Đề tài Chế tạo và sử dụng dụng cụ thí nghiệm mới nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học các kiến thức về các định luật Ohm theo chương trình và sách giáo khoa vật lý lớp 11 nâng cao

ở chương II của khóa luận. CHƯƠNG II CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CÁC KIẾN THỨC VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM THEO CHƯƠNG TRÌNH VÀ SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 11 NÂNG CAO. Để thiết kế chế tạo được các thiết bị thí nghiệm và soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức về các định luật Ohm thì trước hết cần phải nghiên cứu những nội dung kiến thức về các định luật Ohm mà HS cần lĩnh hội, từ đó xác định các thí nghiệm cần tiến hành với từng nội dung kiến thức đó. Sau đó, tiến hành điều tra tình hình dạy và học các kiến thức về các định luật Ohm ở một số trường THPT để phát hiện các nhược điểm các thiết bị thí nghiệm và các mặt hạn chế của GV, HS. Trên cơ sở đó sẽ thiết kế chế tạo các bộ thiết bị thí nghiệm và soạn thảo tiến trình dạy học cụ thể. 2.1. NỘI DUNG CÁC KIẾN THỨC VÀ CÁC THÍ NGHIỆM CẦN TIẾN HÀNH TRONG DẠY HỌC VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM THEO CHƯƠNG TRÌNH VÀ SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 11 NÂNG CAO: Các kiến thức về các định luật Ohm theo chương trình và sách giáo khoa vật lý lớp 11 nâng cao nằm trong chương II: Dòng điện không đổi. Theo phân phối chương trình, các kiến thức về các định luật Ohm được hình thành ở hai bài học trong hai tiết. 2.1.1. Nội dung các kiến thức về các định luật Ohm: Kiến thức 1: Định luật Ohm đối với toàn mạch I R E, r Cường độ dòng điện trong mạch kín tỷ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỷ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch. (1) Trong đó: I là cường độ dòng điện chạy trong mạch kín E là suất điện động của nguồn điện (R+r) là điện trở toàn phần của mạch R I E,r A B Kiến thức 2: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện U = -I( R + r ) + E (2) Trong đó: U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch R là điện trở mắc nối tiếp với nguồn điện r là điện trở trong của nguồn điện E là suất điện động của nguồn điện Kiến thức 3: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện R , I B A U = I( R + ) + (3) Trong đó: U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch R là điện trở mắc nối tiếp với máy thu điện là điện trở trong của máy thu điện là suất phản điện của máy thu điện 2.1.2. Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học các kiến thức về các định luật Ohm: Từ nội dung các kiến thức HS cần lĩnh hội như ở mục 2.1.1 đã nêu, khi dạy các kiến thức về các định luật Ohm ở lớp 11, vì xuất phát từ mệnh đề lý thuyết tổng quát hơn, sử dụng suy luận logic để tìm ra công thức cần xây dựng, nên cần tiến hành các thí nghiệm mới để kiểm nghiệm lại các công thức đó như sau: - Thí nghiệm 1: Kiểm nghiệm I tỷ lệ thuận với E khi tổng trở (R + r) của toàn mạch không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch) - Thí nghiệm 2: Kiểm nghiệm I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R + r) khi E không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch) - Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện - Thí nghiệm 4: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện 2.2. ĐIỀU TRA THỰC TẾ DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM Ở LỚP 11: 2.2.1. Mục đích điều tra - Tìm hiểu tình trạng thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm ở trường THPT. - Tìm hiểu phương pháp dạy của GV và phương pháp học của HS, những khó khăn của GV và HS, những mặt hạn chế của HS sau khi học phần nội dung các kiến thức này. Trên cơ sở đó, đề xuất những nguyên nhân của những khó khăn, để làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo một bộ thiết bị thí nghiệm mới và soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức trên có sử dụng thí nghiệm nhằm khắc phục được các mặt hạn chế đó. 2.2.2. Phương pháp điều tra Để thực hiện mục đích trên chúng tôi đã tiến hành - Tìm hiểu các dụng cụ thí nghiệm có liên quan đến đề tài ở xưởng sản xuất học liệu (Đại học Sư phạm Hà Nội) và trường THPT Yên Hòa – Cầu Giấy – Hà Nội. - Điều tra GV: Trao đổi trực tiếp với GV, dự giờ dạy của GV - Điều tra HS: Trao đổi trực tiếp với một số HS khối 11 trường THPT Yên Hòa và THPT Xuân Đỉnh (Hà Nội). 2.2.3. Kết quả điều tra a) Các mặt hạn chế của thiết bị thí nghiệm, nguyên nhân của những hạn chế và phương án khắc phục: Ở trường THPT hiện nay có hai bộ thí nghiệm: Một bộ do trung tâm học liệu (Đại học Sư phạm Hà Nội) sản xuất, và một bộ do Viện Vật lý kỹ thuật (Đại học Bách khoa) sản xuất. Hình 1: Bộ thí nghiệm do trung tâm học liệu sản xuất Hình 2: Bộ thí nghiệm do Viện vật lý kỹ thuật sản xuất Về mặt SP, hai bộ thí nghiệm này không cho phép tiến hành cả bốn thí nghiệm khi dạy học các kiến thức về các định luật Ohm, cụ thể như sau: Không cho phép kiểm nghiệm trực tiếp định luật Ohm đối với toàn mạch. Cụ thể là: Sau khi xây dựng công thức (1) (định luật Ohm đối với toàn mạch), họ kiểm nghiệm công thức này bằng phương án là biến đổi nó về công thức (2) (định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện) để kiểm nghiệm (tiến hành đo U, I ở hai đầu đoạn mạch chứa nguồn điện, từ đó vẽ đồ thị U – I thực nghiệm xem đồ thị đó có đúng là một đường thẳng có hệ số góc âm hay không). Vậy, thực chất là kiểm nghiệm công thức (2). Không đủ dụng cụ để tiến hành kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện. Về mặt khoa học- kỹ thuật thì hai bộ thí nghiệm này đều chưa đáp ứng tốt ở một số điểm như sau: Điện trở thay đổi 10 Ω một nên không thể chọn giá trị của I, U như mong muốn. (bộ thí nghiệm ở xưởng học liệu đã khắc phục được nhược điểm này bằng cách sử dụng một biến trở con chạy có giá trị thay đổi được từ 0 đến 100 Ω) Các điện trở 10 Ω được sử dụng trong bộ thí nghiệm do Viện vật lý kỹ thuật sản xuất không phải là điện trở nhiệt, ở những giá trị điện trở thấp, cường độ dòng điện lớn nên giá trị điện trở bị thay đổi trong quá trình làm thí nghiệm, dẫn đến số liệu bị nhảy, kết quả đo không chính xác Cả hai bộ thí nghiệm đều sử dụng pin đại (điện trở nhỏ cỡ 0.2 →0.5 Ω) làm nguồn điện nên với các pin khác nhau thì điện trở trong khác nhau nhiều, gây sai lệch giữa các lần tiến hành thí nghiệm. Nguyên nhân mặt hạn chế này có thể do các nhà