9. Cấu trúc luận văn
2.2.Phân tích đặc điểm, cấu trúc kiến thức chƣơng “CƢĐT”
2.2.1. Chƣơng trình lớp 9
HS đƣợc học về hiện tƣợng CƢĐT sau khi đã tìm hiểu về từ trƣờng của NC vĩnh cửu, NC điện, biết dòng điện sinh ra từ trƣờng. Những nội dung cơ bản liên quan đến hiện tƣợng CƢĐT đƣợc phân bố trong bốn bài học trong 4 tiết thuộc chƣơng “Điện từ” đó là:
Bài 31: Hiện tƣợng CƢĐT.
Bài 32: Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng. Bài 33: Dòng điện xoay chiều.
Bài 34: Máy phát điện xoay chiều.
Chƣơng trình học đảm bảo cho HS đạt đƣợc những mục tiêu về kiến thức và kỹ năng sau:
- Làm đƣợc TN dùng NC vĩnh cửu hoặc NC điện để tạo ra dòng điện cảm ứng. - Mô tả đƣợc cách làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín bằng NC vĩnh cửu hoặc NC điện.
- Sử dụng đúng hai thuật ngữ mới là dòng điện cảm ứng và hiện tƣợng CƢĐT. - Xác định đƣợc có sự biến thiên (tăng hay giảm) của số đƣờng sức từ xuyên qua tiết diện S của dây dẫn kín khi làm TN với NC vĩnh cửu hoặc NC điện
- Dựa trên quan sát TN, xác lập đƣợc mối quan hệ giữa sự xuất hiện dòng điện cảm ứng và sự biến thiên của số đƣờng sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây dẫn kín.
- Phát biểu đƣợc điều kiện xuất hiện DĐCƢ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
đoán những trƣờng hợp cụ thể trong đó xuất hiện hay không xuất hiện DĐCƢ. - Nêu đƣợc sự phụ thuộc của chiều DĐCƢ.vào sự biến thiên của số đƣờng sức từ qua tiết diện S của cuộn dây.
- Phát biểu đƣợc đặc điểm của dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều luân phiên thay đổi.
- Bố trí đƣợc TN tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây dẫn kín theo hai cách, cho NC quay hoặc cho cuộn dây quay.
- Dựa vào quan sát TN để rút ra điều kiện chung làm xuất hiện DĐCƢ xoay chiều.
- Nhận biết đƣợc hai bộ phận chính của máy phát điện xoay chiều. chỉ ra đƣợc rôto và stato của mỗi máy.
- Trình bày đƣợc nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều. - Nêu đƣợc cách làm cho máy phát điện liên tục.
Nội dung kiến thức đƣợc xây dựng theo logic là:
Bài đầu tiên mới chỉ yêu cầu HS quan sát kỹ, mô tả chính xác tỉ mỉ hiện tƣợng: Trong trƣờng hợp nào thì một NC vĩnh cửu hay NC điện có thể tạo ra dòng điện. Đó mới là những nhận xét ban đầu, dấu hiệu bên ngoài của hiện tƣợng. Đến bài sau mới phân tích, so sánh để rút ra kết luận chung về nguyên nhân, bản chất của hiện tƣợng.
Trong bài thứ hai về điều kiện xuất hiện DĐCƢ.do HS chƣa biết khái niệm “Từ thông” và “Suất điện động” nên SGK mới chỉ đƣa ra kết luận chung cho trƣờng hợp riêng chỉ ra trong bài là “ DĐCƢ.xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi số đƣờng sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên” dựa trên TN đƣa NC vào hay kéo NC ra khỏi KD dẫn kín.
Bài tiếp theo đƣa ra khái niệm dòng điện xoay chiều và HS tìm hiểu hai cách tạo ra dòng điện xoay chiều là do NC quay trƣớc một cuộn dây và cuộn dây quay trong từ trƣờng, những cách này đều dựa trên nguyên tắc là thay đổi số đƣờng sức từ xuyên qua tiết diện S.
Bài cuối là loại bài ứng dụng kĩ thuật của Vật lí học. Vì HS thiếu kiến thức về sự phụ thuộc của SĐĐCƢ vào số vòng dây và tốc độ biến thiên từ thông nên HS không đề xuất mẫu thiết kế máy phát điện xoay chiều mà tham gia hoạt động tìm hiểu các bộ phận chính của máy phát điện xoay chiều thông qua MH,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
rồi dựa vào nguyên tắc tạo ra dòng điện cảm ứng xoay chiều để giải thích tại sao máy quay lại cho dòng điện xoay chiều. Sau đó GV giới thiệu thêm một số đặc điểm của máy phát điện trong kĩ thuật và trong sản xuất.
Cuối chƣơng “Điện từ” HS đƣợc học về máy biến thế với tính năng làm tăng
hay giảm hiệu điện thế xoay chiều. Tính chất này đƣợc thiết lập bằng TN chứ không phải suy ra từ hiện tƣợng CƢĐT vì HS chƣa đƣợc cung cấp đủ kiến thức.
2.2.2. Chƣơng trình lớp 11 – Ban cơ bản
- Dựa trên cơ sở những kiến thức đã học ở chƣơng trình lớp 9, SGK nghiên cứu chuyên sâu hơn về hiện tƣợng CƢĐT và các định luật liên quan đến hiện tƣợng này.
- Có thể nói sự biến thiên từ thông nhƣ một nguyên nhân gây ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín nhƣng đúng hơn chỉ nên coi sự biến thiên từ thông là dấu hiệu chứng tỏ có sự xuất hiện DĐCƢ.trong mạch. Còn việc giải thích nguyên nhân sâu xa thì phức tạp hơn nhiều. HS không chỉ biết dòng điện cảm ứng có chiều thay đổi mà HS còn biết sự thay đổi chiều này phụ thuộc vào sự biến thiên (tăng hay giảm) của từ thông qua mạch và định luật Len xơ giúp phát hiện chiều DĐCƢ.
- Do HS đã biết mỗi khi trong một mạch kín có dòng điện thì phải có suất điện động sinh ra dòng điện ấy nên có thể suy luận DĐCƢ.trong mạch điện kín phải đƣợc gây ra bởi suất điện động gọi là SĐĐCỨ. SĐĐCƢ tỉ lệ với độ biến thiên từ thông. Khi từ thông qua tiết diện S của mạch điện kín biến thiên thì trong cuộn dây xuất hiện một DĐCƢ. Nhƣ vậy suất điện động xuất hiện trong mạch kín có tác dụng nhƣ một nguồn điện.
+ Nếu mạch kín thì trong mạch sẽ xuất hiện DĐCƢ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Nếu mạch hở thì ở hai đầu cuộn dây sẽ xuất hiện hiệu điện thế giống nhƣ hai cực của một quả pin.
Sách giáo khoa giới hạn việc nghiên cứu hiện tƣợng CƢĐT trong phạm vi lý thuyết là chủ yếu nên chỉ đề cập đến một ứng dụng của hiện tƣợng CƢĐT là dòng Fu- cô. Hai ứng dụng quan trọng của hiện tƣợng CƢĐT là máy phát điện và máy biến thế sẽ đƣợc khảo sát ở chƣơng trình lớp 12 vì liên quan đến một hiện tƣợng vật lí là dao động.
Qua hiện tƣợng tự cảm HS đƣợc làm quen khái niệm độ tự cảm là một đại lƣợng đặc trƣng cho các dòng điện biến thiên. Độ tự cảm của một đoạn mạch điện phụ thuộc vào dạng hình học của mạch.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.2.3. Sơ đồ logic cấu trúc chƣơng: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
►.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