- Có các hiện tượng Vật Lí trừu tượng, chưa thể thực hiện thí nghiệm để quansát thấy, ví dụ như: đường sức từ ,từ thông biến thiên … I.1.3, Các khó khăn khi dạy học nội dung “điều kiện x
Trang 1Người thực hiện: Vũ Hoàng Việt - Giáo viên tổ Vật Lí – Hoá học Trường THPT
Sông Mã – Tỉnh Sơn La
Đề tài: Ứng dụng phần mềm “Mô phỏng một số thí nghiệm vật lý phần cảm ứng điện từ” trong dạy học nội dung “Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng, Định luật len xơ về chiều dòng điện cảm ứng” chương : Cảm ứng điện
2009, Chỉ thị 55/2008/CT-BGDĐT ngày 30 tháng 9 năm 2008 về tăng cườnggiảng dạy, đào tạo và ứng dụng công nghệ thông tin trong ngành giáo dục giaiđoạn 2008-2012, Công văn số 9772/BGDĐT-CNTT ngày 20 tháng 10 năm
2008 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc Hướng dẫn thực hiện nhiệm vụCNTT năm học 2008-2009, Công văn số 1482/GD&ĐT-CNTT-KT&KĐngày 13 tháng 5 năm 2008 của Sở Giáo dục và Đào tạo về Kế hoạch triểnkhai các hoạt động hưởng ứng năm học công nghệ thông tin (CNTT) 2008-
2009, Công văn số 4185/GD&ĐT-CNTT-KT&KĐ V/v Hướng dẫn thực hiệnnhiệm vụ CNTT năm học 2008-2009 của Sở Giáo Dục và Đào Tạo ThànhPhố Đà Nẵng
- Năm học 2009-2010 được chọn là “Ðổi mới quản lý và nâng cao chất lượng giáo dục, tiếp tục đẩy mạnh ứng dụng CNTT và xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực”. Việc ứng dụng CNTT trong dạy học là
Trang 2một điều hết sức cần thiết và là một xu hướng tất yếu khi muốn đổi mớiphương pháp dạy học “quan niệm lấy người học làm trung tâm”
I.1.2, Bộ môn
- Chưa có hoặc đã có thì việc sắp xếp, quản lí và bảo quản các trang thiết bịthí nghiệm- đồ đùng dạy học chưa hợp lí và khoa học Còn thiếu các thiết bịthí nghiệm về phần cảm ứng điện từ
- Có những thí nghiệm biểu diễn, chứng minh về chất lượng và số lượng chưa
đủ để đảm bảo tốt(thời lượng, hiệu quả…) trong quá trình dạy học
- Có những thí nghiệm khó thực hiện thành công như thí nghiệm về hiệntượng cảm ứng điện từ trong ống dây có dòng điện biến thiên do cụ độ chínhxác chưa cao
- Có các hiện tượng Vật Lí trừu tượng, chưa thể thực hiện thí nghiệm để quansát thấy, ví dụ như: đường sức từ ,từ thông biến thiên …
I.1.3, Các khó khăn khi dạy học nội dung “điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng , Định luật len xơ về chiều dòng điện cảm ứng ”
Hiện tượng cảm ứng điện từ là một trong những hiện tượng hết sức cơbản được nghiên cứu trong chương trình vật lý phổ thông hiện hành Ở cả haibậc học THCS và THPT , học sinh đều được nghiên cứu điều kiện xuất hiệndòng điện cảm ứng
Khó khăn nhất trong khi dạy học nội dung này là làm sao từ các thínghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ ( nam châm chuyển động tương đốivới mạch điện kín , hay cường độ dòng điện trong ống day đặt đồng trục vớiống dây dẫn kín thay đổi ), học sinh có thể tự lực đưa ra điều kiện xuất hiệndòng điện cảm ứng và quy tắc xác định chiều dòng điện cảm ứng mà tránhthông báo áp đặt từ phía giáo viên
Như đã biết , để rút ra kết luận về điều kiện xuất hiện dòng điện cảmứng, dù có phát biểu điều kiện này dưới các dạng khác nhau như trong SGKvật lý lớp 9 , vật lý 11 hiện hành thì dấu hiệu bản chất nhất , quan trọng nhấtgây ra dòng điện cảm ứng, trước hết là sự thay đổi số lượng đường cảm ứng
