6. Giả thuyết khoa học của đề tài
3.2. Đối tượng thực nghiệm
Thực nghiệm sư phạm được chúng tôi tiến hành với đối tượng học sinh lớp 11 THPT của trường THPT Thái Thuận, trường THPT Ngô Sĩ Liên tại thành phố Bắc Giang.
Để chuẩn bị cho thực nghiệm sư phạm chúng tôi đã tiến hành dạy thử theo tiến trình đã soạn thảo ở một lớp để rút kinh nghiệm từ đó bổ sung, sửa đổi nhằm hoàn thiện quá trình soạn thảo.
Thực nghiệm được tiến hành trên các lớp: Lớp dạy thử: 11A9
Lớp thực nghiệm: 11A1, 11A7 Lớp đối chứng: 11A2,11A8
Trình độ học sinh ở các lớp này nhìn chung là tương đương nhau. 3.3. Phương pháp dạy thực nghiệm
- Lớp đối chứng dạy bình thường.
- Lớp dạy thử dạy theo tiến trình đã soạn thảo nhằm mục đích: + Rút kinh nghiệm về cách tổ chức hướng dẫn học sinh
+ Tình trạng của thí nghiệm. + Thời gian dạy.
- Lớp thực nghiệm dạy theo tiến trình soạn thảo nhưng được rút kinh nghiệm và được bổ sung ở lớp dạy thử.
- Chúng tôi dạy và dự giờ ở các lớp đối chứng và thực nghiệm, theo dõi ghi chép các hoạt động của giáo viên và học sinh. Kết thúc mỗi bài học có trao đổi với các giáo viên dự giờ, rút kinh nghiệm cho bài dạy sau tốt hơn. Trao đổi với học sinh sau mỗi bài học để biết được nhận xét của học sinh về đổi mới phương pháp dạy học môn Vật lí theo phương pháp thực nghiệm. 3.4. Tiến trình dạy học thực nghiệm kiến thức: Hiện tượng tự cảm
Trong tất cả các tiết dạy thực nghiệm chúng tôi thống nhất người dạy chính là tác giả của đề tài nhằm thông qua thực tế các giờ dạy tự rút kinh nghiệm để chỉnh sửa tiến trình dạy học các bài đã đề xuất.
Lớp 11A1 Trường THPT Thái Thuận Sĩ số: 44 Vắng: 0
Người dự giờ: Các thày cô trong nhóm Vật lí trường THPT Thái Thuận. Người ghi biên bản: Thày Lương Trường Giang.
- ổn định lớp, giới thiệu giáo viên dự giờ. - Kiểm tra bài cũ: Giáo viên đưa ra hai câu hỏi
Câu 1: Phát biểu định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ và định luật Len - xơ.
Câu 2: Dùng định luật Len-xơ, xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong vòng dây trong hai trường hợp sau:
N S S N
- Giáo viên gọi học sinh Lụa lên bảng. Học sinh này trả lời được hai câu hỏi đã nêu:
+ Dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch điện kín được gọi là dòng điện cảm ứng.
+ Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
+ Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.
- GV: Nhận xét và cho điểm.
- Giáo viên giới thiệu tên bài học và ghi đầu bài lên bảng.
- Giáo viên mở đầu: Như chúng ta đã biết, khi từ thông gửi qua một khung dây biến thiên theo thời gian thì trong khung dây suất hiện một suất điện động cảm ứng. Vậy nếu từ trường do dòng điện trong một cuộn dây gây ra biến thiên thì trong chính cuộn dây đó có từ thông biến thiên không và có xuất hiện suất điện động cảm ứng không? Chúng ta xem xét thí nghiệm sau:
N S S N
Hình 3.3 Hình 3.4
Hình 3.5. Thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi đóng mạch
- Giáo viên giới thiệu dụng cụ và bố trí thí nghiệm theo hình 3.5. - Học sinh lắng nghe và quan sát sơ đồ thí nghiệm.
- Giáo viên lưu ý học sinh về:
. Đèn Đ1và Đ2 Trong hai nhánh là giống nhau. . Cuộn dây có lõi sắt có điện trở hoạt động R.
. Điều chỉnh biến trở sao cho điện trở của biến trở Rb có giá trị bằng điện trở R của cuộn dây.
