Xây dựng phim thí nghiệm đo cảm ứng từ của từ trường trái đất và nghiên cứu sử dụng vào dạy học về từ trường ở trường thpt

Các ph-ơng tiện hiện đại dùng trong dạy học Vật lý nh-: - Phim học tập: đèn chiếu, phim chiếu bóng, phim học tập trên vô tuyến truyền hình, phim video… - Các phần mềm máy tính mô phỏng,

tr-ờng đại học vinh khoa vật lý -

Xây dựng phim thí nghiệm "Đo cảm ứng từ của

từ tr-ờng Trái Đất" và nghiên cứu sử dụng vào

dạy học về từ tr-ờng ở tr-ờng THpt

Khoá luận tốt nghiệp

chuyên ngành: lý luận và ph-ơng pháp dạy học vật lý

Giáo viên h-ớng dẫn: PGS.TS Phạm Thị Phú Học viên thực hiện: Hoàng Công Viêng Lớp: 47A - Vật lý

Vinh, 2010

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với cô giáo PGS.TS Phạm Thị Phú, ng-ời đã tận tình h-ớng dẫn, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài luận văn này

Xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý, các giảng viên Khoa Vật lý, bạn bè và ng-ời thân trong thời gian qua đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên, tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành khóa luận

Vì khóa luận thực hiện trong thời gian ngắn và do năng lực bản thân còn hạn chế nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi sai sót Tôi mong rằng khóa luận này

sẽ nhận đ-ợc nhiều ý kiến đóng góp từ phía các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Vinh, 5/2010

Hoàng Công Viêng

Mục lục

Mở ĐầU

1 Lí do chọn đề tài……… 5

2 Mục đích nghiên cứu……… 6

3 Đối t-ợng và phạm vi nghiên cứu……… 6

4 Giả thuyết khoa học……… 6

5 Nhiệm vụ nghiên cứu……… 6

6 Ph-ơng pháp nghiên cứu……… 6

7 Kết quả đạt đ-ợc……… 6

8 Cấu trúc luận văn 7

NộI DUNG Ch-ơng 1 – Cơ sở khoa học sử dụng video clip làm ph-ơng tiện dạy học (PTDH) trong dạy học vật lý ở tr-ờng trung học phổ thông 1.1 Ph-ơng tiện dạy học vật lý THPT 8

1.1.1 Khái niệm và phân loại 9

1.1.2 Chức năng của ph-ơng tiện dạy học 9

1.1.3 Một số điểm cần l-u ý khi sử dụng PTDH 11

1.2 Máy vi tính 12

1.2.1 Chức năng của MVT 12

1.2.2 Sử dụng máy vi tính trong DHVL 13

1.3 Phim học tập 16

1.3.1 Các loại phim học tập 16

1.3.2 Các tr-ờng hợp sử dụng phim học tập 17

1.3.3 Lợi ích của việc sử dụng phim học tập 17

1.3.4 Ph-ơng pháp sử dụng phim học tập 18

1.4 Kết luận ch-ơng 1 20

Ch-ơng 2 – Xây dựng video clip thí nghiệm “ Đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái Đất” và sử dụng vào dạy học Vật lý 2.1 Nội dung của ch-ơng “ Từ tr-ờng” – Vật lý 11 – Nâng cao 19 2.2 Các thí nghiệm, thực hành sử dụng trong ch-ơng 19

2.3 Từ tr-ờng trái đất 20

2.3.1 Các đơn vị kiến thức của bài 20

2.3.2 Đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái Đất 23 2.4 Thí nghiệm đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái Đất với bộ

thí nghiệm do hãng Leybold sản xuất 27

2.4.1 Mục đích thí nghiệm 27

2.4.2 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 27

2.4.3 Cơ sở lý thuyết 30

2.4.4 Tiến hành thí nghiệm 30

2.5 Xây dựng video clip thí nghiệm “ Đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái Đất” 38

2.6 Thiết kế ph-ơng án dạy học với video clip đã xây dựng 40

2.7 Kết luận ch-ơng 2 46

Ch-ơng 3 – Đánh giá sản phẩm đề tài 3.1 Mục đích đánh giá 47

3.2 Đối t-ợng đánh giá 47

3.3 Nhiệm vụ đánh giá 47

3.4 Nội dung đánh giá 47

3.3 Ph-ơng pháp đánh giá 47

3.4 Kết quả đánh giá 47

3.5 Kết luận ch-ơng 3 48

Kết luận 49

Tài liệu tham khảo 50

Phụ lục 51

- Mỗi thí nghiệm có thể sử dụng nhiều lần, ở nhiều chức năng khác nhau

Nh-ng ở n-ớc ta việc áp dụng ph-ơng tiện dạy học này còn có nhiều hạn chế do gặp phải những khó khăn sau:

+ Thiết bị thí nghiệm còn thiếu

+ Thiết bị Việt Nam sản xuất không đảm bảo độ chính xác cao đặc biệt là các thiết bị đo

+ Thí nghiệm khảo sát định l-ợng chiếm khá nhiều thời gian dẫn đến không hoàn thành kế hoạch bài học

+ Phòng học bộ môn ch-a có, triển khai thí nghiệm còn nhiều khó khăn nên vẫn còn đang dạy học chay

Vì thế trong nh-ng năm gần đây các thiết bị thí nghiệm hiện đại (nh- dao

động kí điện tử, máy tính, máy chiếu, máy chiếu vật thể…) đã đ-ợc đ-a vào sử dụng rộng rãi Hầu hết các tr-ờng THPT đều đã có phòng máy chiếu

Và video clip dạy học là một trong những ph-ơng tiện nh- thế Ta có thể thấy đ-ợc tầm quan trọng của ph-ơng tiện này:

- Nó có thể xem nh- một quyển sách giáo khoa, ta chỉ việc xây dựng một lần rồi sau đó chỉ việc đ-a ra sử dụng

- Nó đảm bảo tính trực quan cao (đáp ứng yêu cầu trong DHVL đã nêu ở trên)

- Đây là cơ sở cho các bài giảng điện tử

Trong những năm gần đây mạng Internet ở n-ớc ta phát triển rất mạnh mẽ Nhu cầu tìm kiếm tài liệu trên mạng của các em học sinh là rất cao Vì thế ta có thể xây dựng các video clip rồi đ-a lên mạng để làm tài liệu cho học sinh về nhà học là điều rất cần thiết (Các video có thể xây dựng nh-: Phim thí nghiệm, video

về các hiện t-ợng tự nhiên, video một bài học, hay ph-ơng pháp dạy một bài tập nào đó…)

Phim thí nghiệm có tính trực quan rất cao Mà trong bài thí nghiệm “ Khảo sát từ tr-ờng Trái Đất” , do hãng Leybold, Cộng hòa liên bang Đức sản xuất, có ghép nối máy tính việc triển khai gặp nhiều khó khăn, thiết bị khá đắt tiền, nếu tiến hành thí nghiệm thì tốn rất nhiều thời gian

Với những lí do trên và với sự giúp đỡ, h-ớng dẫn của PGS.TS Phạm Thị Phú tôi đã chọn đề tài "Xây dựng phim thí nghiệm “ Đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái

Đất” và nghiên cứu sử dụng vào dạy học về từ tr-ờng ở tr-ờng THPT”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng phim thí nghiệm "Đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái Đất" và nghiên cứu DHVL ch-ơng “ Từ tr-ờng” và ch-ơng “ Cảm ứng điện từ” , Vật lý 11- Nâng cao góp phần nâng cao chất l-ợng dạy học vật lý ở tr-ờng THPT

3 Giả thuyết khoa học

- Có thể đề xuất một số ph-ơng án dạy học đảm bảo tính khoa học và tính s- phạm với phim thí nghiệm vào dạy học ch-ơng "Từ tr-ờng" và “ Cảm ứng điện từ” , vật lý 11-nâng cao

- Có thể nâng cao hứng thú học tập cho học sinh, tăng c-ờng chất l-ợng dạy học khi sử dụng bài thí nghiệm "Xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất" dạy học ch-ơng “ Từ tr-ờng” , Vật lý 11 - Nâng cao

4 Đối t-ợng, phạm vi nghiên cứu

a) Đối t-ợng:

- Thí nghiệm bài thực hành "Xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất"

- Phim khoa học và học sinh phổ thông

b) Phạm vi nghiên cứu: ch-ơng “ Từ tr-ờng” và “ Cảm ứng điện từ” , Vật lý 11-

Nâng cao

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu vai trò, chức năng của thí nghiệm

