8. Cấu trúc của khóa luận
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
- 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 =
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:
+ 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.
- Dự đoán có thể có, có thể không
- Quan sát thí nghiệm.
- Thảo luận chung toàn lớp.
+ Đề xuất giả thuyết: Độ lớn lực từ đăng khi cƣờng độ dòng điện tăng nên có thể độ lớn của lực từ tỉ lệ với cƣờng độ dòng điện.
- HS thảo luận chung toàn lớp.
Sau đó đề xuất phƣơng án thí nghiệm: Dùng đoạn dây dẫn ở phần trên, thay đổi cƣờng độ dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn, đo lực từ tƣơng ứng với mỗi
+ Đo cƣờng độ dòng điện bằng cách nào?
+ Thay đổi cƣờng độ dòng điện bằng cách nào?
+ Đo lực bằng cách nào?
+ Còn cách nào nữa không? cách nào mà kết quả đo chính xác hơn sử dụng lực kế?
- GV nêu câu hỏi và kết luận cần đƣợc kiểm tra bằng thí nghiệm: Trong trƣờng hợp này chúng ta cần kiểm nghiệm điều gì?
- Tiến hành thí nghiệm, phát phiếu học tập và yêu cầu HS ghi kết quả thí nghiệm vào phiếu học tập số 1.
- GV nêu câu hỏi vấn đề cần nghiên cứu tiếp:
+ Thí nghiệm trên ta làm với đoạn dây dẫn với chiều dài nhất định, nếu ta thay đổi đoạn dây dẫn có chiều dài khác nhau thì độ lớn của lực từ có thay đổi không?
giá trị cƣờng độ dòng điện.
+ Đo cƣờng độ dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn đó là dùng một ampe kế nối tiếp với một đoạn dây dẫn.
+ Thay đổi cƣờng độ dòng điện bằng biến trở.
+ Đo lực bằng lực kế.
Cách khác: Thêm gia trọng vào đĩa cân để khi cân thăng bằng và độ lớn của lực từ bằng trọng lƣợng của các gia trọng thêm vào.
- Ta cần kiểm nghiệm xem tỉ số F
I có
bằng hằng số không.
- Quan sát, ghi số liệu vào phiếu học tập.
- Thí nghiệm 1: Xác định quan hệ của F với I.
Bảng 1:
- Dự đoán: có thể có hoặc không
= 90o , = 40mm Lần TNo I(A) F (N) F/I 1 20 2 40 3 60
Gợi ý cho HS tìm câu trả lời:
- GV tiến hành thí nghiệm với các khung dây có chiều dài của cạnh đặt trong từ trƣờng tăng dần và giữ nguyên cƣờng độ dòng điện để HS quan sát và rút ra nhận xét.
- Vậy độ lớn lực từ phụ thuộc nhƣ thế nào vào chiều dài đoạn dây dẫn?
- GV nêu câu hỏi thiết kế phƣơng án thí nghiệm: Làm thế nào để kiểm nghiệm đƣợc kết luận này?
- Trong trƣờng hợp này chúng ta cần kiểm nghiệm điều gì?
- Quan sát và nhận xét
+ Khi tăng dần chiều dài đoạn dây dẫn trong từ trƣờng thì lực từ cũng tăng dần.
- Độ lớn của lực từ tỉ lệ thuận với chiều dài đoạn dây dẫn đặt trong từ trƣờng.
- HS thảo luận chung toàn lớp:
+ Đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra: Dùng thí nghiệm ở trên nhƣng thay đổi khung dây có chiều dài đoạn dây dẫn đặt trong từ trƣờng khác nhau, giữ nguyên cƣờng độ dòng điện chạy trong khung, đo lực từ tƣơng ứng. + Thêm gia trọng vào đĩa cân đòn để khi thăng bằng và độ lớn của lực từ bằng trọng lƣợng của các gia trọng thêm vào.
+ Dùng thƣớc đo độ dài để đo chiều dài đoạn dây dẫn.