Trang 3dòng điện cảm ứng , học sinh đều khó có thể nghĩ và phát hiện ra mối quan hệgiữa việc xuất hiện dòng điện cảm ứng và sự biến đổi số lượng các đườngcảm ứng từ gửi qua ống dây dẫn kín , vì các đường sức từ của nam châm điện
và nam châm vĩnh cửu đều không thể nhìn thấy Để giúp học sinh phát hiện ramối quan hệ này , giáo viên thường vẽ nam châm , các đường sức của nó vàống dây dẫn kín trên mặt phẳng giấy trong suốt ( trong không gian 2 chiều) ,sau đó di chuyển tờ giấy có hình vẽ nam châm ( hay ống dây) lại gần tờ giấy
vẽ ống dây ( hay nam châm) Đến nay , với các phương tiên day học truyềnthống , một hình ảnh hay mô hình động trong không gian 3 chiều mô tả cácthí nghiệm về dòng điện cảm ứng điện từ đều khó hoặc không thực hiện được.Đặc biệt không thể tạo ra được hình ảnh hay mô hình động trong không gian
3 chiều về sự biến đổi dòng điện của nam châm điện khi đóng ngắt mạch hay
di chuyển con chạy, do mật độ các đường cảm ứng từ trong trường hợp nàyluôn thay đổi
I.2 Giải pháp.
Năm học 2008 – 2009 , tôi đã nghiên cứu và ứng dụng phần mềm “Mô phỏng một số thí nghiệm vật lý phần cảm ứng điện từ”kết hợp PowerPoint(với đồ
dùng dạy học kèm theo: laptop, máy chiếu Projector) trong dạy học chương “cảm
ứng điện từ” Vật Lí lớp 11, chương trình chuẩn - viết tắt là C và nâng cao - viết tắt là NC Việc thiết kế, sử dụng các thí nghiệm ảo, chứng minh, mô phỏng các
hiện tượng Vật Lí đã và đang đem lại hiệu quả cao trong dạy học Vật Lí Với
phương pháp thay thế các thí nghiệm thật(không kể bài thực hành) sẽ giảm được
nhiều chi phí trong việc mua trang thiết bị dạy học Vì vậy, trong năm học 2009
-2010, tôi đã mạnh dạn viết sáng kiến kinh nghiệm với đề tài: Ứng dụng phần mềm “Mô phỏng một số thí nghiệm vật lý phần cảm ứng điện từ” trong dạy học nội dung “Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng ,Định luật len xơ về chiều dòng điện cảm ứng” chương : Cảm ứng điện từ -Vật Lí 11.
II Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
II.1, Mục tiêu.
Trang 4- Tạo niềm tin, đam mê, hứng thú với mônVật Lí cho học sinh.
- Phát huy tính tích cực ,chủ động ,sáng tạo của học sinh trong học tập.
- Nâng cao chất lượng bộ môn
II.2, Nhiệm vụ.
- Nghiên cứu và đề xuất các phương pháp sử dụng, thiết kế các thí nghiệm ảobiểu diễn, chứng minh, mô phỏng phần cảm ứng điện từ Vật Lí 11 bằng phần
mềm “Mô phỏng một số thí nghiệm vật lý phần cảm ứng điện từ”
- Phát huy những ưu điểm vượt trội của phần mềm trong dạy học cá nội dung: + Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng
+Chiều dòng điện cảm ứng
- Khảo sát tính khả thi và hiệu quả của quá trình dạy học Vật Lí có sử dụng phần
mềm “Mô phỏng một số thí nghiệm vật lý phần cảm ứng điện từ”
III Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
III.1 , Khách thể.
Học sinh với bộ môn Vật Lí
III.2 , Đối tượng
- Phần mềm “Mô phỏng một số thí nghiệm vật lý phần cảm ứng điện từ”
- Tính khả thi và hiệu quả
III.3, Phạm vi nghiên cứu.
Chương : Cảm ứng điện từ - chương trình Vật Lí 11 THPT
III.4, Giả thuyết khoa học.
Trong tương lai, nhà trường THPT sẽ xây dựng dựa trên mô hình lớp học
TLC(Teaching And Learning With Computer), chương trình dạy học theo
dự án Phần mềm “Mô phỏng một số thí nghiệm vật lý phần cảm ứng điện từ” là rất cần thiết và không thể thiếu trong quá trình dạy học Vật Lí đó.