- Tìm hiểu cơ sở lí luận của phim khoa học nh- một ph-ơng tiện dạy học

- Tìm hiểu cơ sở lí của phim vào dạy học ở tr-ờng THPT

- Nghiên cứu mục tiêu SGK ch-ơng "Từ tr-ờng", vật lý 11 - nâng cao

- Lắp ráp thí nghiệm với bài thí nghiệm "Khảo sát từ tr-ờng Trái Đất" của hãng Leybold sản xuất So sánh với bộ thí nghiệm “ Xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất” do Việt Nam sản xuất trang bị cho các tr-ờng phổ thông

- Xây dựng kịch bản phim, dựng phim

- Thiết kế bài giảng với phim đã xây dựng

- Thực nghiệm s- phạm: Thử nghiệm dạy học bài giảng thiết kế ở tr-ờng phổ thông khi thực tập s- phạm

- Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các ph-ơng án dạy học đã thiết kế với phim thí nghiệm đã xây dựng

6 Ph-ơng pháp nghiên cứu

- Ph-ơng pháp tra cứu: đọc sách, tìm hiểu các tài liệu liên quan

- Ph-ơng pháp điều tra: thu thập các số liệu, hiện t-ợng từ đó nêu ra vấn

đề cần nghiên cứu, thu thập các ý kiến đánh giá hiệu quả của ph-ơng án đề ra

- Ph-ơng pháp thực nghiệm: dùng các thí nghiệm vật lý

- Ph-ơng pháp thực nghiệm s- phạm: để đánh giá hiệu quả của ph-ơng án

đề ra

- Ph-ơng pháp thống kê: xử lý số liệu

7 Kết quả nghiên cứu

- Lắp ráp tiến hành thành công các thí nghiệm đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái Đất với bộ thí nghiệm “ Khảo sát từ tr-ờng” do hãng Leybold CHLB Đức sản xuất – Trang bị cho phong VLĐC – Khoa Vật lý, Đại học Vinh và thí nghiệm “ Xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất” với bộ thí nghiệm do Việt Nam sản xuất trang bị cho các tr-ờng THPT

- Xây dựng phim thí nghiệm nói trên dài 18 phút 53 giây, dùng làm t- liệu

số hóa cho việc thiết kế bài giảng điện tử dạy học nội dung trong ch-ơng trình Vật lý 11 THPT Nâng cao

- Đề xuất ph-ơng án sử dụng phim thí nghiệm đã xây dựng đ-ợc vào dạy học nội dung cảu ch-ơng “ Từ tr-ờng” , “ Cảm ứng điện từ” , Vật lý 11 THPT - Nâng cao

NộI DUNG

Ch-ơng 1 Cơ sở khoa học sử dụng video clip làm PTDH

trong dạy học vật lý ở tr-ờng THPT.

1.1 Ph-ơng tiện dạy học vật lý

1.1.1 Khái niệm và phân loại PTDH

- “ Ph-ơng tiện dạy học là ph-ơng tiện vật chất do giáo viên hoặc (và) học sinh sử dụng d-ới sự chỉ đạo của giáo viên trong quá trình dạy học, tạo điều kiện cần thiết nhằm đạt đ-ợc mục đích dạy học”

Việc phân loại PTDH có thể dựa trên nhiều dấu hiệu và có nhiều cách phân loại PTDH Vật lý THPT Nếu phân loại theo lịch sử phát triển thì PTDH

đ-ợc chia làm 2 loại:

* Các ph-ơng tiện dạy học truyền thống

Đây là những ph-ơng tiện đ-ợc sử dụng rộng rãi trong dạy học Vật lý ở n-ớc ta

- Các tại liệu in: sách giáo khoa, sách bài tập, sách h-ớng dẫn thí nghiệm và các tài liệu tham khảo khác

- Các vật thật trong đời sống kĩ thuật

* Ph-ơng tiện dạy học hiện đại

Trong những năm gần đây các ph-ơng tiên dạy học hiện đại ngày càng đ-ợc

đ-a và sử dụng rộng rãi trong dạy học Vật lý Đặc biệt việc sử dụng máy tính là một ph-ơng tiện hỗ trợ trong dạy học hay nh- một máy đo vạn năng

Các ph-ơng tiện hiện đại dùng trong dạy học Vật lý nh-:

- Phim học tập: đèn chiếu, phim chiếu bóng, phim học tập trên vô tuyến truyền hình, phim video…

- Các phần mềm máy tính mô phỏng, minh họa các hiện t-ợng vật lý, quá trình vật lý, luyện tập cho học sinh giải bài tập và giải quyết vấn

đề trên máy vi tính hoặc để tiến hành các thí nghiệm hiện đại, trong đó máy tính nh- một máy đo, xứ lý kết quả thí nghiệm

Ta nhận thấy rằng các ph-ơng tiện dạy học vật lý là rất đa dạng và phong phú Các thí nghiệm dùng cho thí nghiệm giáo viên và học sinh giữ vị trí hàng

đầu thể hiện đặc thù của vật lý là môn khoa học thực nghiệm Vai trò của chúng không hề giảm sút mặc dù các ph-ơng tiện nghe nhìn ngày càng đ-ợc sử dụng rộng rãi

1.1.2 Chức năng của PTDH

Chức năng chủ yếu của PTDH là tạo điều kiện cho học sinh nắm vững chính xác, sâu sắc kiến thức, phát triển năng lực nhận thức và hình thành nhân cách Để thâu tóm đầy đủ hơn chức năng của PTDH thì ng-ời ta xét trên nhiều ph-ơng diện khác nhau: trên cơ sở của các quan điểm của lí luận về PTDH, của lí luận dạy học đại c-ơng, lí luận dạy học bộ môn của tâm lí học học tập

a) Các chức năng của PTDH theo quan điểm của lí luận dạy học

1 PTDH d-ợc sử dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học

Quá trình dạy học bao gồm 5 giai đoạn:

- Củng cố kiến thức xuất phát, tạo động cơ học tập, hứng thú học tập

- Hình thành kiến thức, kĩ năng mới

- Củng cố, ôn tập và vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học

- Tổng quát, hệ thống hóa kiến thức, kĩ năng

- Kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng

* Sử dụng PTDH để củng cố trình độ xuất phát cho học sinh, tạo động cơ học tập và hứng thú nhận thức cho học sinh:

Có thể sử dụng các thí nghiệm đơn giản, có tính chất nghịch lý để tạo tình huống có vấn đề

Tính tò mò của học sinh sẽ đ-ợc khêu gợi khi sử dụng các PTDH để chỉ ra các hiện t-ợng, quá trình vật lý mới mẻ mà học sinh không nhìn thấy trong cuộc sống hằng ngày

* Sử dụng PTDH để hình thành kiến thức kĩ năng mới:

Các PTDH: thiết bị thí nghiệm, mô hình, tranh ảnh, sách giáo khoa, phim khoa học, phim học tập, phần mềm máy tính… đ-ợc sử dụng nhiều để để cung cấp các cứ liệu thực nghiệm nhằm khái quát hóa hoặc kiểm chứng các định luật vật lý, moo phỏng các hiện t-ợng, quá trình vật lý vi mô, đề cập các ứng dụng của các kiến thức vật lý trong đời sống kĩ thuật

Cần sử dụng các thiết bị thí nghiệm thực hành ngay trong khâu nghiên cứu tài liệu mới để tăng c-ờng hoạt động tự lực và rèn luyện kĩ năng thí nghiệm của học sinh

* Sử dụng PTDH có thể đ-ợc sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng

cố (ôn tập đào sâu, mở rộng, hệ thống hóa) kiến thức, kĩ năng của học sinh:

Cần sử dụng các ph-ơng tiện dạy học: các dụng cụ thí nghiệm dơn giản,các thiết bị thí nghiệm thực hành, các mô hình, các ch-ơng trình phần mềm máy tính, các ch-ơng trình ôn tập trên vô tuyến truyền hình ch-a đ-ợc sử dụng khi nghên cứu tài liệu mới

Các vật thật trong đời sống cũng có thể dùng nh- sự vận dụng các kiến thức đã học ở khâu củn cố

* PTDH đ-ợc sử dụng để kiển tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng mà học sinh đã thu:

Ch-a đ-ợc khai thác sử dụng đầy đủ trong dạy học vật lý ở tr-ờng phổ thông Việc kiểm tra kiến thức của học sinh mới chỉ thông qua các bài tập định tính và định l-ợng

