho mọi trƣờng hợp, từ đó ta đƣa ra khái niệm từ thơng.
- BScos đƣợc gọi là từ thông gửi qua diện tích S.
- Ý nghĩa của từ thông: Ngƣời ta dùng khái niệm từ thông để diễn tả số đƣờng sức từ xun qua một diện tích nào đó.
- Từ khái niệm từ thông ngƣời ta đƣa ra khái niệm về dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng xuất hiện khi có sự biến đổi từ thơng qua mạch kín gọi là dịng điện cảm ứng.
- Trong mạch điện kín có dịng điện thì trong mạch phải tồn tại suất điện động. Ta gọi suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng là suất điện động cảm ứng.
- Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn của mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Hiện tƣợng xuất hiện suất điện động cảm ứng gọi là hiện tƣợng cảm ứng điện từ.
- Định luật Len- xơ: Dịng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trƣờng do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.
- Định luật Fa- ra- đây về cảm ứng từ: Độ lớn cúa suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.
c e t ; ( ec N t
trƣờng hợp mạch điện là khung dây có N
vịng dây )
2.3.2. Nội dung “Suất điện động cảm ứng trong thanh dây dẫn chuyển động” động”
- Khi một đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đƣờng sức từ, thì trong trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện xuất điện động cảm ứng.
- Khi đoạn dây dẫn chuyển động tịnh tiến cắt các đƣờng sức từ thì ta có quy tắc bàn tay phải dùng để xác định cực dƣơng và cực âm của nguồn điện: “Đặt bàn tay phải hứng các đƣờng sức từ, nhón tay cái choãi ra 90o
hƣớng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trị nhƣ một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dƣơng của nguồn điện đó”.
- Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây chuyển động tịnh tiến cắt các đƣờng sức từ: ec Bv sinl ( là góc tạo bởi giữa vr và Bur )
- Nguyên tắc cấu tạo của máy phát điện xoay chiều, một chiều: Phần cảm, phần ứng, bộ góp.
2.3.3. Nội dung “Hiện tượng tự cảm”
- Khi từ thơng qua một mạch kín biến thiên, trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Một dòng điện biến thiên cũng sinh ra xung quanh nó một từ trƣờng biến thiên, trong khoảng thời gian dòng điện biến thiên trong mạch sẽ xuất hiện dịng điện cảm ứng, ta gọi đó là hiện tƣợng tự cảm. Nhƣ vậy hiện tƣợng tự cảm là hiện tƣợng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dịng điện trong mạch đó gây ra.
- Xét một mạch điện có dịng điện i chạy qua. Từ thơng qua diện tích của mạch tỉ lệ với từ trƣờng do dòng điện sinh ra. Từ trƣờng này lại tỉ lệ với
cƣờng độ dịng điện. Vậy từ thơng qua diện tích giới hạn bởi mạch điện tỉ lệ với cƣờng độ dịng điện i trong mạch đó:
Li
( L là hệ số tự cảm của mạch điện - Biểu thức của suất điện động tự cảm etc L i
t
2.3.4. Nội dung “ Năng lượng từ trường ”
- Xuất phát từ thí nghiệm về hiện tƣợng tự cảm khẳng định ống dây mang dịng điện thì trong ống dây có năng lƣợng. Vì rằng khi ống dây có dịng điện thì trong ống dây có từ trƣờng. Do đó ta coi năng lƣợng tích trữ trong ống dây chính là năng lƣợng từ trƣờng trong ống dây đó.
- Biểu thức năng lƣợng của ống dây có dịng điện W 1Li2 2
2.3.5. Nội dung “Dịng điện Fu -cơ”
- Dịng điện Fu-cơ cũng là dịng điện cảm ứng, nhƣng nó là dịng điện cảm ứng bên trong vật dẫn dạng khối, khi khối vật dẫn chuyển động trong từ trƣờng hay đƣợc đặt trong một từ trƣờng biến đổi theo thời gian.
- Đặc tính chung của dịng Fu-cơ là tính chất xốy.
- Ứng dụng của dịng Fu-cơ: Làm nóng vật dẫn bằng dịng Fu-cơ, ví dụ nhƣ nấu chảy kim loại, làm nóng nồi nấu thức ăn ở bếp từ; làm tắt nhanh dao động kim các dụng cụ đo analog.
