Luận văn Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh trong dạy học chương “Điện tích - Điện trường” và “Dòng điện không đổi”, Vật lí 11 nâng cao Trung học phổ thông

ối: lớp 10 (170 HS), lớp 11 (147 HS), lớp 12 (121 HS) của ba trường THPT: Hoàng Hoa Thám, Tôn Thất Tùng, Nguyễn Hiền trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng. Bước đầu chúng tôi thu được một số kết quả về thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm để bồi dưỡng năng lực tự học cho HS THPT trong dạy học môn vật lí. Từ những số liệu thu được, kết hợp với phỏng vấn GV và HS, chúng tôi rút ra được một số nhận xét sau: 1.2.1. Nhận thức của giáo viên và học sinh về tự học và thực trạng của việc bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh ở các trường Trung học phổ thông hiện nay - Hầu hết HS và GV đều hiểu đúng khái niệm về tự học và nhận thức đúng vai trò của tự học đối với quá trình học tập nhằm chiếm lĩnh các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo một cách chủ động. Tuy nhiên, rất ít GV và HS nắm được các khái niệm: năng lực tự học, kĩ năng tự học. - Đa số trong quá trình dạy học GV chưa chú trọng đến việc bồi dưỡng năng lực tự học cho HS, trong khi đó hầu hết HS lại cho rằng việc tự học của họ thường gặp khó khăn, mất nhiều thời gian và không hiệu quả. - Phần lớn GV chưa tổ chức hoặc tổ chức chưa tốt các PPDH tích cực. Trong các tiết học, HS rất ít có điều kiện tự suy nghĩ, trao đổi, thảo luận về những vấn đề kiến thức của bài học mà hầu hết các câu hỏi GV được đưa ra rồi tự GV giải quyết. - Trong quá trình dạy học, GV ít chú ý bồi dưỡng năng lực tự học cho HS, hầu hết GV cố gắng truyền đạt hết nội dung SGK. Điều này dẫn đến năng lực tự học của các em không được bồi dưỡng trong quá trình học tập, biểu hiện là các em lúng túng khi phải tự đọc sách, tự làm thí nghiệm và đặc biệt là chưa có kĩ năng thu thập, xử lí, vận dụng thông tin vào đời sống thực tế cũng như kĩ năng tự kiểm tra đánh giá và tự điều chỉnh quá trình học tập của bản thân. 1.2.2. Thực trạng về vấn đề sử dụng thí nghiệm để bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh ở các trường Trung học phổ thông hiện nay Thí nghiệm là phương tiện tốt để bồi dưỡng năng lực tự học mà cụ thể là rèn luyện các kĩ năng tự học cho HS. Tuy nhiên, qua thăm dò, điều tra thì thực trạng của vấn đề sử dụng thí nghiệm để bồi dưỡng năng lực tự học cho HS ở các trường THPT hiện nay còn nhiều hạn chế. - Đa số GV đều nhận thức được tầm quan trọng của thí nghiệm trong quá trình dạy học. Tuy nhiên việc khai thác thí nghiệm để bồi dưỡng năng lực tự học cho HS hầu như chưa được chú ý. - Hầu hết GV chưa quan tâm đến việc sử dụng thí nghiệm để rèn luyện kĩ năng tự học cho HS. Đa số GV tự tiến hành các thí nghiệm có minh họa trong SGK mà không hướng dẫn HS độc lập suy nghĩ tìm kiếm các phương án thí nghiệm để từ đó rèn luyện cho HS kĩ năng tự học, tư duy độc lập. - Hầu hết GV ít sử dụng thí nghiệm trong việc kiểm tra, đánh giá HS. - Phần lớn GV chưa có sự đầu tư khai thác những thí nghiệm. * Một số nguyên nhân cơ bản -Về phía GV + Mặc dù GV nhận thức được tầm quan trọng của thí nghiệm trong quá trình dạy học nhưng