1.6. Các biện pháp khai thác và sử dụng phương tiện dạy học hiện đại phối hợp thí nghiệm một cách có hiệu quả trong dạy học vật lý ở trường phổ thông
2.5.1. Giáo án 1. Bài “ Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản”
I. Mục tiêu
* Về kiến thức
- Phát biểu được quy tắc nắm tay phải, quy tắc cái đinh ốc thuận.
- Viết được công thức cảm ứng từ của từ trường do dòng điện thẳng dài, dòng điện tròn, ống dây mang dòng điện gây ra.
- Trình bày được dạng các đường sức từ của từ trường do dòng điện thẳng dài, dòng điện tròn và ống dây điện gây ra.
* Kỹ năng
- Áp dụng được các quy tắc để xác định chiều của đường sức từ hoặc chiều dòng điện; vẽ các đường sức từ biểu diễn từ trường của dòng điện thẳng dài, dòng điện tròn và ống dây có dòng điện chạy qua.
- Xác định được độ lớn, phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường gây ra bởi dòng điện thẳng dài, tại tâm dòng điện tròn và tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua.
- Có kỹ năng tư duy, kỹ năng làm TN.
* Thái độ
- Sự hứng thú học tập môn vật lý, lòng yêu thích khoa học.
- Tính trung thực trong khoa học, tinh thần nỗ lực phấn đấu cá nhân, kết hợp chặt chẽ với tinh thần hợp tác trong học tập.
II. Logic hình thành kiến thức
Sau khi có khái niệm từ trường, cảm ứng từ, lực từ, đến bài này HS tìm hiểu từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản. Trong bài này, HS được khảo sát ba dạng mạch điện là dòng điện thẳng, dòng điện tròn và dòng điện trong ống dây. Lôgic chung cho việc khảo sát từ trường của các dạng mạch điện cụ thể là: làm TN từ phổ để biết hình dạng và sự phân bố các đường sức từ, tiếp đến làm TN với nam châm thử để xác định chiều đường sức từ, biểu thức cảm ứng từ được thông báo. Khó khăn của bài này chính là làm sao đảm bảo tính trực quan của các TN và giúp HS tin tưởng các
biểu thức cảm ứng từ của các dạng dòng điện. Chính vì vậy, các TN cần có sự phối hợp với các PTDH khác để khắc phục những khó khăn ấy.
Hình vẽ dưới đây trình bày tiến trình chung nhất để giải quyết bài toán nhận thức của HS về từ trường của dòng điện. Kết quả của việc giải bài toán này, HS sẽ biết được đặc điểm từ trường của các dòng điện cụ thể như dòng điện thẳng, dòng điện tròn, ống dây mang dòng điện.
Hs rút ra kết luận: Từ trường của dòng điện phụ thuộc vào hình dạng của Hs thực hiện các TN ở trên lớp,
GV phối hợp với hình ảnh về từ phổ của các dòng điện, TN mô phỏng về quy tắc bàn tay và phiếu học tập.
Qua các TN, HS tự xác định hình dạng và chiều của đường sức từ của các dòng điện.
GV thông báo về độ lớn của cảm ứng từ của các dòng điện thẳng dài, tròn và ống dây.
Đặt vấn đề: Những nam châm khác nhau thì có hình dạng các đường sức từ khác nhau hay nói cách khác từ trường khác nhau. Vậy đối với những dòng điện có hình dạng khác nhau thì từ trường của chúng như thế nào?
HS đưa ra 3 ý kiến dự đoán: giống nhau, khác nhau hoặc không có ý kiến.
Làm thế nào để kiểm tra các dự đoán đó?
Đưa ra phương án TN :
- Dùng mạt sắt rắc lên các tấm bìa rồi đặt gần các dòng điện và gõ nhẹ;
sau đó quan sát hình ảnh từ phổ
- Dùng các kim nam châm nhỏ đặt gần các dòng điện và quan sát sự định hướng của các kim nam châm;
III. Chuẩn bị:
1.GV:
• Dụng cụ thí nghiệm
- 6 bộ TN, mỗi TN gồm hai bộ: nguồn (6 ÷12)V, mạt sắt, dây dẫn thẳng, vòng dây, ống dây, dây nối, các tấm mê-ca.
