Hoạt động 2 STEM: Xây dựng kiến thức nền: Tìm hiểu tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện chạy qua – Lực điện từ - Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều.[r]
Trang 1Ngày soạn: 07/12/2020
Ngày dạy: Từ ngày 19/12/2020 đến 24/12/2020 (Tuần 15, 16)
Tiết 30, 31
CHỦ ĐỀ: LỰC ĐIỆN TỪ - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
DẠY HỌC THEO BÀI HỌC STEM:
CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐƠN GIẢN
I XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT
+ Tìm hiểu nội dung quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực từ tác dụng lên
dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều
+ Học sinh tìm hiểu và vận dụng quy tắc bàn tay trái để xác định yếu tố còn lại khi biết trước hai yếu tố khác được phát biểu trong quy tắc; vận dụng kiến thức để chế
tạo mô hình động cơ điện một chiều đơn giản Sau khi hoàn thành, học sinh sẽ được
thử nghiệm hoạt động và tiến hành đánh giá chất lượng sản phẩm
+ Chế tạo mô hình động cơ điện một chiều đơn giản bằng các vật liệu dễ tìm,
dễ làm
II XÂY DỰNG NỘI DUNG CHỦ ĐỀ
+ Dạy học theo định hướng Stem trong bộ môn Vật lí lớp 9 gồm nội dung của bài: Bài 27: Lực điện từ - Bài 28: Động cơ điện một chiều” thông qua chủ đề “Chế tạo mô hình động cơ điện một chiều đơn giản”
III MỤC TIÊU
1 Kiến thức:
Phát biểu được quy tắc bàn tay trái về chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều
Nêu được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều
- Vận dụng được các kiến thức thiết kế cấu tạo và nêu được nguyên lí hoạt động của
mô hình động cơ điện một chiều đơn giản
2 Kĩ năng:
- Vận dụng được quy tắc bàn tay trái để xác định một trong ba yếu tố
- Giải thích được nguyên tắc hoạt động về mặt tác dụng lực về mặt tác dụng chuyển hóa năng lượng của động cơ điện một chiều
- Vẽ được bản thiết kế mô hình động cơ điện một chiều đơn giản đảm bảo các tiêu chí
đề ra;
- Lập kế hoạch cá nhân/nhóm để chế tạo và thử nghiệm dựa trên bản thiết kế;
Trang 2- Trình bày, bảo vệ được bản thiết kế và sản phẩm của mình, phản biện được các ý kiến thảo luận;
- Tự nhận xét, đánh giá được quá trình làm việc cá nhân và nhóm
3 Phẩm chất:
- Nghiêm túc, chủ động, tích cực tham gia các hoạt động học;
- Yêu thích sự khám phá, tìm tòi và vận dụng các kiến thức học được vào giải quyết nhiệm vụ được giao;
- Có tinh thần trách nhiệm, hòa đồng, giúp đỡ nhau trong nhóm, lớp;
- Có ý thức tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật và giữ gìn vệ sinh chung khi thực nghiệm
4 Phát triển năng lực
+ Năng lực Tự học: HS tự nghiên cứu kiến thức về động cơ điện một chiều ở
nhà thông qua các vật dụng trong gia đình như: đồ chơi trẻ em, SGK, mạng internet
+ Năng lực Giải quyết vấn đề: HS dựa trên những vật liệu đơn giản,dễ tìm, rẻ
tiền chế tạo mô hình nhỏ gọn
+ Năng lực Sáng tạo: HS sáng tạo trong ý tưởng thiết kế, hình dáng, kết cấu
của mô hình
+ Năng lực Giao tiếp, Tự quản lý, Hợp tác: HS trao đổi, nêu ý kiến đưa đến
thống nhất, lựa chọn phương án tối ưu để giải quyết các nhiệm vụ trong quá trình học tập, nghiên cứu Ngoài ra, HS thuyết trình về sản phẩm của nhóm sau khi chế tạo
+ Năng lực Tính toán: HS dự toán vật liệu để chế tạo mô hình thông qua giá
thành của vật liệu
5 Giáo dục đạo đức:
+ Giáo dục tính hợp tác, tôn trọng với các bạn trong nhóm trong quá trình làm việc nhóm, cụ thể:
+ Trong quá trình chế tạomô hình động cơ điện một chiều, các thành viên trong nhóm phải có sự hợp tác phân công nhiêm vụ rõ ràng trước khi bắt đầu công việc
+Trong quá trình tiến hành thí nghiệm các thành viên trong nhóm phải thể hiện tính tôn trọng, đoàn kết với bạn bè: biết lắng nghe, chia sẻ và bày tỏ ý kiến của bản thân
+ Rèn tính trung thực, thận trọng khi làm thí nghiệm và báo cáo kết quả
+ HS có tính tiết kiệm, ý thức bảo vệ môi trường thông qua việc sử dụng các vật liệu
