Chương 2. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNGTỪ TRƯỜNG VẬT LÍ 11 NÂNG CAO THEO
2.3. Một số thí nghiệm tự tạo chương “Từ trường” Vật lí 11
a. Mục đích
Khảo sát tương tác từ giữa hai nam châm.
b. Dụng cụ
2 thanh nam châm thẳng, 1 nam châm được treo lên như hình 2.1.
c. Cách tiến hanh thí nghiệm
Đưa một đầu nam châm thẳng lại gần một đầu nam châm treo trên giá.
- Trường hợp 1: Đưa hai đầu cùng cực Bắc hoặc hai đầu cùng cực Nam của 2 nam châm lại gần nhau.
- Trường hợp 2: Đưa cực Bắc của nam châm thứ nhất lại gần cực Nam của nam châm treo trên giá hoặc đưa cực Nam của nam châm thứ nhất lại gần cực Bắc của nam châm treo trên giá.
Yêu cầu HS quan sát, ghi lại kết quả về sự tương tác giữa hai nam châm.
d. Kết quả
Hai nam châm đặt gần nhau thì tương tác với nhau.
Hai nam châm cùng cực thì đẩy nhau.
Hai nam châm khác cực thì hút nhau.
Hình 2.1.Tương tác giữa hai nam châm Thí nghiệm 2. Tương tác giữa dòng điện và nam châm a. Mục đích
-Quan sát tương tác từ giữa dây dẫn mang dòng điện và nam châm.
- Hiểu được xung quanh dòng điện có từ trường.
b. Dụng cụ
- 1 tấm nhựa;
- 1 đoạn dây đồng, 2 đoạn dây dẫn, 2 kẹp mỏ vịt, 2 cặp giắc cắm, 1 la bàn;
- 1 bình ắc quy 12V;
- 1 khoá K dùng đóng ngắt mạch điện.
c. Cách tiến hanh thí nghiệm
Uốn cong đoạn dây đồng. Hai đầu dây nối với giắc cắm. Gắn đoạn dây đồng đã được uốn với tấm nhựa. Dây dẫn được nối một đầu với giắc cắm và một đầu nối với kẹp mỏ vịt. Mắc nối tiếp dây dẫn với khóa K rồi nối tới nguồn điện ắc quy. Đặt la bàn có tác dụng như nam châm thử ở trên bề mặt tấm nhựa. Đóng khóa K, lúc này sẽ có dòng điện chạy qua đoạn dây đồng.
Yêu cầu HS quan sát và ghi lại sự thay đổi hướng của kim la bàn.
d. Kết quả
Giữa nam nam châm và dây dẫn mang dòng điện có tương tác từ với nhau.
Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn thì nam châm bị lệch.
Hình 2.2. Thí nghiệm tương tác giữa dòng điện va nam châm Thí nghiệm 3. Từ phổ của các loại nam châm có hình dạng khác nhau a. Mục đích
Quan sát hình dạng từ phổ của các loại nam châm.
b. Dụng cụ
- 1 nam châm thẳng, 1 nam châm chữ U, mạt sắt;
- 1 tấm nhựa.
c. Cách tiến hanh thí nghiệm
Đặt nam châm thẳng lên tấm nhựa, sau đó rắc mạt sắt lên bề mặt tấm nhựa và gõ nhẹ đến khi mạt sắt có hình dạng xác định thì dừng lại và nhận xét hình dạng từ phổ của nam châm thẳng.
Đặt nam châm chữ U lên bề mặt tấm nhựa, rắc mạt sắt lên bề mặt tấm nhựa rồi gõ nhẹ đến khi mạt sắt có hình dạng xác định thì dừng lại, quan sát và nhận xét hình dạng từ phổ của nam châm chữ U.
d. Kết quả
Nam châm thẳng và nam châm chữ U tạo ra từ trường, mạt sắt nằm trong từ trường sẽ sắp xếp lại tạo ra từ phổ.
Hình 2.3. Từ phổ của nam châm thẳng
Hình 2.4. Từ phổ của nam châm chữ U
Thí nghiệm 4. Từ phổ của dòng điện có hình dạng khác nhau a. Mục đích
Khảo sát hình dạng của đường sức từ do một số dòng điện có hình dạng đơn giản như dòng điện tròn, dòng điện thẳng, dòng điện qua ống dây gây ra.
b. Dụng cụ
- 3 tấm nhựa, 3 đoạn dây đồng, 6 giắc cắm, 6 kẹp mỏ vị, 6 đoạn dây dẫn;
- 1 bình ắc quy 12V;
- 3 khoá K dùng đóng ngắt mạch điện;
-Mạt sắt.
c. Cách tiến hanh thí nghiệm
Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng
Xuyên dây dẫn vào một lỗ khoan qua tấm nhựa. Nối hai đầu dây với dây dẫn, mắc khóa K nối tiếp với dây dẫn. Nối dây với nguồn. Rắc mạt sắt lên tấm nhựa và dùng tay gõ nhẹ lên tấm nhựa. Quan sát sự chuyển động của các hạt mạt sắt và hình dạng ổn định của nó sau khi gõ nhẹ.
Yêu cầu HS quan sát và nhận xét hình dạng từ phổ của dòng điện chạy qua dây dẫn thẳng.