GV chưa có sự đầu tư đúng đắn. + Nhiều GV vẫn quen dạy theo lối cũ, ngại đổi mới PPDH do đó việc sử dụng thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho HS đòi hỏi GV phải tốn thời gian và công sức để sưu tầm và tuyển chọn hệ thống thí nghiệm phù hợp với các hình thức dạy học. + Các giáo án của GV chỉ mang tính hình thức và chỉ tóm tắt lại nội dung chính trong SGK mà chưa thiết kế giáo án theo một tiến trình cụ thể bằng hệ thống các thí nghiệm để hình thành kiến thức cho HS. + Chế độ kiểm tra, thi cử, đánh giá kết quả học tập chưa kích thích được khả năng tư duy và ý thức tự học của các em vì một bộ phận không nhỏ các GV vẫn dạy theo quan niệm “thi gì, dạy nấy”. Vẫn còn nạn chạy đua theo thành tích, tuy không nhiều nhưng cũng tác động rất lớn đến việc tự học của các em. - Về phía HS + Phần đông HS nhận thức được tầm quan trọng của việc tự học trong quá trình học tập của các em, tuy nhiên các em không biết và không có điều kiện để rèn luyện được những kĩ năng tự học vì áp lực học tập và thi cử (học thêm tràn lan). + Mặt khác, HS còn hạn chế về khả năng hiểu biết các dụng cụ thí nghiệm, tư duy lôgic trong quá trình giải thích các hiện tượng và giải bài tập vật lý, vận dụng kiến thức vào các vấn đề kĩ thuật đơn giản; năng lực thực hành. 1.2.3. Thuận lợi và khó khăn trong việc sử dụng thí nghiệm để bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh * Những thuận lợi - Sự phát triển của nền kinh tế đòi hỏi Giáo dục phải tạo ra được những con người năng động, sáng tạo, có khả năng chiếm lĩnh tri thức và làm chủ tri thức. Chính vì vậy mà vấn đề tự học, rèn luyện các kĩ năng tự học cho HS để từ đó bồi dưỡng cho các em năng lực tự học được các cấp chính quyền và xã hội quan tâm đúng mức. - Cùng với sự đổi mới chương trình, nội dung là sự đổi mới về PPDH nên hiện nay nhiều trường phổ thông đã được đầu tư, trang bị khá đầy đủ về cơ sở vật chất, trang thiết bị, đảm bảo cho GV có thể tổ chức các hoạt động dạy học theo hướng tích cực. - Môn Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, có nhiều thí nghiệm phong phú và gắn liền với thực tiễn và đời sống nên GV dễ dàng khai thác thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho HS. * Những khó khăn Ngoài những thuận lợi nêu trên, khi sử dụng thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho HS ở các trường THPT GV thường gặp những khó khăn sau: - Nhiều trường THPT đã trang bị đầy đủ cho GV thực hiện tốt đổi mới PPDH, tuy nhiên còn nhiều GV còn lúng túng trong việc sử dụng các thiết bị dạy học. Việc sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học Vật lí gặp nhiều khó khăn cho việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS. - Sử dụng thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho HS đòi hỏi GV phải tốn nhiều thời gian để sưu tầm và tuyển chọn thí nghiệm phù hợp. - GV rất ngại làm thí nghiệm, vì khi sử dụng thí nghiệm trong một tiết dạy đòi hỏi GV cần phải chuẩn bị từ 2 đến 3 buổi để chuẩn bị thí nghiệm. 