Bài viết Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm dùng trong dạy học các kiến thức về sự quay đồng bộ, động cơ không đồng bộ ba pha trong chương trình Vật lí ở trường trung học phổ thông đặt ra yêu cầu nghiên cứu xây dựng các TBTN mới dùng trong dạy học các kiến thức về sự quay đồng bộ, động cơ không đồng bộ ba pha để thay thế hoặc bổ sung cho các thiết bị thí nghiệm hiện có, nhằm đáp ứng được yêu cầu đổi mới dạy học ở nước ta. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 128
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM DÙNG TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ SỰ QUAY ĐỒNG BỘ, ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
Nguyễn Quốc Huy
Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
136 Xuân thuỷ, Cầu giấy, Hà nội
TÓM TẮT
Trong chương trình vật lí phổ thông, các kiến thức về sự quay đồng bộ (QĐB), động cơ không đồng bộ
ba pha (ĐCKĐBBP) đã được trình bày là các kiến thức quan trọng, thể hiện ở chỗ: các kiến thức liên quan nhiều đến thực tế đời sống, kĩ thuật và là cơ sở cho việc phát triển các năng lực hoạt động của học sinh Theo danh mục thiết bị thí nghiệm (TBTN) của Bộ giáo dục, không có TBTN minh họa sự QĐB, không có TBTN ĐCKĐBBP Tuy nhiên, một số hãng thiết bị dạy học của Mĩ, Trung Quốc đã giới thiệu trên thị trường một số TBTN minh họa sự QĐB, ĐCKĐBBP Các thiết bị này đắt tiền nên không phải trường phổ thông nào cũng có Mặt khác, chúng cũng còn rất nhiều nhược điểm Cụ thể: các thiết bị này nhỏ gọn không phù hợp với thí nghiệm (TN) thực hành của học sinh Rất khó tiến hành TN sự quay đồng
bộ vì nam châm thử bị hút Không có TN kiểm chứng sự tồn tại của từ trường quay Không phù hợp với nguyên tắc cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của ĐCKĐBBP Khi giải thích sự hình thành của từ trường quay là rất phức tạp (vì dùng 3 khung dây) không phù hợp với HS phổ thông Như vậy, các TBTN ngoài nước hiện có rất nhiều nhược điểm về mặt nguyên tắc cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, không thể hiện rõ ứng dụng vật lí trong thiết bị Do vậy, các TBTN này không phù hợp với việc dạy học các kiến thức về sự QĐB, ĐCKĐBBP theo hướng phát triển hoạt động của HS Từ những phân tích trên, đặt ra yêu cầu nghiên cứu xây dựng các TBTN mới dùng trong dạy học các kiến thức về sự QĐB, ĐCKĐBBP để thay thế hoặc bổ sung cho các TBTN hiện có, nhằm đáp ứng được yêu cầu đổi mới dạy học ở nước ta
1 Mở đầu
Vào những năm đầu của thế kỉ XXI, đất nước chúng ta đang phát triển mạnh mẽ và đã thu được những thành quả to lớn trong nhiều lĩnh vực Nền kinh tế Việt Nam đã thực sự hội nhập với nền kinh tế thế giới và đang cùng cả thế giới chứng kiến một sự phát triển nhanh chóng đến đỉnh cao khoa học và công nghệ Vậy, để đáp ứng được nhu cầu đòi hỏi mới của thời đại, ngành giáo dục cần phải đào tạo được những con người mới có phẩm chất đạo đức tốt, có năng lực làm việc hiệu quả và đặc biệt có khả năng sáng tạo để giải quyết các vấn đề đặt ra
Mục tiêu dạy học theo xu thế hiện đại không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ đầy đủ những kiến thức, kĩ năng đã có của nhân loại cho người học mà quan trọng hơn là bồi dưỡng cho họ có năng lực nghiên cứu, tìm tòi sáng tạo giải quyết các vấn đề, đáp ứng được những đòi hỏi đa dạng của hoạt động thực tiễn
Trang 229
