Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí “ Định luật Ôm cho các loại đoạn mạch chứa nguồn điện”

Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí “ Định luật Ôm cho các loại đoạn mạch chứa nguồn điện” Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 1 I. SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH KHOA HỌC XÂY DỰNG KIẾN THỨC “ Định luật Ôm cho các loại đoạn mạch chứa nguồn điện” 1. Sơ đồ tiến trình đề xuất kết luận - ABW= - U It - 2ABA It I rt  - 2W= AAB ABU It It I rt     - ABU Ir   - Nếu chuyển chiều dòng điện thì ta có : ABU Ir  Tính độ biến thiên năng lượng của điện tích qua đoạn mạch theo công của lực điện trường W= - UIt . Mặt khác tính độ biến thiên năng lượng của điện tích theo các phần năng lượng chuyển hóa giữa năng lượng của nguồn điện và điện năng, giữa điện năng và nhiệt tỏa ra( Với giả định rằng nguồn điện cũng có điện trở thuần r). Từ sự bằng nhau của 2 kết quả tính đó rút ra câu trả lời cho câu hỏi đặt ra. Một nguồn điện được mắc vào một đoạn mạch điện có dòng điện có dòng điện chạy qua theo chiều từ cực A sang cực B của nguồn điện, giữa 2 cực của nguồn điện có một hiệu điện thế UAB Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch chứa nguồn điện có mối liên hệ với suất điện động  điện trở r của nguồn và cường độ I của dòng điện chạy từ cực A sang cực B của nguồn điện theo hệ thức sau: ABU Ir   ( lấy dấu +, nếu chiều A B là chiều từ cực + đến cực - của nguồn điện ,  lấy dấu - , nếu chiều A B là chiều từ cực - đến cực + của nguồn điện) Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch AB chứa nguồn điện có mối liện hêh với suất điện động  của nguồn điện và cường độ I của dòng điện chạy qua đoạn mạch theo một hệ thức như thế nào? Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 2 2. Sơ đồ tiến trình kiểm nghiệm kết luận Nguồn điện có điện trở r. Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch chứa nguồn điện có mối liên hệ với suất điện động  , điện trở r của nguồn điện và cường độ dòng điện I của dòng điện chạy từ cực A sang cực B của nguồn điện, theo hệ thức sau : ABU Ir   ( lấy dấu +, nếu chiều A B là chiều từ cực + đến cực - của nguồn điện ,  lấy dấu - , nếu chiều A B là chiều từ cực - đến cực + của nguồn điện) - Từ phương trình: ABU Ir   Ta thấy dạng đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa UAB và I là một đường thẳng. Thí nghiệm: - Đọc giá trị của UAB và I. - Vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của UAB và I. - Nhận xét viết UAB = -UCD + Ib - b có đơn vị của điện trở và lập luận theo biến thiên năng lượng ta có IrABU     . Nên UCD =  Có thể kiểm nghiệm kết quả trên như thế nào? Từ kết luận trên có thể suy ra dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa UAB và I. Mặt khác tiến hành thí nghiệm như sơ đồ hình vẽ. Đo UAB và I để lập được bảng các cặp số liệu UAB và I tương ứng, để dựng được đồ thị biểu diễn quan hệ (UAB và I). Đối chiếu hai đồ thị có được nhờ sự suy luận và nhờ thí nghiệm để kết luận. Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch chứa nguồn điện có mối liên hệ với suất điện động  điện trở r của nguồn và cường độ I của dòng điện chạy từ cực A sang cực B của nguồn điện theo hệ thức sau: ABU Ir   ( lấy dấu +, nếu chiều A B là chiều từ cực + đến cực - của nguồn điện ,  lấy dấu - , nếu chiều A B là chiều từ cực - đến cực + của nguồn điện) Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 3 II. Diễn giải sơ đồ xây dựng kiến thức - Một nguồn điện được mắc vào một đoạn mạch điện có dòng điện có dòng điện chạy qua theo chiều từ cực A sang cực B của nguồn điện, giữa 2 cực của nguồn điện có một hiệu điện thế UAB - Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch AB chứa nguồn điện có mối liện hêh với suất điện động  của nguồn điện và cường độ I của dòng điện chạy qua đoạn mạch theo một hệ thức như thế nào? - Tính độ biến thiên năng lượng của điện tích qua đoạn mạch theo công của lực điện trường W= - UIt . Mặt khác tính độ biến thiên năng lượng của điện tích theo các phần năng lượng chuyển hóa giữa năng lượng của nguồn điện và điện năng, giữa điện năng và nhiệt tỏa ra( Với giả định rằng nguồn điện cũng có điện trở thuần r). Từ sự bằng nhau của 2 kết quả tính đó rút ra câu trả lời cho câu hỏi đặt ra. - ABW= - U It - 2ABA It I rt  - 2W= AAB ABU It It I rt     - ABU Ir   - Nếu chuyển chiều dòng điện thì ta có : ABU Ir  - Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch chứa nguồn điện có mối liên hệ với suất điện động  điện trở r của nguồn và cường độ I của dòng điện chạy từ cực A sang cực B của nguồn điện theo hệ thức sau: ABU Ir   ( lấy dấu +, nếu chiều A B là chiều từ cực + đến cực - của nguồn điện ,  lấy dấu - , nếu chiều A B là chiều từ cực - đến cực + của nguồn điện) *Làm thế nào để kiểm nghiệm được điều này? Với vấn đề được đặt ra tiếp theo ta phải dùng thí nghiệm để kiểm chứng .thí nghiệm sử dụng phaỉ được thiết kế sao cho dựa vào lý thuyết ta có thể dự đoán được kết quả suy luận trên.từ định hướng đó ta đưa ra thí nghiệm như sau: Từ kết luận trên có thể suy ra dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa UAB và I. Mặt khác tiến hành thí nghiệm như sơ đồ hình vẽ. Đo UAB và I để lập được bảng các cặp số liệu UAB và I tương ứng, để dựng được đồ thị biểu diễn quan hệ (UAB và I). Đối chiếu hai đồ thị có được nhờ sự suy luận và nhờ thí nghiệm để kết luận. Thí nghiệm: - Dụng cụ:1Vôn kế ,ampekế ,biến trở ,nguồn điện và các dây nối. - Tiến hành : + học sinh mắc sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 4 + Thay đổi giá trị của biến trở R ,quan sát số chỉ của ampekế và ghi vào bảng số liệu. + Vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của UAB vào I. Nếu đồ thị là đường thẳng thì phù hợp với kết quả suy luận từ ly thuyết đã nêu ra.Như vậy có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm,khẳng định sự đúng đắn của tri thức mới rồi đưa ra kết luận: Nguồn điện có điện trở r. Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch chứa nguồn điện có mối liên hệ với suất điện động  , điện trở r của nguồn điện và cường độ dòng điện I của dòng điện chạy từ cực A sang cực B của nguồn điện, theo hệ thức sau : ABU Ir   ( lấy dấu +, nếu chiều A B là chiều từ cực + đến cực - của nguồn điện ,  lấy dấu - , nếu chiều A B là chiều từ cực - đến cực + của nguồn điện) III.Tổ chức hoạt động nhận thức xây dựng kiến thức định luật ôm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện. 1.Mục tiêu dạy học 1.1 Nội dung kiến thức cần xây dựng Nguồn điện có điện trở r. Hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch chứa nguồn điện có mối liên hệ với suất điện động  , điện trở r của nguồn điện và cường độ dòng điện I của dòng điện