1.3. Kết luận chương 1 Trong chương này chúng tôi đã tập trung nghiên cứu và trình bày một cách có hệ thống những cơ sở lí luận và thực tiễn của việc sử dụng thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho HS ở các trường THPT hiện nay, cụ thể là: - Làm rõ được các khái niệm tự học, năng lực tự học, kĩ năng tự học, hệ thống các kĩ năng tự học trong dạy học vật lí. Tự học là hoạt động độc lập chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo…, kinh nghiệm lịch sử xã hội loài người nói chung và của chính bản thân người học; đó là hoạt động nhận thức mang tính tích cực, chủ động, tự giác, phát huy cao độ vai trò của người học với sự hợp tác của thầy cô, bạn bè và các điều kiện học tập. - Trong quá trình dạy học vật lí, thí nghiệm có vai trò rất quan trọng: thí nghiệm là phương tiện rèn luyện cho HS các kĩ năng như thu thập thông tin; xử lí thông tin; vận dụng tri thức vào thực tiễn; tự kiểm tra, đánh giá và tự điều chỉnh. - Đánh giá được thực trạng sử dụng sử dụng thí nghiệm để bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh ở một số trường trong Thành phố Đà Nẵng . CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG” VÀ “DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI” 2.1. Khái quát nội dung chương “Điện tích - Điện trường” và “Dòng điện không đổi” Chương “Điện tích - Điện trường” và “Dòng điện không đổi” là hai chương đầu trong chương trình vật lí 11 nâng cao THPT. Chương “Điện tích - Điện trường” được giảng dạy trong 12 tiết, với 8 tiết lí thuyết và 4 tiết bài tập. Ở chương trình vật lí THCS, học sinh đã được học một số kiến thức trong chương này tuy nhiên chỉ ở mức độ cơ bản, các kiến thức trong chương này là tiền đề cho những chương sau. Nội dung chính của chương này bao gồm những khái niệm cơ bản về điện tích, điện trường, mối liên hệ giữa điện tích và điện trường; thuyết electron và định luật bảo toàn điện tích; định luật Cu-lông; cường độ điện trường, điện thế, hiệu điện thế và mối liên hệ giữa chúng, vật dẫn và điện môi trong điện trường, điện dung của tụ điện. Chương “Điện tích - Điện trường” có nhiều thí nghiệm mà giáo viên cần tiến hành trên lớp. Tuy nhiên toàn bộ học sinh trong lớp khó có thể quan sát thí nghiệm do giáo viên thực hiện (ví dụ: học sinh ở cuối lớp có thể không nhìn thấy rõ thí nghiệm hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra khi đưa vật nhiễm điện chạm vào núm kim loại,...), vì thế giáo viên có thể kết hợp cả thí nghiệm thực và trình chiếu videoclips về thí nghiệm đó để cả lớp đều quan sát rõ ràng. Hoặc những thí nghiệm chưa thực hiện được vì điều kiện trang thiết bị (như thí nghiệm về điện phổ), các quá trình vật lí mà học sinh khó hình dung (như sự dịch chuyển của electron trong vật dẫn...) trong quá trình dạy học. Vì vậy, giáo viên nên có một số hình ảnh động hoặc những đoạn phim thí nghiệm để học sinh quan sát, từ đó học sinh có thể ghi nhớ bài dễ dàng hơn và nắm vững kiến thức hơn. Những nội dung chính của chương có thể được tóm tắt bằng sơ đồ sau: Điện tích. Điện trường Định nghĩa Điện trường Điện tích Phân loại Sự nhiễm điện giữa các vật Định luật bảo toàn điện tích Định luật Cu-Lông Khái niệm Cường độ điện trường Đướng sức điện Nguyên lý chồng chất điện trường Vật dẫn và điện môi trong điện trường Điện tích dương electron Thuyết electron Giải thích sự nhiễm điện Phát