III.5, Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu lý luận:
Trang 5a Thu thập những thụng tin lý luận ứng dụng cụng nghệ thụng tin trongdạy học Vật Lớ trờn cỏc tập san giỏo dục, cỏc bài tham luận ở cỏc diễn đàn Vật
Lớ trờn cỏc Website (Internet)
- Phương phỏp quan sỏt:
Quan sỏt cỏc hoạt động của học sinh trong cỏc tiết Vật Lớ
- Phương phỏp điều tra:
Trũ chuyện, trao đổi với học sinh Phiếu điều tra
- Phương phỏp tổng kết kinh nghiệm:
+ Tham khảo những bản bỏo cỏo , tổng kết hàng năm của nhà trường
+ Tham khảo kinh nghiệm của cỏc trường bạn
+ Tham khảo những kinh nghiệm của cỏc giỏo viờn khỏc trong trường mỡnh
Th.s : Nguyễn Quang Vinh
Cử nhõn tin học: Phạm Tuấn Tài
I.2, Giới thiệu phần mềm.
Phần mềm mô phỏng về hiện tợng cảm ứng điện từ là một phần mềm tin học
hỗ trợ dạy học định luật cảm ứng điện từ (Vật lý lớp 11 – THPT) theo hớng dạyhọc giải quyết vấn đề phát huy tính tích cực, năng lực giải quyết vấn đề, nângcao chất lợng nắm vững kiến thức của học sinh về định luật cảm ứng điện từ vàcác hiện tợng liên quan đến định luật cảm ứng điện từ
Trang 6Phần mềm thuộc dạng “tự chạy”, chạy file sau:
Thi_nghiem_vat_ly.exe
I.3 ,Yêu cầu hệ thống:
+ Phần mềm chạy trên hệ điều hành Windows9x, Me, 2000, NT, XP Tốt nhất
là trên hệ điều hành Windows2000, NT, XP
+ Cần tối thiểu 32 Mb RAM
+ Độ phân giải tốt nhất 800x600
I.4, Giao diện.
I.5, Nội dung phần mềm:
Phần mềm xây dựng đợc gồm một số chơng trình mô phỏng các thí nghiệm về
Trang 7* Chơng trình mô phỏng các thí nghiệm trong đó có sự chuyển động tơng đối giữa nam châm v ống dây:à ống dây:
* Chơng trình mô phỏng các thí nghiệm trong đó có sự thay đổi cờng độ dòng một chiều qua nam châm điện
* Chơng trình mô phỏng thí nghiệm thay đổi diện tích mạch điện
Trang 8* Chơng trình mô phỏng thí nghiệm thay đổi góc giữa véctơ cảm ứng từ B và véctơ pháp tuyến
Trang 9* Ch¬ng tr×nh m« pháng c¸c ph¬ng ¸n thÝ nghiÖm «n tËp cñng cè
I.6, Ưu điểm.
* Thí nghiệm mô phỏng các quá trình vật lý có đặc điểm:
- Các đường sức từ của nam châm cũng như ống dây dẫn kín nối với điện kếđựơc mô phổng trong không gian 3 chiều , trực quan với các mầu sắc hài hoà -Các thí nghiệm mô phổng này là các thí nghiệm động có thể là lại vô hạn lần ,điều khiển chạy hoặc dừng lại ở bất cứ thời điểm nào , ở bất cứ vị trí tươngđối nào giữa các đối tượng được nghiên cứu trong thí nghiệm
- Mô phỏng sự thay đổi mật độ các đường cảm ứng từ trong thí nghiệm về sựbiến đổi dòng điện của nam châm điện khi đóng ngắt mạch điện hay di chuyểncon chạy
Trang 10
* Thí nghiệm thực hành vật lý thật( video) có ưu điểm:
- Học sinh có thể quan sát, nhận biết tất cả các thiết bị trong thí nghiệm
- Các quá trình vật lý xảy ra thực sự,trược quan
Đặc điểm môn vật lý các tri thức đều được xây dựng theo nguyên tắc: thực nghiệm qui luật lý thuyết, do đó các bài giảng được lồng ghép với các thí
nghiệm là phương án được nhiều giáo viên vật lý lựa chọn và là điều kiện bắt buộccủa 1 giờ dạy vật lý giỏi, nên thí nghiệm biểu diễn, chứng minh ảo là rất cần thiếttrong giáo án điện tử
Trang 11II Một số nội dung dạy học cú ứng dụng phần mềm“ Mụ phỏng một số thớ nghiệm vật lý phần cảm ứng điện từ”
II.1) Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng – Vật lý 11 (Cơ bản & nõng cao)
II.1.1 ,Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Điều kiện xuất hiện dòng điện
cảm ứng theo chơng trình vật lý 11 với sự trợ giúp của phần mềm.
