9. Cấu trúc luận văn
2.3. Thiết kế phương án dạy học một số kiến thức chương"Cảm ứng điện từ"
từ".
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, chúng tôi chỉ tập chung trình bày kiến thức "Hiện tượng tự cảm" nằm trong mạch kiến thức của chương. Phương án dạy học kiến thức ấy được trình bày như sau:
2.3.1. Phương án dạy học kiến thức: Khái niệm hiện tượng tự cảm.
A.Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức.
Khi đóng mạch điện :
Quan sát thí nghiệm ta thấy: Lúc mới đóng khoá
Khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi một m ch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động c m ng (dòng điện cảm ứng). Dòng điện cảm ứng này có chiều tuân theo định luật Lenxơ. Nếu vậy thì khi dòng điện chạy qua một ống dây biến đổi thì trong ống dây cũng phải xuất hiện suất điện động cảm ứng (dòng điện cảm ứng).
Liệu có phải rằng: Khi một mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong mạch có suất động cảm ứng? Kiểm nghiệm điều này thế nào?
Ta bố trí một mạch điện có bóng đèn và cuộn dây sao cho khi làm cho dòng điện do nguồn cung cấp tăng hay giảm nhanh (đóng hoặc ngắt mạch) nếu trong cuộn dây có suất điện động cảm ứng thì cuộn dây đóng vai trò như một nguồn điện bổ xung trong mạch. Dự đoán có gì khác biệt trong sự sáng lên/tắt đi của đèn so với trường hợp nếu không có cuộn dây ở trong mạch. Làm thí nghiệm để kiểm tra dự đoán trên và kết luận.
Đóng mạch điện:
Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức: Khái niệm hiện tượng tự cảm.
Theo định luật Faradây chúng ta đã biết: khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng. Nếu vậy thì khi dòng điện chạy qua một ống dây biến đổi thì trong ống dây cũng xuất hiện suất điện động cảm ứng (dòng điện cảm ứng).
Như vậy vấn đề đặt ra:
Liệu có phải rằng: Khi một mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong mạch có suất động cảm ứng? Kiểm nghiệm điều này thế nào?
Để giải quyết vấn đề trên giải pháp đưa ra là:
Ta cần nghĩ ra một thí nghiệm mà nhờ thí nghiệm ấy, ta quan sát thấy hiện tượng chứng tỏ có hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi có sự biến đổi của cường độ dòng điện trong mạch. Tức là ta bố trí một mạch điện có bóng đèn và cuộn dây sao cho khi làm cho dòng điện do nguồn cung cấp tăng hay giảm nhanh (đóng hoặc ngắt mạch) nếu trong cuộn dây có suất điện động cảm ứng thì cuộn dây đóng vai trò như một nguồn điện bổ xung trong mạch. Dự đoán có gì khác biệt trong sự sáng lên/tắt đi của đèn so với trường hợp nếu không có cuộn dây ở trong mạch. Làm thí nghiệm để kiểm tra dự đoán trên và nêu kết luận.
Giải pháp đưa ra được thực hiện như sau :
TH1: Đóng mạch điện:
Xét TN được bố trí như hình vẽ sao cho khi đóng mạch mà dòng điện trong mạch đã chạy ổn định thì hai đèn ấy sáng như nhau .
Khi ta bắt đầu đóng mạch hãy dự đoán hiện tượng xảy ra ở đoạn mạch có cuộn dây?
Khi mới đóng mạch điện, ở đoạn mạch có cuộn dây thì cuộn dây đóng vai trò như một nguồn điện. Theo định luật Lenxơ suất điện động của nguồn điện này có chiều chống lại dòng điện từ nguồn cung cấp đi vào đoạn mạch ấy. Tức là nó làm dòng điện từ nguồn điện đi vào gặp cản trở thì sự tăng của dòng điện từ nguồn cung cấp đi vào đoạn mạch ấy phải chậm hơn.
Đ
K
R
R Đ
Tiến hành TN, ta thu được kết quả: Đèn nối với cuộn dây sáng lên chậm
hơn là đèn không nối với cuộn dây.