thiết kế trước đây đã không thiết kế được phương án thí nghiệm khả thi dùng để kiểm nghiệm trực tiếp định luật Ohm đối với toàn mạch và định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện. Một nguyên nhân khác là do họ chưa tính toán kỹ càng các giá trị điện trở ứng với các giá trị cường độ dòng điện khác nhau khi thay đổi nguồn điện đưa vào mạch, dẫn đến việc chọn điện trở thường (không phải điện trở nhiệt), và sử dụng nguồn điện có suất điện động rất nhỏ, do đó kết quả thí nghiệm bị sai lệch) Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy là nếu sử dụng biến trở nhiệt và điện trở nhiệt, đồng thời chọn nguồn điện có điện trở trong lớn hơn ( cỡ 1.0 → 2.0 Ω) thì kết quả đo được tương đối chính xác. b) Về nội dung, phương pháp dạy học của GV - GV ít quan tâm đến thí nghiệm được sử dụng trong phần này, là do tâm lý ngại chuẩn bị thí nghiệm (mất thời gian), và do kỹ năng tổ chức HS làm thí nghiệm nhóm kém, nên GV chủ yếu là dạy chay, giảng giải là phổ biến. - Hoàn toàn có thể dạy theo phương pháp dạy học giải quyết vấn đề để đưa ra các kiến thức này, nhưng GV chỉ hầu hết là thông báo, do đó không phát triển được tính tích cực, sáng tạo của HS. - Khi đưa ra được công thức rồi, GV không hướng dẫn HS tiến hành thí nghiệm để kiểm nghiệm lại công thức đó. - Do chương trình và sách giáo khoa có khá nhiều kiến thức, nên hầu hết GV khi dạy đã cắt bớt phần thí nghiệm, mà chỉ thông báo công thức, rồi cho HS làm ngay bài tập để vận dụng và củng cố công thức. - Trong dạy học các kiến thức này, GV chỉ đặt những câu hỏi hầu hết về mặt toán học đơn thuần, định hướng tái tạo, không có những câu hỏi giải quyết vấn đề. c) Tình trạng HS - Vì kiến thức phần này tuy không dài nhưng hầu hết là GV dạy chay, do đó trong quá trình học đa số HS không có cơ hội để phát huy khả năng sáng tạo, tích cực, chủ động. Thay vào đó là HS tiếp thu thụ động, ít hứng thú, chỉ ngồi nghe giảng chờ thầy, cô đọc để chép (tích cực nhất cũng chỉ là học sinh biến đổi các công thức đã có để xây dựng được mối liên hệ giữa các đại lượng mà đầu bài yêu cầu), hiếm khi HS đặt câu hỏi với GV về vấn đề đã học. Do đó, kiến thức của các em lĩnh hội được không chắc chắn. Thông qua kết quả tìm hiểu tình hình dạy học cụ thể ở trường phổ thông và kinh nghiệm dạy học của GV, chúng tôi thấy HS thường có những mặt hạn chế khi học các kiến thức về các định luật Ohm như sau: - Không phát triển được tính tích cực, sáng tạo của học sinh, không rèn được cho học sinh những kỹ năng thí nghiệm. - Học sinh không được làm thí nghiệm kiểm chứng lại nên có thể chưa tin chắc chắn vào công thức (của “Định luật Ohm đối với toàn mạch” và “Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện”) vừa xây dựng (vì học sinh không tin tưởng hoàn toàn vào khả năng suy luận logic của mình) - Trong sách giáo khoa, kiến thức “Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện” được xây dựng bằng con đường quan sát trực tiếp và khái quát hóa thực nghiệm. Học sinh làm thí nghiệm, thu được bảng số liệu, trên cơ sở đó vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện I chạy trong đoạn mạch vào hiệu điện thế U ở hai đầu đoạn mạch. Từ việc nhận xét đồ thị, học sinh rút ra công thức cần xây dựng. Cách làm này tác động trực tiếp đến các giác quan của học sinh, dễ làm học sinh tin vào kết quả thu được. Tuy nhiên, nếu xảy ra trường hợp vẽ đồ thị không thành một đường thẳng (trong thí nghiệm thực tế thì sai số là không tránh khỏi) thì học sinh sẽ không biết xử lý như thế nào. Nếu lúc đó giáo viên cứ gò ép kết quả thì học sinh sẽ khó lòng chấp nhận. - HS thường nhầm lẫn định luật Ohm đối với toàn mạch với định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện (thay vì kiểm nghiệm trực tiếp định luật Ohm đối với toàn mạch, GV lại hướng dẫn HS biến đổi công thức của định luật này thành công thức giống với định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện để kiểm nghiệm) d) Các biện pháp khắc phục những mặt hạn chế khi dạy học các kiến thức về các định luật Ohm: Trên cơ sở tìm hiểu nguyên nhân dẫn tới những khó khăn của GV và HS khi dạy và học các kiến thức về các định luật Ohm, chúng tôi tìm cách khắc phục ở các mặt sau: Thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm thỏa mãn về mặt SP và mặt khoa học – kỹ thuật để có thể tiến hành 4 thí nghiệm: - Thí nghiệm 1: Kiểm nghiệm I tỷ lệ thuận với E khi tổng trở (R + r) của toàn mạch không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch) - Thí nghiệm 2: Kiểm nghiệm I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R + r) khi E không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch) - Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện - Thí nghiệm 4: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện Thay đổi việc dạy học thuyết trình và không có thí nghiệm bằng dạy học giải quyết vấn đề có sử dụng các thí nghiệm trên các kiến thức về các định luật Ohm. 2.3. CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM: Để giúp cho GV có thể soạn thảo được tiến tình dạy học các kiến thức về các định luật Ohm trong đó có sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lý, tạo điều kiện cho HS có thể phát triển năng lực sáng tạo, tự lực xây dựng kiến thức và hiểu chính xác, hiểu sâu kiến thức, khắc phục những sai lầm như đã phân tích ở trên, chúng tôi nhận thấy cần phải chế tạo các thiết bị thí nghiệm để có thể xây dựng các thí nghiệm như đã trình bày ở phần 2.1.2 đồng thời khắc phục được các mặt hạn chế của thiết bị thí nghiệm như đã trình bày ở mục a) phần 2.2.3. Chế tạo các thiết bị thí nghiệm Ảnh chụp bộ dụng cụ thí nghiệm được chế tạo mới Bộ thí nghiệm gồm có những dụng cụ sau: 1 bảng mạch đã nối sẵn những vị trí cần thiết Nguồn điện (sử dụng 5 nguồn điện 1 chiều là 5 pin con thỏ có suất điện động 1.6 V, điện trở trong 1.1 Ω và một giá đựng pin) 1 máy thu (sử dụng 1 pin sạc có suất phản điện 1.23 V, điện trở trong rất nhỏ và một giá đựng pin) 4 điện trở thuần (3 điện trở có giá trị 47 Ω và 1 điện trở có giá trị 4.7 Ω và một giá đặt điện trở) 1 biến trở con chạy (có giá trị thay đổi được từ 0 Ω đến 100 Ω và chịu được cường độ dòng điện tối đa là 0.5 A) Các dây nối 2 đồng hồ vạn năng: 1 đồng hồ dùng làm vôn kế và 1 đồng hồ dùng làm ampe kế Và một hộp gỗ đựng tất cả các dụng cụ trên. 2.3.2. Các thí nghiệm được tiến hành với bộ thí nghiệm này để nghiên cứu các định luật Ohm: a) Thí