2 PTDH góp phần phát triển năng lực nhận thức cho học sinh

Đ-ợc thể hiện rõ nhất trong việc tổ chức cho học sinh tiến hành các thí nghiệm với các thiết bị thí nghiệm thức hành Học sinh phải thực hiện một loạt các hoạt động trí tuệ - thực tiễn nh-: lập ph-ơng án, kế hoạch thí nghiệm, vẽ sơ

đồ thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm (bằng số và bằng đồ thị), tính toán sai số, xét nguyên nhân của sai số Góp phần hình thành phẩm chất của nhân cách học sinh

3 PTDH đem lại hiểu quả về mặt xúc cảm

Việc sử dụng các PTDH (thiết bị thí nghiệm, mô hình, tranh ảnh, phim video, phần mềm máy tính…) đem lại hiểu quả về mặt xúc cảm, do có những đặc

điểm bề ngoài (hình dạng, màu sắc), bố trí đẹp về mặt thẩm mỹ, cách thức gây tác động đến học sinh (tiếng động, màu sắc), do các hiện t-ợng, quá trình vật lý

đang diễn ra trái với dự đoán của học sinh hoặc học sinh không nhìn thấy hằng ngày

4 Nhiều PTDH hợp thức hóa đ-ợc quá trình lĩnh hội kiến thức của học sinh nh-: mô hình tháo lắp, máy tính đ-ợc sử dụng nh- các thiết bị thu nhận và

xử lý các kết quả thí nghiệm…

5 PTDH cũng góp phần vào việc phát triển tối -u nhân cách từng học sinh

Sử dụng PTDH để phân hóa học sinh thông qua việc lựa chọn các PTDH, việc đặt ra các nhiệm vụ khác nhau cho các loại đối t-ợng học sinh tiến hành các thí nghiệm, khi làm việc với SGK, việc giúp đỡ học sinh yếu nhiều hơn trong quá trình học sinh làm thí nghiệm, giải bài tập, giải quyết vấn đề học tập trên máy vi tính

b) Theo quan điểm của tâm lý học tập

Theo tâm lý học học tâp thì hoạt động nhận thức của học sinh có thể diễn ra trên các bình diện khác nhau: bình diện hành động đối t-ợng – thực tiễn, bình diện trực quan trực tiếp, bình diện trực quan gián tiếp và bình diện nhận thức khái niệm – ngôn ngữ, trong đó vai trò của ngôn ngữ tăng dần và vai trò trực quan giảm dần

Ta thấy rằng: việc sử dụng PTDH tạo điều kiện cho quá trình nhận thức của học sinh trên tất cả các bình diện khác nhau, đặc biệt là trên bình diện trực quan gián tiếp

Hành động đối t-ợng - thực

tiễn

- Các thí nghiệm trực diện của học sinh

Trực quan trực tiếp - Các vật thật, các ảnh chụp

- Các thí nghiệm biểu diện của giáo viên

- Phim học tập quay các cảnh thật Trực quan gián tiếp - Các thí nghiệm mô hình

- Các phim mô phỏng

- Các phần mềm máy tính mô phỏng các hiện t-ợng quá trình vật lý

- Các mô hình vật chất

- Các hình vẽ sô đồ

Nhận thức khái niệm –

ngôn ngữ

- Tài liệu in

- Các phần mềm máy tính dùng cho việc ôn tập

1 Bình diện trực quan trực quan trực tiếp

PTDH tạo điều kiện cho quá trình hoạt động nhận thức của học sinh trên bình diện này, nghĩa là trên cơ sở tri giác trực tiếp các sự kiện cảm tính – cụ thể Việc sử dụng các vật thật trong đời sống và trong kĩ thuật, các bức ảnh chụp, phim học tập quay các ảnh thật, các thí nghiệm biểu diễn của giáo viên gây hiệu quả đối với hoạt động nhận thức của học sinh trên bình diện này

2 Bình diện trực quan gián tiếp

Đây là bình diện cao hơn, PTDH cũng tạo điều kiện cho hoạt đọng nhận thức của học sinh trên bình diện này

Nghĩa là dự vào những biểu t-ợng về các sự kiện cảm tính – cụ thể mà học sinh đã tri giác tr-ớc đó hoặc dựa trên sự trừu t-ợng hóa các sự kiện này Các thí nghiệm mô hình, các phim mô phỏng, các phần mềm máy tính mô phỏng các hiện t-ợng quá trình vật lý, các mô hình vật chất, các hình vẽ, sơ đồ trong sách giáo khoa, trên giấy là sự trừu t-ợng hóa các sự kiện cảm tính – cụ thể, tạo điều kiện cho hoạt động nhận thức của học sinh trên bình diện này

3 Bình diện hành động đối t-ợng – thực tiễn

PTDH (đặc biệt là các thiết bị thí nghiệm trự diện dùng cho thí nghiệm của học sinh) tạo điều kiện cho học sinh trong quá trình làm việc trực tiếp với chúng tiến hành các hoạt động trí tuệ - thực tiễn trên bình diện này

4 Bình diện nhận thức khái niệm – ngôn ngữ

PTDH (sách giáo khoa, sách bài tập, các phần mềm máy tính dùng cho việc ôn tập …) cũng tạo điều kiện cho học sinh hoạt động nhận thức trên bình diện này, nghĩa là hoạt động nhận thức đ-ợc tiến hành trên cơ sở các khái niệm, các kết luận tổng quát

Học sinh chỉ có thể nắm vững sâu sắc, chính xác, bền vững và vận dụng

đ-ợc các kiến thức, nếu nh- trong quá trình học tập, hoạt động nhận thức của học sinh diễn ra trên nhiều bình diện khác nhau Trong quá trình học tập, hoạt

động nhận thức của học sinh trên các bình diện khác nhau diễn ra không theo một trình tự cứng nhắc mà thâm nhập vào nhau

Thực tiễn dạy học vật lý ở tr-ờng phổ phông hiện nay cho thấy: hoạt động nhận thức của học sinh th-ờng chi trên bình diện nhận thức khái niệm – ngôn ngữ hoặc diễn ra quá nhanh đến bình diện này Các bình diện thấp hơn của hoạt

động nhận thức của học sinh ch-a đ-ợc đ-a vào hoặc đ-a vào nh-ng quá ít Tiềm năng của TDH trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh ch-a

đ-ợc khai thác đầy đủ

1.1.3 Một số điểm cần l-u ý khi sử dụng PTDH

Để nâng cao hiểu quả sử dụng PTDH cần l-u ý một số điểm sau:

* Đúng lúc

- Đ-a PTDH vào lúc cần thiết, lúc học sinh muốn đ-ợc quan sát, lúc tâm lý học sinh chuẩn bị đ-ợc sẵn sàng nhờ tr-ớc đó giáo viên đã dẫn dắt

- PTDH đ-ợc đ-a vào đúng lúc nội dung và ph-ơng pháp của bài giảng

- PTDH tr-ớc khi đ-ợc đ-a ra phải cất dấu để không làm phân tán t- t-ởng của học sinh khi học bài

* Đúng chỗ

- Bố trí thí nghiệm sao cho toàn bộ lớp có thể quan sát đ-ợc rõ ràng, giúp học sinh có thể dùng đ-ợc nhiều giác quan để tiếp thu bài giảng một cách đồng đều ở mọi vị trí trong lớp

- Vị trí trình bày PTDH phải đảm bảo yêu cầu chung và riêng của nó về ph-ơng tiện chiếu sáng, thông gió và yêu cầu kĩ thuật riêng biệt

- Bố trí chỗ cất giấu tr-ớc và sau khi làm để không làm phân tán t- t-ởng của học sinh

* Đủ c-ờng độ

- Từng loại ph-ơng tiện đ-ợc sử dụng có mức độ khác nhau Nếu kéo dài việc trình diễn PTDH hoặc dùng lặp lại một PTDH nhiều lần trong một bài giảng thì hiểu quả của nó sẽ giảm sút

- Trong khi dạy học, cần sử dụng nhiều hình thức làm việc khác nhau, nhờ đó

có thể lôi cuốn học sinh vào những điều mới lạ, hấp dẫn làm cho họ duy trì đ-ợc

sự chú ý theo dõi nghe giảng ở mức độ cao

1.2 Máy vi tính

Với việc công nghệ thông tin phát triển, máy tính đã trở thành một phần không thể thiếu đ-ợc trong thời đại ngày nay Máy vi tính đã có mặt trên hầu hết các lĩnh vực của đời sống: trong sản xuất kinh doanh, nghiên cứu khoa học, trong giáo dục, vui chơi giải trí …Chúng ta có thể thấy đ-ợc tầm quan trọng của máy vi tính