• Phương tiện dạy học hỗ trợ - Giáo án giảng dạy.
- Bài giảng điện tử.
- Máy chiếu hắt, máy tính, máy chiểu projector - Các hình ảnh và TN mô phỏng
- Các phiếu học tập
• Phương án khai thác và sử dụng PTDH hiện đại
GV tiến hành chia lớp thành 6 nhóm, phân nhóm trưởng của từng nhóm. Gv sử dụng bộ TN thật, có sẵn đã chuẩn bị trước để dạy Hs xác định chiều, hình dạng của đường sức từ, giao TN cho các nhóm tiến hành kết hợp với phiếu học tập. Sau đó các nhóm báo cáo kết quả bằng máy chiếu overhead. Tiếp theo, GV cho nhận xét lại bằng chách sử dụng máy chiếu để trình chiếu các hình ảnh xác định hình dạng và chiều của đường sức từ. GV trình chiếu TN mô phỏng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều đường sức từ của dòng điện thẳng.
2. HS: Ôn lại các kiến thức về từ trường, từ phổ, đường sức từ, cảm ứng từ.
IV. Tiến trình giảng dạy:
1.Ổn định lớp 2.Kiểm tra bài cũ:
a. Phát biểu khái niệm đường sức từ và nêu các tính chất của nó.
b. Phát biểu khái niệm vectơ cảm ứng từ.
3.Giảng bài mới
DỰ KIẾN NỘI DUNG GHI BẢNG 1.Từ trường của dòng điện thẳng a.TN.
b.Các đường sức từ
Là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dòng điện
c.Chiều của các đường sức: theo quy tắc nắm tay phải (SGK) d.Công thức tính cảm ứng từ:
B = trong đó r là khoảng cách từ điểm xét đến dây dẫn mang dòng
điện
2.Từ trường của dòng điện tròn a.TN
b.Các đường sức từ:
c.Chiều của các đường sức từ:
d.Công thức tính cảm ứng từ
B = trong đó N : số vòng dây R : bán kính của dòng điện
3.Từ trường của dòng điện trong ống dây a.TN.
b.Các đường sức từ c.Chiều các đường sức từ d.Công thức tính cảm ứng từ
B = trong đó n = là số vòng dây trên 1m chiều dài Hoạt động 1(7 phút ): Đặt vấn đề vào bài và đưa ra phương án TN.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Em hãy nhận xét về từ trường của các nam châm thẳng và nam châm chữ U. Dựa vào đâu để có những nhận xét đó?
- Vậy, đối với dòng điện có hình dạng khác nhau thì từ trường của chúng như thế nào? Phụ thuộc vào những đặc điểm nào?
- Làm thế nào để khảo sát từ trường của chúng?
- Biết được hình dạng của đường sức từ còn chiều của nó được xác định như thế nào?
- Vậy cần có những dụng cụ TN nào?
- GV nhận xét lại và giới thiệu các dụng cụ đã có sẵn ở trong phòng TN. Thực hiện 3 TN về 3 dòng điện : thẳng dài, tròn và ống dây. Giao nhiệm vụ 2 nhóm thực hiện một TN kết hợp với phiếu học tập cho từng nhóm.
- Từ trường của hai nam châm khác nhau. Dựa vào hình dạng các đường sức từ của nam châm.
- Đưa ra các dự đoán: từ trường chúng giống nhau, khác nhau hoặc không có ý kiến.
-Thực hiện TN từ phổ để khảo sát hình dạng các đường sức từ của các dòng điện.
- Dùng các kim nam châm để xác định chiều của các đường sức từ.
- Các dây dẫn mang dòng điện, mạt sắt, tấm bìa hoặc giấy.
