8. Cấu trúc của khóa luận
2.3.Mục tiêu dạy học chƣơng “từ trƣờng”
2.3.1. Mục tiêu về kiến thức và cấp độ nhận biết
Các khối kiến thức đƣợc xác định với các mục tiêu về nội dung và cấp độ nhận thức cần đạt nhƣ sau: Cấp độ Nội dung Nhận biết Hiểu Vận dụng - Phát biểu đƣợc định nghĩa từ trƣờng - Giải thích đƣợc sự tồn tại từ trƣờng xung quanh nam châm và
- Giải thích nguyên tắc hoạt động của kim la bàn cực Bắc,
A. Khái niệm từ trƣờng - Phát biểu đƣợc định nghĩa về đƣờng sức từ - Nhớ đƣợc hƣớng của từ trƣờng tại một điểm là hƣớng Nam – Bắc của kim nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó.
- Phát biểu đƣợc quy tắc nắm bàn tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc. - Nhớ đƣợc bốn tính chất của các đƣờng sức từ. - Nhớ dạng từ phổ của một số từ trƣờng (nam châm, dòng điện thẳng, dòng điện tròn, ống dây) - Nhận biết đƣợc dạng của đƣờng sức từ của một số mạch điện.
dòng điện thông qua tƣơng tác từ.
- Phân biệt đƣợc tƣơng tác từ với tƣơng tác điện. - Biết đƣợc sự định hƣớng của nam châm thử, vẽ, xác định đƣợc hƣớng của từ trƣờng. - Sử dụng quy tắc nắm tay phải biết chiều dòng điện tìm chiều cảm ứng từ và ngƣợc lại. - So sánh từ trƣờng bên ngoài một ống dây với từ trƣờng một thanh nam châm thẳng.
cực Nam của Trái Đất.
- Chỉ ra đƣợc khi nào giữa các điện tích có tƣơng tác điện, khi nào có tƣơng tác từ. - So sánh đƣợc sự định hƣớng của kim la bàn khi chƣa có dòng diện chạy trong dây dẫn thẳng dài. - Vận dụng kiến thức về tính chất đƣờng cảm ứng từ của dòng điện tròn để xác định sự định hƣớng của nam châm thử tại tâm vòng tròn. B. Khái niệm véctơ cảm ứng từ - Nhớ đƣợc véctơ cảm ứng từ là đại lƣợng đặc trƣng cho - Hiểu đƣợc các đại lƣợng trong công thức: - Vận dụng xác định B do dòng điện
từ trƣờng về mặt tác dụng lực. Véctơ cảm ứng từ B tại một điểm có: + Hƣớng trùng với hƣớng của từ trƣờng tại điểm đó. + Độ lớn: B = F Il + Đơn vị Tesla (T) - Viết đƣợc công thức xác định độ lớn B: + Tại một điểm trong từ trƣờng của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài: B = 2.10-7I r
+ Tại tâm của dây dẫn uốn thành vòng tròn có dòng điện:
B = 2 10-7N I
R
+ Tại một điểm bên trong ống dây dẫn hình trụ có dòng điện chạy qua
+ B = F
Il để áp dụng
giải bài toán tìm B.
+ B = 2.10-7I r áp dụng tìm B,I hoặc r B = 2 10-7N I R Tính N, B, I hoặc R + B = 4 10-7nI tính B, n hoặc I + Áp dụng cách xác định B tại một điểm trong từ trƣờng để xác định phƣơng, chiều, độ lớn B tại một điểm do một dòng điện sinh ra.
+ Hiểu cách xác định
B tại một điểm trong từ trƣờng của dòng điện thẳng để từ đó xác định phƣơng, chiều, độ lớn của dòng điện. thẳng, tròn gây ra và phƣơng pháp chồng chất từ trƣờng để xác định véctơ cảm ứng từ tổng hợp do: + Hai dòng điện thẳng gây ra + Ba dòng điện thẳng gây ra + Một dòng điện thẳng, một dòng điện tròn gây ra + Hai dòng điện tròn gây ra - Vận dụng cách xác dịnh véctơ cảm ứng từ tổng hợp tại một điểm, giải bài toán ngƣợc đã biết B
tổng hợp tại một điểm, xác định véctơ cảm ứng từ của một trong hai dòng điện.
