Luận án Vận dụng phương pháp dạy học tích cực bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trong dạy học chương “Từ trường” Vật lí 11 Trung học phổ thông

điện thì khung dây sẽ quay, nêu cách nối để dây nối với nguồn điện không bị xoắn, muốn tăng tốc độ quay của khung dây làm thế nào? 3.5 4 ây ựng Bài tập vấn ề hƣơng Từ trƣ ng ài tập 1: Trong 1 lần đi du lịch dã ngoại, chẳng may bạn bị lạc vào trong rừng. Bạn muốn sử dụng một la bàn để xác định phƣơng hƣớng, nhƣng đáng tiếc là kim nam châm của la bàn bị tr c hết sơn không còn c thể nhận ra đâu là cực của kim nam châm. Nếu bạn c s n một cái đèn pin và một sợi dây đồng thì bạn c thể định hƣớng để ra kh i khu rừng không? * Câu h i định hƣớng: Nhớ lại kiến thức nào đã học liên quan đến sự định hƣớng của kim nam châm. C thể d ng nh ng cách nào đã biết để nhận ra cực Nam và cực Bắc của nam châm trong tình huống này? Với điều kiện bài toán bạn c thể d ng cách nào? Hãy nêu cách tiến hành nhận biết các cực nam châm và làm TN để ghi tên các cực cho đúng. * Giải t m tắt D ng dòng điện thẳng, tròn, nếu biết chiều dòng điện thì sẽ xác định cực kim nam châm. Nhớ lại TN với dây dẫn thẳng dài đã học, thực hiện các bƣớc để xác định cực của kim nam châm, nhờ biết đƣợc các cực của nam châm, dịch chuyển theo sự định hƣớng của la bàn. 85 ài tập 2: Cần c u điện ở các công xƣởng luyện kim, cảng biển vận chuyển hàng hoá rất linh hoạt, chúng c thể vận chuyển nh ng khối sắt ho c nh ng bộ phận máy m c một cách thuận tiện, không phải buộc dây. Các lá sắt, dây th p, đinh, sắt vụn và các vật liệu khác, nếu chuyển vận bằng phƣơng pháp khác thì rất phiền phức, nhƣng d ng cần c u điện thì c thể chuyển vận rất dễ dàng mà không cần đ ng bao hay đ ng hòm. Trình bày phƣơng án thiết kế cần c u điện và thực hiện một TN biểu diễn. * Câu h i định hƣớng Có tạo ra vật gì để hút kim loại thay cho việc phải d ng tay nh t chúng cho vào bao tải? Vật đ c thể nh t hết nh ng m u kim loại vụn mà ngay cả khi d ng tay để gom chúng rất kh khăn? Vật ấy c thể vừa nh t kim loại (sắt) và nhả kim loại ra khi không cần d ng tay gỡ ra không? Muốn làm điều đ thì vật phải c tính chất gì? Nêu cách chế tạo vật: Vẽ sơ đồ và giải thích hoạt động. * Giải t m tắt Vật vừa c thể hút vừa nhả kim loại sắt là nam châm điện. D ng dây dẫn quấn quanh một thanh th p (trục) thành một ống dây. Lƣu các vòng dây cách điện với nhau, gi a các lớp vòng dây c thể thêm lớp giấy cách điện cho an toàn. Hai đầu dây dẫn nối với hai cực của pin hay ăcquy thông qua một công tắc. Kết hợp ống dây vừa quấn với một trục cần c u linh hoạt cho ta “Cần c u điện” và d ng n để bốc dỡ vật liệu kim loại dễ dàng: Khi bật công tắt, ống dây (nam châm điện) hút kim loại và khi ngắt điện, ống dây tự nhả kim loại. ài tập 3: C nam châm ch U bị mất ký hiệu cực Nam và Bắc. Với 1 dây đồng đủ dài, một ăcquy, đinh sắt trong tay. Hãy ghi đúng tên các cực lên nam châm này để tiện sử dụng. * Câu h i định hƣớng C thể d ng nh ng cách nào để nhận biết cực Nam và cực Bắc của nam châm? Nam châm có thể tác dụng lên nh ng vật vào? Khi quan sát đƣợc