Vật lí học là cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật và công nghệ quan trọng, những hiểu biết và nhận thức về tri thức vật lí có giá trị to lớn trong sản suất và đời sống, mà đặc biệt là trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước hiện nay
Vật lí, với tư cách là một môn khoa học trong dạy học ở trường phổ thông, có khả năng to lớn trong việc rèn luyện cho HS tư duy lôgic và tư duy biện chứng, hình thành ở họ niềm tin về bản chất khoa học của các hiện tượng tự nhiên cũng như khả năng nhận thức của con người, khả năng
áp dụng khoa học để đẩy mạnh sản xuất, cải thiện đời sống
Do vậy, trước yêu cầu đổi mới dạy học ở nước ta nói chung và với bộ môn Vật lí nói riêng
theo hướng phát triển các năng lực hoạt động của HS, đặc biệt là đòi hỏi phải tăng cường hoạt động thực nghiệm ở HS trong dạy học Bộ môn vật lí, cần phải có những nghiên cứu cụ thể cho việc đổi mới dạy học từng nội dung kiến thức cụ thể theo hướng phát triển hoạt động học tập của
HS, đặc biệt là các hoạt động thực nghiệm
Với gần 10 năm kinh nghiệm dạy các học phần TN cho HS phổ thông, sinh viên năm thứ 3, thứ 4, bồi dưỡng GV, đồng thời xem xét tình hình chung về TBTN và thực trạng dạy phần kiến
sự QĐB, ĐCKĐBBP để tìm hiểu những khó khăn, nhằm đề ra cách khắc phục, chúng tôi thấy có
những vấn đề như sau:
a) Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong chương trình vật lí phổ thông, các kiến thức về sự
QĐB, ĐCKĐBBP đã được trình bày là các kiến thức quan
trọng, thể hiện ở chỗ: các kiến thức liên quan nhiều đến
thực tế đời sống, kĩ thuật và là cơ sở cho việc phát triển
các năng lực hoạt động của HS Theo danh mục TBTN của
Bộ giáo dục:
+ Không có TBTN minh họa sự QĐB
+ Không có TBTN ĐCKĐBBP
b) Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Một số hãng thiết bị dạy học của Mĩ, Đức, Trung Quốc đã giới thiệu trên thị trường một số TBTN về sự QĐB, ĐCKĐBBP Các thiết bị đắt tiền nên
không phải trường phổ thông nào cũng có Mặt khác, chúng
cũng còn rất nhiều nhược điểm Cụ thể:
+ TBTN minh sự QĐB của Trung Quốc (Hình 1): TBTN
nhỏ gọn không phù hợp với TN thực hành của học sinh Rất
khó tiến hành TN sự QĐB vì nam châm thử bị hút
+ TBTN ĐCKĐBBP của Trung Quốc (Hình 2): Không
phù hợp với nguyên tắc cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của
ĐCKĐBBP Khi giải thích sự hình thành của từ trường
quay là rất phức tạp (vì dùng 3 khung dây) không phù hợp
với HS phổ thông Các phương án nối động cơ với nguồn bị
hạn chế
Hình 2 TBTN minh họa sự quay không đồng bộ - Trung Quốc Hình 1 TBTN minh họa sự QĐB
và QKĐB - Trung Quốc
Trang 330
Như vậy, các TBTN trong và ngoài
nước hiện có rất nhiều nhược điểm về
mặt nguyên tắc cấu tạo, nguyên tắc hoạt
động, không thể hiện rõ ứng dụng vật lí
trong thiết bị Do vậy, các TBTN này
không phù hợp với việc dạy học các kiến
thức về sự QĐB, ĐCKĐBBP theo hướng
phát triển hoạt động của HS
Từ những phân tích trên, đặt ra yêu cầu
nghiên cứu xây dựng các TBTN mới dùng
trong dạy học các kiến thức về sự QĐB,
ĐCKĐBBP để thay thế hoặc bổ sung cho
các TBTN hiện có, nhằm đáp ứng được
yêu cầu đổi mới dạy học ở nước ta
2 Nội dung
2.1 Chức năng của TBTN
TBTN được dùng để nghiên cứu sự QĐB,
nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của
ĐCKĐBBP
2.2 Các bộ phận của TBTN
TBTN được chế tạo (Hình 3) gồm:
- Stato (1) gồm ba cuộn dây được đặt trên một
