Chương 2. VẬN DỤNG ĐA PHƯƠNG TIỆN (MULTIMEDIA) TRONG XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC BÀI CHƯƠNG “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” - VẬT LÍ 11 THPT NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, TỰ LỰC VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH
2.3. Xây dựng tiến trình dạy học các bài học của chương “Cảm ứng điện từ” - Vật lí 11 THPT
2.3.2. Tiến trình dạy học bài “TỪ THÔNG. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ”
Mục tiêu bài học
Kiến thức
- Hiểu được mục đích các thí nghiệm về sự biến thiên của từ trường.
- Phát biểu được định nghĩa và ý nghĩa từ thông.
- Nắm được hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng.
- Trình bày được định luật Faraday, định luật Lenz.
Kĩ năng
- Phân biệt được hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng trong mạch kín.
- Vận dụng được định luật Lenz xác định chiều dòng điện cảm ứng.
- Vận dụng được công thức xác định suất điện động cảm ứng.
Thái độ - Tình cảm
- Tập trung theo dõi các thí nghiệm do giáo viên biểu diễn.
- Tích cực trong quá trình học tập.
- Yêu thích bài học Vật lý.
- Tiếp tục phát triển niềm đam mê Vật lý ở học sinh.
Chuẩn bị
Giáo viên
- Dụng cụ thí nghiệm: Một ống dây; Một thanh nam châm dài, một nam châm tròn; Một điện kế; Một vòng dây (có thể thay đổi diện tích); Một biến trở; Một ngắt điện,một bộ pin.
- Bài giảng trên mạng tại trang http://lophoc.thuvienvatly.com/camungdientu + Hệ thống câu hỏi chuẩn bị cho từng bài học;
+ Hệ thống hóa bài học;
+ Nội dung của bài học;
+ Các thí nghiệm ảo, hình ảnh đoạn phim minh họa;
+ Vật lý và đời sống;
+ Bài tập tự luận;
+ Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm;
+ Bài tự kiểm tra 15 phút;
- Phiếu học tập:
+ Nội dung:
Câu 1: Một khung dây dẫn kín đặt song song với các đường cảm ứng từ trong từ trường đều thì có từ thông qua khung dây đó không ? Giải thích tại sao ?
Câu 2: Đặt một cuộn dây kín vuông góc với các đường cảm ứng từ trong từ trường đều, dùng tay bóp méo cuộn dây. Hỏi trong thời gian cuộn dây bị bóp méo có xuất hiện dòng điện cảm ứng không? Giải thích?
Câu 3: Cho hai cuộn dây: Một cuộn dây để hở, một cuộn dây được nối kín mạch điện. Nếu hai nam châm cùng rơi qua hai cuộn dây tại thời điểm ban đầu, thì kết quả sẽ như thế nào?
A. Nam châm đi qua mạch kín chậm hơn.
B. Nam châm đi qua mạch hở chậm nhơn.
C. Nam châm đi qua hai mạch như nhau.
D. Nam châm đi qua mạch kín nhanh hơn.
Học sinh: Ôn lại kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ đã học ở lớp 9, trả lời câu hỏi chuẩn bị bài, xem tư liệu trên mạng.
Tiết 1: Từ thông. Hiện tượng cảm ứng điện từ
Giáo viên chia lớp thành 4 nhóm, mỗi nhóm 10 -11 học sinh. Các nhóm tham gia hoạt động, tham gia trả lời, thảo luận những tình huống, câu hỏi của giáo viên đặt ra.
Tổ chức tình huống học tập
Phần kiến thức: Từ thông a. Khái niệm từ thông
Công thức: = BScos
B: độ lớn cảm ứng từ S:diện tích vòng dây
: góc hợp bởi vectơ B và vectơ pháp tuyến n.
B
Ý nghĩa từ thông
Độ lớn từ thông qua một diện tích chính là số đường sức từ qua diện tích đó.
Phần kiến thức: Hiện tượng cảm ứng điện từ Kích thích hoạt động nhận thức:
Giáo viên kích thích hoạt động nhận thức bằng thí nghiệm trong sách giáo khoa:
Sau đó cho học sinh tự tiến hành thí nghiệm trên các thí nghiệm ảo.