nghiệm 1: Kiểm nghiệm I tỷ lệ thuận với E khi tổng trở (R + r) của toàn mạch không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch) - Phương án thí nghiệm: Sử dụng một bộ nguồn (gồm 5 nguồn điện mắc liên tiếp với nhau), thay đổi suất điện động của bộ nguồn (trong khi vẫn giữ nguyên tổng trở của toàn mạch) bằng cách lần lượt đảo cực của 1 và của 2 nguồn điện trong bộ nguồn.Tiến hành thí nghiệm 3 lần, đo các giá trị E và các giá trị I tương ứng, so sánh các giá trị I đo được với các giá trị I tính toán được theo lý thuyết, từ đó rút ra kết luận. Bố trí thí nghiệm Lần 1A V A V Lần 2 A V Lần 3 Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm: Lần 1 Lần 2 Lần 3 -Nhận xét: Kết quả thí nghiệm tương đối chính xác. b) Thí nghiệm 2: Kiểm nghiệm I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R + r) của toàn mạch khi E không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch) - Phương án thí nghiệm: Để thay đổi tổng trở của toàn mạch mà vẫn giữ nguyên suất điện động của nguồn điện, mắc song song các nguồn điện với nhau và song song các điện trở thuần với nhau, đo giá trị cường độ dòng điện I tương ứng, so sánh với giá trị I tính được theo lý thuyết, từ đó rút ra kết luận. Tiến hành thí nghiệm 3 lần: + Lần 1: Khi chưa thay đổi tổng trở + Lần 2: Khi giảm tổng trở đi 2 lần + Lần 3: Khi giảm tổng trở đi 3 lần - Bố trí thí nghiệm: A I R E, r V I E, r E, r E, r R R R V A Lần 1 Lần 3 A I V E, r E, r R Lần 2 - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm: Lần 1 Lần 2 Lần 3 - Nhận xét: Kết quả thí nghiệm tương đối chính xác. c) Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện - Phương án thí nghiệm: Thay đổi các giá trị của I, đo các giá trị của U tương ứng, điền các kết quả đo được vào bảng số liệu, trên cơ sở đó, vẽ đồ thị U – I thực nghiệm xem đồ thị đó có đúng là 1 đường thẳng có hệ số góc âm hay không. - I I A B R E, r V A Bố trí thí nghiệm: - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm - Nhận xét: Kết quả thí nghiệm tương đối chính xác. d) Thí nghiệm 4: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện - Phương án thí nghiệm: Thay đổi các giá trị của I, đo các giá trị của U tương ứng, điền các kết quả đo được vào bảng số liệu, trên cơ sở đó, vẽ đồ thị U – I thực nghiệm xem đồ thị đó có đúng là 1 đường thẳng có hệ số góc dương hay không. - R I E,r A E', r' A B I E, r I Bố trí thí nghiệm: - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm - Nhận xét: Kết quả thí nghiệm tương đối chính xác. Ngoài ra, bộ thí nghiệm này còn có thể được sử dụng để đo suất điện động và điện trở trong của nguồn điện. 2.4. SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM: 2.4.1. Định luật Ohm đối với toàn mạch: 2.4.1.1. Sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức Định luật Ohm đối với toàn mạch: A = EIt Q = Mà A = Q Vậy EIt = từ đó suy ra Xét một mạch điện kín đơn giản như sau: (R là điện trở thuần) Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín liên hệ với suất điện động, điện trở trong của nguồn điện và các thông số khác của mạch như thế nào? Học sinh đã học: - Định luật bảo toàn năng lượng - Định luật Joule-Lenz Học sinh đã sơ bộ biết được mối quan hệ giữa suất điện động E, điện trở trong r của nguồn điện với cường độ dòng điện I chạy trong mạch kín:I tăng khi E tăng,I giảm khi r tăng,và ngược lại. I R E,r Năng lượng do nguồn cung cấp chính bằng năng lượng(nhiệt năng) tiêu thụ trên toàn mạch Có phương trình: A=Q → mối liên hệ cần tìm Kết luận: Lý thuyết: Từ kết luân suy ra: I ~ E khi (R+r) không đổi I ~ khi E không đổi Thực nghiệm: Kiểm nghiệm hai hệ quả vừa rút ra từ kếtluận trên. Mắc mạch theo sơ đồ. Giữ nguyên tổng trở của toàn mạch (R+r) = const Thay đổi E, đo E và đo I tương ứng: = Giữ suất điện động của nguồn không đổi E = const Thay đổi tổng trở của toàn mạch (R+r), đo được I: = Kết luận: Công thức của định luật Ohm đối với toàn mạch: Giữ nguyên tổng trở của mạch (R+r) = const Đo được: Giữ suất điện động của nguồn không đổi E = const Thay đổi tổng trở của toàn mạch (R+r), đo I: (R+r) thì thì = thì DIỄN GIẢI SƠ ĐỒ Học sinh đã học định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng và định luật Joule – Lenz. Học sinh đã sơ bộ biết được mối liên hệ giữa suất điện động E, điện trở trong r của nguồn điện với cường độ dòng điện I chạy trong mạch kín: I tăng khi E tăng, I giảm khi r tăng và ngược lại. Từ đó tình huống làm nảy sinh vấn đề là xác định mối quan hệ định lượng (công thức toán học) giữa cường độ dòng điện I chạy trong mạch kín, suất điện động E, điện trở trong r của nguồn điện với điện trở thuần R ở mạch ngoài. Do chưa biết mối quan hệ định lượng giữa bất kỳ đại lượng nào trong bài toán với nhau nên học sinh chưa biết phải tìm ra công thức toán học liên hệ các đại lượng đó với nhau như thế nào? Giáo viên hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề: - Học sinh đã học hai định luật là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng và định luật Joule – Lenz, trong đó biểu thị mối liên hệ giữa một số đại lượng điện mà ta cần: + Năng lượng nguồn điện phụ thuộc vào E và I + Nhiệt năng tỏa ra trên điện trở thuần phụ thuộc vào R và I + Năng lượng do nguồn cung cấp chính bằng năng lượng (nhiệt năng) tiêu thụ trên toàn mạch. Trên cơ sở đó, sử dụng phép suy luận diễn dịch, học sinh rút ra được mối liên hệ giữa bốn đại lượng mà đầu bài yêu cầu: I, E, r và R. Công thức này được xây dựng bằng suy luận lý thuyết, nên cần kiểm tra lại bằng thí nghiệm. - Từ kết quả thu được bằng suy luận lý thuyết ở trên, học sinh rút ra hai hệ quả: + Khi tổng trở (R+r) không đổi thì I tỷ lệ thuận với E + Khi E không đổi thì I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R+r) Sau đó, dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh làm thí nghiệm kiểm chứng lại hai hệ quả trên, thấy rằng hai hệ quả này là chính xác, từ đó khẳng định chắc chắn mối liên hệ giữa bốn đại lượng I, E, r và R đã xây dựng ở trên là đúng! 2.4.1.2. Tiến trình dạy học cụ thể: Trình bày bảng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh I E.r TB Bài 13: Định luật Ohm đối với toàn mạch. 1. Định luật Ohm đối với toàn mạch. + Bài trước các em đã học về nguồn điện. Nguồn điện được đặc trưng bởi 2 thông số: Suất điện động E và điện trở trong r của nguồn. + Ta đã biết nếu nối các thiết bị vào hai đầu của nguồn điện để tạo thành mạch kín thì sẽ có dòng điện chạy trong mạch. ® Cường độ dòng điện chạy trong mạch phụ thuộc vào E, r và các thông số khác của mạch như thế nào? Để trả lời câu hỏi đó, chúng ta sẽ vào bài hôm nay: I R E, r Mà Q=A -> Trong đó: I : Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín. E : Suất điện động của nguồn. R+r : Tổng trở của toàn mạch. + Hãy nhìn vào mạch bên và cho biết: Mạch kín đơn giản nhất gồm những thiết bị nào? Thiết bị ở mạch ngoài đơn giản nhất là gì?