tác dụng của nam châm bạn c thể suy ra chiều của đƣờng sức từ hay các cực của nam châm không? Với điều kiện bài toán bạn c thể d ng cách nào? Hãy nêu cách tiến hành nhận biết các cực nam châm và làm TN để ghi tên các cực cho đúng. * Giải t m tắt Có thể phân biệt 2 cực nam châm dựa vào tác dụng của nam châm lên một nam châm khác hay lên dòng điện, hạt mang điện chuyển động. Theo đề, ta có thể tạo ra một dòng điện thẳng hay một nam châm điện để nhận biết các cực nam châm ch U. Nếu đ t dòng điện vào gi a 2 nhánh nam châm ch U sao cho dòng điện vuông góc với m t phẳng chứa các đƣờng sức từ và trục đối xứng của nam châm, 86 quan sát chiều lực từ tác dụng lên đoạn dây, chiều dòng điện (ra kh i cực dƣơng của pin theo dây dẫn vào cực âm của pin), ta suy ra chiều của đƣờng sức từ, từ đ suy ra cực Nam và Bắc của nam châm theo quy tắc bàn tay trái. Nếu d ng dây dẫn quấn quanh th i th p thành nam châm điện, cho dòng điện đi qua, biết chiều dòng điện, d ng quy tắc nắm tay phải ta xác định đƣợc chiều của cảm ứng từ B trong lòng ống dây, từ đ suy ra cực Nam và cực Bắc của ống dây. Nếu đ t đầu Nam của nam châm lại gần một cực của nam châm ch U mà thấy chúng đ y nhau thì đ là cực Nam. Trƣờng hợp mà cả 2 đầu ống dây đều bị một cực của nam châm ch U hút là do nam châm luôn hút l i th p, từ trƣờng của nam châm điện chƣa đủ lớn để lực đ y thắng lực hút ấy. Khi đ ta phải tăng cƣờng độ dòng điện để từ trƣờng nam châm điện mạnh hơn. ài tập 4: Hãy thiết kế và chế tạo một ống dây điện bằng dây đồng (Cu), để từ trƣờng trong ống dây là 0,15T. Cho các dụng cụ: ống nhựa chiều dài 20cm, đƣờng kính 2cm. Dây dẫn điện bằng Cu cách điện đủ dài, tiết diện nh . Ăcquy c cƣờng độ dòng điện 1,5A. * Câu h i định hƣớng Để c từ trƣờng 0,15T ở trong ống dây, cần phải quấn bao nhiêu vòng dây liên tục trên chiều dài của ống nhựa? Xác định chiều dài của dây đồng để quấn trên ống nhựa? Thực hiện quấn dây đồng trên ống nhựa. Thực hiện tính toán, kiểm tra sự ph hợp của việc thiết kế, chế tạo với yêu cầu đ t ra. * Giải t m tắt Dựa vào công thức tính cảm ứng từ trong ống dây, tìm đƣợc n (số vòng dây trên 1 m t chiều dài). Biết đƣợc n, tìm đƣợc tổng số vòng dây N quấn trên ống nhựa. Mỗi vòng dây đồng quấn trên ống nhựa c chiều dài bằng chu vi ống nhựa, từ đ tìm đƣợc chiều dài L của dây đồng cần quấn. D ng thƣớc đo chiều dài L của dây đồng, cắt lấy phần dây đồng c chiều dài L này. Thực hiện quấn dây đồng trên ống nhựa. Nối 2 đầu của dây đồng với nguồn điện, kiểm tra tính chính xác của việc thiết kế và chế tạo. ài tập 5: Trên bàn TN là một nam châm vĩnh cửu hình ch U. Hãy đánh giá xem từ trƣờng của nam châm này mạnh gấp bao nhiêu lần từ trƣờng Trái Đất (Biết từ trƣờng Trái Đất cỡ 10-5T). Cho các dụng cụ: Lực kế nhạy; nam châm ch U; khung dây hình ch nhật; nguồn điện 1 chiều; biến trở; đồng hồ vạn năng. * Câu h i định hƣớng 87 - Phƣơng án bố trí TN nhƣ thế nào để đo độ lớn cảm ứng từ gi a 2 cực nam châm ch U. - Cần xác định nh ng thông số nào để tìm đƣợc độ lớn cảm ứng từ B. - Lắp ráp TN, thực hiện ph p đo, xử lí số liệu. - Trả lời, nhận x