- Các trƣờng hợp dịng Fu-cơ có hại cần giảm cƣờng độ: Nhiều thiết bị điện có cấu tạo dƣới dạng lõi sắt đặt trong một ống dây có dịng điện xoay chiều chạy qua. Lõi sắt này có tác dụng làm tăng cƣờng từ trƣờng. Dòng điện trong ống dây biến đổi theo thời gian nên trong lõi sắt xuất hiện dịng Fu-cơ. Sự xuất hiện dịng Fu-cơ trong trƣờng hợp này là có hại, bởi vì nhiệt lƣợng tỏa ra do dịng Fu-cơ sẽ làm cho lõi sắt bị nóng có thể làm hỏng máy. Dịng Fu-cơ ln có xu hƣớng chống lại nguyên nhân gây ra nó, trong trƣờng hợp động cơ điện, nó chống lại chuyển động quay của động cơ. Do đó, nó làm giảm công suất của động cơ. Để giảm cƣờng độ của dịng Fu-cơ trong các
trƣờng hợp này ngƣời ta không dùng lõi sắt dƣới dạng khối liền, mà ngƣời ta dùng những lá thép silic mỏng ghép cách điện với nhau.
2.4. Điều tra th c ti n
2.4.1. Mục đích điều tra
Tìm hiểu thực tế dạy học kiến thức cảm ứng điện từ ở trƣờng phổ thông nhằm thu đƣợc một số thơng tin về:
- Thuận lợi và khó khăn của GV trong q trình dạy học các kiến thức về cảm ứng điện từ; HS gặp khó khăn, mắc sai lầm gì khi hình thành kiến thức cũng nhƣ hình thành kĩ năng;
- Việc đổi mới PPDH và những PPDH mà GV đã sử dụng, cách tổ chức các hoạt động học tập của HS, việc thiết kế tiến trình dạy học;
- Hoạt động tích cực của HS trong giờ học cũng nhƣ ngồi giờ học, thời gian HS hoạt động và các hình thức hoạt động. Việc huy động vốn hiểu biết của HS;
- Việc khai thác và sử dụng thiết bị trong q trình dạy học.
Từ những phân tích ngun nhân của hạn chế cũng nhƣ biện pháp khắc phục, chúng tơi thiết kế tiến trình dạy học chủ đề “Cảm ứng điện từ” theo hƣớng bồi dƣỡng năng lực giải quyết vấn đề của HS.
2.4.2. Phương pháp điều tra
-Điều tra GV: trao đổi trực tiếp với GV, dùng phiếu điều tra
Phụ lục 1 ) tham khảo kế hoạch dạy học của GV;
- Điều tra HS: trao đổi với HS, dùng phiếu điều tra Phụ lục 2 ).
2.4.3. Đối tượng điều tra
- 20 giáo viên vật lí của các trƣờng:THPT Giao Thủy; THPT Giao Thủy B; THPT Giao Thủy C, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định;
- 140 học sinh THPT Giao Thủy; THPT Giao Thủy B, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định.
Chúng tôi đã tiến hành điều tra ở trƣờng THPT Giao Thủy; THPT Giao Thủy B; THPT Giao Thủy C, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định.
- Số phiếu điều tra GV: số phiếu phát ra: 20, số phiếu thu về: 20. - Số phiếu điều tra HS: số phiếu phát ra: 140, số phiếu thu về: 140. Qua tìm hiểu thực tế dạy học nội dung “Cảm ứng điện từ” ở trƣờng THPT Giao Thủy; THPT Giao Thủy B; THPT Giao Thủy C chúng tôi rút ra một số kết luận sau đây:
2.4.4.1. Về cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ cho dạy học
- Các trƣờng đều đã đƣợc đầu tƣ trang bị đủ các phƣơng tiện thiết bị dạy học theo danh mục các thiết bị đồ dùng dạy học tối thiểu đƣợc cung cấp cho các trƣờng THPT trên toàn quốc. Tuy nhiên một số bộ thí nghiệm về hiện tƣợng cảm tự cảm các đèn LED đã cháy mà chƣa đƣợc khắc phục.
- Các trƣờng đều có phịng thí nghiệm, thực hành. Nhân viên phụ trách phòng thực hành đều là giáo viên kiêm nhiệm.
- Việc khai thác sử dụng các thiết bị dạy học chƣa thƣờng xuyên, thƣờng chỉ dùng trong các tiết thi giáo viên giỏi, kiểm tra nội bộ.
2.4.4.2. Về phía giáo viên
- Qua nghiên cứu kế hoạch dạy học giáo án của GV cho thấy các câu hỏi của GV đƣa ra chủ yếu mang tính tái hiện kiến thức, chƣa kích thích đƣợc tính chủ động sáng tạo của HS, chƣa khai thác đƣợc những hiện tƣợng vật lí gắn liến với thực tiễn để tạo hứng thú cho HS. Một số giáo viên còn chƣa coi trọng các kiến thức ứng dụng liên quan đến thực tiễn đời sống.