II.1.2, Tiến trình giảng dạy
G/v: (Đặt vấn đề)
Khi nghiên cứu chơng IV chúng ta đã biết dòng điện sinh ra từ trờng Vấn đề đặt
ra là ngợc lại nhờ từ trờng có thể tạo ra dòng điện đợc không ? Để trả lời câu hỏi
Dũng điện tạo ra từ trường Vấn đề đặt ra
là nhờ từ trường cú thể tạo ra dũng điện
được khụng?
Thớ nghiệm 1 A, B
Dũng điện cảm ứng xuất
do sự chuyển động tương đối giữa nam chõm và ống dõy kớn.
Thớ nghiệm 1 C, D, E,F
F
Dũng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch điện kớn khi số đường sức từ qua mạch kớn thay đổi
Dũng điện cảm ứng xuất hiện khi từ thụng qua mạch kớn biến thiờn
Hiện tượng cảm ứng điện từ
Từ trường
sinh ra dũng
điện
Giả thuyết 1 11
Giả thuyết 2
Kết hợp khỏi niệm
từ thụng
Trang 12này chúng ta tiếp tục nghiên cứu chơng V “Cảm ứng điện từ ” Bài đầu tiên của
ch-ơng mà chúng ta nghiên cứu là “ Khái niệm từ thông – Hiện tợng cảm ứng điện từ
”
(G/v viết đề mục chơng và bài học lên bảng).
Để trả lời câu hỏi trên chúng ta tiến hành làm thí nghiệm đơn giản sau:
(G/v giới thiệu dụng cụ, bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm 1A, 1B)
Các em hãy quan sát thí nghiệm và hãy cho biết kim của Miliampekế nh thế nàokhi tiến hành thí nghiệm?
H/s: Kim Miliampekế lệch khỏi vị trí 0 theo hai chiều ngợc nhau khi có chuyển
động tơng đối giữa Nam châm và Cuộn dây
+ G/v: Hiện tợng xảy ra ở trên chứng tỏ điều gì?
H/s: Chứng tỏ trong mạch kín (Cuộn dây và Miliampekế) có dòng điện
+ G/v: Vậy có thể sơ bộ rút ra kết luận gì về mối quan hệ giữa Từ trờng và Dòng
điện?
H/s: Nhờ từ trờng có thể tạo ra dòng điện
+ G/v: Đúng vậy! Hiện tợng nhờ từ trờng tạo ra dòng điện chạy trong cuộn dây màcác em vừa quan sát thấy trong các thí nghiệm trên đợc gọi là hiện tợng cảm ứng
điện từ và dòng điện chạy trong cuộn dây khi đó gọi là dòng điện cảm ứng
+ G/v: Vấn đề tiếp theo đặt ra là khi nào thì có hiện tợng cảm ứng điện từ?
H/s: Khi có sự chuyển động tơng đối giữa Nam châm (từ trờng) và Cuộn dây
Trang 13Sau đó giáo viên lựa chọn và tiến hành một số thí nghiệm theo phơng án mà họcsinh đã đa ra (Hoặc cho học sinh quan sát thí nghiệm thật và thí nghiệm mô phỏng1C trên màn hình) và yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi:
ta hãy cùng quan sát những hình ảnh mô phỏng các thí nghiệm trên
G/v cho học sinh quan sát các hình ảnh mô phỏng thí nghiệm 1A; 1B; 1C (chuyển
động tơng đối giữa Nam châm với Cuộn dây; đóng ngắt khoá K của mạch Nam châm điện) và đặt vấn đề để học sinh suy nghĩ, trả lời:
Hình ảnh mô phỏng thí nghiệm : 1B; 1C
Với các thí nghiệm mô phỏng màcác em đã quan sát khi dòng điện cảmứng xuất hiện trong cuộn dây thì trongnhững thí nghiệm đó có yếu tố nàochung?