t cách thực hiện. * Giải t m tắt Từ trƣờng gi a 2 nhánh nam châm là từ trƣờng đều. Muốn đo B ta c thể d ng công thức: B=F/I.l. Do đ , có thể dùng lực kế để đo lực từ, ampe kế đo cƣờng độ dòng điện và thƣớc để đo chiều đoạn dây, để đơn giản ta đ t dây dẫn vuông g c với cảm ứng từ B để α = 90o. Ta có thể treo khung dây vào một đầu lực kế, một đầu dây của khung đƣợc nối với acquy, đầu còn lại mắc nối tiếp với ampe kế và nối với cực kia của acquy (hay biến thế nguồn), đ t sao cho cạnh dƣới của khung nằm ngang và vừa lọt vào vùng không gian gi a 2 nhánh nam châm ch U. Nam châm đ t sao cho B nằm trong m t phẳng nằm ngang và vuông g c với cạnh khung. Quan sát ghi nhận số chỉ của lực kế F1. Bật công tắc ắcquy cho dòng điện qua khung, quan sát ghi nhận số chỉ của lực kế F2. Suy ra lực từ F = F1 – F1. Ghi nhận số chỉ Ampe kế, đo chiều dài cạnh dƣới của khung. Thay đổi dòng điện qua khung bằng cách điều chỉnh hiệu điện thế của biến thế nguồn, đo lại các giá trị I, và F. Tính lại giá trị B. Thực hiện 3 lần để lấy giá trị trung bình. ài tập 6: Trong video clip cân Cotton, xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đ t trong từ trƣờng một nam châm hình ch U. Dựa vào đoạn video clip, hãy đo độ lớn cảm ứng từ trong lòng nam châm. * Câu h i định hƣớng: Video clip cân Cotton thực hiện đo lực từ theo nguyên tắc nào, sử dụng công thức nào để tính độ lớn cảm ứng từ B. * Giải t m tắt: dựa vào video clip cân cotton, xác định đƣợc các thông số: lực F, chiều dài dây dẫn, cƣờng độ dòng điện, g c gi a vectơ cảm ứng từ và dòng điện. Từ đ tính đƣợc độ lớn cảm ứng từ B. ài tập 7: Chế tạo một động cơ điện một chiều đơn giản. Cho các dụng cụ: nguồn điện (pin, ăcquy, dây dẫn bằng đồng, nam châm ) * Câu h i định hƣớng Đ t khung dây mang dòng điện vào v ng không gian c từ trƣờng nhƣ thế nào để khung c thể quay? Lực tác dụng làm khung quay lúc đ là lực nào? Khung c thể quay liên tục không? Vì sao? Nếu khung dây không c dạng ch nhật mà c dạng bất kì thì khung c thể quay không? C D B A N S 88 Muốn cho dòng điện qua khung phải nối hai đầu khung với hai cực của pin, bạn sẽ nối nhƣ thế nào? Nếu bạn d ng dây dẫn nối trực tiếp vào khung thì sẽ c bất lợi gì khi khung quay không? Muốn khác phục bất lợi đ bạn c thể làm cách nào để cho dòng điện qua khung? C thể không cần d ng dây nối mà cho hai đầu khung tiếp xúc trực tiếp với hai cực của pin không? * Giải t m tắt Sử dụng các nam châm để tạo ra từ trƣờng. D ng dây đồng c đƣờng kính 1mm đến 3mm quấn thành các dạng khung dây (tròn, ch nhật, vuông) c chừa 2 đầu để làm trục quay. Sử dụng pin, acquy để làm nguồn điện. Bố trí các bộ phận hợp lí, vận hành thử nghiệm. ài tập 8: Từ hai TN lịch sử giúp ta tìm đƣợc khối lƣợng của electron. Đọc hai đoạn văn và chỉ ra cách tìm khối lƣợng của electron; Đoạn 1: Nhà bác học Anh Thomson đã tiến hành năm 1897 để xác định tỉ số gi a điện tích và khối lƣợng các hạt mang điện trong tia catot. Hạt tích điện e, khối lƣợng m đƣợc gia tốc trong khoảng CA, sau đ hƣớng vào khoảng c từ trƣờng đều với vectơ cảm ứng từ B đi xuyên qua m t phẳng trang