Chiếc máy tính đầu tiên ra đời năm 1941 Trong quá trình phát triển, máy tính dã trải qua 4 thế hệ Thế hệ đầu của máy tính hoạt động dựa trên hoạt động của rơ le điện cơ, thế hệ thứ hai dựa trên đèn điện tử, thế hệ thứ ba dựa trên đèn bán dẫn Đến thế hệ tứ t- hoạt động dựa trên hoạt động của các vi mạch bán dẫn Mỗi khi chuyển sang thế hệ mới tính năng của máy tính lại đ-ợc tăng lên, đặc biệt là nâng cao tốc đọ tính và bộ nhớ Đồng thời máy tính cũng giảm nhỏ về kích th-ớc, khối l-ợng và giá tiền Đến nay máy tính đã rất gọn nhẹ và có tốc độ tính rất cao (hiện nay máy tính có tốc độ lên tới hơn 700MHz), kích th-ớc bộ nhớ rất nhỏ nh-ng dung l-ợng rất lớn (trên 256MB) Vì vậy máy tính ngày nay gọi là máy vi tính (Microcomputer)

1.2.1 Các chức năng cơ bản của MVT

Máy vi tính đ-ợc sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của đời sống vì nó

có nhiều chức năng -u việt sau:

- MVT là thiết bị có thể tạo nên, l-u trữ trong máy và hiển thị lại trên màn hình một khối l-ợng thông tin vô cùng lớn Việc l-u trữ và tìm kiếm thông tin

trên MVT cũng rất đơn giản, nhanh chóng, chính xác Hơn nữa việc trao đổi thông tin đ-ợc tực hiện một cách dễ dàng dựa vào mạng Internet

- MVT có khả năng tính toán và xử lý cực nhanh Với khối l-ợng vô cùng lớn các phép tính với độ chính xác cao mà các máy tính hiện tại không bao giờ thực hiện đ-ợc Vì thế MVT có thể đ-ợc sử dụng nh- là một công cụ để tính toán với

độ chính xác cao và rất nhanh chóng

- MVT có thể biến đổi một cách nhanh chóng, chính xác các dữ liệu đã thu thập đ-ợc, cho ra các kết quả đ-ợc hiển thị d-ới dạng chuẩn nh-: bảng, biểu đồ,

đồ thị …, tạo điều kiện cho việc nghiên cứu

- MVT có thể ghép nối với các thiết bị khác để tạo thành một thiết bị mới có chất l-ợng cao hơn thiết bị cũ Chức năng này đ-ợc sử dụng trong việc nghiên cứu khoa học, sản xuất ở các n-ớc phát triển

- Nhờ các phần mềm cài đặt trong MVT có thể điều khiển hoàn toàn tự động các quá trình theo ch-ơng trình đã đặt sẵn

1.2.2 Sử dụng MVT trong dạy học vật lý

Hiện nay MVT đã đ-ợc đ-a vào sử dụng rộng rãi trong dạy học ở tr-ờng phổ thông đặc biệt là trong dạy học vật lý MVT đ-ợc sử dụng trong dạy học vật vật lý chủ yếu trong các lĩnh quan trọng sau:

- Mô phỏng các đối t-ợng vật lý

- Hỗ trợ việc xây dựng các mô hình

- Hỗ trợ các thí ngiệm vật lý

- Hỗ trợ cho việc phân tích băng video ghi các quá trình vật lý thực

Do MVT là thiết bị đa ph-ơng tiện có thể ghép nối với các thiết bị hiện đại khác trong nghiên cứu vật lý và có tính năng hết sức -u việt trong việc thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu cũng nh- trình bày các kết quả x- lý một cách tự động và cực kì nhanh chóng, chính xác nên đ-ợc sử dụng rất thành công trong lĩnh vực nêu trên, góp phần giải quyết những khó khăn mà các ph-ơng tiện tr-ớc nó không giải quyết đ-ợc trọn vẹn

a) Sử dụng MVT trong việc mô phỏng các đối t-ợng nghiên cứu của vật lý

Việc mô phỏng các hiện t-ợng quá trình vật lý nhờ MVT theo quan điểm của tâm lý học hiện đại là một ph-ơng pháp dạy học Đ-ợc thực hiện nhờ các nhiệm vụ sau:

- Mô phỏng minh họa một cách trực quan và chính xác các hiện t-ợng, quá trình vật lý

Các hiện t-ợng trong tự nhiên không phải khi nào cũng đều dễ quan sát

Có những quá trình xảy ra trong tự nhiên không thể quan sát bằng mắt th-ờng để xác định các đạ l-ợng cần thiết vì diễn biến của quá trình xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm Điều đó gây khó khăn cho việc tìm ra quy kuaatj của chúng Các quá trình nh-: chuyển động rơi, chuyển động ném ngang của vật, dao động điều hòa, dao động điện, quá trình phân rã hạt nhân, phóng xạ… Vì vậy phải sử dụng MVT

để mô phỏng các quá trình đó, nghĩa là làm cho các quá trình đó nhanh lên hay chậm đi, dừng lại từng giai đoạn để nghiên cứu dễ dàng

- Mô phỏng các hiện t-ợng, quá trình vật lý qua đó tìm ra kiến thức mới

MVT có thể tạo điều kiện để đi sâu vào và tim ra các mối quan hệ có tính quy luật của các hiện t-ợng và quá trình vật lý Do MVT có chức năng -u việt trong việc tính toán và xử lý số liệu Nhờ đó mà tạo ra các khả năng mới trong tính toán: khả năng rút ngắn thời gian tính toán, thời gian tim ra lời giải Nhờ các phần mềm (Turbo Passcan, Exel…) giúp giáo viên và học sinh tính toán một cách nhanh chóng và t-ơng đối mỹ mãn các tính toán lý thuyết Thêm vào đó MVT còn có thể hiển thị các kết quả tính toán, xử lý số liệu d-ới nhiều dạng trực quan khác nhau, tạo điều kiện cho học sinh dễ phát hiện ra các mối quan hệ chứa đựng trong đó

b) Sử dụng MVT để hỗ trợ việc xây dựng các mô hình toán học (đồ thị, biểu thức, ph-ơng trình) của các hiện t-ợng quá trình vật lý

Khi nghiên cứu các hiện t-ợng quá trình vật lý mới, ng-ời ta tiến hành quan sát, đo đạc, thu thập phân tích, xử lý số liệu để đi tới nhận thức đ-ợc các quy luật chi phối chúng Đầu tiên ng-ời ta thử xem các hiện t-ợng hay quá trình vật lý có tuân theo các quy luật đã biết không Nếu các hiện t-ợng, quá trình

đang nghiên cứu không tuân theo những quy luật đã biết, th-ờng là những hiện t-ợng hay quá trình phức tạp thì phải thử đ-a ra hay xây dựng một mô hình toán học mới (đồ thị, biểu thức, ph-ơng trình) sao cho có thể giải thích đ-ợc các kết quả quan sát, đo đạc đã thu thập trong quá trình nghiên cứu là việc hết sức cần thiết

Các b-ớc trong việc xây dựng mô hình toán học nhờ MVT:

- Quan sát hiện t-ợng, quá trình vật lý cần nghiên cứu

Quan sát tỉ mỉ hiện t-ợng, quá trình cần khảo sát và tiến hành các phép đo, thu thập số liệu, biểu thị số liệu d-ới dạng bảng hay đồ thị Cần phải tiến hành nhiều lần để cho kết quả chính xác

- Đ-a ra giả thiết về các mối liên hệ có tính quy luật của các đại l-ợng vật

lý trong hiện t-ợng và quá trinh đó

- Kiểm tra giả thiết (mô hình toán học)

Sau khi đ-a ra giả thiết (mô hình) việc kiểm tra giả thiết là đúng hay sai là

điều khó khăn, không dễ dàng gì

Tuy nhiên, hiện nay khó khăn đó có thể đ-ợc giải quyết với sự giúp đỡ của MVT và các phần mềm Nhờ MVT việc tính toán đối chiếu kết quả tính toán với các kết quả quan sát trong thực nghiệm có thể tiến hành dễ dàng

c) Sử dụng MVT hỗ trợ các thí nghiệm vật lý

Ngày nay khoa học kĩ thuật phát triển, các thiết bị thí nghiệm hiện đại đã

đ-ợc đ-a vào sử dụng trong dạ học vật lý Đặc biệt là các thiết bị có ghép nối máy tính, mà ở đây MVT đ-ợc xem nh- là một máy đo vạn năng