(HD:các thiết bị chúng ta vẫn thấy hàng ngày có tác dụng biến năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác như cơ năng,quang năng,và thiết bị nào cũng toả nhiệt.Vậy thiết bị đơn giản nhất thì chỉ toả nhiệt) Như vậy mạch kín đơn giản nhất gồm một nguồn điện có suất điện động E, điện trong r và một điện trở thuần. + Vấn đề là đi tìm mối liên hệ toán học giữa cường độ dòng điện I chạy trong mạch với suất điện động, điện trở trong của nguồn và điện trở thuần R. + Em nào có cách tìm ra được mối liên hệ này không? + Có dòng điện chạy trong mạch kín. Dòng điện chạy qua các điện trở thuần thì gây ra tác dụng gì? Năng lượng nhiệt toả ra ở các điện trở thuần được tính theo công thức nào? (Bài trước các em đã học rồi đấy) HD:Năng lượng nhiệt toả ra ở những điện trở nào?có phải chỉ toả ra ở R không? Nguồn điện cũng có điện trở đấy chứ. + Đây là năng lượng tiêu thụ trên toàn mạch. Năng lượng này do cái gì cung cấp? Năng lượng của nguồn được tính bằng công thức nào? + Hãy so sánh hai năng lượng này với nhau. (theo định luật bảo toàn năng lượng) + Từ những căn cứ này liệu có thể tìm được mối liên hệ giữa I và các thông số đặc trưng cho mạch là E,r và R không? (Gọi một học sinh đứng tại chỗ đọc công thức vừa rút ra,giáo viên ghi lên bảng) Đây chính là công thức cần xây dựng! Nguồn điện và một thiết bị. Điện trở thuần. Vẽ hình vào vở. Suy nghĩ tìm cách trả lời câu hỏi. Tác dụng nhiệt Định luật Joule-Lenz Do nguồn điện cung cấp Bằng nhau. A=Q -> Thí nghiệm kiểm chứng: 1.Kiểm nghiệm I ~E khi (R+r) không đổi. I ~ E ? = = = = = = V E,r + Đây là công thức chúng ta vừa xây dựng dựa vào định luật bảo toàn năng lượng và định luật Joule-Lenz. Bây giờ chúng ta sẽ dùng thí nghiệm để kiểm tra lại công thức này. + Hãy nhìn vào công thức này. Nếu tôi giữ cho tổng trở của mạch không đổi thì I liên hệ với E như thế nào? Thế còn nếu tôi giữ suất điện động E của nguồn không đổi thì I liên hệ với tổng trở của mạch như thế nào? Vậy thì bây giờ chúng ta sẽ đi kiểm tra điều đó. + Có em nào có phương án để kiểm tra điều này không? + Các em hãy nhìn này,trước tiên,chúng ta cần một mạch điện kín.Mạch điện đó cần có những thiết bị nào nhỉ? Đầu tiên chúng ta cần một nguồn điện.Ứng với các giá trị khác nhau của suất điện động là ,,,ta cần đo các giá trị của cường độ dòng điện trong mạch tương ứng là ,, để kiểm tra xem có đúng là I ~ E hay không. + Lưu ý là trong quá trình đo,phải đảm bảo điều kiện gì? + Nguồn điện của chúng ta cần thay đổi được E nhưng điện trở trong phải luôn luôn được giữ không đổi. + Để đo các giá trị khác nhau của suất điện động,chúng ta cần dụng cụ gì? Vôn kế cần mắc như thế nào thì mới đo được suất điện động của nguồn điện? + Để đo các giá trị cường độ dòng điện tương ứng thì cần dụng cụ gì? Mắc ampe kế vào như thế nào? + Như vậy,để kiểm tra xem khi tổng trở toàn mạch (R+r) không đổi,I có đúng là tỷ lệ thuận với E hay không,chúng ta cần những dụng cụ gì nhỉ? 1.Nguồn điện có thể thay đổi được E nhưng điện trở trong không thay đổi. 2.Vôn kế để đo E 3.Ampe kế để đo I Và tất nhiên là cần một điện trở thuần R ở mạch ngoài. + Ở đây tôi đã chuẩn bị sẵn các dụng cụ cần thiết để tiến hành phương án thí nghiệm trên.Các em hãy mở bộ thí nghiệm của minh ra. + Ở đây,thay vì một nguồn,tôi sử dụng một bộ nguồn để có thể thay đổi suất điện động nhưng luôn đảm bảo điện trở trong không đổi. Tôi có 1 vôn kế để đo suất điện động của bộ nguồn,1 ampe kế để đo cường độ dòng điện chạy trong mạch kín,và điện trở thuần R để mắc vào 2 đầu nguồn điện tạo thành 1 mạch kín. + Để tạo thành một bộ nguồn,tôi mắc các nguồn điện liên tiếp với nhau bằng cách:Nối chốt đỏ(tức là cực dương) của nguồn thứ nhất với chốt đen(tức là cực âm) của nguồn thứ 2 (như thế này).Tiếp tục,tôi nối chốt đỏ của nguồn thú 2 với chốt đen của nguồn thú 3,chốt đỏ của nguồn thứ 3 với chốt đen của nguồn thứ 4,chốt đỏ của nguồn thứ 4 với chốt đen của nguồn thứ 5.Vậy là tôi đã có một bộ nguồn.Đây là cực dương,và đây là cực âm của bộ nguồn + Bây giờ các em hãy tiến hành làm thí nghiệm tuần tự theo như các bước đã ghi trong phiếu học tập số 1 và rút ra nhận xét. Các em có 10’ để làm thí nghiệm. (Giáo viên gọi 1 nhóm lên nhận xét kết quả thí nghiệm của 1 nhóm khác,giáo viên nhận xét và cho điểm) + Thí nghiệm đã chứng tỏ rằng I đúng là tỷ lên thuận với E khi tổng trở (R+r) của toàn mạch không đổi! Tỷ lệ thuận Tỷ lệ nghịch nguồn điện điện trở thuần Đảm bảo tổng trở (R+r) của toàn mạch không đổi. Vôn kế Mắc song song với nguồn Ampe kế Nối tiếp với điện trở R (Mở túi dụng cụ) (Quan sát và nhận dạng,nhận biết về tác dụng và cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm) Tiến hành nối dây theo hướng dẫn để có một bộ nguồn. Tiến hành làm làm thí nghiệm theo các bước đã ghi trong phiếu học tập,ghi kết quả,so sánh và rút ra nhận xét. (nhận xét kết quả thí nghiệm của nhóm bạn,rút kinh nghiệm) 2.Kiểm nghiệm I ~ khi E không đổi. + Chúng ta sẽ đi kiểm tra tiếp hệ quả thứ hai: + Có em nào có cách để kiểm tra xem có đúng là I tỷ lệ nghịch với tổng trở khi E không đổi không? + Nếu đúng là I tỷ lệ nghịch với tổng trở thì khi giảm đi 2 lần thì I thay đổi như thế nào? Giảm đi 3 lần thì I thay đổi như thế nào? + Làm thế nào để giảm đi 2 lần? Muốn giảm đi 2 lần thì phải giảm mỗi đại lượng đi 2 lần. + Làm thế nào để giảm R đi 2 lần? + Liệu có thể giảm r đi 2 lần bằng cách mắc song song 2 nguồn điện không? Vì nguồn điện cũng là một vật dẫn,nó có điện trở,và khi mắc song song 2 nguồn thì r giảm đi một nửa. + Lưu ý rằng điều kiện tiến hành thí nghiệm là suất điện đông E của nguồn không đổi. Liệu khi mắc song song 2 nguồn điện như thế này thì E có thay đổi?