Hoạt động 2 (25 phút): Tìm hiểu về từ trường của các dòng điện (tìm hiểu về hình dạng đường sức, chiều của đường sức và công thức tính cảm ứng từ)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- GV quan sát các nhóm
- Yêu cầu từng nhóm lên báo cáo kết quả TN và trình bày phiếu học tập. TN về từ phổ và phiếu học tập được chiếu bằng máy chiếu overhead.
- Sau khi 2 nhóm trình bày về TN từ phổ của dòng điện thẳng, GV sửa chữa, xác nhận và kết luận lại hình dạng và chiều của đường sức từ bằng cách chiếu các hình ảnh 2.14a đã chuẩn bị sẵn.
- GV trình chiếu TN mô phỏng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều đường sức từ của dòng điện thẳng.
- GV cung cấp thêm một số cách biễu diễn chiều dòng điện và chiều cảm ứng từ:
Kí hiệu nếu dòng điện hoặc cảm ứng từ đi từ trước ra sau trang giấy Kí hiệu nếu dòng điện hoặc cảm ứng từ đi từ sau ra trước trang giấy
- GV thông báo cho HS công thức tính cảm ứng từ B.
- Đối với từ trường của dòng điện tròn và từ trường của dòng điện trong ống dây, Gv cũng điều khiển HS thực hiện tương tự như TN từ trường của dây dẫn thẳng dài.
- GV chiếu các hình ảnh và TN mô phỏng ở các hình 2.14b, 2.14c để làm rõ kết quả các TN.
- GV cung cấp biểu thức tính cảm ứng từ của vòng dây và ống dây.
- Chú ý rằng: khi khảo sát cảm ứng từ của ống
- HS thực hiện các TN đã được giao đồng thời hoàn thành các câu hỏi trong phiếu học tập.
- Đại diện nhóm 1 và 2 trình bày TN từ phổ của dòng điện thẳng, tương tự cho các nhóm khác.
- HS ở dưới lớp chú ý bạn trình bày, thảo luận và đặt câu hỏi nếu có thắc mắc.
- HS ghi bài vào vở.
- HS chú ý và phát biểu lại quy tắc.
- HS ghi bài vào vở.
B = trong đó r là khoảng cách từ điểm xét đến dây dẫn mang dòng điện
dây, yêu cầu HS nhận xét các đường sức từ trong lòng ống dây?
- Nhận xét từ trường của ống dây giống với từ trường của vật nào?
- Vậy, ống dây cũng phải có cực như nam châm.
Các cực của ống dây được xác định như thế nào?
- Như vậy, trả lời câu hỏi đưa ra từ đầu bài học:
từ trường của các dòng điện có dạng khác nhau thì như thế nào? Và nó phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- GV định hướng cho HS rút ra kết luận: từ trường của các dòng điện có dạng khác nhau thì khác nhau hay nói cách khác nó phụ thuộc vào hình dạng của dòng điện và độ lớn cảm ứng từ tại một điểm phụ thuộc vào vị trí của nó đối với dòng điện và tỉ lệ với cường độ dòng điện.
- Là các đường thẳng song song và cách đều nhau nên từ trường trong lòng ống dây là từ trường đều.
- Giống từ trường của nam châm thẳng.
- Xác định như của nam châm thẳng:
+ Cực Bắc là đầu mà các đường sức từ đi ra.
+ Cực Nam là đầu mà các đường sức từ đi vào.
- HS thảo luận vấn đề và phát biểu ý kiến.
- HS tự ghi chép vào vở của mình.
Hoạt động 3(7 phút): Củng cố, vận dụng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
GV nêu một bài tập để củng cố kiến thức.
1. Xác định chiều dòng điện hoặc chiều của đường sức từ trong một số trường hợp sau đây.
- HS theo dõi và cùng thảo luận.
- Phát biểu ý kiến.