- Giáo viên đưa câu hỏi: các em hãy dự đoán nếu đóng khoá K thì hai đèn sẽ sáng nhanh chậm như thế nào?
- Có 40 học sinh giơ tay. Giáo viên gọi học sinh Trung.
- Học sinh Trung trả lời: Khi đóng khoá K thì hai đèn sẽ sáng cùng nhau.
- Giáo viên: Có ai có ý kiến khác không ? Vẫn có học sinh giơ tay. Giáo viên gọi Tú.
- Học sinh Tú trả lời: Đèn Đ1 sáng trước, đèn Đ2 sáng chậm hơn.
- Giáo viên: Có ai có ý kiến khác không ? Vẫn có học sinh giơ tay. Giáo viên gọi Lanh.
- Học sinh Lanh trả lời: Đèn Đ2 sáng trước, đèn Đ1 sáng chậm hơn. - Giáo viên: Có ai có ý kiến khác không ?
- Không có ý kiến nào khác được đưa ra.
- Giáo viên: Chúng ta tạm chấp nhận ý kiến này và coi đây như các giả thuyết. Để biết giả thuyết có phù hợp không chúng ta cần tiến hành thí nghiệm kiểm tra. Hãy chọn một trong các giả thuyết đã đưa ra để kiểm tra.
- Học sinh Hậu chọn giả thuyết thứ nhất: Khi đóng khoá K cả hai đèn đều sáng lên cùng lúc.
- Giáo viên yêu cầu một học sinh lên bảng làm thí nghiệm cho cả lớp quan sát.
- Giáo viên lưu ý học sinh chú ý quan sát thật kỹ thí nghiệm, đặc biệt là độ sáng của hai bóng đèn.
- Minh Phương làm thí nghiệm lần 1. Giáo viên yêu cầu làm lại một lần nữa cho cả lớp quan sát kỹ thí nghiệm.
- Giáo viên: Qua hai lần quan sát thí nghiệm các em thấy như thế nào ? - Có 35 học sinh giơ tay. Giáo viên gọi Lưu.
- Lưu trả lời: Khi đóng khoá K, đèn Đ1 sáng lên ngay còn đèn Đ2 sáng từ từ rồi mới sáng ổn định như đèn Đ1.
- Giáo viên: Vậy giả thuyết chúng ta đã đưa ra so với kết quả thí nghiệm như thế nào ? Cả lớp giơ tay, giáo viên gọi Trung.
- Học sinh Trung trả lời: Kết quả thí nghiệm không đúng với giả thuyết đưa ra.
- Giáo viên: Từ kết quả thí nghiệm so sánh với hai giả thuyết còn lại cho thấy giả thuyết nào đúng ?
- Học sinh: Giả thuyết thứ 2 đúng: Đèn Đ1 sáng trước, đèn Đ2 sáng chậm hơn.
- Giáo viên: Vậy nguyên nhân gì đã làm cho đèn Đ2 sáng từ từ rồi mới sáng ổn định như đèn Đ1, còn đèn Đ1 lại sáng ổn định ngay?
- Học sinh bàn tán về câu hỏi. Sau đó có 17 học sinh giơ tay phát biểu. Giáo viên gọi Đích.
- Đích trả lời: Giữa hai nhánh chỉ có sự khác nhau là một nhánh có cuộn dây, một nhánh không có. Vậy nguyên nhân làm đèn Đ2 sáng từ từ rồi mới sáng ổn định như đèn Đ1 chính là do có cuộn dây.
- Vẫn có 12 học sinh giơ tay. Giáo viên gọi Vinh.
- Vinh trả lời: Do dòng điện trong cuộn dây biến thiên làm cho từ thông biến thiên và trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
- Thêm trả lời: Dòng điện trong mạch giảm làm bóng đèn sáng từ từ. - Giáo viên: Có ai có ý kiến khác không?
- Không ai đưa ra ý kiến khác.
- Giáo viên: Vậy chúng ta coi đây chính là các giả thuyết mới. Chọn giả thuyết: Nguyên nhân làm đèn Đ2 sáng từ từ rồi mới ổn định sáng như đèn Đ1 là do có cuộn dây mắc nối tiếp trong đoạn mạch để làm thí nghiệm kiểm tra. Vậy phải bố trí thí nghiệm như thế nào để kiểm tra giả thuyết này?
- Có 40 học sinh giơ tay. Giáo viên gọi Bích.