Để hỗ trợ các thí nghiệm vật lý thì máy tính cần đ-ợc ghép nối với các thiết bị thí nghiệm Sơ đồ ghép nối theo nguyên tắc sau:

Mỏy tớnh cú phần mềm xử

lý số liệu

Màn hỡnh hiện thị (Monitor)

Thiết bị ghộp tương thớch (Interface)

Đối

tượng

đo

Bộ cảm biến (Senser)

Theo sơ đồ này, việc thu thập các số liệu về đối t-ợng nghiên cứu đ-ợc

đảm nhiệm qua bộ phận có tên là “ bộ cảm biến” Nguyên tắc làm việc của bộ cảm biến này nh- sau: trong bộ cảm biến các t-ơng tác của đối t-ợng đo lên bộ cảm biến d-ới các dạng khác nhau nh- cơ, nhiệt, điện, từ, quan,… đều đ-ợc chuyển thành tín hiệu điện Mỗi bộ phận cảm biến có một chức năng riêng Vì vậy với một phép đo khác nhau mà ng-ời ta dùng các bộ cảm biến khác nhau Ví dụ: để đo lực ta dùng bộ cảm biến lực (Force Sensor); để xác định vị trí và thời

điểm t-ơng ứng của vật ng-ời ta dùng bộ cảm biến chuyển động (Motion Sensor); để xác định hiệu điện thế giữa hai điểm ng-ời ta dùng bộ cảm biến

Sau khi tín hiệu điện đ-ợc hình thành tại bộ cảm biến nó sẽ đ-ợc chuyển qua dây dẫn đến bộ phận tiếp theo trong hệ thống có tên là “ thiết bị ghép t-ơng thích” Tại đây tín hiệu sẽ đ-ợc số hóa một cách hợp lý để đ-a vào MVT Các tín hiệu đ-ợc số hóa này coi là cơ sở dữ liệu và có thể l-u trữ lâu dài trong MVT

Đối vớ việc số hóa tín hiệu từ bộ cảm biến chuyển tới, ng-ời ta th-ờng chế tạo một bộ ghép t-ơng thích có thể số hóa nhiều tín hiệu điện của nhiều loại bộ cảm biến nh-: chuyển động, gia tốc, lực, áp suất, nhiệt độ, âm, ánh sáng, điện… Các

bộ ghép t-ơng thích này có thể đ-ợc lắp vào trong MVT hoặc ở ngoài

Để các bộ t-ơng thích này có thể hoạt động sau khi đã ghép với MVT, cần phải có một phần mềm cài đặt Phần mềm này đ-ợc cung cấp lèm theo bộ ghép t-ơng thích

Sau khi tín hiệu đã đ-ợc số hóa, có thể sử dụng MVT đã cài đặt phần mềm thích hợp để tính toán, xử lý theo mục đích nghiên cứu Ví dụ nh- vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các đại l-ợng và xử lý tính toán

Nh- vậy, sau khi đã tính toán xử lý xong, tất cả các kết quả đều có thể hiện thị d-ới dạng số, biểu bảng, đồ thị trên màn hình MVT hoặc in ra giấy hoặc l-u trữ lại trong MVT

ảnh 1: Bộ thí nghiệm khảo sát từ tr-ờng Trái Đất có ghép nối máy tính do

hãng Leybold sản xuất

Sử dụng MVT hỗ trợ các thiết bị thí nghiệm vật lý đòi hỏi các thiết bị thí nghiệm khá đắt tiền nên hiện nay các thiết bị này mới đ-ợc trạng bi ở một số ít tr-ờng THPT ở n-ớc ta

d) Sử dụng MVT hỗ trợ việc phân tích băng video ghi các quá trình vật lý thực

Một trong những ứng dụng hết sức quan trọng của MVT trong dạy học vật

lý là hỗ trợ cho việc phân tích băng video ghi các hiện t-ợng quá trình vật lý cần nghiên cứu

Các giai đoạn sử dụng MVT để hỗ trợ việc sử dụng các băng ghi hình trong nghiên cứu các quá trình vật lý:

- Quan sát quá trình vật lý cần nghiên cứu

Các quá trình vật lý đ-ợc quay lại đ-ợc đ-a vào MVT để nghiên cứu một cách tỉ mỷ Nhờ các chức năng của phần mêm trong MVT, tr-ớc hết ta có thể cho hình chuyển động thực, sau đố có thể cho nó chuyển động chậm lại, hoặc nhanh lên chuyển động từng giai đoạn có thể đứng yên tùy theo mục đích nghiên cứu

- Xác định tọa độ t-ơng ứng của vật chuyển động

Nhờ phần mềm ta có thể đặt trục tọa độ một cách thích hợp vào màn hình trong đó đang có hình ảnh của quá trình chuyển động cần nghiên cứu Có thể dùng chuột để xác định tọa độ và thời điểm t-ơng ứng của vật

- Lập bảng số liệu về quan hệ giữa tọa độ và thời gian chuyển động

Số liệu quan trong nhất khi xét chuyển động của vật là bảng số liệu về mối quan hệ giữa tọa độ (x) và thời gian (t), đồng thời với việc vẽ đồ thị t-ơng ứng nhờ phần mềm đã cài đặt

- Phân tích, xử lý số liệu và trình bày kết quả của việc phân tích, xử lý này

Dự vào bảng số liệu cũng nh- đồ thị về tọa độ và thời gian, ng-ời nghiên cứu sẽ dự đoán xem liệu quá trình vật lý đang nghiên cứu tuân theo các quy luật nào Tất cả việc phân tích xử lý đều đ-ợc thực hiện bởi phần mềm Và các kết quả này đ-ợc trình bày một cách chính xác đẹp đẽ trên màn hình d-ới dạng đồ thị hay bảng

- Rút ra các quy luật của quá trình nghiên cứu

Là một trong những mục đích quan trọng nhất của quá trình nghiên cứu

1.3 Phim học tập

1.3.1 Các loại phim học tập

Phim học tập đ-ợc sử dụng trong dạy học vật lý gồm:

a) Phim đèn chiếu: về đối t-ợng của vật lý học, về các ph-ơng pháp đo

trong vật lý, “ các loại động cơ nhiệt” , về sản xuất và truyền tải điện năng, về cầu vòng và các ứng dụng của vật lý hạt nhân, “ thiên văn và du hành vũ trụ”

b) Phim chiếu bóng bao gồm phim quay các cảnh thật và phim hoạt hình:

phim về buồng s-ơng Uynxon, về cuyển động Braono, về sự dẫn điện trong chất bán dẫn…

c) Phim vô tuyến truyền hình: về dao động cơ học, về cảm ứng điện từ, về

sóng cơ học, về sóng điện từ,…

d) Phim video

Trong những năm gần đây, việc sử dụng các băng video trong dạy học vật

lý ngày càng rộng rãi

- Việc sử dụng máy phát băng hình hoặc máy thu băng hình dễ dàng hơn

so với việc sử dụng máy quay phim nhựa, giá thành cuốn băng hoặc đĩa củng rẻ hơn Vì vậy giáo viên có thể tự quay băng hình hoặc tự sao băng hoặc ghi ra đĩa

CD

- MVT đã đ-ợc trang bị cho các tr-ờng phổ thông, nội dung của các cuốn băng hoặc đĩa CD ghi hình các quá trình vật lý thực cũng có thể đ-ợc phân tích nhờ một số thiết bị ghép nối với MVT và phần mềm t-ơng ứng Nh- vậy ta có thể cho hình đứng yên nên các giai đoạn trong hiện t-ợng vật lý có thể dùng lại ở bất kì thời điểm nào, tạo điều kiện cho học sing quan sát dễ dàng hơn

1.3.2 Các tr-ờng hợp sử dụng phim học tập

- Khi nghiên cứu các đề tài không thể làm thí nghiệm do các thiết bị thí nghiệm quá cồng kềnh, phức tạp đắt tiền, không an toàn (thí nghiệm Stecno về chuyển động của các phân tử khí, thí nghiệm Miliken xác định điện tích nguyên

tố, các thí nghiệm về tia X, thí nghiệm về từ tr-ờng Trái Đất của hạnh Leybold…)