TH2: Ngắt mạch điện: Xét TN được bố trí như hình vẽ
Khi ngắt mạch điện hãy dự đoán hiện tượng gì xảy ra trong mạch? Khi ngắt mạch điện thì cuộn dây đóng vai trò như nguồn điện. Theo định luật Lenxơ suất điện động của nguồn điện này có chiều chống lại sự biến thiên của dòng điện đã sinh ra nó. Tức là nó chống lại sự giảm dòng điện khi ngắt mạch và làm bóng đèn loé sáng.
Tiến hành TN, ta thu được kết quả: Bóng đèn mắc song song với ống dây loé sáng rồi tắt.
Kết luận thu được từ dự đoán và thực nghiệm là:
1. Khi một mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng (có hiện tượng cảm ứng điện từ).
2. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là suất điện động tự cảm.
3. Hiện tượng xuất hiện suất điện động tự cảm trong mạch (hiện tượng cảm ứng điện từ trong một điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra) gọi là hiện tượng tự cảm.
B. Mục tiêu dạy học.
Nội dung kiến thức cần xây dựng:
1. Khi một mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng (có hiện tượng cảm ứng điện từ).
R Đ
K
2. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là suất điện động tự cảm
3. Hiện tượng xuất hiện suất điện động tự cảm trong mạch (hiện tượng cảm ứng điện từ trong mạch do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra) gọi là hiện tượng tự cảm.
Mục tiêu đối với quá trình học:
- HS trả lời câu hỏi của GV đặt ra "Xét một ống dây có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong ống dây ấy có hiện tượng gì xảy ra?"
- HS tham gia đề xuất giải pháp cho vấn đề đặt ra.
- HS tham gia thiết kế mạch điện để kiểm nghiệm sự tồn tại của suất điện động cảm ứng.
- HS lắp ráp được mạch điện và làm thí nghiệm để rút ra kết luận. - HS có kĩ năng hợp tác, có tinh thần đồng đội trong hoạt động nhóm.
- HS phát biểu được kết luận về khái niệm hiện tượng tự cảm.
Mục tiêu đối với kết quả học.
- HS phát biểu được định nghĩa hiện tượng tự cảm.
- HS giải thích được hiện tượng tự cảm khi đóng và ngắt khoá K. C. Đề kiểm tra kết quả học: Xem phụ lục 2.
D. Phương tiện dạy học.
- Đối với mỗi nhóm học sinh có một bộ thí nghiệm về hiện tượng tự cảm: một nguồn một chiều, cuộn dây có lõi, hai bóng đèn 6V-3W, các dây nối, một khoá K, một biến trở.
- Đối với cả lớp: Một máy chiếu đa năng, một máy tính. - Phiếu học tập.
E. Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học.
Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát.
Khi nào xuất hiện dòng điện cảm ứng? Chiều của dòng điện cảm ứng này được xác định như thế nào?
HS:
- Khi có sự biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng (dòng điện cảm ứng).
- Chiều của dòng điện cảm ứng được xác định theo định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó.
Đặt vấn đề:
Chúng ta đã biết khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện một suất điện động cảm ứng.
Xét một ống dây có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong ống dây ấy có hiện tượng gì xảy ra?
HS trả lời: ………..
*Nếu HS trả lời được là có hiện tượng cảm ứng điện từ thì GV sẽ hỏi tiếp. Em hãy giải thích sự suy nghĩ như thế nào mà có câu trả lời trên?
Dự kiến HS trả lời: Theo định luật cảm ứng điện từ khi từ thông qua ống dây biến đổi thì có hiện tượng cảm ứng điện từ xuất hiện. Tức là trong ống dây xuất hiện suất điện động cảm ứng (dòng điện cảm ứng).
*Nếu HS không trả lời được câu hỏi thì GV gợi ý tiếp như sau:
Xét một ống dây có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong ống dây có từ thông biến đổi không? Vì sao?