- Bích trả lời: Thay cuộn dây bằng một điện trở có giá trị Rb. - GV: Có ai có phương án khác không?
- Có 20 học sinh giơ tay. GV gọi Vân.
- Vân trả lời : Thay biến trở R ở nhánh trên bằng một cuộn dây có điện trở R như ở nhánh dưới.
- GV: Có ai có ý kiến khác không ? - Không có cánh tay nào giơ lên.
- GV: Hai thí nghiệm này có vai trò như nhau. Ta sẽ lựa chọn phương án của bạn Bích: Thay cuộn dây bằng một điện trở có giá trị Rb.
- GV: Bố trí thí nghiệm và gọi Hường lên làm thí nghiệm. Yêu cầu học sinh quan sát và trả lời kết quả.
- GV: Hãy cho biết kết quả quan sát được và so sánh với giả thuyết đã đưa ra?
- Cả lớp giơ tay. GV gọi Nguyễn Mai.
- Mai trả lời: Tốc độ sáng của hai đèn là như nhau, kết quả này phù hợp với giả thuyết được đặt ra.
- GV: Vậy có thể kết luận nguyên nhân làm đèn Đ2 sáng từ từ rồi mới ổn định sáng như đèn Đ1 như thế nào ?
- Cả lớp giơ tay. GV gọi Nhung.
- Nhung trả lời: Nguyên nhân làm cho đèn Đ2 sáng chậm hơn đèn Đ1 do tác dụng của cuộn dây.
- GV: Dựa vào những kiến thức đã biết, ai có thể dự đoán được vì sao có cuộn dây lại làm cho đèn Đ2 sáng từ từ rồi mới sáng ổn định như đèn Đ1?
- Có 18 học sinh giơ tay. Giáo viên gọi Quyền.
- Quyền trả lời : Khi đóng khoá K, dòng điện trong cả hai nhánh đều tăng. Đối với nhánh thứ 2, dòng điện tăng làm cho từ thông qua ống dây biến đổi, vì vậy làm xuất hiện dòng điện cảm ứng có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó, làm cho dòng điện trong nhánh hai không đạt mức bình thường ngay lập tức. Kết quả là đèn Đ2 sáng lên từ từ.
- GV: Dự đoán của bạn Quyền cũng chính là giả thuyết chấp nhận được và yêu cầu học sinh nêu chính xác giả thuyết chấp nhận được. Gọi học sinh Quang.
- Học sinh Quang nêu giả thuyết chấp nhận được : Sự biến thiên của từ thông làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống dây chính là nguyên nhân làm cho đèn Đ2 sáng chậm hơn đèn Đ1.
- GV: Chúng ta quay lại từ đầu thí nghiệm vừa thực hiện : kết quả của thí nghiệm này cho thấy khi đóng mạch đèn Đ2 sáng lên từ từ trước khi sáng bình thường. Vậy nếu như mạch đang đóng chúng ta mở khoá ngắt mạch thì hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào? Chúng ta xét thí nghiệm sau(đưa ra thí nghiệm như hình vẽ 3.6)
- Giáo viên: Các em hãy dự đoán khi mở khoá K thì đèn Đ sẽ sáng như thế nào?
- Có 30 học sinh giơ tay. Giáo viên gọi Tâm.
Hình 3.6. Thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch
- Tâm trả lời: Đèn tối từ từ trước khi tắt hẳn. - GV: Có ai có ý kiến khác không?
- Có 15 cánh tay. GV gọi Thành.
- Thành trả lời : Đèn loé sáng trước khi tắt. - Vẫn có học sinh giơ tay. GV gọi Tuyết. - Tuyết trả lời : Đèn tắt như bình thường.
- GV: Có ai có ý kiến khác không? Không có cánh tay nào giơ lên. - GV: Để kiểm tra tính đúng đắn của tất cả các giả thuyết chúng ta lại đi làm thí nghiệm kiểm tra. GV gọi Hà Dũng lên làm thí nghiệm hai lần cho cả lớp quan sát.
- GV: Hãy cho biết kết quả thí nghiệm ? - Cả lớp giơ tay. GV gọi Thảo.
- Học sinh Thảo trả lời: Thấy đèn Đ loé sáng lên rồi mới tắt.