B = 4 10-7 N
l I
C.Lực từ
- Phát biểu đƣợc quy tắc bàn tay trái - Viết đƣợc công thức tính lực từ tác dụng lên một phần tử dòng điện đặt trong từ trƣờng đều. - Viết đƣợc biểu thức: F = IlBsin và nêu đƣợc lực Lo-ren-xơ là lực từ tác dụng khi hạt mang điện chuyển động trong từ trƣờng theo phƣơng các đƣờng cảm ứng từ. - Phát biểu đƣợc qui tắc bàn tay trái, xác định phƣơng chiều của lực Lo-ren-xơ. - Viết đƣợc biểu thức tính độ lớn của lực Lo-ren-xơ: F = q0vBsin . - Áp dụng quy tắc bàn tay trái: + Xác định phƣơng, chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trƣờng. + Xác định phƣơng, chiều của lực Lo-ren- xơ tác dụng lên hạt điện tích chuyển động trong từ trƣờng. - Áp dụng công thức: F = IlB sin để tính một trong các đại lƣợng F, I, B, l, khi biết các đại lƣợng còn lại.
- Hiểu ý nghĩa của các đại lƣợng trong biểu thức: F = q0vBsin để tính lực từ tác dụng lên hạt điện tích chuyển động trong từ trƣờng. - Hiểu tác dụng của lực Lo-ren-xơ đối với chuyển động của hạt
- Vận dụng quy tắc bàn tay trái trong trƣờng biến dổi. - Vận dụng kiến thức xác định lực tác dụng của từ trƣờng dòng điện này lên dòng điện kia và kiến thức tổng hợp lực để xét tƣơng tác của nhiều dòng điện đồng phẳng hoặc các dòng điện không đồng phẳng. - Vận dụng cách xác định lực Lo-ren-xơ, phân tích chuyển động của hạt mang điện trong từ trƣờng, xác định đặc điểm về chuyển động của hạt mang điện (chu kì của chuyển động)
- Vận dụng khảo sát chuyển động của các điện tích trong
mang điện để từ đố xác định quỹ đạo chuyển động của hạt, giải thích sự tồn tại của quỹ đạo đó.
trƣờng hợp hạt mang điện chuyển động dƣới tác dụng không chỉ của từ trƣờng mà của cả điện trƣờng, trƣờng hấp dẫn,….. 2.3.2. Mục tiêu về kĩ năng
Các kĩ năng cơ bản HS cần rèn luyện khi học chƣơng “ Từ trƣờng”. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Kĩ năng biểu diễn các đƣờng cảm ứng từ (của nam châm, dòng điện chạy trong các mạch có dạng đặc biệt).
- Kĩ năng vẽ các đƣờng cảm ứng từ của nam châm (dạng, chiều) từ đó xác định các cực của nam châm và ngƣợc lại.
- Kĩ năng vận dụng quy tắc nắm tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc: Từ dạng dây dẫn có chiều dòng điện cụ thể tìm sự định hƣớng của kim nam châm; xác định tên cực cho các mặt dòng điện tròn, từ đó xác định sự định hƣớng của nam châm thử.
- Kĩ năng vận dụng quy tắc bàn tay trái xác định hƣớng của một trong ba các đại lƣợng B,F,I hoặc B,F,v khi biết hƣớng của hai đại lƣợng kia
- Kĩ năng tính toán các đại lƣợng trong công thức tính cảm ứng từ, tính lực từ, tính bán kính quỹ đạo chuyển động của hạt mang điện, lực Lo-ren-xơ.
- Kĩ năng đổi đơn vị các đại lƣợng trong đề bài cho thích hợp
- Kĩ năng vận dụng các công thức toán học nhƣ: cộng véctơ, hệ thức lƣợng giác, bất đẳng thức côsi,…
- Kĩ năng phán đoán, suy luận
- Kĩ năng phân tích lực, tổng hợp lực
2.4. Thiết kế phƣơng án dạy học các bài cụ thể
Giáo án 1: II. Cảm ứng từ thuộc “bài 20: Lực từ . Cảm ứng từ”
Ý tƣởng sƣ phạm:
Mục đích, nhiệm vụ của đề tài là xây dựng tiến trình dạy – học theo hƣớng phát huy NLST cho HS trƣờng THPT Liễn Sơn. Với đặc điểm của HS
trƣờng THPT Liễn Sơn các em có khả năng tƣ duy bằng trực quan tốt nhƣng tƣ duy trừu tƣợng thì hạn chế hơn.