HS trả lời được: Khi ống dây có dòng điện biến đổi chạy qua thì tạo ra từ trường xung quanh nó cũng biến đổi, từ trường của ống dây biến đổi làm từ thông qua ống dây cũng biến đổi.
HS trả lời được: Trong ống dây có hiện tượng cảm ứng điện từ tức là trong ống dây xuất hiện suất điện động cảm ứng (dòng điện cảm ứng).
ở đây, chấp nhận định luật cảm ứng điện từ thì ta bảo phải có. Nhưng ta vẫn còn nghi ngờ điều đó.
Vậy vấn đề đặt ra là:
Liệu có phải rằng: Khi một mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong mạch có suất động cảm ứng? Kiểm nghiệm điều này thế nào?
Câu hỏi này đã định hướng HS vào mục tiêu hoạt động chính là kiểm nghiệm điều: Khi một mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong mạch có suất động cảm ứng?
Giải quyết vấn đề:
* Để thực hiện mục tiêu học sinh tham gia đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề, sau khi HS đã có đủ điều kiện xuất phát cần thiết GV tổ chức tình huống như sau:
Để trả lời câu hỏi này thì giải pháp của chúng ta là như thế nào?
HS:...
Để thực hiện các mục tiêu đã đề ra GV từng bước hướng dẫn HS giải quyết nhiệm vụ theo yêu cầu từ cao tới thấp và vừa sức với HS. ở đây, đầu tiên GV định hướng bằng một câu hỏi để HS tự lực tìm tòi. Nếu HS không đáp ứng được thì sử dụng những câu hỏi gợi ý.
GV thuyết trình và thêm những câu hỏi gợi ý để đạt được mục tiêu:
Khi một mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong mạch có suất động cảm ứng. Bây giờ chúng ta xét mạch của chúng ta là một ống dây có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong ống dây có một suất điện động cảm ứng. Lúc này ống dây đóng vai trò như một nguồn điện tạm thời.
Để quan sát thấy rõ vai trò như một nguồn của ống dây lúc này ta có thể sử dụng những thiết bị nào?
Dự kiến HS trả lời: Bóng đèn hoặc điện kế.
Nếu sử dụng điện kế để quan sát thì sẽ rất khó nhìn rõ. Vì vậy, chúng ta sẽ sử dụng bóng đèn làm thiết bị kiểm tra sự xuất hiện suất động cảm ứng trong mạch điện khi mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua.
Có những cách nào làm thay đổi cường độ dòng điện chạy qua một ống dây?
Có thể HS trả lời theo các phương án sau:
Phương án 1: Mắc ống dây vào nguồn xoay chiều.
Phương án 2: Mắc ống dây vào nguồn một chiều và dùng biến trở thay đổi cường độ dòng điện qua ống.
Ngoài hai phương án trên, nếu dùng nguồn điện một chiều còn cách nào thay đổi cường độ dòng điện qua ống dây tăng hay giảm nhanh không?
Phương án 1: (HS trả lời được là) Đóng hay ngắt mạch điện qua ống dây. Phương án 2: Nếu HS không trả lời được thì GV gợi ý
Trong đèn pin, khoá K có tác dụng gì?
Hi vọng rằng với gợi ý này HS sẽ trả lời được câu hỏi ở trên.
Như vậy mạch điện của chúng ta đã có thiết bị: Một nguồn điện một chiều, một ống dây, bóng đèn, khoá K dùng đóng hoặc ngắt mạch.
Vậy thì giải pháp để "kiểm nghiệm điều: Khi một mạch điện có dòng điện biến đổi chạy qua thì trong mạch có suất động cảm ứng" là gì?
HS :...
Câu trả lời của HS có thể chưa chính xác, GV cần nêu lại rõ ràng
Vậy giải pháp là: Ta bố trí một mạch điện có bóng đèn và cuộn dây sao cho khi làm cho dòng điện do nguồn cung cấp tăng hay giảm nhanh (đóng hoặc ngắt mạch) nếu trong cuộn dây có suất điện động cảm ứng thì cuộn dây
đóng vai trò như một nguồn điện bổ xung trong mạch. Dự đoán có gì khác biệt trong sự sáng lên/tắt đi của đèn so với trường hợp nếu không có cuộn dây ở trong mạch. Làm thí nghiệm để kiểm tra dự đoán trên và nêu kết luận.