giấy. Các hạt tích điện sẽ đi lệch kh i quỹ đạo thẳng và đập vào màn huỳnh quang cho một chấm sáng. Nếu bây giờ đ t vào hai bản PP’ một điện trƣờng E sao cho tạo ra lực điện Fđ chỉnh lại dòng đi lệch của hạt tích điện để vẫn duy trì quỹ đạo thẳng của dòng hạt tích điện thì c thể tính đƣợc tỉ số e/m của hạt tích điện. Đoạn 2: TN của R.Millikan về sự rơi của giọt dầu, đã xác định đƣợc điện tích của electron. * Câu h i định hƣớng: Chú đến từng giai đoạn electron chuyển động trong các trƣờng khác nhau. Hãy biểu diễn lực tác dụng lên electron trong từng trƣờng hợp. Khi dòng electron c quỹ đạo thẳng, em c suy đoán gì? Xây dựng biểu thức toán học phản ánh sự chuyển động thẳng của electron. Rút ra biểu thức tỉ số e/m, và biết giá trị của e, suy ra giá trị của khối lƣợng electron. * Giải t m tắt - Giai đoạn electron trong điện trƣờng, lực điện tác dụng lên electron. - Giai đoạn electron chuyển động trong từ trƣờng, lực từ tác dụng lên electron, nếu đ t vào trong v ng từ trƣờng thêm hai bản tích điện PP’ thì c thêm lực điện tác dụng lên electron - Khi dòng electron c quỹ đạo thẳng, lực từ cân bằng với lực điện trƣờng và rút ra đƣợc tỉ số e/m. - Biết đƣợc điện tích của electron, tìm đƣợc khối lƣợng của n . 89 ài tập 9: Khi học kiến thức về từ trƣờng, trong buổi ngoại kh a, bạn Nam nhận đƣợc tình huống: “C một thanh nam châm và một thanh th p bề ngoài giống hệt nhau. Làm thế nào để nhận ra thanh nam châm hay thanh th p với điều kiện chỉ d ng hai thanh đ ”. Hãy giúp bạn Nam nhận ra thanh nam châm. * Câu h i định hƣớng - Thanh nam châm và thanh th p luôn hút nhau, điểm gì khác gi a thanh th p và thanh nam châm? - Hãy nghĩ đến dạng từ trƣờng của thanh nam châm để nhận ra sự hút nhau gi a hai thanh khi cho tiếp xúc ở các điểm khác nhau. * Giải t m tắt Đƣa đầu cực của một trong hai thanh vào chính gi a thanh kia, nếu chúng hút ch t vào nhau thì thanh đang cầm là nam châm, nếu chúng không hút ch t thì thanh đang cầm là thanh sắt. Thật vậy, đƣờng sức từ của thanh nam châm tập trung ở hai cực. Nhƣ vậy từ trƣờng ở gần hai đầu thanh nam châm mạnh, còn không gian xung quanh khoảng gi a nam châm thì từ trƣờng rất yếu. Do đ , nếu đƣa thanh sắt vào khoảng gi a thanh nam châm thì lực hút rất yếu. ài tập 1 : Một bức tƣờng thẳng dài nằm ngang song song với từ trƣờng của Trái Đất (B0=2.10 -5 T), bên trong bức tƣờng c dây dẫn nằm ngang, cạnh bức tƣờng là một kim nam châm nh đ t song song với dây dẫn, cách dây đoạn r. Kim c thể quay quanh trục thẳng đứng. Hiện tƣợng gì x y ra đối với kim nam châm khi cho dòng điện I chạy qua dây dẫn; sử dụng thƣớc đo g c, xác định cƣờng độ dòng điện chạy trong dây dẫn. * Câu h i định hƣớng - Khi chƣa c dòng điện qua dây dẫn, kim nam châm định hƣớng nhƣ thế nào? - Khi c dòng điện qua dây dẫn, từ trƣờng tổng hợp lên kim nam châm nhƣ thế nào, biểu diễn các vectơ thành phần? - Tìm cƣờng độ dòng điện I thông qua thành phần vectơ nào? * Giải t m tắt - Khi c dòng điện trong dây dẫn, từ trƣờng tổng hợp ở kim nam châm gồm từ trƣờng Trái Đất (B0) và từ trƣờng dòng điện (B1):   1BBO , do đ vectơ tổng hợp  B hợp với phƣơng sợi dây g c α, do đ kim nam châm bị lệch g c α. - Vẽ hình, ta c 01/tan BB , biết B0, suy ra B1, từ đ tìm ra cƣờng độ dòng điện I theo công thức B1=2.10 -7 .I/r. 90 3.6 Thiết ế á tiến trình ạy họ hƣơng Từ trƣ ng Vật lí 11 theo phƣơng pháp ạy họ tí h ự nhằm ồi ƣỡng n ng lự giải quyết vấn ề cho họ sinh 3.6 1 Tiến trình ạy họ iến thứ Cảm ứng từ * Mục tiêu 1) Về kiến thức - Thiết kế đƣợc phƣơng án TN kiểm tra kết quả bài tập đã giao ở nhà. - Đƣa ra đƣợc dự đoán độ lớn lực từ tác dụng lên dòng điện tỉ lệ với cƣờng độ dòng điện. - Thiết kế đƣợc phƣơng án TN khảo sát sự phụ thuộc của độ lớn lực từ vào cƣờng độ dòng điện, chiều dài đoạn dòng điện và g c α gi a phƣơng chiều dòng điện và phƣơng chiều đƣờng sức từ. - Thiết kế đƣợc phƣơng án TN khảo sát thƣơng số F/I.l.sinα khác nhau với các từ trƣờng khác nhau. - Xử lí đƣợc số liệu đã thu thập và rút ra kết luận. - Nắm đƣợc biểu thức độ lớn của v ctơ cảm ứng từ, hiểu sâu sắc về đ c điểm định tính của khái niệm cảm ứng từ. 2) Về kĩ năng - Rèn luyện kĩ năng, đƣa ra dự đoán đối với một hiện tƣợng VL. - Rèn luyện kĩ năng quan sát, thu thập thông tin và xử lí thông tin thu thập đƣợc. * Chu n bị của GV và HS - GV và cán bộ phòng TN chu n bị: a) Phƣơng tiện dạy học, học liệu - Video clip TN cân Cotton. - Tải về (download) TN ảo “Lực từ và cảm ứng điện từ” trên website truongtructuyen.edu.vn, đồng thời cài đ t vào máy tính. - Sửa ch a, khắc phục bộ TN “Lực từ và cảm ứng điện từ” thuộc danh mục thiết bị dạy học tối thiểu. - Chu n bị một số máy vi tính đã cài đ t TN ảo, video clip cân Cotton. - Phiếu học tập, tài liệu giáo khoa. b) Bố trí không gian phòng học, dự kiến nội dung hoạt động, phƣơng tiện ở các vị trí đảm bảo dạy học theo G c. 3.6 1 1 Ý tưởng sư phạ Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS tiến trình xây dựng khái niệm “Cảm ứng từ” trong thực tế dạy học g p nhiều kh khăn, đ c biệt với mục tiêu phát triển NL. Với lí do, HS đã biết ở bài học trƣớc: để đ c trƣng cho từ trƣờng về m t tác dụng lực từ ngƣời ta đƣa ra đại lƣợng cảm ứng từ. Phƣơng và chiều của cảm ứng từ đã đƣợc định nghĩa dựa vào sự định hƣớng của nam châm thử. Còn độ lớn của cảm ứng từ thì chƣa 91 đƣợc đề cập đến, do kh khăn về m t thực nghiệm. Cho nên, không thể định nghĩa cảm ứng từ qua độ lớn của lực từ tác dụng lên kim nam châm thử mà định nghĩa qua độ lớn của lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện. Vì lí do đ , việc đƣa ra định nghĩa độ lớn của cảm ứng từ phải gắn liền với việc x t độ lớn của lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện bằng TN. Khi soạn thảo bài học này, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm theo chiến lƣợc dạy học GQVĐ nhằm tạo điều kiện để HS c thể tham gia tích cực vào các hoạt động trong tiến trình dạy học. - Mô tả tình huống quen thuộc trong đời sống hàng ngày, đ là máy cộng hƣởng từ với thông tin kĩ thuật 3.5 Tesla, đây là giá trị định lƣợng của cảm ứng từ mà HS chƣa biết đƣợc, xu t hiện v n cần tìm hiểu. Từ đ , HS th m gi x y ng v nh n r v n . - Thiết kế cách đo độ lớn