chạy từ cực A sang cực B của nguồn điện, theo hệ thức sau : ABU Ir   ( lấy dấu +, nếu chiều A B là chiều từ cực + đến cực - của nguồn điện ,  lấy dấu - , nếu chiều A B là chiều từ cực - đến cực + của nguồn điện) 1.2. Mục tiêu trong quá trình dạy học. - Học sinh tham gia đề xuất giải pháp tìm công thức liên hệ UAB, r, I, của đoạn mạch chứa nguồn điện. - Học sinh tham gia thực hiện giải pháp tìm công thức liên hệ UAB, r, I, của đoạn mạch chứa nguồn điện. I(A) U(V) Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 5 - Học sinh tham gia đề xuất giải pháp kiểm nghiệm công thức liên hệ UAB, r, I, của đoạn mạch chứa nguồn điện được đưa ra từ lí thuyết. - Học sinh thực hiện giải pháp đã đề ra. - Học sinh phát biểu được định luật ôm cho đoạn mạch chứa nguồn điện. 1.3. Mục tiêu đối với kết quả học tập. - Học sinh phát biểu được định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn điện. - Học sinh biết vận dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn để giải một số bài tập về đoạn mạch. 2. Chuẩn bị đồ dùng dạy học. * Giáo viên: - Dụng cụ để lắp thí nghiệm khảo sát mạch điện có chứa nguồn điện: 01 pin điện hoá (hoặc nguồn điện 1 chiều), vôn kế 1 chiều giới hạn đo 2,5V, miliampe kế một chiều có giới hạn đo 500mA, biến trở con chạy hoặc biến trở có tay quay, ngắt điện. *Học sinh: - Ôn nắm chắc kiến thức định luật Ôm cho toàn mạch. - Chuẩn bị mỗi nhóm HS 4 pin 1,5V 3. Đề kiểm tra kết quả học tập - Câu 1: Cho đoạn mạch gồm điện trở R và nguồn điện như hình vẽ. Biểu thức của hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch AB là: - A.UAB=E-ir B.UAB=E-I( r+R) C.UAB=I(r+R)-E D.UAB=ir-E - Câu 2: Hiệu điện thế giữa cực dương và cực âm của nguồn điện được tính theo công thức nào sau đây - A.U=E-Ir B.U=E+Ir C.U=Ep+Ir D.U=Ir - Câu 3: Đặt một hiệu điện thế UAB=1V vào hai đầu AB của một nguồn điện: E=4V;r=3. Biết cực dương nối vào A. Chiều và cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch là: - A.1A từ B đến A B.1A từ A đến B - C.2A từ B đến A D.2A từ A đến B Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 6 - Câu 4: Cho đoạn mạch như hình vẽ trong đó E1 = 9 (V), r1 = 1,2 (); E2 = 3 (V), r2=0,4 (); điện trở R = 28,4 (). Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch UAB = 6 (V). Cường độ dòng điện trong mạch có chiều và độ lớn là - A. chiều từ A sang B, I = 0,4 (A). - B. chiều từ B sang A, I = 0,4 (A). - C. chiều từ A sang B, I = 0,6 (A). - D. chiều từ B sang A, I = 0,6 (A). - Câu 5: Cho bộ nguồn gồm 6 acquy giống nhau được mắc thành hai dãy song song với nhau, mỗi dãy gồm 3 acquy mắc nối tiếp với nhau. Mỗi acquy có suất điện động E = 2 (V) và điện trở trong r = 1 (). Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn lần lượt là - A. Eb = 12 (V); rb = 6 (). B. Eb = 6 (V); rb = 1,5 (). - C. Eb = 6 (V); rb = 3 (). D. Eb = 12 (V); rb = 3 (). - 4. PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC - Bộ thí nghiệm khảo sát đoạn mạch chứa nguồn: Nguồn điện, điện trở, biến trở, khóa K, Vôn kế, Ampe kế. 5. NỘI DUNG TRÌNH BÀY BẢNG - a) Thí nghiệm khảo sát: - - Bố trí thí nghiệm - - - Bảng kết quả I(A) 0,00 0,10 0,20 0,30 UAB(V) 1,50 1,45 1,39 1,35 - Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 7 - - Đồ thị - - b) Nhận xét: - - Đồ thị (UAB,I) là phương trình đường thẳng, có hệ số góc âm. - UAB = - aI + b với a = r và b = ξ - => UAB = -rI + ξ  UAB = ξ - Ir - c) Kết luận - UAB = - aI + b với a = r và b = ξ - => UAB = -rI + ξ  UAB = ξ - Ir - Nếu đoạn mạch có R: UAB = ± ξ + I(R + r)  rR U rR UI ABBA        6.Tiến trình hoạt động dạy học 6.1.