Hình 2.5. Từ phổ của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dai Từ phổ của dòng điện chạy trong dẫy dẫn uốn thanh vòng tròn
Uốn cong dây dẫn theo hình tròn rồi xuyên vào lỗ khoan qua tấm nhựa. Nối hai đầu dây với khóa K rồi nối với nguồn. Rắc mạt sắt lên tấm nhựa, sau đó dùng tay gõ nhẹ lên tấm nhựa. Quan sát sự chuyển động của các hạt mạt sắt và hình dạng ổn định của nó sau khi gõ nhẹ.
Hình 2.6. Từ phổ của dòng điện tròn Từ phổ của dòng điện chạy trong ống dây
Uốn cong dây dẫn thành ống dây rồi xuyên vào lỗ khoan qua tấm nhựa. Nối hai đầu dây với khóa K rồi nối với nguồn. Rắc mạt sắt lên tấm nhựa, sau đó dùng tay gõ nhẹ lên tấm nhựa. Quan sát sự chuyển động của các hạt mạt sắt và hình dạng ổn định của nó sau khi gõ nhẹ.
Hình 2.7. Từ phổ của dòng điện trong ống dây d. Kết quả
Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra xung quanh nó từ trường, mạt sắt nằm trong từ trường sẽ sắp xếp lại tạo ra từ phổ.
Xung quanh dòng điện thẳng dài có từ trường do đó mạt sắt sẽ sắp xếp thành các vòng tròn đồng tâm xung quanh dây dẫn.
Từ phổ của dòng điện chạy qua vòng dây là những đường cong khép kín bao quanh vòng dây.
Bên trong ống dây có từ trường đều với các đường sức song song do đó mạt sắt sắp xếp thành các đường thẳng song song. Bên ngoài ống dây từ trường giống từ trường của nam châm thẳng nên mạt sắt sắp xếp thành các đường cong khép kín.
Thí nghiệm 5. Tương tác giữa hai dây dẫn song song mang dòng điện a. Mục đích
Khảo sát tương tác giữa hai dây dẫn song song mang dòng điện.
b. Dụng cụ
- 2 dây dẫn được mắc song song;
- 1 bình ắc quy 12V;
- 1khoá K dùng đóng ngắt mạch điện;
- Dây nối.
c. Tiến hanh thí nghiệm
Mắc mạch điện hoàn chỉnh thông qua một khoá K còn mở. Đóng khoá K cho dòng điện chạy qua hai dây dẫn.
- Trường hợp 1: Cho hai dòng điện cùng chiều chạy qua hai dây dẫn.
- Trường hợp 2: Cho hai dòng điện ngược chiều chạy qua hai dây dẫn.
Yêu cầu HS quan sát, ghi lại tương tác giữa hai dòng điện chạy trong hai dây dẫn.
Khi tiến hành cần che chắn dụng cụ thí nghiệm tránh giólàm lay động dây dẫn.
d. Kết quả
Hai dòng điện thẳng song song tương tác từ với nhau.
Hai dòng điện cùng chiều thì hút nhau.
Hai dòng điện ngược chiều thì đẩy nhau.
Hình 2.8.Tương tác giữa haidòng điện thẳng song song Thí nghiệm 6. Động cơ điện một chiều đơn giản
a. Mục đích
Tìm hiểu ứng dụng của lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện.
b. Dụng cụ
- Dây đồng có lớp cách điện, 2ghim kẹp giấy, 1 cục pin6V, dây điện;
- 1 khoá K dùng đóng ngắt mạch điện;
- Một miếng gỗ;
- Nam châm.
c. Cách tiến hanh thí nghiệm
Quấn 1 khung dây đồng, với hai đầu dây được uốn thẳng làm thành trục quay cho khung.Dùng dao cạo một phần lớp cách điện trên hai đầu dây để khung tiếp xúc với giá đỡ khi quay (chỉ cạo trên hai đầu dây cùng một phía).
Tạo giá đỡ cho động cơ: Sử dụng hai chiếc ghim kẹp giấy cỡ lớn.Uốn cong một phần của kẹp giấy thành hình chữ L. Dùng hai đoạn dây điện nối với chân của hai chiếc giá đỡ ở trên.Sau đó dùng keo dán để cố định hai chiếc giá đỡ vào thanh gỗ.
Đặt nam châm vào giữa hai giá đỡ. Đặt khung dây đồng vào giá đỡ rồi nối hai đầu dây điện của mỗi bên giá đỡ với cục pin. Khung dây đồng sẽ bắt đầu quay ngay khi được nối với nguồn điện.
d. Kết quả
Khi cho dòng điện một chiều chạy qua khung, momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung làm cho khung quay. Vì chỗ tiếp xúc giữa đầu khung dây và giá đỡ chỉ cạo một mặt nên mômen lực tác dụng lên khung dây luôn cùng chiều, do đó khung quay liên tục.
Hình 2.9. Động cơ điện một chiều đơn giản
2.4. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Từ trường” theo phương pháp bàn tay nặn bột với sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo
Trên cơ sở quy trình thiết kế bài dạy học theo phương pháp BTNB với sự hỗ trợ của TNTT, chúng tôi đã thiết kế tiến trình dạy học các bài sau:
Bài 26. Từ trường
Bài 29.Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản
Bài 31.Tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song. Định nghĩa đơn vị ampe.
Trong khuôn khổ chương 2, chúng tôi chỉ trình bày tiến trình dạy học Bài 26
và Bài 29. Tiến trình dạy học Bài 31 được trình bày ở phần phụ lục.
2.4.1. Bài “Từ trường”