Đo thử xem. (Giáo viên gọi 1 học sinhlên cùng đo:đo suất điện động của 1 nguồn và đo suất điện động của 2 nguồn mắc song song) + Như vậy,bằng cách mắc như thế này,chúng ta đã giảm được tổng trở của toàn mạch đi 2 lần mà vẫn đảm bảo E = const + Tương tự như trên,muốn giảm đi 3 lần mà vẫn đảm bảo E = const thì mắc như thế nào? + Vậy là,muốn kiểm nghiệm xem I có đúng là tỷ lệ nghịch với khi E không đổi hay không,cần những dụng cụ gì? Trong bộ thí nghiệm của các em đã có đủ các dụng cụ đáp ứng phương án thí nghiệm trên.Bây giờ các em hãy tiến hành thí nghiệm theo các bước đã ghi trong phiếu học tập số 2.Các em có 5’ làm thí nghiệm. (Giáo viên gọi 1 nhóm lên nhận xét kết quả thí nghiệm của 1 nhóm khác,giáo viên nhận xét và cho điểm) + Vậy là chúng ta vừa tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm đã chứng tỏ rằng I đúng là tỷ lên thuận với E khi tổng trở (R+r) của toàn mạch không đổi! I tăng lên gấp đôi I tăng lên gấp ba Mắc song song 2 điện trở R Có thể (học sinh thấy khi mắc song song 2 nguồn điện thì suất điện động của bộ nguồn không thay đổi) Mắc 3 điện trở song song,3 nguồn điện song song. 3 nguồn điện giống nhau 3 điện trở thuần R giống nhau 1 ampe kế để đo cường độ dòng điện chạy trong mạch kín. (tiến hành làm thí nghiệm,thu thập,xử lý kết quả thí nghiệm và nhận xét) + Cùng với nhiều thí nghiệm khác,công thức này đã được chứng minh và được khái quát thành công thức của định luật Ohm đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài chỉ có điện trở thuần. 2.4.2. Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện: Sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện: Xét mạch điện kín: → E = IR + Ir + I = I → Kết luận: Học sinh đã biết: - Định luật Ohm đối với toàn mạch - Định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần Áp dụng định luật Ohm đối với toàn mạch và định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần cho 1 mạch điện, từ đó rút ra công thức cần xây dựng. Cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch phụ thuộc vào hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch, điện trở thuần R và suất điện động, điện trở trong của nguồn điện bằng công thức toán học nào? Lý thuyết Từ kết luận suy ra: Nếu giữ E, r không đổi thì đồ thị U-I là một đường thẳng có hệ số góc âm. Thực nghiệm Mắc mạch điện theo sơ đồ: Dịch chuyển con chạy của biến trở để thay đổi giá trị cường độ dòng điện I chạy trong mạch. Đo I và U → Lập bảng số liệu: I(mA) U(mV) Từ bảng số liệu, vẽ đồ thị U-I thực nghiệm: Kết luận: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện: DIỄN GIẢI SƠ ĐỒ Tình huống làm nảy sinh vấn đề là xác định mối quan hệ định lượng (công thức toán học) giữa cường độ dòng điện I chạy trong đoạn mạch chứa nguồn điện với hiệu điện thế U ở hai đầu đoạn mạch, điện trở thuần R và suất điện động E, điện trở trong r của nguồn điện. Do mới chỉ nghiên cứu đoạn mạch chứa điện trở thuần, chưa nghiên cứu đoạn mạch chứa nguồn điện, nên học sinh chưa biết sẽ xác định mối quan hệ này như thế nào? Giáo viên hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề: - Học sinh đã học định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần và định luật Om đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài chỉ chứa điện trở thuần, trong hai định luật đó có các công thức biểu thị mối liên hệ giữa một số đại lượng điện mà ta cần: Trên cơ sở đó, sử dụng phép suy luận diễn dịch, học sinh rút ra được mối liên hệ giữa các đại lượng mà đầu bài yêu cầu: I, U, R và E, r. Công thức này được xây dựng bằng suy luận lý thuyết, nên cần kiểm tra lại bằng thí nghiệm. - Từ kết quả thu được bằng suy luận lý thuyết ở trên, học sinh rút ra hệ quả là: Nếu giữ E, r và R không đổi thì đồ thị U-I là một đường thẳng có hệ số góc âm. Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh làm thí nghiệm kiểm chứng lại hệ quả này, thấy rằng hệ quả là chính xác, từ đó khẳng định chắc chắn công thức vừa xây dựng ở trên là đúng! 2.4.3. Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện: Sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện Xét mạch điện kín: → = - Ir + E → Học sinh đã học: - Định luật Ohm đối với toàn mạch - Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện Cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch phụ thuộc vào hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch, điện trở thuần R và suất phản điện, điện trở trong của máy thu điện bằng công thức toán học nào? Áp dụng định luật Ohm đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài có máy thu điện và định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện cho 1 mạch điện, từ đó rút ra công thức cần xây dựng. Kết luận: Lý thuyết Từ kết luận suy ra: Nếu giữ ,không đổi thì đồ thị U-I là một đường thẳng có hệ số góc dương.. Thực nghiệm Mắc mạch điện theo sơ đồ: Dịch chuyển con chạy của biến trở để thay đổi giá trị cường độ dòng điện I chạy trong mạch. Đo I, đo U → Lập bảng số liệu: I(mA) U(mV) Từ bảng số liệu,vẽ đồ thị U-I thực nghiệm: Kết luận: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện: DIỄN GIẢI SƠ ĐỒ Tình huống làm nảy sinh vấn đề là xác định mối quan hệ định lượng (công thức toán học) giữa cường độ dòng điện I chạy trong đoạn mạch chứa máy thu điện với hiệu điện thế U ở hai đầu đoạn mạch, điện trở thuần R và suất phản điện , điện trở trong của máy thu điện. Do mới chỉ nghiên cứu đoạn mạch chứa nguồn điện, chưa nghiên cứu đoạn mạch chứa máy thu điện, nên học sinh chưa biết sẽ xác định mối quan hệ này như thế nào? Giáo viên hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề: - Học sinh đã học định luật Om đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài có điện trở thuần mắc nối tiếp với máy thu điện và định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện, trong hai định luật đó có các công thức biểu thị mối liên hệ giữa một số đại lượng điện mà ta cần: U = - Ir + E Trên cơ sở đó, sử dụng phép suy luận diễn dịch, học sinh rút ra được mối liên hệ giữa các đại lượng mà đầu bài yêu cầu: I, U,R và , . Công thức này được xây dựng bằng suy luận lý thuyết, nên cần kiểm tra lại bằng thí nghiệm. - Từ kết quả thu được bằng suy luận lý thuyết ở trên, học sinh rút ra hệ quả là: Nếu giữ , và R không đổi thì đồ thị U-I là một đường thẳng có hệ số góc dương. Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh làm thí nghiệm kiểm chứng lại hệ quả này, thấy rằng hệ quả là chính xác, từ đó khẳng định chắc chắn công thức vừa xây dựng ở trên là đúng! Tiến trình dạy học cụ thể: Trình bày bảng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh A TB I B Bài 14: Định luật Ohm đối với các loại đoạn mạch. Mắc các nguồn điện thành bộ. + Ở bài hôm trước, các em đã học định luật Ohm đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài chỉ có điện trở thuần.Nhưng trong thực tế mạch ngoài còn có rất nhiều linh kiện khác như quạt, bóng đèn, tivi, tủ lạnhmắc theo nhiều cách khác nhau.Việc khảo sát 1 mạch kín như vậy là rất phức tạp. Để đơn giản, chúng ta sẽ nghiên cứu từng đoạn mạch của mạch kín. + Tôi có một đoạn mạch như thế này: Giữa hai đầu đoạn mạch có một hiệu điện thế U Dòng điện có cường độ I chạy trong đoạn mạch. → Câu hỏi đặt ra là: Cường độ dòng điện I liên hệ với hiệu điện thế U bằng công thức nào? Các thông số của thiết bị trong đoạn mạch đóng vai trò gì trong mối liên hệ đó? Để trả lời câu hỏi đó, chúng ta sẽ vào bài hôm nay: Ghi đầu bài vào vở. + Có 2 loại đoạn mạch cơ bản sẽ nghiên cứu trong bài, đó là đoạn mạch chứa nguồn điện và đoạn mạch chứa máy thu điện. Học sinh sơ bộ biết được vấn đề cần giải quyết và nội dung chính của bài học ngày hôm nay. 1. Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện: E,r R A B A B I E,r R = I U I I I A B R E, r V E,r + Xét một đoạn mạch chứa nguồn điện như sau: nguồn điện được đặc trưng bởi 2 thông số E, r điện trở thuần R mắc nối tiếp với nguồn điện Dòng điện có cường độ I chạy trong đoạn mạch (dòng điện chạy ra từ cực dương của nguồn điện) Giữa hai đầu đoạn mạch tồn tại một hiệu điện thế + Đối với đoạn mạch này,khi tăng I thì U thay đổi như thế nào? Giảm I thì U thay đổi như thế nào? → Câu hỏi đặt ra là: I liên hệ với U bằng công thức nào? Điện trở thuần R và E, r của nguồn điện đóng vai trò gì trong mối liên hệ đó? + Có em nào có cách để tìm ra mối liên hệ này không? + Nếu để một đoạn mạch riêng rẽ như thế này thì rất khó nghiên cứu. Để cho đơn giản, mắc thêm vào hai đầu đoạn mạch một điện trở thuần R để tạo thành một mạch kín giống như ở bài trước đã học. + Đối với mạch kín này, I liên hệ với các thông số khác của mạch bằng công thức nào? + Đối với đoạn mạch AB chỉ chứa điện trở thuần R thì I và liên hệ với nhau như thế nào? → Từ hai công thức này, liệu có thể tìm được mối liên hệ giữa I và trong đoạn mạch đang xét không? Đây chính là công thức cần xây dựng! + Đây là công thức vừa xây dựng dựa trên định luật Ohm đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài chỉ có điện trở thuần và định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần. Bây giờ sẽ dùng thí nghiệm kiểm tra lại công thức này. + Có em nào có phương án thí nghiệm để kiểm tra lại công thức này không? + Nếu đúng là I phụ thuộc vào theo công thức trên thì đồ thị U-I sẽ là đường gì? Có hệ số góc dương hay âm? → Chúng ta sẽ làm thí nghiệm để kiểm chứng điều đó! Trong thí nghiệm, chúng ta sẽ thay đổi các giá trị của I, đo các giá trị U tương ứng và vẽ đồ thị U-I thực nghiệm, xem có đúng nó là đường thẳng có hệ số góc âm hay không. + Để tiến hành thí nghiệm, cần những dụng cụ gì? Sử dụng biến trở để làm gì? Vậy là, để làm thí nghiệm, cần những dụng cụ sau: 1 nguồn điện có E, r không đổi 1 biến trở để thay đổi I chạy trong mạch 1 ampe kế đo I, 1 vôn kế đo U + Trong bộ thí nghiệm của các em đã có sẵn những dụng cụ này. Bây giờ các em hãy tiến hành làm thí nghiệm tuần tự theo các bước đã ghi trong phiếu học tập để vẽ đồ thị U-I thực nghiệm, so sánh với đồ thị lý thuyết và rút ra nhận xét. Lưu ý: trong thí nghiệm này,các em chỉ sử dụng một nguồn điện. Các em có 10 phút để làm thí nghiệm. (giáo viên quan sát, hướng dẫn học sinh trong quá trình làm thí nghiệm) (giáo viên gọi 1 nhóm khác lên nhận xét kết quả thí nghiệm của từng nhóm, giáo viên nhận xét và cho điểm) + Thí nghiệm đã chứng tỏ ằng I đúng là phụ thuộc vào theo công thức trên. Đó chính là công thức của định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện. Ghi đầu bài vào vở Vẽ hình vào vở I thay đổi thì U thay đổi Suy nghĩ tìm cách trả lời câu hỏi. Vẽ hình vào vở = I Được. Suy nghĩ tìm cách trả lời câu hỏi. đường thẳng Có hệ số góc âm 1 nguồn điện 1 ampe kế,1 vôn kế 1 biến trở để thay đổi R, từ đó thay đổi I (học sinh tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả thí nghiệm, vẽ đồ thị U-I thực nghiệm. So sánh 2 đồ thị thực nghiệm và lý thuyết, rút ra nhận xét) (nhận xét kết quả thí nghiệm của nhóm bạn,rút kinh nghiệm) 2.Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện: , I B A E, r , R B A I = - Ir + E I U R V A E', r' A B I I + Xét một đoạn mạch chứa máy thu điện như sau: Máy thu điện được đặc trưng bởi 2 thông số là suất phản điện và điện trở trong Điện trở thuần R mắc nối tiếp với máy thu điện Dòng điện có cường độ I chạy trong đoạn mạch (dòng điện chạy vào ở cực dương của máy thu điện) Giữa hai đầu đoạn mạch tồn tại một hiệu điện thế → Câu hỏi đặt ra là: I liên hệ với U bằng công thức nào? và của máy thu điện đóng vai trò gì trong mối liên hệ đó? + Có em nào có cách để tìm ra mối liên hệ này không? + Nếu để một đoạn mạch riêng rẽ như thế này thì rất khó nghiên cứu. Để cho đơn giản, mắc thêm 1 nguồn điện vào hai đầu đoạn mạch để cung cấp năng lượng cho máy thu điện. → Có một mạch kín như ở bài hôm trước các em đã học. + Đối với mạch kín này, I liên hệ với các thông số khác của mạch bằng công thức nào? + Đối với đoạn mạch AB chỉ chứa nguồn điện thì I và liên hệ với nhau như thế nào? → Từ hai công thức này, liệu có thể tìm được mối liên hệ giữa I và trong đoạn mạch đang xét không? Đây chính là công thức cần xây dựng! + Đây là công thức vừa xây dựng dựa trên định luật Ohm đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài có máy thu điện mắc nối tiếp với điện trở thuần và định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ chứa nguồn điện. Bây giờ chúng ta sẽ dùng thí nghiệm kiểm tra lại công thức này. + Có em nào có phương án thí nghiệm để kiểm tra lại công thức này không? + Nếu đúng là I phụ thuộc vào theo công thức trên thì đồ thị U-I sẽ là đường gì? Có hệ số góc dương hay âm? → Chúng ta sẽ làm thí nghiệm để kiểm tra điều đó! Trong thí nghiệm, chúng ta sẽ thay đổi các giá trị của I, đo các giá trị U tương ứng và vẽ đồ thị U-I thực nghiệm, xem có đúng nó là đường thẳng có hệ số góc dương hay không. + Để tiến hành thí nghiệm,cần những dụng cụ gì? Vậy là, để tiến hành thí nghiệm kiểm tra công thức, cần những dụng cụ sau: 1 máy thu điện có , 1 nguồn điện có E, r không đổi 1 biến trở để thay đổi I chạy trong mạch 1 ampe kế đo I, 1 vôn kế đo U + Trong bộ thí nghiệm của các em đã có sẵn những dụng cụ này. Bây giờ các em hãy tiến hành làm thí nghiệm tuần tự theo các bước đã ghi trong phiếu học tập để vẽ đồ thị U-I thực nghiệm, so sánh với đồ thị lý thuyết và rút ra nhận xét. Lưu ý: trong thí nghiệm này, các em sử dụng nguồn điện là một bộ 5 nguồn mắc liên tiếp với nhau như ở bài trước đã làm. Các em có 10 phút để làm thí nghiệm. (giáo viên quan sát, hướng dẫn học sinh trong quá trình làm thí nghiệm) (giáo viên gọi 1 nhóm khác lên nhận xét kết quả thí nghiệm của từng nhóm, giáo viên nhận xét và cho điểm) + Thí nghiệm đã chứng tỏ rằng đúng là I phụ thuộc vào theo công thức. Đó chính là công thức của định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện. Ghi đầu bài Vẽ hình vào vở Suy nghĩ tìm cách trả lời câu hỏi. Vẽ hình vào vở = - Ir + E Được Suy nghĩ tìm cách trả lời câu hỏi. đường thẳng hệ số góc dương. 