Kiến thức về cảm ứng từ mang tính trừu tƣợng cao và khó hiểu đòi hỏi HS phải có khả năng hình dung và năng lực tƣởng tƣợng tốt nên làm cho HS gặp nhiều khó khăn trong quá trình học tập. Vì vậy chúng tôi đã sử dụng thí nghiệm để HS thực hành, quan sát, từ đó sẽ tạo đƣợc niềm tin, hứng thú học tập cho các em.
Đồng thời dựa vào các cách phát huy NLST cho HS trong DH: + Xây dựng một lôgíc nội dung phù hợp với đối tƣợng HS
+ Tạo nhu cầu hứng thú kích thích tìm tòi, ham hiểu biết của HS (làm xuất hiện tình huống lựa chọn, tình huống bế tắc, tình huống ngạc nhiên bất ngờ)
+ Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng tình huống có vấn đề
+ Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết + Luyện tập, đề xuất phƣơng án kiểm tra dự đoán
Trên cơ sở đó ta có thể xây dựng bài giảng theo hƣớng của đề tài nhƣ sau: GV đƣa ra tình huống có vấn đề, yêu cầu nhóm HS thảo luận, dự đoán, đề xuất phƣơng án kiểm tra dự đoán. Từ những phát biểu của HS, GV nhận xét tính khả thi của phƣơng án, điều chỉnh để đƣa phƣơng án kiểm tra. Cho HS hoạt động theo nhóm thực hiện nhiệm vụ, GV quan sát hoạt động của HS, hƣớng dẫn khi cần thiết. Cụ thể:
+ HS đƣa ra đƣợc dự đoán độ lớn lực từ tác dụng lên dòng điện tỉ lệ với cƣờng độ dòng điện
+ HS đề xuất đƣợc phƣơng án thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của độ lớn lực từ phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện, chiều dài dây dẫn và góc giữa phƣơng chiều dòng điện và phƣơng chiều của đƣờng sức từ.
+ HS thiết kế đƣợc thí nghiệm khảo sát thƣơng số
sin F I khác nhau với các từ trƣờng khác nhau. I. Mục tiêu 1. Về kiến thức.
- Nắm đƣợc biểu thức độ lớn của véctơ cảm ứng từ. 2. Về kỹ năng:
- Vận dụng công thức để giải các bài tập và giải thích đƣợc các hiện tƣợng vật lý.
- Rèn luyện đƣợc kĩ năng thực nghiệm. 3. Thái độ:
- Nghiêm túc, tích cực, hợp tác với giáo viên trong quá trình dạy học.
II. Chuẩn bị:
1. Giáo viên (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Bộ thí nghiệm cân lực từ.
- Phiếu học tập ghi kết quả thí nghiệm. - Bảng kết quả thí nghiệm ra giấy khổ to. 2. Học sinh
- Ôn lại kiến thức về lực từ đã học ở lớp 9.
III. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức.
Điều kiện xuất phát:
- Phƣơng và chiều của lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện nằm trong từ trƣờng phụ thuộc vào phƣơng, chiều của dòng điện và phƣơng, chiều của đƣờng sức từ (Quy tắc bàn tay trái lớp 9).
- Lực là đại lƣợng véctơ.
Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện nằm trong từ trƣờng phụ thuộc vào những yếu tố nào? Và phụ thuộc nhƣ thế nào vào những yếu tố đó?
Giải pháp:
- Làm thí nghiệm phát hiện mối liên hệ giữa độ lớn F của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trƣờng vào cƣờng độ dòng điện I trong đoạn dây dẫn, chiều dài của đoạn dây dẫn, góc
hợp bởi đoạn dây dẫn và đƣờng sức từ. - Thí nghiệm 1: = const, = 900
, thay đổi I - Thí nghiệm 2: I = const, = 900 , thay đổi - Thí nghiệm 3: I = const, = const, thay đổi
Thực hiện giải pháp:
- Thí nghiệm 1: Xác định quan hệ của F với I
= 900 , = 40mm Lần thí nghiệm I(A) F(N) FI 1 2 3 => F tỉ lệ với I
- Thí nghiệm 2: Xác định quan hệ của F với = 900 , I = 60 A Lần thí nghiệm (mm ) F(N) F 1 80 2 40 3 20 => F tỉ lệ với
- Thí nghiệm 3: Xác định quan hệ của F với
I = 60 A , = 20(mm) Lần thí nghiệm F(N) sin F 1 900 2 450 3 300 => F tỉ lệ với sin Kết luận sơ bộ:
Độ lớn F của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện nằm trong từ trƣờng tỉ lệ thuận với cƣờng độ dòng điện I chạy qua đoạn dây dẫn và tỉ lệ thuận với sin góc hợp bởi dòng điện và đƣờng sức từ, nghĩa là:
sin
F
Điều kiện trên đƣợc rút ra từ thí nghiệm với đoạn dây dẫn mang từ trƣờng bất kì. Đối với mỗi từ trƣờng
sin
F
I có luôn bằng hằng số không?