- Ta cần kiểm nghiệm xem F có bằng
hằng số không.
Thí nghiệm 2: Xác định quan hệ của F với
- Tiến hành thí nghiệm, yêu cầu HS ghi kết quả thí nghiệm vào bảng 2 của phiếu học tập.
- GV nêu câu hỏi của vấn đề cần nghiên cứu tiếp:
Các trƣờng hợp nghiên cứu ở trên ta đều đặt đoạn dòng điện vuông góc với đƣờng từ sức từ. Nếu đặt đoạn dòng điện hợp với đƣờng sức từ góc bất kì thì độ lớn của lực từ có thay đổi không?
- Gợi ý HS trả lời.
- Tiến hành thí nghiệm nhanh: Tăng dần góc thì thấy khung dây bị lệch nhiều hơn.
+ Độ lớn lực từ tỉ lệ với góc nhƣ thế nào?
- Làm thế nào để kiểm nghiệm đƣợc bằng thí nghiệm kết luận này?
- Làm thế nào để xác định góc đã
- Dự đoán
- Độ lớn của lực từ tỉ lệ thuận với góc
- Thảo luận chung toàn lớp, đƣa ra phƣơng án thí nghiệm.
- Giữ nguyên giá trị cƣờng độ dòng điện và chiều dài đoạn dòng điện, thay đổi góc đo lực từ tƣơng ứng với góc
bằng cách thêm các quả trọng vào đĩa cân đến khi thăng bằng, trọng lƣợng của các quả nặng thêm vào bằng độ lớn lực từ tác dụng lên dòng điện. - Dùng thƣớc đo độ. = 90o , I = 60A Lần TNo (mm) F (N) F / 1 80 2 40 3 20
thay đổi?
- Giới thiệu khung dây làm thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của độ lớn lực từ vào góc .
- Trong trƣờng hợp này chúng ta cần kiểm nghiệm điều gì?
- Yêu cầu HS tính toán và rút ra kết luận.
- Gợi ý HS đƣa ra dự đoán mới và kiểm tra dự đoán đó:
Ta đã biết độ lớn của lực từ phụ thuộc vào góc nhƣng không phải tỉ lệ với góc . Liệu rằng độ lớn của lực từ có quan hệ lƣợng giác với góc hay không?
- Yêu cầu học sinh hoàn thiện bảng 1, bảng 2 và rút ra kết luận.
- Treo kết quả 3 lần thí nghiệm ra giấy khổ to lên bảng để học sinh quan sát. - Khái quát hóa kiến thức:
Vậy độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện AB tỉ lệ với cƣờng độ
- Ta cần kiểm nghiệm thƣơng số F
có phải bằng hằng số không? Bảng 3:
- Tính toán đƣa ra kết luận:
Dự đoán ở trên là không chính xác, lực từ không tỉ lệ với góc . - HS kiểm tra các tỉ lệ sin F , os F c , tan F , cot F Rút ra kết luận: Độ lớn cửa lực từ tỉ lệ với sin - Làm việc theo nhóm và rút ra kết luận: + Từ bảng 1 ta có F tỉ lệ với I + Từ bảng 2 ta có F tỉ lệ với I = 60 (A) , = 20mm Lần TNo F (N) F 1 90o 2 45o 3 30o
dòng điện I qua AB, tỉ lệ với chiều dài của đoạn dòng điện AB và tỉ lệ với sin với là góc giữa phƣơng chiều dòng điện và phƣơng chiều đƣờng sức từ. Với một từ trƣờng nhất đình thì thƣơng số sin F I = hằng số = B - Ghi nhận
* Hoạt động 3 (15 phút): Xây dựng khái niệm cảm ứng từ và biểu thức tổng quát của lực từ F theo B
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu: Đối với từ trƣờng khác, thƣơng
số
sin
F
I có còn là hằng số không?
- Hãy thiết kế phƣơng án thí nghiệm kiểm tra dự đoán đó?
- GV nêu câu hỏi gợi ý:
+ Bằng cách nào để tạo ra một từ