- 60% xác định mục tiêu của tiết học chỉ dừng lại ở kiến thức, kĩ năng cần đạt mà chƣa có mục tiêu về thái độ và định hƣớng phát triển năng lực
- Khi dạy kiến thức trong chƣơng, hầu hết GV đều chƣa tổ chức đƣợc các hoạt động học tập cho học sinh mà chủ yếu là thuyết trình, mơ tả, thậm chí có một số GV cịn mơ tả cả thí nghiệm về hiện tƣợng cảm ứng điện từ; thí nghiệm về hiện tƣợng tự cảm. Các GV chủ yếu nêu các định nghĩa, công thức
và yêu cầu học sinh học thuộc để áp dụng tính tốn trong các bài tập định lƣợng.
-10% GV yêu cầu học sinh tìm kiếm, thiết kế, chế tạo mơ hình của máy phát điện xoay chiều.
- 100% GV thực hiện kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của HS theo quy định. Có 10% GV sử dụng thêm đánh giá thơng qua kiểm tra vở ghi và vở bài tập của HS. Đặc biệt khơng có GV nào cho HS tham gia tự đánh giá và đánh giá HS khác.
2.4.4.3. Về phía học sinh
Qua các bài kiểm tra, dự giờ và trao đổi trực tiếp với HS ở trƣờng THPT Giao Thủy, trƣờng THPT Giao Thủy B, chúng tôi nhận thấy:
- 50 % HS thiếu tự tin khi trả lời, khi làm bài, không tự tin vào kiến thức mình đã có, khơng biết kiến thức đó đúng hay sai;
- Đa số HS thụ động, chỉ ngồi nghe giảng, ít khi đặt câu hỏi với GV về vấn đề đã học. Do đó, kiến thức của các em lĩnh hội đƣợc không chắc chắn. Sau khi học xong một tuần, hầu nhƣ các em đã quên các kiến thức đã học;
- Trong bài về hiện tƣợng cảm ứng điện từ: Do khơng phân tích đƣợc hiện tƣợng vật lí nên khó khăn khi xác định chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len- xơ;
- Trong bài về Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động, học sinh hay xác định nhầm góc tạo bởi giữa vectơ vận tốc và vectơ cảm ứng từ;
- Kĩ năng tƣ duy bậc cao phân tích, tổng hợp, đánh giá , kĩ năng thu thập và xử lí thơng tin, kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng thí nghiệm và sử dụng các phƣơng tiện học tập hiện đại còn hạn chế, khả năng diễn đạt chƣa tốt.
2.4.5. Nguyên nhân của thực trạng trên
Theo quan điểm của chúng tơi để cịn tồn tại những thực trạng trên là do những nguyên nhân sau:
- Về PPDH của GV: Khi dạy học nội dung kiến thức “Cảm ứng điện từ”, GV chƣa tổ chức đƣợc các hoạt động học tập cho học sinh, chƣa quan tâm sát tới từng đối tƣợng học sinh để biết đƣợc những khó khăn của học sinh cịn vƣớng mắc, GV chủ yếu là thuyết trình nói cho hết những nội dung kiến thức trong SGK yêu cầu học sinh học thuộc một cách máy móc để vận dụng làm những bài tốn theo kiểu áp dụng cơng thức, mà khơng có những bài tốn liên quan đến thực tế;
- Các kiến thức giáo viên trình bày cho học sinh chƣa làm cho HS thấy đƣợc mối liên kết giữa các kiến thức cũng nhƣ sự vận dụng kiến thức vào thực tế ;
- Về phƣơng pháp học tập của HS: Vẫn còn nặng về nghe ghi nhớ và tái hiện. HS chƣa quen với làm việc chủ động, tích cực. Ngồi ra việc học của học sinh cịn mang nặng tính đối phó với các đợt kiểm tra, các bài thi nên chƣa khuyến khích đƣợc cách học thơng minh sáng tạo và tự chủ;
-Việc đánh giá GV còn nhiều bất cập chủ yếu thông qua kết quả của học sinh trong các kì thi, kiểm tra làm cho GV ngại thay đổi;
- Số lƣợng HS trong một lớp cịn đơng 40 HS/lớp dẫn đến sự quan tâm của GV tới từng HS trong lớp học còn hạn chế.
2.4.6. Một số giải pháp nhằm khắc phục thực trạng trên
Để khắc phục những tồn tại trên theo quan điểm của chúng tơi cần có những điều kiện, giải pháp sau:
- Cần chủ động tổ chức các bài học xung quanh các chủ đề gắn với thực tiễn, và có thể vận dụng dạy học theo chủ đề ở một nội dung kiến thức;