biểu Công thức Trong chân không Trong điện môi Định nghĩa điện môi Công của lực điện Điện thế Hiệu điện thế Điện tích âm Do cọ xát Do tiếp xúc Do hưởng ứng Định nghĩa Tính chất Điện phổ Tụ điện Điện dung Ghép tụ điện Hình 2.1. Sơ đồ kiến thức chương “Điện tích – Điện trường” Chương “Dòng điện không đổi” được giảng dạy trong 13 tiết, trong đó 7 tiết lí thuyết, 2 tiết thực hành và 4 tiết bài tập. Kiến thức của chương là sự nối tiếp các kiến thức của chương “Điện tích - Điện trường”. Nội dung chương này đề cập đến những vấn đề cơ bản về dòng điện không đổi, là cơ sở để nghiên cứu các vấn đề khác về dòng điện. Phần lớn kiến thức của chương được kế thừa và phát triển từ chương trình vật lí THCS như các khái niệm dòng điện, cường độ dòng điện, điện năng tiêu thụ, định luật Ôm đối với đoạn mạch điện trở…và các kĩ năng vận dụng ở mức độ đơn giản. Ngoài ra, chương này trình bày những vấn đề mới về nguồn điện, về sự tạo thành suất điện động của các nguồn điện, về máy thu điện và suất phản điện, đặc biệt là việc thiết lập và vận dụng định luật Ôm cho các loại đoạn mạch. Kiến thức của chương rất gần gũi với thực tế cuộc sống hàng ngày mà HS thường gặp, thường thấy như nguồn điện ở pin, ac-qui, các mạch điện mắc nối tiếp, song song, các tác dụng của dòng điện… Dòng điện không đổi Khái niệm Dòng điện – Cường độ dòng điện Nguồn điện – Suất điện động Đặc tuyến vôn - ampe Công – công suất của dòng điện Suất phản điện Ứng dụng Pin - Acqui Ghép các nguồn điện thành bộ Định luật Định luật Jun-Lenxơ Định luật Ôm Đối với đoạn mạch chỉ có R Đối với toàn mạch Đối với các loại mạch điện Những nội dung chính của chương có thể được tóm tắt bằng sơ đồ sau: Hình 2.2. Sơ đồ kiến thức chương “Dòng điện không đổi” 2.2. Khai thác thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh trong dạy học chương “Điện tích - Điện trường” và “Dòng điện không đổi” Hình 2.3 Thí nghiệm 1: Hiện tượng nhiễm điện do cọ xát Thí nghiệm 1: * Dụng cụ:  - 1 quả bóng đã được thổi - 1 mảnh vải dạ * Tiến hành: - Cọ xát mảnh vải dạ vào quả bóng. - Đưa quả bóng chạm vào bức tường à bóng bị dính vào tường Thí nghiệm 2: Hình 2.4 * Dụng cụ:  - 1 quyển sách hay quyển vở - 1 mảnh vải len - 1 ống hút bằng nhựa * Tiến hành: - Cọ xát ống hút vào mảnh vải len. - Đưa ống hút lại gần trang sách à trang sách bị hút về phía ống hút. Thí nghiệm 2: Hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc. Hình 2.5 * Dụng cụ:  - 1 điện nghiệm - 1 mảnh vải len - 1 ống hút bằng nhựa * Tiến hành: - Cọ xát ống hút vào mảnh vải len. - Đưa ống hút lại tiếp xúc với núm kim loại của điện nghiệm à hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra. - Lấy ống hút ra khỏi điện nghiệm à hai lá kim loại của điện nghiệm vẫn xòe ra. Thí nghiệm 3: Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng. * Dụng cụ:  - 1 điện nghiệm - 1 mảnh vải len - 1 ống hút bằng nhựa hay cây thước nhựa * Tiến hành: - Cọ xát cây thước nhựa vào mảnh vải len. - Đưa cây thước nhựa lại gần núm kim loại của điện nghiệm à hai lá kim loại của điện nghiệm xòe ra. Hình 2.7 Hình 2.6 - Lấy cây thước nhựa ra khỏi điện nghiệm à hai lá kim loại của điện nghiệm không xòe ra. Hình 2.8 Thí nghiệm 4: Sự nhiễm điện của các vật Với 3 dụng cụ: thanh nhựa, mảnh nilon PE và tua tĩnh điện, hãy tiến hành các thí nghiệm về hiện tượng nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do tiếp xúc và nhiễm điện do hưởng ứng? * Tiến hành: - Thí nghiệm 1: + Dùng mảnh nilon cọ xát với một đầu thanh nhựa. + Đưa đầu thanh nhựa vừa cọ xát lại gần các sợi dây tua tĩnh điện. + Kết quả: các sợi dây tua tĩnh điện bị hút lại gần đầu thanh nhựa àthanh nhựa đã bị nhiễm điện do cọ xát với mảnh nilon. - Thí nghiệm 2: + Dùng mảnh nilon cọ xát với một đầu thanh nhựa. + Đưa đầu thanh nhựa vừa cọ xát lại gần quả cầu gắn ở đầu tua tĩnh điện. + Kết quả: các sợi dây tua tĩnh điện xòe ra àquả cầu đã bị nhiễm điện do hưởng ứng. - Thí nghiệm 3: + Dùng mảnh nilon cọ xát với một đầu thanh nhựa. + Đưa đầu thanh nhựa vừa cọ xát tiếp xúc với quả cầu gắn ở đầu tua tĩnh điện. + Kết quả: các sợi dây tua tĩnh điện xòe ra àquả cầu đã bị nhiễm điện do tiếp xúc. Thí nghiệm 5: Vật dẫn điện và vật cách điện * Dụng cụ: - 2 điện nghiệm - 1 sợi dây đồng, 1 sợi dây nhựa - 1 thanh nhựa êbônit, 1 mảnh vải len. * Tiến hành: Hình 2.9 A B - Thí nghiệm 1: + Nối 2 núm kim loại của 2 điện nghiệm bằng sợi dây đồng. + Cọ xát thanh nhựa vào mảnh vải len. + Đưa thanh nhựa tiếp xúc với núm kim loại của điện nghiệm A àcả 2 kim của 2 điện nghiệm đều quay à sợi dây đồng là vật dẫn điện. Hình 2.10 A B - Thí nghiệm 2: + Nối 2 núm kim loại của 2 điện nghiệm bằng sợi dây nhựa. + Cọ xát thanh nhựa vào mảnh vải len. + Đưa thanh nhựa tiếp xúc với núm kim loại của điện nghiệm A àchỉ có kim của điện nghiệm A quay à sợi dây nhựa là vật cách điện. Thí nghiệm 6: Chuyển động của con lắc giữa hai bản tụ điện. Hình 2.11 * Dụng cụ: - Máy phát tĩnh điện Uyn-sớt. - 2 bản tụ điện tròn. - 2 dây nối loại mỏ kẹp. - Giá đỡ và con lắc. * Tiến hành: - Treo con lắc vào giá đỡ. - Lấy 2 dây nối, mỗi dây một đầu gắn vào bản tụ điện, đầu còn lại kẹp vào điện cực của máy phát tĩnh điện. - Đặt hai bản tụ điện cách nhau khoảng 8cm. - Quay máy phát tĩnh điện à con lắc dao động qua lại giữa hai bản tụ điện. Hình 2.12 * Từ thí nghiệm trên GV có thể yêu cầu HS tự chế tạo thí nghiệm đơn giản từ các vật liệu như: lon nước ngọt, nắp khoen lon nước ngọt, thanh gỗ và sợi chỉ. Hình 2.13 Thí nghiệm 7: Điện môi đặt trong điện trường. * Dụng cụ: - Vòi nước đang chảy - 1 ống hút bằng nhựa - 1 mảnh vải len. * Tiến hành: - Cọ xát mảnh vải len vào ống hút - Mở vòi cho nước chảy thành dòng nước nhỏ - Đưa ống hút lại gần dòng nước đang chảy à dòng nước bị hút về đầu ống hút nhựa. * Các câu hỏi thực tế dùng củng cố bài học [10] Câu 1: Các ôtô chở xăng dầu, khả năng cháy nổ rất cao. Khả năng này xuất phát từ cơ sở vật lí nào? Người ta làm gì để phòng chống cháy nổ cho các xe này? Hình 2.14 Cơ sở vật lí: các vật nhiễm điện trái dấu có thể phóng tia lửa điện qua nhau Xe chở xăng dầu khi chuyển động, xăng dầu cọ xát nhiều với bồn chứa làm chúng tích điện trái dấu. Khi các điện tích đủ lớn chúng sẽ phóng tia lửa điện gây ra cháy nổ. Thực tế, để chống cháy nổ do phóng điện, người ta thường dùng một dây xích sắt nối với bồn chứa và kéo lê trên đường. Đây là biện pháp nối đất cho các vật nhiễm