Với các mục tiêu dạy học theo định hướng STEM đặt ra trong chủ đề: “ Chế
tạo mô hình động cơ điện một chiều đơn giản”, các nội dung STEM được thể hiện
cụ thể như sau:
Trang 3- Khoa học:
+ HS nhận biết được khi dây dẫn thẳng hoặc cuộn dây có dòng điện chạy qua
đặt trong từ trường của nam châm sẽ có lực điện từ tác dụng lên dây dẫn hoặc cuộn dây đó
+ Dưới tác dụng của cặp lực điện từ cùng phương, ngược chiều tác dụng lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua sẽ làm cho khung dây quay được
- Công nghệ:
+ Rèn luyện kĩ năng sử dụng thiết bị như dao, kéo, nam châm, pin, băng dính…
- Kỹ thuật:
+ HS biết cách thiết kế mô hình động cơ điện một chiều đơn giản bằng các vật
liệu đơn giản, lựa chọn phương án thiết kế tối ưu
IV CHUẨN BỊ
- GV: máy chiếu, máy tính
- GV và mỗi nhóm HS: Nam châm chữ U, nguồn điện, khung dây, biến trở, dây nối, ampe kế
* Nguyên vật liệu và dụng cụ để chế tạo mô hình động cơ điện một chiều đơn giản:
- Nam châm vĩnh cửu (Nam châm tròn, nam châm chữ U…)
- Pin (Nguồn điện)
- Đoạn dây dẫn bằng đồng có sơn cách điện dài khoảng 50 – 100 cm
- Kéo, dao, bằng dính, đoạn dây dẫn bằng đồng khoảng 20 cm (Hoặc kim bằng), miếng xốp
V TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Ngày dạy: 19/12/2020 TIẾT 30
A Khởi động: (4 phút)
- Ổn định lớp:
- Kiểm tra bài cũ: Không
- Khởi động:
Hoạt động 1 STEM: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ
HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐƠN GIẢN
Mục tiêu: HS hiểu được mình đang nghiên cứu cái gì, xác định được nhiệm vụ cuối
cùng của chủ đề bài học đồng thời tạo hứng thú cho HS
Tiến trình hoạt động:
? Kể tên một số dụng cụ, đồ dùng điện biến đổi điện năng thành cơ năng:
HS: quạt, máy xay, máy khoan, máy bơm nước…
Trang 4GV: Cho HS quan sát hoạt động của một đồ chơi trẻ em đơn giản như: ô tô đồ chơi
chạy bằng điện…Cho HS quan sát mô hình quạt điện chạy bằng pin dòng điện một
chiều
GV: thông báo các đồ dùng này gọi chung là động cơ điện Các động cơ điện chạy
bằng dòng điện một chiều như dùng pin gọi là động cơ điện một chiều
? Động cơ điện biến đổi năng lượng từ dạng nào sang dạng nào?
GV: nêu mục tiêu của chủ đề STEM: chế tạo được mô hình động cơ điện một chiều
đơn giản
B Hình thành kiến thức mới: (35 phút)
Hoạt động 2 STEM: Xây dựng kiến thức nền: Tìm hiểu tác dụng của từ trường
lên dây dẫn có dòng điện chạy qua – Lực điện từ - Nguyên tắc cấu tạo và hoạt
động của động cơ điện một chiều
Hoạt động 2.1: Tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện chạy qua
1 Mục tiêu: Giúp HS nhận biết được có lực điện từ tác dụng lên dây dẫn thẳng có
dòng điện chạy qua đặt trong từ trường
2 Tiến trình hoạt động
GV: y/c HS nghiên cứu TN hình 27.1 SGK: nêu tên các
dụng cụ, cách tiến hành TN
HS: Nghiên cứu thí nghiệm trả lời câu hỏi của GV:
+ Dụng cụ: đoạn dây dẫn bằng đồng, nam châm chữ U,
ampekế, công tắc, biến trở, dây dẫn, nguồn điện
+ Cách tiến hành: mắc mạch điện cho dòng điện chạy
qua dây dẫn AB Đóng công tắc Quan sát hiện tượng xảy
ra với dây dẫn AB
GV: YCHS đưa ra dự đoán về hiện tượng xảy ra với dây
dẫn AB khi đóng công tắc
HS: dự đoán tự do
GV: phát dụng cụ TN và y/c HS làm TN theo nhóm Lưu
ý HS cách bố trí TN, đoạn dây dẫn AB phải đặt sâu vào
trong lòng nam châm chữ U, không để dây dẫn chạm vào
nam châm
HS: Tiến hành TN theo nhóm: quan sát hiện tượng xảy ra
với dây dẫn AB nằm trong từ trường của nam châm
GV: Gọi HS trả lời C1, so sánh với dự đoán ban đầu để
I Tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện
1 Thí nghiệm (SGK - 73)
Hiện tượng: Đoạn dây dẫn
bị hút (đẩy) vào trong lòng thanh nam châm
Trang 5rút ra kết luận
HS: trả lời hiện tượng đã quan sát được và rút ra KL
GV: thống nhất nội dung KL
? Khi nào có lực điện từ tác dụng lên dây dẫn AB?