- Khi nghiên cứu các đối t-ợng vật lý không thể quan sát đo đạc trực tiếp

đ-ợc do chúng quá nhỏ hoặc chúng quá to (khi nghiên cứu câu trúc của các chất, nghiên cứu về sự truyền âm )

- Khi nghiên cứu các quá trình vật lý xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm Những tr-ờng hợp này có thể sử dụng phim video đã đ-ợc quay và co chúng chạy với tốc độ mong muốn (VD: sự biến dạng của 2 quả cầu do va chạm đàn hồi, sự rơi tự do, hiện t-ợng khuếch tán trong vật rắn…)

- Khi ngiên cứu những hiện t-ợng xảy ra ở những nơi, nhữn thời điểm không thể quan sát đ-ợc trực tiếp (VD: trong các động cơ, sự hình thành dải Plasma…)

- Khi nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lý (nguyên tắc hoạt động, câu tạo của máy đo, các máy phức tạp, các dây chuyền sản xuất, nguyên tắc hoạt

động của nhà máy thủy điện, nhà máy điện nguyên tử…)

- Phim học tập còn đ-ợc sử dụng khi trình bày lịch sử phát triwwnr của một vấn đề vật lý, một phát minh khoa học và sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật…

1.3.3 Lợi ích của việc sử dụng phim học tập

- Phim học tập thu nhận thế giớ tự nhiên vào lớp học, xóa bỏ những hạn hẹp về không gian của lớp học và về mặt thời gian của giờ học

- Học sinh có thể quan sát với tốc độ mong muốn hoặc có thể dừng lại khi mong muốn, để học sinh quan sát rõ ràng các hiện t-ợng, các quá trình vật lý đã

đ-ợc phóng đại thu nhỏ, làm cho học sinh có những biểu t-ợng đúng đắn về chúng

- Việc sử dụng khả năng của sự đồ họa, kết hợp hài hòa với các tín hiệu

âm thanh và sự thuyết minh phm không những tạo ở học sinh những biểu t-ợng tốt hơn về đối t-ợng nghiên cứu mà còn làm tăng trực quan và hiệu quả xúc cảm của PTDH

- Phim học tập có thể sử dụng trong tất cả các quá trình của quá trình dạy học (tạo động cơ học tập, đề xuất vấn đề nghiên cứu, nghiên cứu kiến thức mới, củng cố), ở lớp học và ngoài lớp học, trong và ngoài giờ học chính khóa

1.3.4 Ph-ơng pháp sử dụng phim học tập trong dạy học vật lý

a) Giáo viên cần căn cứ vào mục đích sử dụng, nội dung cuốn phim để

định ra biện pháp s- phạm thích hợp nhằm làm tăng hiệu quả của cuốn phim đối với học sinh

b) Các giai đoạn làm việc chủ yếu của giáo viên với phim học tập:

- Đặt kế hoạch sử dụng phim trong kế hoạch dạy học (sử dụng lúc nào? Nhằm đạt đ-ợc mục đích gì?)

- Các công việc chuẩn bi của học sinh tr-ớc khi sử dụng phim

Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ ôn tập ở nhà những kiến thức cần thiết để hiêu đ-ợc nội dung phim Nêu đ-ợc mục đích sử dụng phim

Tr-ớc khi chiếu phim, để định h-ớng sự chú ý của học sinh vào nội dung của cuốn phim, giáo viên cần giao những nhiệm vụ cho học sinh hoàn thành sau khi xem phim

- trong khi học sinh xem phim, giáo viên cần quan sát để đ-a ra những gợi

ý nhỏ để h-ớng sự chú ý của học sinh vào nội dung của phim

- Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng phim học tập

Sau khi cho học sinh xem phim cần cho học sinh giải lao ngắn để học sinh

có thể suy nghĩ lại những cái đã xem, đã nghe

Việc đánh giá hiệu quả của việc sử dụng phim có thể ngay sau khi chiếu phim hoặc ở các giờ học sau

Hiệu quả sử dụng phim cần đ-ợc đánh giá thông qua sự trả lời của học sinh qua các câu hỏi nêu ra lúc đầu

Ch-ơng 2 Xây dựng phim thí nghiệm

“Đo cảm ứng từ của từ trường trái đất”

và sử dụng Vào dạy học 2.1 Nội dung của ch-ơng “ Từ tr-ờng” , Vật lý 11 – Nâng cao

Trong ch-ơng này trình bày những vấn đề về lực từ tác dụng lên một đoạn dây mang dòng điện thẳng, lực từ tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động (lực Lo-ren-xơ), quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực từ, từ tr-ờng của dòng điện thẳng, dòng điện tròn, dòng điện trong ống dây và các quy tắc xác

định chiều của các đ-ờng sức từ trong các tr-ờng hợp trên

Ta có thể trực quan hóa nội dung của ch-ơng bằng grap 1

2.2 Các thí nghiệm, thực hành dùng trong ch-ơng

a) Các thí nghiệm trong ch-ơng

- Thí nghiệm Ơ-xtet về t-ơng tác giữa nam châm và dòng điện

- Thí nghiệm về từ phổ của nam châm và dòng điện

- Thí nghiệm về xác định ph-ơng, chiều của lực từ

- Thí nghiệm khảo sát định luật Am-pe

- Thí nghiệm về t-ơng tác của hai dòng điện

- Thí nghiệm về chuyển động của electron trong từ tr-ờng

- Thí nghiệm khảo sát chuyển động của khung dây trong từ tr-ờng

Cảm ứng từ

Từ tr-ờng đều

Đ-ờng sức từ

Định luật Ampe

Lực Lo-ren-xơ

Dây dẫn mang dòng điện Chất sắt từ

Từ tr-ờng Trái Đất

Sơ đồ 1: Cấu trúc lôgic ch-ơng “ Từ tr-ờng” , Vật lý 11 - Nâng cao

b) Bài thực hành của ch-ơng

Bài thực hành: Xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất

2.3 Từ tr-ờng Trái Đất

Đây là nội dung hoàn toàn mới của Vật lý 11, ch-ơng trình Nâng cao

2.3.1 Các đơn vị kiến thức của bài học

Góc lệch giữa kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lý gọi là độ từ thiên (hay góc từ thiên), kí hiệu là D

Quy -ớc: độ từ thiên ứng với cực Bắc của kim la bàn lệch sang Đông là độ

từ thiên d-ơng, ng-ợc là độ từ thiên âm

ở Việt Nam, độ từ thiên rất nhỏ và có giá trị âm Các giá trị đo đ-ợc vài nơi nh- sau: Vinh (Nghệ An) D  0012 ', Cao Bằng D  0037 ' Có thể nói ở Việt Nam kim la bàn chỉ khá đúng ph-ơng Bắc – Nam địa lý

Tuy nhiên trên mặt đất cũng có những nơi có độ từ thiên rất lớn, chẳng hạn tại đảo Grin-len 0

Trên Trái Đất có hai nơi, tại đó giá trị của độ từ khuynh lớn nhất và bằng

900 ở những nơi này kim nam châm vuông góc với mặt đất Hai nơi đó là hai cực

từ Đó chính là căn cứ để xác định các cực của Trái Đất

ở Việt Nam độ từ khuynh tại một vài nơi có giá trị nh- sau: Vĩnh Linh (Quảng Trị) I=18022’ ; Đông Văn (Hà Giang) I=31052’ ; tại Cà Mau I=0 tức là kim nam châm nằm song song với mặt đất

c) Các cực từ của Trái Đất

Trái Đất có hai địa cực là Bắc cực và Nam cực Ngoài ra nó còn có hai cực

từ Cực Bắc của kim la bàn h-ớng về Bắc cực, cực Nam h-ớng về Nam cực Điều

đó có nghĩa chiều đ-ờng chiều đ-ờng sức từ của Trái Đất là chiều Nam – Bắc Vì vậy từ cực nằm ở nam bán cầu gọi là từ cực Bắc, còn từ cực ở bắc bán cầu gọi

là từ cực Nam Nh-ng ngay từ đầu ng-ời ta gọi nhầm ở bắc bán cầu là từ cực Bắc, còn ở nam bán cầu là từ cực Nam

Ta biết rằng các đ-ờng sức từ không trùng với các đ-ờng kinh tuyến địa

lý, điều đó chứng tỏ địa cực từ không trùng với địa cực của Trái Đất Hiện nay từ cực Bắc ở vị độ 78005’ bắc, kinh độ 69001’ tây; từ cực Nam ở vị độ 78005’ nam, kinh độ 110009’ tây