Từ đó nhận xét: Khi đưa nam châm lại gần hay ra xa vòng dây thì thấy kim điện kế lệch đi.
- Hình thành vấn đề nhận thức:
+ Vấn đề 1: Tại sao khi cho nam châm di chuyển tương đối với vòng dây thì kim điện kế lại bị lệch?
+ Vấn đề 2: Khi kim điện kế lệch đi chứng tỏ trong mạch có dòng điện, vậy tại sao khi đó lại xuất hiện dòng điện?
- Đề xuất các giả thuyết: học sinh đưa ra các giả thuyết
Giả thuyết 1 (tương ứng với vấn đề nhận thức 1): Nam châm hút kim điện kế, làm kim điện bị lệch, từ đó suy ra trong mạch có dòng điện. Nếu nam châm hút điện kế thì ta không cần phải bố trí thí nghiệm như hình 1, ta ngắt mạch thử xem còn dòng điện không? Kết quả là không có. Điều này chứng tỏ khi nam châm chuyển động tương đối với vòng dây thì trong mạch mới xuất hiện dòng điện.
Giả thuyết 2: Khi nam châm di chuyển tương đối với vòng dây thì từ trường của nam châm qua vòng dây sẽ thay đổi. Như vậy sự xuất hiện dòng điện trong vòng dây sẽ liên quan đến sự biến thiên của từ trường của nam châm.
- Xây dựng mô hình về đối tượng nghiên cứu:
Học sinh biết xung quanh nam châm có từ trường, từ trường đặc trưng bởi các đường cảm ứng từ (kiểm chứng bằng các đường từ phổ). Ở gần hai cực nam châm thì từ trường mạnh, số lượng đường sức từ nhiều, ở xa hai cực thì từ trường yếu, số lượng đường sức từ thưa. Từ sự chuyển động tương đối của nam châm và vòng dây, học sinh cũng nhận xét và suy đoán được rằng số lượng đường sức từ qua vòng dây sẽ thay đổi.Nếu đưa nam châm lại gần vòng dây thì số đường sức từ qua vòng dây tăng thì từ trường biến thiên tăng. Ngược lại khi đưa nam châm ra xa vòng dây thì từ trường biến thiên giảm.
- Dự đoán thông tin có được từ mô hình xây dựng được:
+ Mỗi khi có sự di chuyển tương đối giữa nam châm và vòng dây thì trong mạch xuất hiện dòng điện, như vậy có thể suy ra rằng dòng điện xuất hiện là do sự biến thiên của từ trường qua vòng dây.
+ Giáo viên tiến hành lại thí nghiệm ảo để học sinh quan sát.
Do vấn đề được hình thành khi xét sự di chuyển giữa nam châm và vòng dây khi xét thí nghiệm mở đầu, ta đã dự đoán sự xuất hiện của dòng điện là do sự biến thiên của từ trường. Vậy ta sẽ đề xuất phương án kiểm chứng hệ quả mà ta suy ra, nếu thí nghiệm kiểm chứng đúng thì dự đoán của chúng ta là chính xác.
- Đề xuất và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng: Do ta chỉ cần có từ trường biến thiên nên ta sẽ thay thế từ trường của nam châm bằng các cách khác.
+ Ống dây có dòng điện chạy qua chuyển động tương đối đối với vòng dây.
+ Ống dây có dòng điện đặt trong lòng ống dây khác và đóng ngắt mạch điện để thay đổi I.
Rút ra kết luận:
Mỗi khi có từ trường qua một mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện, dòng điện đó gọi là dòng điện cảm ứng.
Ở đây chúng ta cũng đưa ra một khái niệm mới: ta gọi số lượng đường sức từ xuyên qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với đường sức là từ thông. Như vậy cũng có thể phát biểu lại kết luận:” Mỗi khi có sự biến thiên của từ thông qua mạch kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng”.
Giáo viên tiến hành thí nghiệm ảo với việc thay đổi các đại lượng khác nhau (để thay đổi từ thông qua mạch kín).