lực từ khả thi (dựa vào hiểu biết và kinh nghiệm của HS). - Đề xuất giả thuyết, nêu dự đoán (dựa vào kinh nghiệm sống và hiểu biết cách đo lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn vừa thiết kế). - Đề xuất phƣơng án TN kiểm tra dự đoán (lựa chọn PTDH, học liệu khả thi). - Tổ chức làm TN kiểm tra theo hình thức G c. - Rút ra mối quan hệ c quy luật gi a lực từ F với các đại lƣợng cƣờng độ dòng điện I, chiều dài dây dẫn l và g c α gi a chiều đƣờng sức từ và chiều dòng điện. * tƣởng tiến trình tổ chức HĐ dạy học thể hiện qua sơ đồ sau đây: Nảy sinh vấn ề: Từ tình huống thực tế, HS c nhu cầu tìm hiểu độ lớn cảm ứng từ. M t khác, HS đã biết để đ c trƣng cho từ trƣờng về m t tác dụng lực từ ngƣời ta đƣa ra đại lƣợng cảm ứng từ. Phƣơng và chiều của cảm ứng từ đã đƣợc định nghĩa dựa vào sự định hƣớng của nam châm thử. Còn độ lớn của cảm ứng từ thì đƣợc xác định thế nào? Vấn ề ần giải quyết: Làm thế nào để đƣa ra định nghĩa độ lớn cảm ứng từ? Độ lớn cảm ứng từ phụ thuộc vào nh ng yếu tố nào? Giải quyết vấn ề HS đã biết, xung quanh nam châm,ở chỗ mạnh hơn các các đƣờng cảm ứng từ mau hơn (lực từ tác dụng lên nam châm thử mạnh hơn), vậy độ lớn cảm ứng từ c thể xác định thông qua lực từ tác dụng lên nam châm thử ho c đoạn dòng điện. HS đề xuất các phƣơng án TN, thảo luận lựa chọn TN khảo sát lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện HS đƣa ra các giả thuyết trong TN: thay đổi chiều dài dòng điện, thay đổi cƣờng độ dòng điện, thay đổi g c gi a chiều dòng điện và chiều cảm ứng từ. Phát hiện mối quan hệ gi a lực từ và các đại lƣợng thay đổi trong TN. -Bố trí s n các học liệu: Bộ TN “Lực từ và cảm ứng từ”, video clip về cân Cotton (khảo sát lực từ tác dụng lên dây dẫn), TN ảo lực từ và cảm ứng từ, phiếu học tập, máy vi tính, máy tính cầm tay HS. -Tổ chức hoạt động nhận thức theo góc: chia HS thành 4 g c học tập, HS luân phiên học tập tại các g c. -Chú : C thể sử dụng website truongtructuyen.edu.vn để tổ chức cho HS quan sát TN tại nhà thông qua video clip TN cân Cotton. GV thu nhận báo cáo kết quả quan sát TN của các nh m ở buổi học sau. 92 Hình 3.14. Sơ đồ tƣởng tiến trình dạy học khái niệm “Cảm ứng từ” 3.6 1 Sơ đồ tiến tr nh xây dựng hái ni “Cả ng từ” Làm nảy sinh vấn ề GV nhắc lại kiến thức đã học: Để đ c trƣng cho từ trƣờng về m t tác dụng lực từ ngƣời ta đƣa ra đại lƣợng cảm ứng từ. Phƣơng và chiều của cảm ứng từ đã đƣợc định nghĩa dựa vào sự định hƣớng của nam châm thử. Còn độ lớn của cảm ứng từ thì đƣợc xác định thế nào? Vấn ề ần giải quyết Làm thế nào để đƣa ra định nghĩa độ lớn cảm ứng từ? Độ lớn cảm ứng từ phụ thuộc vào nh ng yếu tố nào? Thế nào là vectơ cảm ứng từ? Giải quyết vấn ề 1 Lựa chọn phương án xác đ nh đ l n cả ng từ - tƣởng: Sử dụng sự tƣơng tự gi a điện trƣờng và từ trƣờng: Để xác định độ lớn của vectơ cƣờng độ điện trƣờng, ngƣời ta nghiên cứu lực điện tác dụng lên điện tích điểm. Vậy c thể nghiên cứu lực từ tác dụng lên nam châm thử để xác định độ lớn vectơ cảm ứng từ. -GV trình chiếu slide hình ảnh từ phổ của 1 nam châm thẳng, HS quan sát và nhận