điện để chống sự phóng tia lửa điện giữa chúng. Câu 2: Những người đi biển gọi những đốm lửa xuất hiện một cách kì lạ trên ngọn các cột buồm vào những lúc có giông là lửa của thánh Enmơ (Staint Elme). Thực chất của các đốm lửa này là sự biểu hiện của một hiện tượng vật lí. Hãy cho biết đó là hiện tượng gì? Trong các đám mây giông thường có tích điện. Tàu thuyền ở dưới những đám mây ấy bị nhiễm điện do hưởng ứng, ở đỉnh cột buồm tập trung nhiều điện tích (do phân bố nhiều ở những chỗ mũi nhọn). Điện tích ở đó đẩy nhau rất mạnh khiến cho một số điện tích bị đẩy ra khỏi vật, các hạt mang điện bị đẩy ra đó chuyển động rất nhanh, khi va chạm với không khí đã làm cho chúng phát sáng, tạo thành những “đốm lửa” bám ở trên đỉnh cột buồm. Hiện tượng này quan sát ban đêm thấy rất rõ. Câu 3: Vào những thời tiết hanh, khô nếu chải đầu bằng lược nhựa, ta nghe tiếng “lắc rắc” và trông thấy nhiều tia lửa từ tóc và lược tóe ra. Nhiều HS làm thử, nhưng không nhận thấy hiện tượng đó. Dường như ở đây lí thuyết mâu thuẫn với thực nghiệm chăng? Hãy giải thích? Không mâu thuẫn gì. Thực ra hiện tượng trên chắc chắn xảy ra nếu chú ý hơn về các điều kiện sau đây: - Tóc phải sạch và khô (nếu được sấy nóng thì càng tốt) - Lược phải khô và khô bám những cặn bẩn - Chải tóc phải mạnh hơn một chút, để cọ xát giữa lược với tóc diễn ra thuận lợi cho việc nhiễm điện. Hình 2.15 Thí nghiệm 8: Một ắcqui bị mất kí hiệu các cực âm và dương. Chỉ bằng hai dây dẫn và một cốc nước, làm cách nào để có thể xác định lại các cực của ắcqui. Hãy nêu phương án thực hiện. * Phương án tiến hành: nối các đầu dây dẫn vào hai điện cực của ắcqui. Cạo sạch lớp cách điện hai đầu dây còn lại cỡ 5cm mỗi đầu và nhúng vào cốc nước ở hai thành đối diện. Quan sát đầu dây nào có nhiều bọt khí hơn đó là cực âm. Cực của ắcqui nối với dây này là cực âm, cực còn lại là cực dương. * Giải thích: Khi mắc mạch điện như trên dưới tác dụng hóa học của dòng điện, các ion dương H+ dịch chuyển về cực âm, các ion âm O2- dịch chuyển về cực dương và được giải phóng. Vì một phân tử nước có hai nguyên tử Hiđrô và một nguyên tử Oxi do đó phân số phân tử Hiđrô được giải phóng ở cực âm nhiều hơn gấp đôi. Vì vậy suy ra điện cực âm là điện cực có nhiều bọt khí sủi lên hơn. Thí nghiệm 9: Dùng Ôm kế đo điện trở của bóng đèn 220V-100W khi chưa mắc vào nguồn điện là 30, nhưng khi dùng công thức tính . Hãy giải thích tại sao lại có mâu thuẫn giữa lí thuyết và thực nghiệm? * Giải thích: Không mâu thuẫn gì. Giá trị 30là điện trở của bóng đèn khi không làm việc. Khi đèn sáng, nhiệt độ của dây tóc bóng đèn tăng nhanh sau đó ổn định (khoảng 20000C) do đó điện trở của bóng đèn cũng tăng lên rất nhanh. R=484là điện trở tương ứng với bóng đèn khi làm việc bình thường. Thí nghiệm 10: Cho một nguồn điện một chiều, hai vôn kế giống nhau có điện trở rất lớn, một điện trở đã biết trị số , một điện trở chưa biết trị số , dây nối, khóa K. Hãy đề xuất phương án xác định giá trị điện trở ? * Xây dựng phương án - Mắc mạch điện theo hình 2.16 , các vôn kế mắc song song vào hai đầu và . - Đóng khóa K,đọc giá trị của các vôn kế chỉ và ghi vào bảng kết quả đo. - Thế các giá trị đó vào công