* Để thực hiện mục tiêu HS đưa ra được phương án thiết kế mạch điện kiểm nghiệm sự tồn tại của suất điện động cảm, GV yêu cầu HS suy nghĩ thực hiện theo giải pháp đã đưa ra:
Chia lớp thành 4 nhóm. GV phát phiếu học tập số1.
Hãy thiết kế mạch điện với các thiết bị tối thiểu là: Một nguồn điện một chiều, một ống dây, bóng đèn, khoá K dùng đóng hoặc ngắt mạch và có thể cần thêm một số thiết bị khác để quan sát được sự khác biệt trong quá trình sáng lên của đèn mắc với ống dây khi đóng khoá K so với trường hợp đèn không có cuộn dây trong mạch?
Các nhóm HS làm việc
Nếu HS lúng túng không thiết kế được mạch điện thì GV gợi ý
Để quan sát được sự khác biệt trong quá trình sáng lên của đèn mắc với ống dây khi đóng khoá K so với trường hợp đèn không mắc với ống dây trong mạch thì cần mạch điện mắc như thế nào?
HS:...
Nếu học sinh vẫn không trả lời được GV gợi ý tiếp:
Để có sự khác biệt trong quá trình sáng lên của đèn mắc với ống dây khi đóng khoá K so với trường hợp đèn không mắc với cuộn dây trong mạch thì độ sáng của hai bóng đèn khi dòng điện không biến đổi như thế nào với nhau? Vậy mạch phải được bố trí như thế nào để thoả mãn điều đó?
Dự kiến HS trả lời: Khi dòng điện không biến đổi độ sáng của hai bóng đèn là như nhau. Nên cần mắc hai bóng đèn song song, bóng thứ nhất mắc nối tiếp với ống dây, bóng thứ hai mắc nối tiếp với biến trở R để đảm bảo điện trở hai nhánh là như nhau.
GV yêu cầu các nhóm HS trình bày kết quả. Các nhóm khác theo dõi nhận xét và bổ xung. Sau cùng GV thông báo mạch điện được thiết kế hoàn chỉnh là
Với mạch điện hình 2.4 khi ta bắt đầu đóng mạch hãy dự đoán hiện tượng xảy ra ở đoạn mạch có cuộn dây?
HS:...
GV thêm câu hỏi gợi ý để đạt được mục tiêu:
Ngay sau khi đóng khoá K, độ sáng của hai bóng đèn có giống nhau không? Vì sao?
Phương án 1: HS trả lời "Có, vì điện trở hai nhánh là như nhau".
Phương án 2: HS trả lời "Không, vì điện trở hai nhánh là như nhau nhưng cấu tạo thiết bị trong hai nhánh là khác nhau".
Nếu HS trả lời theo phương án 1 thì GV yêu cầu HS quan sát kĩ lại cấu tạo của biến trở nhiệt và ống dây để lựa chọn được câu trả lời đúng.
Khi ta bắt đầu đóng mạch, hãy dự đoán hiện tượng xảy ra ở đoạn mạch có cuộn dây?
Dự kiến HS trả lời: Lúc mới đóng mạch điện, ở đoạn mạch có cuộn dây thì cuộn dây đóng vai trò như một nguồn điện. Theo định luật Lenxơ suất điện động của nguồn điện này có chiều chống lại sự tăng dòng điện từ nguồn cung cấp đi vào đoạn mạch ấy. Kết quả thì sự tăng của dòng điện từ nguồn cung cấp
Đ
K
R
R Đ
đi vào đoạn mạch ấy phải chậm hơn. Có nghĩa là bóng đèn ở đoạn mạch có cuộn dây sáng lên chậm hơn bóng đèn ở đoạn mạch không nối với cuộn dây.
* Để thực hiện mục tiêu HS lắp ráp được mạch điện và làm được thí