2. Xác định và vẽ vectơ cảm ứng từ B của các dòng điện gây ra tại các điểm M, N dưới đây:
3. Nếu dòng điện chạy trong dây dẫn (dòng điện thẳng) là dòng xoay chiều thì đường sức từ có gì thay đổi không? Vì sao?
- HS thảo luận và phát biểu ý kiến
V. Dặn dò:
- Đọc và tìm hiểu mục “em có biết”.
- Trả lời các câu hỏi ở SGK.
- Yêu cầu HS về nhà làm bài tập sau:
Bài toán về nhà: Có một ắc quy, một dây đồng đủ dài, một sợi dây treo mảnh.
Làm thế nào để xác định các cực của một nam châm thẳng bị mất ký hiệu?
Hướng dẫn:
+ Hãy nhận xét từ phổ ở bên ngoài ống dây mang dòng điện và từ phổ của nam châm thẳng. Từ đó rút ra được điều gì?
+ Làm thế nào để xác định các cực của một ống dây mang dòng điện? Lưu ý các em là chúng ta phải dựa vào chiều của các đường sức từ.
+ Khi biết được các cực của ống dây thì ta có thể xác định các cực của nam châm thẳng được không? Xác định như thế nào?
TH1 TH2 TH3
2.5.2. Giáo án 2. Bài “Hiện tượng cảm ứng điện từ - Suất điện động cảm ứng”
I. Mục tiêu
* Kiến thức
- Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính từ thông qua diện tích, nêu được đơn vị và ý nghĩa của từ thông
- Nêu được thế nào là hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng và biết được hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông biến thiên
- Hiểu được mục đích các thí nghiệm về sự biến thiên của từ trường
- Phát biểu được định luật Lentz về chiều dòng điện cảm ứng và áp dụng được cho trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do chuyển động
- Hiểu được bản chất dòng điện Fu-cô, tính chất và công dụng của dòng điện Fu-cô - Phân biệt được hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng
- Vận dụng được công thức Φ =BScosα để tính từ thông qua diện tích S hoặc tìm một đại lượng khi biết ba đại lượng còn lại
* Kỹ năng
- Rèn luyện được kỹ năng quan sát, thu thập, xử lí số liệu để rút ra kết luận - Biết vận dụng định luật Lenxơ để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các trường hợp khác nhau
- Vận dụng được các biểu thức để giải một số bài tập đơn giản
* Thái độ
- Học sinh có thái độ tích cực và nghiêm túc trong quá trình học tập.
- Có được tính tích cực, chủ động trong việc quan sát, phân tích dự đoán hiện tượng - Có được tính cẩn thận, tỉ mỉ trong việc giải các bài tập vận dụng liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ
- Giáo dục lòng yêu mến bộ môn Vật lý đồng thời có sự hiểu biết về lịch sử ra đời cũng như phát kiến vĩ đại của Faraday về dòng điện cảm ứng
II. Logic hình thành kiến thức
Sau khi học chương Từ Trường , HS đã biết về khái niệm cảm ứng từ cả về mặt định tính lẫn định lượng, các khái niệm từ trường, lực Lorenxơ, lực từ, biết được hình dạng, sự phân bố của đường sức từ, xác định được chiều của các đường sức từ,
SGK Vật Lý 11 Nâng Cao trình bày hai thí nghiệm ở hình 38.1 và 38.2 để HS hiểu được khi số đường sức từ xuyên qua vòng dây thay đổi thì trong vòng dây xuất hiện dòng điện đồng thời cũng là giới thiệu mở đầu về hiện tượng cảm ứng điện từ.
Tiếp theo, chưa nói về hiện tượng cảm ứng điện từ mà trình bày khái niệm từ thông. Sau đó mới quay trở lại nói về hiện tượng cảm ứng điện từ. Sở dĩ SGK đi theo trình tự logic như vậy là vì hiện tượng cảm ứng điện từ được định nghĩa thông qua khái niệm từ thông. Vì vậy, phải đưa ra khái niệm từ thông trước khi đưa ra khái niệm cảm ứng điện từ. Trong mục này, khái niệm dòng điện cảm ứng và suất điện động cảm ứng cũng được trình bày rõ ràng. Sau đó trình bày định luật Len-xơ.