Bằng nghiên cứu các mẫu đá cổ thu thập trên các lục địa, đặc biệt là ở đáy biển, ngành cổ từ học nhận ra rằng các cực từ của Trái Đất không nằm yên một chỗ mà di chuyển, mặc dù sự di chuyển đó rất chậm Hàng loạt nghiên cứu chỉ ra rằng trong quá khứ đã xảy ra hiện t-ợng đảo từ cực, thậm chí không chỉ đảo một lần mà đảo nhiều lần

d) Các hiện t-ợng ảnh h-ởng tới từ tr-ờng của Trái Đất

Bão từ

Thực hiện đo đạc tại cừng một nơi thì ng-ời ta nhận thấy rằng các yếu tố của từ tr-ờng Trái Đất (nh- cảm ứng từ, độ từ thiên, độ từ khuynh…) có biến đổi theo thời gian Nếu nh- các biến đổi này xảy ra hầu nh- cùng một lúc trên quy mô toàn cầu thi ta gọi là bão từ

Bão từ hay còn gọi là bão địa từ

trên Trái Đất là những thời kỳ mà kim la

bàn dao động mạnh Trên một số hành

tinh khác trong hệ Mặt Trời, nhất là các

hành tinh có từ quyển (nh- Sao Thổ)

cũng có hiện t-ợng t-ơng tự Ng-ời ta

chia bã từ thành hai loại là loại yếu và

loại mạnh

Nguyên nhân gây ra bão từ là do

dòng hạt mang điện phóng ra từ các vụ

bùng nổ trên Mặt Trời (gió Mặt Trời) tác

dụng lên các đ-ờng cảm ứng từ của Trái

Đất

Các quá trình đ-ợc miêu tả nh-

sau:

1 Các dòng hạt mang điện phóng ra từ Mặt Trời sinh ra một từ tr-ờng, có

độ lớn vào khoảng 6.10-9 tesla

2.Từ tr-ờng này ép lên từ tr-ờng Trái Đất làm cho từ tr-ờng nơi bị ép tăng lên

3 Khi từ tr-ờng Trái Đất tăng lên, từ thông sẽ biến thiên và sinh ra một dòng điện cảm ứng chống lại sự tăng từ tr-ờng của Trái Đất (theo định luật Lenz)

4 Dòng điện cảm ứng này có thể đạt c-ờng độ hàng triệu ampe chuyển

động vòng quanh Trái Đất và gây ra một từ tr-ờng rất lớn tác dụng lên từ tr-ờng Trái Đất

5 Hiện t-ợng này tiếp diễn làm cho từ tr-ờng Trái Đất liên tục biến thiên

và kim la bàn dao động mạnh

ảnh 2: Các điện tích từ Mặt Trời t-ơng tác với từ quyển

của Trái Đất

Đa số các những cơn bão từ th-ờng diễn ra trong thời gian ngắn, có những cơn bão từ yếu chỉ kéo dài chừng vài ba giây Ng-ợc lại, những cơn bão từ kéo dài hàng chục giờ, thậm chí là vài ngày Khoảng cách giữa các cơn bão từ cũng khác nhau, không theo quy luật Có năm chỉ có vài cơn bão, nh-ng cũng có năm

có ba bốn chục cơn Theo nhiều nghiên cứu thì hiện nay các cơn bão từ xuất hiện nhiều hơn và mạnh hơn, điều này cho thấy rằng Mặt Trời đang ở vào thời kỳ hoạt

động rất mạnh

Nếu h-ớng của từ tr-ờng trong tầng điện ly h-ớng về phía Bắc, giống nh- h-ớng của từ tr-ờng Trái Đất, bão địa từ sẽ l-ớt qua hành tinh của chúng ta Ng-ợc lại, nếu từ tr-ờng h-ớng về phía Nam, ng-ợc với h-ớng từ tr-ờng bảo vệ của Trái Đất, các cơn bão địa từ mạnh sẽ ảnh h-ởng trực tiếp tới Trái Đất Mặc

dù khí quyển Trái Đất chặn đ-ợc các dòng hạt năng l-ợng cao đến từ Mặt Trời này (gồm electron và proton), song các hạt đó làm xáo trộn từ tr-ờng của hành tinh, cụ thể là quyển từ, có thể gây ra rối loạn trong liên lạc vô tuyến hay thậm chí gây mất điện

Thời kỳ có bão từ là thời kỳ rất nguy hiểm cho ng-ời có bệnh tim mạch bởi vì từ tr-ờng ảnh h-ởng rất mạnh đến hoạt động của các cơ quan trong hệ tuần hoàn của con ng-ời Ngoài ra từ tr-ờng của Trái Đất cũng giúp cho một số loài

động vật thực hiện một số chức năng sống của chúng nh- là chức năng định h-ớng do đó bão từ cũng sẽ ảnh h-ởng lớn đến sự sống của các loài này

e) Những dị th-ờng từ

Ng-ời ta nhận thấy có những vùng mà tại đó từ tr-ờng Trái Đất hay một phần từ tr-ờng Trái Đất lớn hơn hay nhỏ lơn rất nhiều so với giá trị bình th-ờng Hiện t-ợng đó gọi là những dị th-ờng từ Trên Trái Đất co 8 vừng dị th-ờng từ, vùng dị th-ờng từ lớn nhất là ở bắc Xi-bia (Nga)

Những vùng dị th-ờng trên có quy mô lục đại Còn có những vùng dị th-ờng nhỏ có diện tích chừng vài trăm kilomet vuông ở những vùng dị th-ờng loại này, ng-ời ta đã có thể tìm thấy quặng có thể khai thác đ-ợc

ở Việt Nam đã phát hiện dị th-ờng loại này tại một số nơi nh- Thạch Khê (Hà Tĩnh), Nà Dụa (Cao Bằng), Tòng Bá (Hà Giang)… Khoan thăm dò đã xác nhận đ-ợc rằng ở độ sâu 100m tại Thạch Khê, Nà Dụa có quặng sắt

f) Nguyên nhân hình thành từ tr-ờng Trái Đất

Vào năm 1600, nhà vật lí ng-ời Anh W Gilbert đã đ-a ra giả thuyết Trái

Đất là một nam châm khổng lồ Ông đã làm một quả cầu lớn bằng sắt nhiễm từ, gọi nó là "Trái Đất tí hon" và đặt các từ cực của nó ở các địa cực Đ-a la bàn lại gần trái đất tí hon ông thấy trừ ở hai cực, còn ở mọi điểm trên quả cầu, kim la bàn đều chỉ h-ớng Nam Bắc Hiện nay nguyên nguyên nhân gây ra từ tr-ờng Trái Đất ch-a rõ ràng Có nhiều giả thiết đ-ợc đ-a ra nh-ng ch-a có giả thiết nào

có cơ sở đáng tin cậy Mặc dù vậy hầu nh- các giả thiết đều cho rằng nguyên nhân gây ra từ tr-ờng Trái Đất là ở trong lòng Trái Đất

Năm 1940, một số nhà vật lý đã đ-a ra giả thuyết "Đinamô" để giải thích nguồn gốc từ tr-ờng của trái đất Theo thuyết này thì từ tr-ờng Trái đất chủ yếu

đ-ợc hình thành từ các dòng đối l-u trong chất lỏng của trái đất ở độ sâu trên

3000 km Sự khác biệt về nhiệt độ trong chất lỏng của trái đất đã làm xuất hiện

các dòng đối l-u Nếu trong nhân của trái đất có một "từ tr-ờng nguyên thuỷ" thì các dòng đối l-u trên sẽ có vai trò nh- một cuộn dây trong máy phát điện Dòng

điện nhờ đó đ-ợc hình thành và chính nó đã tạo ra từ tr-ờng cho trái đất Tuy nhiên, thuyết vẫn còn một số điểm ch-a rõ ràng Trong quá trình hình thành từ tr-ờng trái đất, cần có "từ tr-ờng nguyên thuỷ", nh-ng từ tr-ờng này đ-ợc hình thành từ bao giờ và bằng cách nào? Đây là một trong những tồn tại ch-a giải quyết đ-ợc của các ngành khoa học về Trái Đất

Gần đây, các nhà khoa học cho rằng ngoài từ tr-ờng chính của trái đất hình thành từ lõi ngoài chiếm 98%, còn có phần từ tr-ờng với nguồn gốc bên ngoài trái đất chiếm 2%, phần từ tr-ờng này lại hay biến đổi, là phần quan trọng gây ra những tác động đối với cơ thể sống