1 máy thu điện 1 nguồn điện 1 biến trở 1 ampe kế,1 vôn kế Sử dụng biến trở để thay đổi I như ở phần 1. (học sinh tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả thí nghiệm, vẽ đồ thị U-I thực nghiệm. So sánh 2 đồ thị thực nghiệm và lý thuyết, rút ra nhận xét) (nhận xét kết quả thí nghiệm của nhóm bạn,rút kinh nghiệm) KẾT LUẬN CHƯƠNG II Với mục đích của đề tài: Chế tạo các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm và thiết kế tiến trình dạy học các kiến thức đó, trong chương 2, chúng tôi đã hoàn thành các công việc cụ thể sau: - Phân tích nội dung các kiến thức cơ bản về các định luật Ohm, từ đó đã xác định được nội dung các kiến thức cơ bản mà HS cần phải nắm vững và các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học các kiến thức đó. - Điều tra thực trạng thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm, thực trạng dạy học các kiến thức đó ở hai trường THPT tại Hà Nội. Từ đó phát hiện các hạn chế về các thiết bị thí nghiệm và khó khăn của GV khi dạy, những khó khăn, sai lầm mà HS hay mắc phải. Trên cơ sở đó đã đề xuất được một số nguyên nhân dẫn đến những hạn chế về thiết bị thí nghiệm và những những khó khăn của GV và HS , từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục. - Tham khảo các tài liệu trên các phương tiện thông tin đại chúng để từ đó nghiên cứu chế tạo các thiết bị thí nghiệm khắc phục những mặt hạn chế đã điều tra. Kết quả là đã chế tạo hoàn chỉnh được 1 bộ thiết bị thí nghiệm dùng để nghiên cứu các định luật Ohm. Bộ thiết bị thí nghiệm này cho phép tiến hành 4 thí nghiệm khác nhau, đó là các thí nghiệm: · Kiểm nghiệm I tỷ lệ thuận với E khi tổng trở (R + r) của toàn mạch không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch) · Kiểm nghiệm I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R + r) khi E không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch) · Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện · Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện Các thí nghiệm này được trình bày cụ thể theo logic hợp lý: + Phương án thí nghiệm + Bố trí thí nghiệm + Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm + Nhận xét kết quả thí nghiệm Trong các thí nghiệm có một số lưu ý để đảm bảo thí nghiệm thành công. - Lập được 3 sơ đồ tiến trình xây dựng 3 kiến thức về các định luật Ohm - Dựa vào sơ đồ đó để đưa ra ý tưởng dạy học các kiến thức đó - Soạn thảo được tiến trình dạy học giải quyết vấn đề sử dụng bộ thí nghiệm một cách chi tiết. Chương III Thực nghiệm sư phạm I. Mục đích của thực nghiệm sư phạm: Trên cơ sở tiến trình dạy học đã thiết kế ở chương II, chúng tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT nhằm đạt được các mục đích sau: - Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề và của các tình huống học tập đã soạn thảo, đánh giá tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm. Trên cơ sở đó tiếp tục chỉnh sửa và hoàn thiện hơn tiến trình dạy học và thiết bị thí nghiệm. - So sánh, đối chiếu kết quả học tập ở hai lớp đã tiến hành thực nghiệm sư phạm, từ đó có phân tích bổ sung, sơ bộ đánh giá và rút ra kết luận về hiệu quả của việc xây dựng tình huống học tập theo hướng phát triển hoạt động tự chủ, tích cực của học sinh. II. Đối tượng thực nghiệm sư phạm: Chúng tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm với đối tượng học sinh lớp 11 của 2 lớp: Lớp 11TN3 của trường THPT Yên Hòa – Cầu Giấy – Hà Nội Lớp 11A1 của trường THPT Xuân Đỉnh – Từ Liêm – Hà Nội Hai lớp này đều là lớp chọn của trường, có điều kiện học tập và môi trường sư phạm giống nhau. Trình độ học sinh của hai lớp nhìn chung là tương đương nhau. III. Phương pháp thực nghiệm sư phạm: - Lớp 11TN3: Dạy theo tiến trình đã soạn thảo - Lớp 11A1: Dạy theo tiến trình đã soạn thảo, nhưng đã được bổ sung, rút kinh nghiệm và hoàn thiện. Chúng tôi đã dạy ở hai lớp trên, theo dõi, quay Video toàn bộ diễn biến của giờ học, các hoạt động của giáo viên và học sinh nhằm phân tích quá trình dạy, trên cơ sở đó tiếp tục điều chỉnh tiến trình dạy học cho phù hợp hơn.. Kết thúc mỗi bài học có trao đổi, rút kinh nghiệm cho dạy học bài sau tốt hơn. Cuối đợt thực nghiệm sư phạm, tiến hành đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo. IV. Thời gian thực nghiệm sư phạm: Tháng 11 năm 2007 V. Phân tích đánh giá các kết quả thực nghiệm sư phạm: 5.1. Đánh giá về hai đợt thực nghiệm sư phạm: Tiến trình dạy học thiết kế lúc đầu vẫn nặng về lí luận, chưa có tính thực tế, do đó trong đợt thực nghiệm sư phạm lần thứ nhất chưa đạt kết quả như mong muốn. Do đã soạn nhiều câu hỏi khái quát chương trình hóa nên giáo viên quên một số câu hỏi do vậy chưa tạo được tình huống có vấn đề cho học sinh, dẫn tới học sinh chưa tập trung vào bài. Do học sinh ít khi được tiếp xúc với thí nghiệm, vì vậy phần thiết kế phương án lúc đầu chưa phù hợp với học sinh, dẫn tới học sinh lúng túng khi tiến hành các thí nghiệm. Giáo viên chưa có kinh nghiệm tổ chức hoạt động nhóm do đó lớp học rất ồn ào. Một số linh kiện của bộ dụng cụ thí nghiệm bị học sinh làm hỏng Khắc phục những nhược điểm của thực nghiệm sư phạm lần 1 đó, chúng tôi đã chỉnh sửa thêm trong tiến trình dạy học: Soạn ít các câu hỏi hơn, phù hợp với trình độ đã có của học sinh, các câu gợi ý cũng đúng hướng hơn. Dụng cụ thí nghiệm cũng được thiết kế, chỉnh sửa lại phù hợp với các yêu cầu của thí nghiệm học sinh. Trước giờ lên lớp giáo viên dạy đã hướng dẫn cách sử dụng chung các dụng cụ thí nghiệm. Kết quả thực nghiệm lần 2 đã tốt hơn: Học sinh đã tích cực, sáng tạo hơn thể hiện trong các câu trả lời nhanh và đúng. Các nhóm tiến hành thí nghiệm một cách có tổ chức, trật tự, có sự thi đua rõ ràng giữa 6 nhóm học sinh. Tuy nhiên giáo viên dạy vẫn còn một số lỗi dùng từ. Các bộ dụng cụ thí nghiệm đều cho kết quá tương đối chính xác, sai số không vượt quá 3%. Các bộ dụng cụ đều tốt sau khi dạy xong. 5.2. Khuyết điểm: Về phần tổ chức hoạt động dạy học thực tế trên lớp: + Thời gian có hạn nên không đủ cho phép dạy hết các kiến thức có trong bài trên lớp. + Đồ dùng thí nghiệm chưa được gọn nhẹ, dễ sử dụng nên gây khó khăn cho học sinh trong quá trình làm thí nghiệm. 