thức , tìm được Hình 2.16 Rx R0 V V + - K Hình 2.17 * Giải thích: Do điện trở của vôn kế rất lớn nên khi mắc vôn kế vào mạch, cường độ dòng điện trong mạch không đổi. Mạch ngoài gồm nt . Ta có,suy ra Thí nghiệm 11: Cho điện trở đã biết trị số , điện trở chưa biết trị số , hai vôn kế có điện trở rất lớn, nguồn điện, dây nối. Hãy lập phương án xác định công suất tiêu thụ trên ? * Xây dựng phương án: giống thí nghiệm 10 - Thay biểu thức vào công thức ta được Thí nghiệm 13: Cho nguồn điện một chiều, hai ampe kế giống nhau có điện trở rất nhỏ, một điện trở đã biết trị số , một điện trở chưa biết trị số , dây nối, khóa K. Hãy đề xuất phương án xác định giá trị điện trở ? Xây dựng phương án - Mắc mạch điện như hình 2.18, đóng khóa K, đọc số chỉ của các ampe kế. - Thế các giá trị đó vào công thức . Hình 2.18 A R0 Rx A + - K Hình 2.19 * Giải thích: Vì điện trở của ampe kế rất bé nên khi mắc ampe kế vào mạch có thể bỏ qua điện trở các ampe kế. Khi đó, mạch ngoài chỉ còn R0 mắc song song với Rx. Ta có , và suy ra Thí nghiệm 14: Cho điện trở đã biết trị số R0, điện trở chưa biết trị số , hai ampe kế có điện trở rất nhỏ, nguồn điện một chiều, dây nối, khóa K. Hãy lập phương án xác định công suất tiêu thụ trên ? Xây dựng phương án: giống thí nghiệm 13 Thay biểu thức: vào Thí nghiệm 15: Mắc bóng đèn 3V – 3W vào mạch điện như hình 2.20 , hiện tượng gì xảy ra với bóng đèn khi đóng khóa K? * Dụng cụ: - 3 pin, mỗi pin có suất điện động bằng 1,5V, điện trở trong 0,5 - Bóng đèn 3V – 3W - Khóa K và dây nối K Đ Hình 2.20 * Tiến hành thí nghiệm: - Mắc các dụng cụ theo sơ đồ hình 2.20 (3 pin mắc nối tiếp thành bộ nguồn có có suất điện động bằng 4,5V, điện trở trong 1,5) - Đóng khóa K và yêu cầu HS nhận xét đèn sáng hay cháy. * Kết quả: - Đèn sáng. * Thí nghiệm này được sử dụng trong quá trình nghiên cứu kiến thức mới bài: Định luật Ôm đối với toàn mạch, GV sẽ đưa tư duy của HS vào tình huống mâu thuẫn nhận thức + HS dự đoán: Bóng đèn sẽ cháy vì U > Uđm của bóng đèn hay + Giá trị 4,5V có phải là hiệu điện thế đặt vào bóng đèn không? Cường độ dòng điện qua đèn có phải là 1,5A không? Thí nghiệm 16: Hiệu điện thế giữa hai cực của bóng đèn (Hình 2.21) thay đổi như thế nào khi dịch chuyển con chạy của biến trở về bên phải? Giải thích? V Hình 2.21 * Kết quả: Số chỉ của vôn kế giảm dần. * Giải thích: - Hiệu điện thế U giữa hai cực bóng đèn liên hệ với điện trở R của bóng đèn và cường độ dòng điện trong công thức U = I.R (1). - Cường độ dòng điện trong toàn mạch phụ thuộc vào suất điện động và điện trở trong r của nguồn điện, điện trở mạch ngoài RN gồm điện trở R0 của biến trở nối tiếp với điện trở R của bóng đèn theo công thức, (2). - Từ (1),(2) ta xác định được mối quan hệ cần kiểm tra là . V A B - Khi dịch chuyển con chạy của biến trở về phía phải thì điện trở R0 của biến trở tăng dần nên hiệu điện thế U giảm dần. Thí nghiệm 17: Số chỉ của vôn kế thay đổi như thế nào khi dịch chuyển con chạy của biến trở sang bên phải? Tại sao? Hình 2.22 * Kết quả: số chỉ vôn kế tăng. * Giải thích: - Số chỉ vôn kế - Cường độ dòng điện qua đoạn mạch AB: - Khi dịch chuyển con chạy của biến trở sang bên phải thì R0 tăng à I giảm