2.3.2 Đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái Đất

Để xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất ta có thể sử dụng bộ thí nghiệm “ Xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất” ,

do Việt Nam sản xuất, đ-ợc trang bị cho các tr-ờng THPT trên toàn quốc Bộ thí nghiệm này đ-ợc dùng cho bài thực hành cuối ch-ơng “ Từ tr-ờng” Vật lý 11 – Nâng cao

1 Mục đích thí nghiệm

- Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của la bàn tang (điện kế tang)

- Dùng la bàn tang và máy do điện đa năng để xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất

2 Cơ sở lý thuyết

Nếu đặt một kim nam châm trong lòng một cuộn dây có dòng điện thì kim nam châm sẽ chịu tác dụng đồng thời của từ tr-ờng Trái Đất và từ tr-ờng cuộn dây

Kim nam châm sẽ định h-ớng theo chiều của từ tr-ơng tổng hợp của từ tr-ờng Trái Đất và từ tr-ờng cuộn dây

C

T B B

ngang của từ tr-ờng Trái Đất ta có thể

dùng la bàn tang có nguyên tắc cấu tạo

và hoạt động (nh- hinh vẽ), trong đó:

(a)

(b) (c)

7

d

NI B

Trong đó: N là số vòng dây của cuộn dây dẫn

I là c-ờng độ dòng điện qua cuộn dây

d là đ-ờng kính cuộn dây

 là góc quay của kim nam châm so với vị trí ban đầu ch-a có dòng

điện qua cuộn dây

ảnh 4

- Mắc mạch điện theo sơ đồ 2

b) Tiến hành thí nghiệm

- Vặn núm xoay của chiết áp điện tử về vị trí 0

- Đặt thang đo của đồng hồ ở DCA – 200mA (chú ý mắc đúng cực + , - của nguồn và của đồng hồ)

- Điều chỉnh vị trí 0 của la bàn tang

- Điều chỉnh các vít chân đế sao cho kim đặt vị trí nằm ngang và nằm trong mặt phẳng thẳng đứng của cuộn dây

- Vị trí “ 0” của la bàn đ-ợc giữ nguyên trong suốt quá trình thí nghiệm

- Tiến hành đo với cuộn dây 200V

Mắc nối tiếp cuộn dây N01=200 vòng của la bàn tang với ampe kế, rồi nối

và nguồn điện nh- sơ đồ 2

- Chỉnh chiết áp nguồn từ từ cho chiết áp cho tới khi kim chỉ thị 450

- Ghi giá trị dòng điện I’ vào bảng

- Chỉnh biến áp nguồn về số 0

- Mắc đảo lại đầu dây rồi đổi chỉều dòng điện

- Kiểm tra vị trí 0 của la bàn

- Lặp lại quy trình trên và ghi ại dòng điện I’’

- Tính giá trị trung bình I  (I' I ' ) / 2 và B T Ghi kết các kết quả vào bảng

5 Kết quả thí nghiệm xử lý kết quả thí nghiệm

Ta thu đ-ợc bảng số liệu sau:

Lần thí nghiệm I’ (mA) I’’ (mA) I(mA) B T (mT)

La bà n tang

6V-150mA

Sơ đồ 2: Sơ đồ lắp đặt thí nghiệm

NI

B T  4  107 ; N=200 vòng;

) ( 04067 , 0 3

3 2 1

mT B

B B

B T  T  T  T  ;

) ( 0005 , 0 2

min max

mT B

B

B B

6 Nhận xét và đánh giá thí nghiệm

Từ thí nghiệm trên ta thu đ-ợc giá trị của từ tr-ờng Trái Đất là

) ( 0005 , 0 04067 ,

B T  Với sai số t-ơng đối là 1 , 23 0 là chấp nhận đ-ợc (nhỏ hơn 5 0)

Sau khi tiến hành nhiều thí nghiệm với bộ thiết bị thí nghiệm tại thành phố

Hà Tĩnh tôi thu đ-ợc giá trị của từ tr-ờng Trái Đất tại nơi khảo sát cỡ 0,041mT

Nhận xét về bộ thí nghiệm:

a) Ưu điểm

- Cơ sở lý thuyết dễ hiểu

- Thiết bị thí nghiệm gọn nhẹ, dễ dàng di chuyển

- Thiết bị thí nghiệm khá rẻ tiền nên đ-ợc trang bị cho các tr-ờng THPT trong cả n-ớc

- Việc tiến hành thí nghiệm khá đơn giản, học sinh có thể tự tiến hành

đ-ợc thí nghiệm

- Rèn luyện thao tác thí nghiệm cho học sinh

b) Nh-ợc điểm của bộ thí nghiệm

- Việc tiến hành thí nghiệm gặp gặp một số khó khăn

Đồng hồ đo vạn năng thiếu chính xác do dòng quá bé

Có sự sai lệch khi đọc góc của kim chỉ thị ở kim nam châm

2.4 Thí nghiệm đo cảm ứng từ của từ tr-ờng Trái Đất với bộ thí nghiệm do hãng Leybold sản xuất

2.4.1 Mục đích thí ngiệm

Xác định thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất

2.4.2 Giới thiệu các thiết bị, dụng cụ thí nghiệm

Đây là bộ thí nghiệm “ Khảo sát từ tr-ờng Trái Đất” , do hãng Lebold, CHLB Đức sản xuất có ghép nối máy tính Máy tính đ-ợc xem nh- một máy đo vạn năng, dùng để thu nhận và xử lý tín hiệu

Các thiết bị, dụng cụ thí nghiệm:

ảnh 12

(2) Động cơ

nhỏ dùng cho

thí nghiệm dùng để làm quay cuộn Helmholtz (ảnh 12 ) ((

ảnh 11

(1) Cuộn dây Helmholtz (ảnh 11)

ảnh 10: Bộ thí nghiệm “ Khảo sát từ tr-ờng” do hãng

Để xác

định ph-ơng, chiều của từ tr-ờng Trái

Đất (ảnh 16)

2.4.3 Cơ sở lí thuyết

Hiện t-ợng cảm ứng điện từ sẽ xảy ra khi có vòng dây chuyển động trong

từ tr-ờng hoặc có một từ tr-ờng biến thiên chạy qua vòng dây

Trong bài thí nghiệm này ta khảo sát với cuộn Helmholtz có N vòng, bán kính R quay đều với tôc độ góc  theo chiều thẳng đứng

Từ thông qua mỗi vòng dây sẽ biến tiên theo thời gian

N B R t

dt

d N

e      2  sin  (3) Biên độ sđđ cảm ứng:

.

2 0 2

0

R N

U B

R B N

U      (4)

Nh- vậy ta có thể tính đ-ợc thành phần nằm ngang của từ tr-ờng Trái Đất khi biết biên độ của sđđ cảm ứng B0, số vòng dây N, bán kính vòng dây R, và tần

số góc  của cuộn dây

Trong thí nghiệm này sđđ cảm ứng e(t) đ-ợc ghi nhận bằng máy tính có cài đặt phần mềm CASSY Từ đó xác định đ-ợc biên độ tín hiệu U0 và tần số góc

- Lắp cuộn Helmoltz và vào động cơ

- Nối mô tơ với bộ điều khiển mô tơ

- Gắn V- box vào cảm biến CASSY

- Dùng dây kết nối giữa cuộn Helmoltz và V - box

- Kết nối giữa giao diện CASSY với máy vi tính

- Nối nguồn cung cấp cho các thiết bị

- Khởi động phần mềm CASSY và máy vi tính

* L-u ý:

 Trong thí nghiệm này các giá trị đo có giá trị rất nhỏ Nên khi làm thí nghiệm ta phải để cách xa các ảnh h-ởng của môi tr-ờng (đặc biệt là các nguồn gây ra từ tr-ờng nh- nam châm, dòng điện…)

 Các thí ngiệm liên quan đến dòng 20A nên tiến hành trong thời gian ngắn tránh ảnh h-ởng đến các thiết bị do dòng cao

2 H-ớng dẫn cài đặt và sử dụng phần mềm CASSY

Khởi động phần mềm CASSY

Khi khởi động phần mềm CASSY cần phải khai báo NAME và CODE của

nó, nếu không một số chức năng của nó sẽ bị hạn chế

Chọn cổng vào ở COM1

Phần mềm CASSY sẽ tự động nhận các tín hiệu đo đ-ợc từ các đầu cảm

NAME: Educational eqipment victory company

CODE : uvip9mc5grwf433avy9pwbms

box

V