HS: có dòng điện chạy qua dây AB, đặt trong từ trường
của nam châm, dây dẫn không song song với đường sức
từ
GV lưu ý HS: dây dẫn không song song với đường sức từ
thì dây dẫn chịu tác dụng của lực điện từ Trong chương
trình ta chỉ nghiên cứu trường hợp dây dẫn AB vuông
góc với đường sức từ
2 Kết luận
Dây dẫn AB có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường và không song song với đường sức từ thì chịu tác dụng của lực điện từ
Hoạt động 2.2: Tìm hiểu về lực điện từ - quy tắc bàn tay trái
1 Mục tiêu: HS xác định được lực điện từ phụ thuộc những yếu tố nào, phát biểu
được quy tắc bàn tay trái và áp dụng được quy tắc
2 Tiến trình hoạt động
GV: Chiều của lực điện từ phụ thuộc vào yếu tố nào?
HS: Đưa ra dự đoán: chiều dòng điện, thay đổi đường
sức từ của nam châm, cách đặt dây dẫn AB Nêu cách
tiến hành TN
GV: y/c HS tiến hành TN trong 2 trường hợp: thay đổi
chiều dòng điện, thay đổi chiều đường sức từ
HS: tiến hành TN theo nhóm, quan sát hiện tượng xảy ra,
rút ra KL về sự phụ thuộc của chiều lực điện từ vào chiều
đường sức từ và chiều dòng điện
G: Trong khi các nhóm làm TN, GV theo dõi, phát hiện
những nhóm làm tốt và uốn nắn những nhóm làm chưa
được tốt
HS: thống nhất rút ra KL
GV: Làm thế nào để xác định được chiều của lực điện từ
khi biết chiều dòng điện chạy qua dây dẫn và chiều
đường sức từ
HS làm việc với SGK để tìm hiểu quy tắc bàn tay trái:
II- Chiều của lực điện từ – Quy tắc bàn tay trái (19')
1 Chiều của lực điện từ phụ thuộc vào những yếu
tố nào?
a Thí nghiệm
- Đổi chiều dòng điện – chiều lực điện từ thay đổi
- Đổi chiều đường sức từ, chiều lực điện từ thay đổi
b Kết luận Chiều lực điện từ phụ thuộc vào chiều đường sức
từ, chiều dòng điện chạy trong dây dẫn
2 Quy tắc bàn tay trái
Trang 6+ Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ vuông góc và
có chiều hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến
ngón tay hướng theo chiều dòng điện
+ Ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực điện từ
GV: hướng dẫn HS cụ thể theo các bước đặt bàn tay trái
trên hình vẽ minh họa
HS: quan sát, thực hiện theo hướng dẫn
HS vận dụng quy tắc bàn tay trái để đối chiếu với chiều
chuyển động của dây dẫn AB trong TN đã quan sát được
ở trên
G: lưu ý người ta có thể kí hiệu chỉ chiều I, F bằng dấu
(+) từ ngoài đi vào mặt phẳng, dấu (.) từ mặt phẳng đi ra
phía ngoài
HS: nghiên cứu câu hỏi C4
GV: hướng dẫn cụ thể phần a: Xác định lực điện từ tác
dụng lên dây dẫn AB và CD của khung dây, nhận xét gì
về cặp lực điện từ, hiện tượng xảy ra với khung dây là gì
HS: hoạt động theo nhóm bàn thực hành phần b và c, nêu
kết luận hiện tượng xảy ra với khung dây
GV: tổ chức HS thảo luận thống nhất câu trả lời phần b
và c
GV: lưu ý vị trí ban đầu của khung dây ảnh hưởng đến
hoạt động của khung dây quay hay không quay khi có
dòng điện chạy qua (Phần a và c khung dây quay)
GV: thông báo mô hình khung dây quay có dòng điện
chạy qua quay trong từ trường của nam châm là mô hình
động cơ điểm một chiều đơn giản
Đặt bàn tay sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 90o
chỉ chiều của lực điện từ
III Vận dụng
C4:
+ Hình 27.5a: Cặp lực điện
từ có tác dụng làm khung quay theo chiều kim đồng
hồ + Hình 27.5 b: Cặp lực điện
từ không có tác dụng làm khung quay
+ Hình 27.5 c: Cặp lực điện
từ có tác dụng làm khung quay theo chiều ngược với chiều kim đồng hồ
Hoạt động 2.3: Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều (15
phút)
1 Mục tiêu: HS phát biểu được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều
2 Ti n trình ho t ến trình hoạt động ạt động độngng
GV: cho học sinh quan sát mô hình động cơ điện một 1 Cấu tạo của động cơ điện một
Trang 7chiều đơn giản.