Khi đoạn dây dẫn mang dòng điện nằm trong từ trƣờng khác thì hằng số B có thay đổi không? B đặc trƣng cho cái gì?
Làm thí nghiệm khảo sát mối liên hệ định lƣợng giữa F và I, , sin khi đặt đoạn dây dẫn có chiều dài , mang dòng điện có cƣờng độ I, hợp với đƣờng sức từ góc trong các từ trƣờng khác (tạo các từ trƣờng khác bằng cách thay đổi cƣờng độ dòng điện của nam châm điện).
Vẫn cho kết quả F tỉ lệ với I sin, sin
F
I = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hằng số B, nhƣng B là khác nhau đối với các từ trƣờng khác nhau. Từ trƣờng nào có B lớn sẽ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài , mang dòng điện có cƣờng độ I và hợp với đƣờng sức từ góc
một lực lớn hơn.
Kết luận:
- Đối với mỗi từ trƣờng, luôn luôn có sin
F
I = hằng số B
- B là khác nhau đối với mỗi từ trƣờng khác nhau
- B đặc trƣng cho từ trƣờng về mặt tác dụng lực. Ngƣời ta gọi B là độ lớn của cảm ứng từ của từ trƣờng tại điểm khảo sát
- Biểu thức tổng quát của lực từ F theo B (Định luật Ampe): sin
IV. Nội dung
1. Các yếu tố của khái niệm cảm ứng từ:
+ Đặc trƣng cho từ trƣờng về phƣơng diện tác dụng lực
+ Biểu thức: B F
I
+ Điểm đặt: Tại điểm đang xét
+ Hƣớng: Trùng với hƣớng của từ trƣờng tại điểm đó + Đơn vị Tesla (T)
2. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trƣờng đều.
- Các đặc điểm của lực từ tác dụng lên dây dẫn: + Điểm đặt: Đặt tại trung điểm của đoạn dây.
+ Phƣơng: Vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và đƣờng cảm ứng từ.
+ Chiều: Xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đƣờng sức từ hƣớng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hƣớng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 0
90 chỉ chiều của lực từ. + Độ lớn: F BI sin
V. Thiết kế hoạt động dạy học. “II. Cảm ứng từ”
* Hoạt động 1: Đặt vấn đề, chuẩn bị điều kiện xuất phát (2 phút)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Trên đây chúng ta đã biết phƣơng chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện phụ thuộc vào phƣơng chiều của dòng điện và chiều của đƣờng sức từ, điều đó đƣợc thể hiện theo quy tắc bàn tay trái. Vậy độ lớn của lực từ phụ thuộc vào những yếu tố nào? Phần tiếp theo chúng ta sẽ nghiên cứu điều đó.
* Hoạt động 2: (20 phút)
Nghiên cứu sự phụ thuộc của độ lớn lực từ vào cƣờng độ dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn, chiều dài đoạn dây dẫn và góc giữa phƣơng chiều dòng điện và phƣơng chiều đƣờng sức từ.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- GV nêu câu hỏi gợi ý:
+ Phƣơng chiều của lực từ phụ thuộc vào phƣơng chiều của dòng điện, vậy độ lớn của lực từ có phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện không?
+ Nếu vẫn sử dụng thí nghiệm nhƣ phần trên, chúng ta tăng dần cƣờng độ dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn và yêu cầu HS quan sát xem khung dây bị lệch nhiều hay ít?
- GV yêu cầu HS thiết kế phƣơng án thí nghiệm.
+ Làm thế nào để kiểm nghiệm giả thuyết đƣa ra có đúng không?
- GV nêu câu hỏi gợi ý, HS thiết kế đƣợc phƣơng án thí nghiệm.
HS suy nghĩ cá nhân.