x t: ở chỗ mạnh hơn các đƣờng cảm ứng từ mau hơn (lực từ tác dụng lên nam châm thử mạnh hơn), vậy độ lớn cảm ứng từ c thể xác định thông qua lực từ tác dụng lên nam châm thử (xem x t tính khả thi của việc đo lực từ tác dụng lên kim nam châm). -Tìm thêm phƣơng án: GV gợi về bản chất giống nhau của nam châm và dòng điện, HS đề xuất nghiên cứu lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đ t trong từ trƣờng. -Tổ chức HS thiết kế các phƣơng án thí nghiệm, lựa chọn phƣơng án khả thi: thống nhất x t lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện. 2. ề xuất các giả thuyết -Với phƣơng án TN đƣợc chọn, độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện c thể phụ thuộc vào các yếu tố nào và phụ thuộc nhƣ thế nào? -C 3 giả thuyết: thay đổi chiều dài dòng điện, thay đổi cƣờng độ dòng điện, thay đổi g c gi a chiều dòng điện và chiều cảm ứng từ. Phát hiện mối quan hệ gi a lực từ với các đại lƣợng thay đổi trong TN. Rút r ết luận iến thứ m i) - Các nh m báo cáo kết quả TN, kết luận về giả thuyết đƣa ra, lực F tỉ lệ với I khi l và góc α không đổi, tỉ lệ với l khi I và α không đổi. F không tỉ lệ với g c α, đề xuất giả thuyết mới. Giả thuyết mới F tỉ lệ với sinα, thấy giả thuyết đúng. - Kết luận: Độ lớn F của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện tỉ lệ thuận với cƣờng độ dòng điện I chạy qua đoạn dây dẫn, tỉ lệ thuận với chiều dài l của đoạn dây dẫn và tỉ lệ với sin g c hợp bởi dòng điện và đƣờng sức từ, nghĩa là F/Ilsinα=hằng số (B) . 93 3.6 1 Soạn thảo tiến tr nh dạy học iến th c “Cả ng từ” a) Hoạt đ ng 1: Củng cố kiến thức xuất phát; làm nảy sinh vấn đề; đƣa ra vấn đề cần giải quyết (7 phút) Trợ giúp ủ GV Hoạt ng ủ HS * Tạo tình huống c vấn đề - GV trình chiếu tình huống về máy cộng hƣởng từ và yêu cầu HS trả lời câu h i. - Hãy nhắc lại khái niệm vectơ cƣờng độ điện trƣờng. Nêu nghĩa của n ? - Một cách tƣơng tự đối với điện trƣờng, để đ c trƣng cho từ trƣờng về phƣơng diện tác dụng lực, ngƣời ta đƣa ra khái niệm vectơ cảm ứng từ  B (đại - Thảo luận trả lời câu h i của GV, xuất hiện nhu cầu tìm hiểu độ lớn của cảm ứng từ. - Vectơ cƣờng độ điện trƣờng đ c trƣng cho điện trƣờng về phƣơng diện tác dụng lực. Hư ng dẫn HS thiết ế các bư c tiến h nh T đ i tra giả thuyết - HS thảo luận để thiết kế chi tiết TN và nêu các thao tác tiến hành với thí nghiệm. - HS lựa chọn nam châm ch U để tạo ra từ trƣờng đều, sử dụng các khung dây hình ch nhật c chiều dài khác nhau, bố trí sao cho 1 cạnh của khung trong từ trƣờng, khung dây cũng đƣợc nối với nguồn điện. - Để kiểm tra các dự đoán lực từ phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện, chiều dài dây dẫn và g c α, trong TN ta đo lực F khi thay đổi một đại lƣợng, còn gi nguyên các đại lƣợng khác. - Giới thiệu các TN đƣợc sử dụng để khảo sát lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn. Tổ ch c tiến h nh T (Hoạt đ ng dạy học theo góc) -Bố trí s n các PTDH tại 4 g c học tâp: Bộ TN “Lực từ và cảm ứng điện từ”, video clip về cân Cotton (khảo sát lực từ tác dụng lên dây dẫn), TN ảo lực từ và cảm ứng điện