H/s: Dòng điện cảm ứng xuất hiệntrong mạch kín khi số đờng cảm ứng từ
qua mạch kín (qua tiết diện của ống dây) thay đổi – (Giả thuyết 2).
Trang 14+ G/v: Để kiểm tra giả thuyết mà các em đã nêu ra ở trên chúng ta có thể xây dựngnhững phơng án thí nghiệm nh thế nào?
(G/v gợi ý: Theo các em có thể làm thế nào để thay đổi số đờng cảm ứng từ qua diện tích tiết diện của mạch kín?
Hớng dẫn để học sinh đa ra các phơng án kiểm tra giả thuyết trên nh:
- Tăng, giảm số đờng cảm ứng từ qua tiết diện cuộn dây (bằng cách tăng, giảm I qua nam châm điện nhờ thay đổi R trong mạch có nam châm điện).
- Thay đổi diện tích tiết diện S của cuộn dây (bằng cách làm méo cuộn dây).
- Thay đổi góc giữa véc tơ cảm ứng từ với mặt phẳng tiết diện của cuộn dây.
Trên cơ sở các phơng án mà học sinh đã nêu ra G/v tiến hành làm các thí nghiệm
1D; 1E; 1F sau đó cho học sinh quan sát hình ảnh mô phỏng các thí nghiệm và yêucầu h/s trả lời câu hỏi:
Trang 15+ G/v: Sử dụng khái niệm từ thông mà chúng ta vừa cùng nghiên cứu ở trên, các em
hãy suy nghĩ và phát biểu lại: Điều kiện xuất hiện và tồn tại dòng điện cảm ứng phụ
thuộc nh thế nào vào từ thông
H/s: Khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điệncảm ứng, và dòng cảm ứng này chỉ tồn tại trong khoảng thời gian mà từ thông biếnthiên
+ G/v: Để kiểm tra kết luận trên chúng ta cùng quan sát lại những hình ảnh môphỏng các thí nghiệm đã tiến hành ở trên Trong khi quan sát các thí nghiệm môphỏng các em hãy chú ý đến khoảng thời gian trong đó có sự thay đổi từ thông xemtrong thời gian đó trong mạch có dòng cảm ứng hay không Đồng thời các em cũngquan sát xem khi có từ trờng qua mạch kín mà từ thông không thay đổi thì trong
mạch có hay không có dòng cảm ứng? (trong giai đoạn này G/v sử dụng các thí
nghiệm mô phỏng 1A; 1D;1E; 1F trong đó có hiện mặt cắt và sử dụng tuỳ chọn dừng thí nghiệm).
H/s: Đúng là chỉ khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch mới xuất
hiện và tồn tại đòng điện cảm ứng
+ G/v: Vậy dựa vào khái niệm từ thông các em hãy cho biết thế nào là hiện tợng
cảm ứng điện từ? Và hãy nhắc lại điều kiện xuất hiện và tồn tại dòng điện cảm ứng
Trang 16rút ra đợc ở trên cũng chính là nội dung Định luật cảm ứng điện từ mà ngời đầu tiên phát biểu là nhà Vật lý học M Farađây:
Khi có sự biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng.
II.2, Định luật Len xơ về chiều dũng điện cảm ứng
II.2.1, Sơ đồ tiến trỡnh xõy dựng kiến thức.
Giả Thuyết 3
Khi |Φ| qua mạch kín tăng thì dòng điện cảm ứng có
chiều sao cho từ tr ờng B ’ mà nó sinh ra có chiều ng ợc
với chiều của từ tr ờng B Ng ợc lại khi |Φ| qua mạch kín
giảm thì dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ tr ờng B
' mà nó sinh ra có chiều cùng với chiều của từ tr ờng B
(B là từ tr ờng có từ thông biến thiên sinh ra dòng cảm
ứng)
Dựng cỏc thớ nghiệm ,D ,E F để kiểm tra giả thuyết 3
Chiều của dũng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kớn được xỏc định theo quy tắc nào?
Nhắc lại phương phỏp xỏc định chiều dũng điện căn cứ vào chiều lệch của kim điện kế?
Xỏc định chiều dũng điện cảm ứng trong cỏc thớ nghiệm mụ phỏng 1A, 1B, 1C.Cho biết chiều dũng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự thay đổi từ thụng như thế nào?
Kết luõn: Dòng điện cảm ứng
có chiều sao cho từ tr ờng B '