- GV: Vậy thì giả thuyết đúng chính là giả thuyết số 2 của bạn Thành, các giả thuyết còn lại chưa chính xác. Vậy nguyên nhân nào đã làm cho đèn Đ loé sáng lên rồi mới tắt?
- Có 40 học sinh giơ tay. GV gọi Quyên. - Quyên trả lời: Do trong mạch có cuộn dây.
- Vẫn có 36 học sinh tiếp tục giơ tay. Giáo viên gọi Thuý.
- Thuý trả lời: có dòng điện tăng cường trong bóng đèn làm đèn loé sáng. - Vẫn có 10 học sinh giơ tay. GV gọi Vinh.
- Vinh trả lời: Do có cuộn dây và dòng điện trong cuộn dây biến thiên làm cho từ thông biến thiên và trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
- GV: Chấp nhận các giả thuyết của học sinh và yêu cầu học sinh đưa ra phương án thí nghiệm kiểm tra.
- Học sinh đưa ra nhiều phương án thí nghiệm kiểm tra, GV chọn phương án thay cuộn cảm trong mạch bằng một điện trở hoặc thay cuộn cảm bằng một bóng đèn khác.
- GV: Yêu cầu học sinh làm thí nghiệm và cả lớp quan sát. Gọi học sinh Tư trả lời.
- Tư trả lời: khi thay cuộn cảm bằng điện trở hoặc một bóng đèn khác thì không có hiện tượng đèn loé sáng rồi mới tắt. Vậy nguyên nhân là do có cuộn cảm.
- GV: Ai có thể giải thích được nguyên nhân tại sao khi có cuộn dây đèn lóe sáng rồi mới tắt? Có 25 HS giơ tay.
- HS Thắng: Dựa vào kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ giải thích nguyên nhân: Khi ngắt khoá K, dòng điện qua cuộn dây biến đổi thì từ trường do nó gây ra cũng biến đổi (giảm). Cuộn dây lại cảm ứng với từ trường do chính nó sinh ra làm xuất hiện dòng điện cảm ứng. Dòng điện này cùng chiều với dòng điện trong mạch do nguồn gây ra làm đèn lóe sáng.
- GV: Vậy các giả thuyết nêu ra đúng hay sai?
- HS: Các giả thuyết nêu ra thực chất là trùng nhau và chúng đều đúng. - Giáo viên kết luận : Hiện tượng trên là hiện tượng cảm ứng điện từ. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng đó là sự biến đổi của chính dòng điện trong mạch ta đang khảo sát. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng tự cảm. Giáo viên cho học sinh phát biểu định nghĩa hiện tượng tự cảm.
- Học sinh phát biểu định nghĩa hiện tượng tự cảm: Hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm.
- Mỗi cuộn dây khác nhau sẽ gây ra xung quanh nó một cảm ứng từ khác nhau cho nên có thể gây ra hiện tượng tự cảm với mức độ khác nhau. Do vậy người ta đưa ra hệ số tự cảm để đặc trưng cho mỗi cuộn dây.
- Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại công thức tính cảm ứng từ của dòng điện trong ống dây. Có 41 học sinh giơ tay. Giáo viên gọi Lanh.
- Học sinh Lanh nhắc lại công thức tính cảm ứng từ của dòng điện trong ống dây:
i l N B4.107
- Giáo viên gợi ý cho học sinh nhận xét về mối quan hệ giữa B và i. - Học sinh rút ra nhận xét B tỉ lệ với i.
- Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại công thức tính từ thông của ống dây có N vòng, có chiều dài l và diện tích mỗi vòng là S.
- Học sinh nhắc lại công thức tính từ thông NBS
- Giáo viên cho học sinh rút ra nhận xét về mối quan hệ giữa từ thông
và cường độ dòng điện qua ống dây i.
- Học sinh có thể rút ra được nhận xét : tỉ lệ với i.
- Giáo viên giới thiệu biểu thức Li và hệ số tự cảm L, đơn vị của L. Từ công thức (1) và (2), giáo viên yêu cầu học sinh rút ra biểu thức tính độ tự cảm L.
- Học sinh biến đổi và rút ra công thức tính hệ số tự cảm:
SI l N L 2 7 10 . 4
- Giáo viên thông báo định nghĩa suất điện động tự cảm: Suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm được gọi là suất điện động tự cảm.
Giải thích và đưa ra biểu thức: Li