Đề xuất vấn đề :Ghép các dụng cụ điện gồm: nguồn điện, biến trở,vônkế,ampekế . Hãy xác định mối liên hệ giữa suất điện động  của nguồn điện ,hiệu điện thế giữa hai đầu đọan mạch và điện trở của đoạn mạch chứa nguồn điện .Từ đó cho nhận xét. : Học sinh suy nghĩ trao đổi đưa ra khó khăn về nhu cầu kiến thức cần thiết mà học sinh chưa biết . :Yêu cầu học sinh đưa ra khó khăn cần giải quyết để có được bài toán đã cho. : Nhận xét ý kiến của học sinh và giúp học sinh nhận rõ vấn đề cânf nghiên cứu giải quyết ,đồng thời đề suất vấn đề như đã ghi trong sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức. 6.2.Giải quyết vấn đề *Định hướng giải pháp : yêu cầu học sinh suy nghĩ ,cho ý kiến về hướng giải quyết vấn đề . : suy nghĩ ,trao đổi ,phát biểu ý kiến . : Nhận xét ý kiến của học sinh .Nếu học sinh bế tắc Giáo viên có thể đề suất giải pháp khả thi ,giáo viên gợi cho học sinh nghĩ đến việc vận dụng định Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 8 luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng .Giáo viên cần nhấn mạnh,đặt câu hỏi để học sinh khaức sâu kiến thức . :công của lực điện được xác định trong đoạn mạch là gì? : Độ biến thiên năng lượng trong đoạn mạch được xác định như thế nào? : Khi động năng không đổi thì độ biến thiên năng lượng được xác định như thế nao? Từ đó hãy xác định mối liên hệ giữa suất điện động  của nguồn điện ,hiệu điện thế giữa hai đầu đọan mạch và điện trở của đoạn mạch AB? :Chia nhóm, suy nghi, trao đổi, thảo luận và phát biểu ý kiến. học sinh thực hiện giải pháp mà giáo viên gợi ý và rút ra kết luận cho vấn đề đặt ra. IrABU    : Nhận xét ,Giúp đỡ ,bổ sung và cuối cùng rút ra giải pháp như đã ghi trong sơ đồ.Từ đó thực hiện giải pháp và nêu kết luận. *Kiểm nghiệm kết luận vừa thu được . :Giới thiệu bộ thí nghiệm cho học sinh và hướng dẫn cho học sinh mắc sơ đồ thí nghiệm theo hình vẽ. : Đọc SGK ,làm thí nghiệm. : Phát các bộ thí nghiệm và phiếu học tập cho các nhóm. Yêu cầu HS làm thí nghiệm ,thay đổi điện trở R với các giá trị của R khác nhau đọc các giái trị của U,I ghi vào phiếu học tập . :Ghi cấc thông tin vào bảng số liệu. :Yêu cầu đại diện hai nhóm lên bảng điền số liệu vào bảng số liệu và vẽ đồ thị theo U, theo I. : Vẽ đồ thị theo bảng số liệu. : Từ hai bảng số liêụ đồ thị của hai bạn đại diện cho hai nhóm vẽ ,hãy nhận xét đồ thị? : Đồ thị là một đường thẳng do đó biểu thức trên đã được thí nghiệm kiểm nghiệm lại là đúng . : Nhận xét ,bổ sung và và cuối cùng rút ra kết luận về định luật ôm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện. 6.3.Khái quát củng cố kết luận về kiến thức mới. : Khái quát lại toàn bài và đưa ra biểu thức của định luật ôm đối với đoạn mạch điện chứa nguồn điện . IrABU    : Ghi nhận kiến thức mới Bài tiểu luận chuyên đề tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học vật lí Nhóm 01- Chuyên ngành vật lí phương pháp 9 :Yêu cầu học sinh làm bài tập đã chuẩn bị để nắm bắt được thông tin phản hồi về khả năng tiếp thu kiến thức mới của học sinh. :Giao bài tập về nhà và giao nhiệm vụ để học sinh chuẩn bị những kiến thức cần thiết cho bài học mới .