GV: trình chiếu trên máy chiếu mô hình: dựa trên câu
hỏi C4 của phần trước
HS: Cá nhân quan sát, nêu các bộ phận chính chính của
động cơ điện
-Yêu cầu HS vận dụng quy tắc bàn tay trái xác định lực
điện từ tác dụng lên đoạn AB và CD của khung dây,
biểu diễn cặp lực từ đó trên hình vẽ
? Cặp lực từ vừa vẽ được có tác dụng gì đối với khung
dây ?
GV: làm TN ảo trên màn chiếu minh họa hoạt động của
động cơ điện một chiều
? Chốt: Động cơ điện một chiều có các bộ phận chính
là gì? Nó hoạt động theo nguyên tắc nào?
? Vì sao khung dây quay được?
HS: vì có cặp lực điện từ cùng phương ngược chiều tác
dụng lên khung dây
? Chốt lại nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một
chiều?
GV: thông báo tên gọi rôt và stato
GV: tích hợp GDMT: Khi động cơ điện hoạt động tại
các cổ góp (chỗ đưa điện vào rôto của động cơ) xuất
hiện các tia lửa điện kèm theo không khí có mùi khét
Các tia lửa điện này là tác nhân sinh ra khí NO, NO2 có
mùi hắc Sự hoạt động của động cơ điện một chiều
cũng ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị khác
(nếu cùng mắc vào mạng điện) và gây nhiễu các thiết
bị vô tuyến truyền hình gần đó
Biện pháp GDBVMT: + thay thế các động cơ điện một
chiều bằng các động cơ điện xoay chiều + Tránh mắc
chung động cơ điện một chiều với các thiết bị thu phát
sóng điện từ
GV: ? Khi hoạt động, ĐCĐ chuyển hoá năng lượng từ
dạng nào sang dạng nào?
HS: Khi ĐCĐ một chiều hoạt động, điện năng được
chiều Gồm 2 bộ phận chính là nam châm và khung dây dẫn ngoài ra còn có bộ góp điện
2 Hoạt động của động cơ điện một chiều
Hoạt động dựa trên tác dụng của
từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường
3 Kết luận
- Stato là bộ phận đứng yên
- Roto là bộ phận quay Khi cho dòng điên chạy qua khung thì dưới tác dụng của lực
từ, khung sẽ quay
Trang 8chuyển hoá thành cơ năng
? Động cơ điện một chiều thường ứng dụng ở đâu?
HS: ĐCĐ có mặt trong các dụng cụ gia đình phần lớn
là ĐCĐ xoay chiều như quạt điện, máy bơm, động cơ
trong máy khâu trong tủ lạnh, máy giặt Ngày nay
ĐCĐ một chiều có mặt trong phần lớn các bộ phận
quay của đồ chơi trẻ em
C,D – Luyện tập, vận dụng (3 phút)
1 Mục đích : Vận dụng làm bài tập, tìm tòi mở rộng khắc sâu kiến thức Hướng dẫn,
giao nhiệm vụ về nhà cho HS nhằm đạt mục tiêu của bài học
2 Tiến trình hoạt động
? Chiều của lực điện từ phụ thuộc những yếu tố nào?
? Phát biểu quy tắc bàn tay trái?
? Cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều?