Thay đổi B bằng cách thay đổi hiệu điện thế qua cuộn dây
Thay đổi B bằng cách thay đổi số vòng dây trong ống dây
Thay đổi góc α
Tiết 2: Xác định chiều dòng điện cảm ứng. Định luật Len-xơ. Dòng điện Fu-cô
Phần kiến thức: Xác định chiều dòng điện cảm ứng. Định luật Len - xơ - Kích thích hoạt động nhận thức:
Khi đưa nam châm lại gần hay ra xa vòng dây thì trong vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng nhưng ta lại thấy kim điện kế quay theo hai chiều ngược nhau. Dòng điện này cũng có chiều khác nhau khi ta đưa cực bắc hoặc cực nam của nam châm lại gần. Như vậy chiều dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- Hình thành vấn đề nhận thức
Chiều dòng điện xuất hiện trong vòng dây phụ thuộc vào cách đưa nam châm lại gần hay ra xa vòng dây, cách đưa cực bắc hay cực nam lại gần.
Khi đưa nam châm lại gần hay ra xa vòng dây sẽ làm cho từ trường qua dây thay đổi, tức là số lượng đường sức từ qua nó cũng thay đổi.
- Đề xuất giả thuyết
Khi đưa nam châm lại gần vòng dây số lượng đường sức từ xuyên qua vòng dây tăng lên, khi đưa ra xa số lượng đường sức từ xuyên qua vòng dây giảm.
Khi đưa cực nam hoặc bắc của nam châm lại gần vòng dây thì chiều đường sức từ xuyên qua nó cũng khác nhau.
Vậy chiều dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự biến thiên tăng hay giảm của từ trường và phụ thuộc vào chiều của từ trường.
- Thí nghiệm kiểm chứng
+ Nối điện kế với nguồn một chiều, dựa vào chiều quay của kim để đánh dấu chiều dòng điện theo chiều quay của kim. Nối vòng dây với điện kế.
+ Khi đưa cực bắc của nam châm lại gần vòng dây, số lượng đường sức từ xuyên qua vòng dây tăng, kim điện kế lệch sang trái chứng tỏ dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng dây ngược chiều kim đồng hồ. Dòng điện cảm ứng xuất hiện sẽ tự sinh ra xung quanh nó một từ trường, ta gọi đó là từ trường cảm ứng. Dựa theo chiều dòng điện cảm ứng ta sẽ xác định được chiều của từ trường cảm ứng.
Từ kết quả thí nghiệm ta suy ra rằng, từ trường của nam châm và từ trường cảm ứng ngược chiều nhau.
+ Khi đưa cực bắc của nam châm ra xa vòng dây, kim điện kế lệch sang phải chứng tỏ dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng dây cùng chiều kim đồng hồ.
Tương tự như trên ta sẽ xác định được chiều của từ trường cảm ứng do dòng điện cảm ứng sinh ra.
Từ kết quả thí nghiệm ta suy ra rằng, từ trường của nam châm và từ trường cảm ứng cùng chiều nhau.
Như vậy, từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ trường sinh ra nó.
- Rút ra kết luận: Từ trường của dòng điện cảm ứng gây ra có chiều chống lại sự biến thiên của từ trường gởi qua nó.
- Hình thành kiến thức: Định luật Lenz: Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.
- Vận dụng
Mức độ 1: Củng cố kiến thức
Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong các trường hợp sau:
Mức độ 2: Mở rộng, đào sâu kiến thức
Học sinh về nhà tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của máy biến thế, máy phát điện thông qua lớp học trực tuyến.
Phần kiến thức: Dòng điện Fu-cô
Học sinh tự học phần kiến thức dòng điện Fu-cô thông qua lớp học trực tuyến với hệ thống câu hỏi định hướng của giáo viên.
Qua phần trên ta thấy dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín mỗi khi từ thông qua mạch kín đó biến thiên, các câu hỏi định hướng đặt ra như sau:
- Khi từ thông qua các khối kim loại kín biến thiên thì trong các khối kim loại có dòng điện cảm ứng không ?
- Có thể làm thí nghiệm như thế nào để kiểm chứng điều này ? - Những tác hại của dòng điện Fu-cô là gì ?
- Ngoài những tác hại của dòng điện Fu-cô thì dòng điện Fu-cô có lợi không ? Nêu ví dụ minh họa.
- Có các cách nào làm giảm tác hại của dòng điện Fu-cô không ?