5.3. Ưu điểm: Bên cạnh những khuyết điểm trên, bài giảng cũng đạt được một số ưu điểm sau: + Dạy theo tiến trình mới, học sinh tiếp thu bài khá tốt. + Học sinh được tự tay làm thí nghiệm kiểm chứng công thức vừa xây dựng nên tin tưởng vào công thức đó. + Học sinh rèn được kỹ năng làm thí nghiệm kiểm chứng. Cụ thể là: - Đa số các em đều trả lời được câu hỏi chuẩn bị điều kiện xuất phát - Về cơ bản giáo viên đã thể hiện được những bước chính của sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức. Ví dụ: Giáo viên tiến hành đủ các bước của tiến trình dạy học, nêu được những câu hỏi chính: (bài “Định luật Ohm đối với toàn mạch”) Câu hỏi nêu vấn đề là: “Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín phụ thuộc vào E, r và các thông số khác của mạch như thế nào?” Xác định giải pháp: Dựa vào định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng và định luật Joule – Lenz, sử dụng phép suy luận diễn dịch, học sinh rút ra được mối liên hệ giữa bốn đại lượng mà đầu bài yêu cầu: I, E, r và R. Các câu hỏi tiến hành giải pháp: + “Có dòng điện chạy trong mạch kín. Dòng điện chạy qua các điện trở thuần thì gây ra tác dụng gì?” + “Năng lượng nhiệt toả ra ở các điện trở thuần được tính theo công thức nào?” + “Đây là năng lượng tiêu thụ trên toàn mạch. Năng lượng này do cái gì cung cấp?” + “Năng lượng của nguồn được tính bằng công thức nào?” + “Hãy so sánh hai năng lượng này với nhau.” + “Từ những căn cứ này liệu có thể tìm được mối liên hệ giữa I và các thông số đặc trưng cho mạch là E,r và R không?” - Học sinh tham gia tích cực trong việc đề xuất phương án thí nghiệm,. tiến hành và xử lý kết quả thí nghiệm, rút ra kết luận 5.4. Cần bổ sung, sửa chữa ở điểm sau: Cải tiến bộ thí nghiệm cho gọn nhẹ, đơn giản, dễ sử dụng hơn. KẾT LUẬN CHƯƠNG III Mặc dù gặp một số khó khăn nhưng chúng tôi đã hoàn thành được thực nghiệm sư phạm. Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo có thể đưa vào trong dạy học ở trường phổ thông. Đưa các thí nghiệm này vào dạy học giúp HS có thêm hứng thú khi học những kiến thức về các định luật Ohm, tạo điều kiện cho GV có thể tổ chức được các hoạt động nhận thức cho HS. Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề tuy là khá mới mẻ với HS , tuy nhiên khi thử nghiệm chúng tôi thấy HS rất nhanh chóng quen và có hứng thú khi học. Đặc biệt giúp HS phát huy được tính sáng tạo, tính tích cực khi xây dựng bài, nhất là khi yêu cầu các em đưa ra cách thức giải quyết vấn đề để tìm được mối liên hệ giữa các đại lượng điện cần tìm và đưa ra các phương án thí nghiệm kiểm tra các công thức vừa xây dựng. Qua quá trình thực nghiệm này chúng tôi cũng rút ra được một số kinh nghiệm và thấy được một số mặt còn hạn chế về thiết bị thí nghiệm và tiến trình dạy học có sử dụng những thiết bị thí nghiệm này. Trên cơ sở đó chúng tôi lại tiếp tục nghiên cứu để cải tiến thêm các thiết bị dạy học, đồng thời chỉnh sửa lại tiến trình dạy học sao cho khả thi hơn và hiệu quả hơn. Các sản phẩm của chúng tôi sau khi đã chỉnh sửa hi vọng sẽ giúp GV và HS khi dạy học theo tiến trình đó sẽ mang lại sự chủ động sáng tạo cho HS và có kiến thức vững chắc. KẾT LUẬN CHUNG Sau quá trình làm việc tích cực, nghiêm túc, với sự nỗ lực cao của bản thân, chúng tôi đã hoàn thành đề tài, đáp ứng được mục đích nghiên cứu của đề tài đặt ra : Chế tạo bộ thí nghiệm dùng để nghiên cứu các định luật Ohm và soạn thảo được tiến trình dạy học giải quyết vấn đề có sử dụng hợp lý bộ thí nghiệm vừa chế tạo. Các kết quả nghiên cứu có thể được coi là một tài liệu tham khảo về phương pháp dạy học cho những GV dạy vật lý ở trường THPT. I. Đóng góp của đề tài: - Chúng tôi đã xây dựng được bộ thiết bị thí nghiệm có thể tiến hành 4 phương án thí nghiệm về các định luật Ohm. Đây thực sự là sản phẩm rất cần thiết cho các trường THPT. Nhất là các thiết bị này hiện có thể đưa vào sản xuất hàng loạt và cung cấp cho các trường phổ thông theo SGK lưu hành. - Các sản phẩm thiết bị thí nghiệm và các tiến trình dạy học đã được chúng tôi thực nghiệm và rút kinh nghiệm, chỉnh sửa cải tiến do đó đã sơ bộ đánh giá được là có tính khả thi và hiệu quả hơn khi áp dụng vào dạy học. II. Một số đề xuất: - Đưa tiến trình dạy học giải quyết vấn đề các kiến thức về các định luật Ohm và các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo được trong đề tài vào dạy học Vật lý 11 ở trường phổ thông nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo của HS. - Để một giờ học có hiệu quả thì người GV đóng vai trò quyết định. Do đó, cần thiết phải đổi mới phương pháp dạy học đồng bộ từ khâu xây dựng chương trình SGK, sách bài tập, sách hướng dẫn, trang thiết bị học tập, cơ sở vật chất... cho đến cách tổ chức thi cử cho phù hợp với nội dung, phương pháp mới. - Muốn đổi mới phương pháp dạy học thành công thì trước hết phải có được một đội ngũ GV có năng lực, yêu nghề . Nhà trường cần phải được trang bị những phương tiện dạy học hiện đại giúp cho quá trình dạy học thực sự phát huy hết khả năng của HS. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Nguyễn Phúc Thuần (Chủ biên) - Sách giáo khoa Vật lý 11 Nâng cao, NXB Giáo dục, 2007. 2. Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Nguyễn Phúc Thuần (Chủ biên) - Vật lý 11 Nâng cao, Sách giáo viên, NXB Giáo dục, 2007. 3. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương trình, sách giáo khoa lớp 11 THPT môn Vật lý, NXB Giáo dục, 2007 4. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế - Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông, NXB Đại học sư phạm Hà Nội, 2004. 5. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng – Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2001. 6. Phạm Hữu Tòng – Lý luận dạy học Vật lý ở trường trung học, NXB Giáo dục, 2001. 7. Trần Ngọc Chất – Luận văn thạc sỹ khoa học giáo dục, 2006.