àsố chỉ vôn kế tăng. Thí nghiệm 18: Khi mắc mạch điện theo sơ đồ hình 2.23, một HS đã mắc nhầm vôn kế vào chỗ ampe kế và ampe kế vào chỗ vôn kế. Khi đó có hiện tượng gì xảy ra với các dụng cụ đo này? Tại sao? A V Đ Hình 2.23 * Kết quả: Các dụng cụ ampe kế, vôn kế không bị hỏng. * Giải thích: - Khi (Rd //RA) nt RV thì điện trở tương đương của mạch ngoài rất lớn (do RV rất lớn) nên cường độ dòng điện trong mạch sẽ rất nhỏ. Vì vậy, số chỉ của vôn kế, ampe kế có giá trị rất nhỏ. Thí nghiệm 19: Thiết lập định luật Ôm đối với đoạn mạch có chứa máy thu điện. * Dụng cụ: - Pin điện hóa - Biến trở - 2 đồng hồ đo điện năng hiển thị số DT 9205 dùng làm chức năng ampe kế và vôn kế một chiều - Bình thủy tinh chứa H2SO4 có gắn 2 điện cực Pb, PbSO4 - Khóa K và dây nối * Tiến hành thí nghiệm: - Mắc các dụng cụ theo sơ đồ hình 2.24 - Đóng khóa K, dịch chuyển con chạy của biến trở đọc số chỉ ampe kế và vôn kế và ghi vào bảng 2.1 Hình 2.25 - Từ bảng số liệu vẽ đồ thị của UAB theo I. Từ đó nhận xét dạng đồ thị và rút ra biểu thức toán học tương ứng. V A A B Hình 2.24 Bảng 2.1 U (V) I (mA) * Kết quả: - Đồ thị là đoạn thẳng có hệ số góc dương, dạng pt: UAB = a + bI Với a: suất phản điện (V) b: điện trở trong r (Ω) Thí nghiệm 20: Kiểm nghiệm định luật Ôm đối với toàn mạch * Dụng cụ: Hình 2.26 - Pin điện hóa - Biến trở - Điện trở bảo vệ R0=20 - 1 bảng lắp ráp mạch điện - Dây nối -1 đồng hồ đo điện năng hiển thị số DT 9205B dùng làm chức năng ampe kế một chiều * Tiến hành thí nghiệm: A R R0 Hình: 2.27 - Mắc các dụng cụ theo sơ đồ hình 2.27 - Định luật Ôm đối với đoạn mạch trên: trong đó r’=R0+r Suy ra: Đặt . Phương trình trên có dạng: y = a(x+r’) Đồ thị có dạng đường thẳng như hình 2.28 Bảng 2.2 - Ghi giá trị của số chỉ ampe kế ứng với các giá trị của R vào bảng 2.2 y O x x0 y0 x=R() I (10-3A) Hình 2.28 - Vẽ đồ thị y=f(x) và kết luận về việc kiểm chứng biểu thức định luật Ôm đối với toàn mạch. Dựa vào đồ thị cũng xác định suất điện động và điện trở trong r của pin điện hóa. 2.3. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh trung học phổ thông thông qua việc sử dụng thí nghiệm 2.3.1. Tăng cường sử dụng thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực tự học cho học sinh trong khâu mở đầu và nghiên cứu kiến thức mới Sử dụng thí nghiệm trong khâu mở đầu và nghiên cứu kiến thức mới, có nghĩa là thông qua thí nghiệm, GV sẽ đưa tư duy của HS vào tình huống mâu thuẫn nhận thức, từ đó nêu được vấn đề cần giải quyết một cách tích cực. Trong khâu mở bài, nếu đưa HS vào tình huống có vấn đề, HS sẽ có cơ hội giải quyết vấn đề đặt ra và tính tích cực tư duy vật lí được phát triển. Vật lí học là một khoa học thực nghiệm, do đó cần khai thác hiệu quả của các thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề nhằm thu hút sự chú ý cao ở HS. Nó làm cho HS tích cực, chủ động, sáng tạo trong việc tìm tòi giải quyết vấn đề. Thí nghiệm được sử dụng trong khâu mở đầu nhằm giới thiệu cho HS biết về hiện tượng sắp nghiên cứu, thường là các thí nghiệm định tính, mô tả hiện tượng mà HS có thể phán đoán trước khi tiến hành thí nghiệm, qua đó gây ra ở HS một sự tò mò, thích thú khám phá vấn đề và làm cho tư