vành tròn, sao cho trục của ba cuộn dây lệch
nhau góc 1200, tất cả gắn trên đế (5)
- Rôto (2) được làm từ vỏ lon bia
- Nam châm hình chữ U (3) có thể quay
quanh trục thẳng đứng nhờ giá đỡ
- Bản mạch (4) các các chốt nối các đầu dây
của Stato (1)
- Cuộn dây (6) trục nằm ngang đặt trên giá
Ngoài ra khi tiến hành thí nghiệm còn sử dụng
thêm điện kế, dao động kí điện tử và nguồn phát
ba pha
2.3 Các TN được tiến hành với TBTN
a Thí nghiệm 1 TN minh họa sự quay đồng bộ
- Mục đích TN: Minh họa sự quay đồng bộ
- Tiến trình TN:
Hình 3 TBTN minh họa sự QĐB
và ĐCKĐBBP
1
4
5
2
3
6
Hình 4 Tải mắc hình sao nguồn mắc hình sao
Hình 5 Tải mắc hình tam giác nguồn mắc hình tam giác
Hình 6 Tải mắc hình sao nguồn mắc hình sao
Trang 431
+ Đặt nam châm (3) vào khoảng giữa của các cuộn dây Stato (1)
+ Nối các các đầu của các cuộn dây Stato (1) (gọi là tải) trên bản mạch (4) với nguồn phát ba pha theo các cách sau : Tải mắc hình sao nguồn mắc hình sao (Hình 4), tải mắc tam giác nguồn mắc hình tam giác (Hình 5)
b Thí nghiệm 2 Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của ĐCKĐBBP
- Mục đích TN : Tìm hiểu nguyên tắc hoạt
động của ĐCKĐBBP
- Tiến trình TN :
+ Đặt Roto (2) vào khoảng giữa của các
cuộn dây Stato (1)
+ Nối các các đầu của các cuộn dây Stato
(1) (gọi là tải) trên bản mạch (4) với nguồn
phát ba pha theo các cách sau :Tải mắc hình
sao nguồn mắc hình sao (Hình 6), tải mắc tam
giác nguồn mắc hình tam giác (Hình 7)
c Thí nghiệm 3 Kiểm chứng sự tồn tại của từ trường quay
- Mục đích TN: Kiểm chứng sự tồn tại của từ trường quay
- Tiến trình TN:
+ Đặt cuộn dây (6) vào khoảng giữa của các cuộn dây Stato (1)
+ Nối hai đầu cuộn dây (6) với điện kế hoặc với dao động kí điện tử
+ Nối các các đầu của các cuộn dây Stato (1) (gọi là tải) trên bản mạch (4) với nguồn phát ba pha theo các cách sau : Tải mắc hình sao nguồn mắc hình sao (Hình 8), tải mắc tam giác nguồn mắc hình tam giác (Hình 9)
Hình 7 Tải mắc hình tam giác nguồn mắc
hình tam giác
Hình 9 Tải mắc tam giác nguồn mắc hình tam giác Hình 8 Tải mắc hình sao nguồn mắc hình sao
Trang 532
3 Kết luận
Hiện nay việc dạy học các kiến thức về sự QĐB, ĐCKĐBBP ở trường phổ thông còn gặp nhiều khó khăn do sự hạn chế và thiếu các TBTN
Qua nghiên cứu, đề tài đã thực hiện việc thiết kế, chế tạo thành công 1 mẫu TBTN mới, có thể
sử dụng trong dạy học các kiến thức về sự QĐB, ĐCKĐBBP ở trường THPT TBTN được mô tả chi tiết về cấu tạo, các TN có thể thực hiện được với TBTN
Qua thực hiện đề tài chúng tôi đề nghị thực hiện tiếp đề tài nghiên cứu sản xuất thử nghiệm TBTN đã nghiên cứu để có thể tạo ra mẫu hoàn chỉnh hơn nhằm hướng tới việc sản xuất để cung cấp bổ sung TBTN cho các trường THPT trên toàn quốc
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lương Duyên Bình (tổng chủ biên) (2008), Vật lí 12, NXB Giáo dục, Hà Nội
[2] David Haliday, Robert Rensnick, Jeal Walker (1999), Cơ sở vật lí – điện học 2, NXB Giáo dục, Hà
Nội
[3] Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên) (2008), Vật lí 12 nâng cao, NXB Giáo dục, Hà Nội
[4] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học vật lí ở trường
phổ thông, NXB Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội
[5] Nguyễn Quốc Huy (2013), « Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm máy phát điện xoay chiều một pha » Tạp chí Giáo dục, (số 98, 10/2013), tr.27