HS: làm C5/SGK: xác định chiều quay của khung dây
GV: thực tế ta có thể tạo các hình dạng khác nhau cho khung dây, cuộn dây và sử dụng nam châm điện tạo từ trường thay thế nam châm vĩnh cửu, hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu có hình dạng phù hợp
GV: trình chiếu một số mô hình của khung dây cho HS quan sát
E Tìm tòi, mở rộng: (3 phút)
- Tự đọc mục II, III/SGK và làm mục IV vận dụng SGK
- Nắm vững các kiến thức về lực điện từ, quy tắc bàn tay trái, cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều
- YCHS về nhà quan sát các động cơ điện đơn giản trong đồ chơi trẻ em hoạt động bằng pin, một số mô hình khác, tham khảo các nguồn thông tin như sách tham khảo,
internet về động cơ điện một chiều Xây dựng phương án thiết kế mô hình động cơ điện một chiều đơn giản và chuẩn bị nguyên vật liệu phù hợp (Hoạt động theo
nhóm)
GV lưu ý: có thể tạo các hình dạng khác nhau cho khung dây, cuộn dây và sử dụng nam châm vĩnh cửu có hình dạng thiết kế phù hợp
-Ngày dạy: 24/12/2020 TIẾT 31
A Khởi động: (4 phút)
- Ổn định lớp
- Kiểm tra bài cũ:
Trang 9? Phát biểu quy tắc bàn tay trái?
? Cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều?
- Khởi động: Nêu mục tiêu tiết học: HS làm việc theo nhóm trình bày và thảo
luận phương án thiết kế mô hình động cơ điện một chiều đơn giản
B Hình thành kiến thức mới:
Hoạt động 3 STEM: TRÌNH BÀY VÀ THẢO LUẬN PHƯƠNG ÁN THIẾT
KẾ
(24 phút)
1 Mục tiêu: HS thiết kế, trình bày và thảo luận, phản biện được cách làm mô hình
động cơ điện một chiều đơn giản.
2 Tiến trình hoạt động
Sự trợ giúp và câu hỏi định hướng của GV Hoạt động của HS
- Phân chia nhóm, yêu cầu các nhóm phân
công chức danh trong nhóm Ghi vào phiếu
học tập
- Nhận nhóm, phân công chức danh trong nhóm
+ Trưởng dự án: 1HS + Thư kí viên: 1 HS + Kỹ thuật viên: 3 HS + Thiết kế viên: 3 HS
- Trao đổi thống nhất các tiêu chí đánh giá sản phẩm với GV
- GV đưa ra tiêu chí đánh giá sản phẩm của dự
án, trao đổi thống nhất với HS nếu có điều
chỉnh
- Trao đổi thống nhất tiêu chí đánh giá sản phẩm với GV
- Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh:
● Nghiên cứu kiến thức trọng tâm: về lực
điện từ, cấu tạo và hoạt động của động
cơ điện một chiều
● Xây dựng mô hình động cơ điện một
chiều đơn giản
● Lập kế hoạch trình bày và bảo vệ bản
thiết kế
- Yêu cầu các nhóm trao đổi và đưa ra ý tưởng
dự án
Trao đổi và thảo luận ý tưởng dự án
- Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu tham khảo về các kiến thức trọng tâm sau:
Lực điện từ (Vật lý 9– Bài 27)
Động cơ điện một chiều (Vật
lý 9 – Bài 28)
- Học sinh thảo luận về các thiết kế khả dĩ của mô hình ĐCĐ một chiều đơn giản và đưa ra giải pháp có căn cứ
Gợi ý:
Trang 10● Lực điện từ xuất hiện khi nào
● Cấu tạo của động cơ điện một chiều Lựa chọn thiết kế cấu tạo phù hợp
● Làm thế nào để khung dậy quay được
● Các nguyên liệu, dụng cụ nào cần được sử dụng và sử dụng như thế nào?
- Học sinh xây dựng phương án thiết
kế và chuẩn bị cho buổi trình bày trước lớp (các hình thức: thuyết trình, poster, powerpoint ) Hoàn thành bản thiết kế (phụ lục đính kèm) và nộp cho giáo viên
- Yêu cầu:
● Bản thiết kế chi tiết có kèm hình ảnh, mô tả cấu tạo, nguyên tắc hoạt động rõ ràng
và các nguyên vật liệu sử dụng…
- Trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế theo các tiêu chí đề ra
- Yêu cầu các nhóm trình bày ý tưởng dự án
của nhóm mình
- Định hướng điều chỉnh thiết kế cho phù hợp
- Trình bày ý tưởng dự án của nhóm (mỗi nhóm tối đa 3 phút)
- Thảo luận, đặt câu hỏi và phản biện các ý kiến về bản thiết kế; ghi lại các nhận xét, góp ý; tiếp thu và điều chỉnh bản thiết kế nếu cần
- Phân công công việc, lên kế hoạch chế tạo và thử nghiệm mô hình
C,D Luyện tập, củng cố: (15 phút)
Hoạt động 4 STEM: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH
1 Mục tiêu: HS chế tạo và thử nghiệm mô hình ĐCĐ
2 Phương pháp: Thực nghiệm