Cuối cùng, GV trình bày cho HS hiểu về định luật Fa-ra-day để biết cách vận dụng vào giải bài tập.
Sau đây là tiến trình dạy học chung nhất cho quá trình nhận thức về hiện tượng cảm ứng điện từ của HS. Kết quả của quá trình nhận thức này là HS nắm được các khái niệm từ thông cũng như biểu thức và ý nghĩa vật lý của đại lượng này; cao hơn nữa là HS biết được về hiện tượng cảm ứng điện từ, định luật Len-Xơ về chiều của dòng điện cảm ứng cũng như về định luật Fa-ra-day.
GV trình bày 2 TN kinh điển trong SGK nhằm nêu lên 2 trường hợp xuất hiện dòng
điện trong mạch kín
GV nêu khái niệm từ thông, giải thích cho HS hiểu được biểu thức 38.1 và dùng gợi ý C2 để nhấn mạnh ý nghĩa từ thông
Lưu ý HS chú ý kim điện kế khi nào lệch khỏi vạch số 0 và khi nào không lệch
GV dẫn dắt lại các TN đầu bài, chỉ rõ cho HS hiểu để từ đó HS có thể phát biểu được các khái niệm trong SGK. Chú ý rằng các khái niệm trên phải trình
bày theo thứ tự : đầu tiên là dòng điện cảm ứng, sau đó đến suất điện động cảm ứng và cuối cùng là khái niệm hiện tượng cảm ứng điện từ.
Mục đích cuối cùng của mục 4 là phát biểu được định luật Len-Xơ. Để đi đến định luật này, phải làm TN theo sơ đồ hình 38.5 SGK. Trước hết GV nên giới thiệu sự tương
ứng giữa chiều dòng điện qua điện kế và phía lệch của
kim điện kế bằng một TN phụ.
Phát biểu thành lời định luật Len-Xơ
GV thông báo cho HS nội dung và biểu thức định luật
Fa-ra-đây
III. Chuẩn bị 1.Giáo viên
• Dụng cụ thí nghiệm
- Bộ TN như SGK, mỗi TN gồm dây dẫn thẳng, vòng dây, ống dây, dây nối, nam châm, điện kế.
- Bộ TN phụ dạy phần xác định chiều dòng điện cảm ứng, bộ TN gồm: ống dây, dây nối, điện kế, ăcquy.
• Phương tiện dạy học hỗ trợ - Giáo án giảng dạy.
- Bài giảng điện tử.
- Máy tính, máy chiếu projector
- Các hình ảnh liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ - Các TN ảo về hiện tượng cảm ứng điện từ
- Video clip về phát kiến vĩ đại của Fa-ra-đây
• Phương án khai thác và sử dụng PTDH hiện đại
GV tiến hành chia lớp thành các nhóm, phân nhóm trưởng của từng nhóm.
GV sử dụng bộ TN thật, có sẵn đã chuẩn bị trước để hướng dẫn HS đi đến kết luận rằng, khi số đường sức qua ống dây thay đổi thì trong mạch xuất hiện dòng điện.
Các nhóm báo cáo kết quả bằng phần mềm powerpoint trên máy chiếu projector.
Tiếp theo, GV cho nhận xét lại bằng cách sử dụng máy chiếu để trình chiếu các TNảo về các trường hợp thay đổi số đường sức từ qua ống dây để sinh ra dòng điện trong mạch. Đến mục 5, trước khi dạy định luật Fa-ra-đây, GV chiếu đoạn video clip về công trình nghiên cứu vĩ đại của nhà bác học Fa-ra-đây để tạo hứng thú đồng thời giáo dục lòng biết ơn, sự ham thích khám phá của các em HS.
2. Học sinh
- Ôn lại các kiến thức liên quan và xem bài trước ở nhà IV. Tiến trình giảng dạy
1. Ổn định lớp
2. Kiểm tra bài cũ
3. Giảng bài mới