từ, phiếu học tập, máy vi tính, máy tính cầm tay HS. -Tổ chức hoạt động TN theo g c: chia HS thành 4 nh m tƣơng ứng với 4 g c học tập. Các nh m HS luân phiên làm TN tại các g c dƣới sự hƣớng dẫn, tổ chức của GV. Rút r ết luận iến thứ m i) - Các nh m báo cáo kết quả TN, kết luận về giả thuyết đƣa ra, lực F tỉ lệ với I khi l và g c α không đổi, tỉ lệ với l khi I và α không đổi. F không tỉ lệ với g c α, đề xuất giả thuyết mới. Giả thuyết mới F tỉ lệ với sinα, thấy giả thuyết đúng. - Kết luận: Độ lớn F của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện tỉ lệ thuận với cƣờng độ dòng điện I chạy qua đoạn dây dẫn, tỉ lệ thuận với chiều dài l của đoạn dây dẫn và tỉ lệ với sin g c hợp bởi dòng điện và đƣờng sức từ, nghĩa là F/Ilsinα=hằng số (B) . 94 lƣợng vectơ). -Giới thiệu c sự tƣơng tự gi a vectơ cƣờng độ điện trƣờng  E và vectơ cảm ứng từ  B . Chiếu lên màn hình slide các đ c điểm của vectơ  E , một số đ c điểm của vectơ  B đã biết. - Nhƣ vậy, phƣơng và chiều của cảm ứng từ đã đƣợc định nghĩa dựa vào sự định hƣớng của nam châm thử. Nhƣ vậy, còn nh ng yếu tố nào cần nghiên cứu để chúng ta hiểu đầy đủ về vectơ cảm ứng từ? - Độ lớn của cảm ứng từ thì đƣợc xác định thế nào? - Điều khiển, trợ giúp HS thảo luận để đƣa ra vấn đề cần giải quyết. - Quan sát trên màn hình slide về sự tƣơng tự gi a vectơ  E và vectơ  B . Phát hiện sự chƣa đầy đủ của vectơ  B . - Nhận ra cần đi tìm độ lớn của vectơ cảm ứng từ  B để trả lời cho câu h i tình huống lúc đầu. -Thảo luận đi đến vấn đề cần giải quyết: Làm thế nào để đƣa ra định nghĩa độ lớn của vectơ cảm ứng từ? Độ lớn vectơ cảm ứng từ phụ thuộc vào nh ng yếu tố nào? Thế nào là vectơ cảm ứng từ? b) Hoạt đ ng : Giải quyết vấn đề Trợ giúp ủ GV Hoạt ng ủ HS - Gợi : Dựa vào sự tƣơng tự gi a điện trƣờng và từ trƣờng; Để xác định độ lớn của vectơ cƣờng độ điện trƣờng, ngƣời ta nghiên cứu lực điện tác dụng lên điện tích điểm. Vậy c thể nghiên cứu lực từ tác dụng lên nam châm thử để xác định độ lớn vectơ cảm ứng từ. - Trình chiếu slide hình ảnh từ phổ của 1 nam châm thẳng, yêu cầu HS quan sát và nhận x t? - Sự phân bố không đều của các đƣờng sức c nghĩa gì không? - Nhƣ vậy, độ lớn vectơ cảm ứng từ c * Lựa chọn phương án xác đ nh đ l n cả ng từ 8 phút - Lắng nghe gợi của GV để tìm cách xác định độ lớn của vectơ cảm ứng từ. - Quan sát từ phổ nam châm và đƣa ra nhận xét: + Nh ng đƣờng cong. + C nh ng chỗ mau (dày), chỗ thƣa hơn. - Ở chỗ mạnh hơn các đƣờng cảm ứng từ mau hơn (lực từ tác dụng lên nam châm thử mạnh hơn). - Ghi nhận phƣơng án thông qua lực từ tác 95 thể xác định thông qua lực từ tác dụng lên nam châm thử. - C thêm phƣơng án nào n a không để xác định độ lớn vectơ cảm ứng từ? - Gợi : lƣu bản chất giống nhau của nam châm và dòng điện. Dựa vào hai phƣơng án ở trên, các nh m hãy thiết kế TN dựa trên lực từ tác dụng lên nam châm ho c đoạn dây dẫn mang dòng điện? - Sử dụng máy chiếu vật thể tự làm trình chiếu hình vẽ của các nh m trên màn hình lớn. - Tổ chức HS lựa chọn phƣơng án khả thi: ta kh dựa vào lực từ tác dụng lên nam châm thử để đƣa ra định nghĩa độ