Khóa luận Thiết kế phương án dạy học một số bài phần “Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn có hình dạng khác nhau

NĂNG CẦN CÓ SAU KHI HỌC 2.2.1 Nội dung về kiến thức Sau khi học xong chương “Từ trường” học sinh cần nắm vững các nội dung kiến thức sau: 2.2.1.1. Các kiến thức về “ Từ trường”. 2.2.1.1.1. Khái niệm tương tác từ. Tương tác từ là tương tác giữa các hạt mang điện chuyển động - Tương tác giữa hai nam châm - Tương tác giữa dòng điện – nam châm. - Tuơng tác giữa hai dòng điện. 2.2.1.1.2. Khái niệm từ trường. Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm, dòng điện ( hay xung quanh các hạt mang điện chuyển động), tính chất cơ bản của từ trường là tác dụng lực từ lên nam châm hay một dòng điện đặt trong nó. 2.2.1.1.3. Đường sức từ. Để biểu diễn từ trường trong không gian ta vẽ các đường sức từ. Đó là những đường mà tiếp tuyến ở mỗi điểm trùng với phương của véctơ cảm ứng từ, chiều của nó trùng với chiều của véctơ cảm ứng từ tại điểm đó * Tính chất của các đường sức từ. - Tại một điểm trong từ trường, có thể vẽ một đường sức từ đi qua và chỉ một mà thôi. - Các đường sức từ là những đường cong kín.Trong trường hợp nam châm ở ngoài nam châm các đường sức từ đi ra ở cực Bắc, đi vào ở cực Nam của nam châm. - Các đường sức từ không cắt nhau. - Nơi nào cảm ứng từ lớn hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ mau hơn (dày hơn), nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ thưa hơn. * Từ phổ: Là hình ảnh các mạt sắt sắp xếp trong từ trường. Dựa vào từ phổ ta biết được gần đúng về hình dạng và sự phân bố các đường sức từ của từ trường. 2.2.1.1.4. Cảm ứng từ. - Điểm đặt: tại điểm khảo sát. - Phương: trùng với trục của nam châm thử đặt tại điểm đó - Chiều: từ cực Nam Bắc của nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó. - Độ lớn: . Véctơ cảm ứng từ Cảm ứng từ tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho từ trường tại điểm đó về phương diện tác dụng lực và là đại lượng đo bằng thương số giữa lực từ tác dụng lên lên một đoạn dây dẫn có độ dài đủ nhỏ mang dòng diện đặt vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm đó và tích của cường độ dòng điện với độ dài đoạn dây đó. 2.2.1.1.5. Nguyên lý chồng chất từ trường Véctơ cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các véctơ cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại điểm ấy 2.2.1.1.6. Từ trường của dòng điện trong các mạch có dạng khác nhau. - Từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn + Đường sức từ là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn + Chiều của đường sức từ xác định bằng qui tắc nắm bàn tay phải hay qui tắc đinh ốc 1 - Điểm đặt: tại M - Phương: tiếp tuyến với đường sức từ tại M - Chiều: Theo chiều đường sức từ - Độ lớn: Véctơ cảm ứng từ - Véctơ cảm ứng từ tại điểm M: r là khoảng cách từ điểm tính cảm ứng từ tới dây dẫn I là cường độ dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn - Từ trường của dòng điện trong khung dây tròn. + Dạng đường sức từ: Các đường sức từ đều là những đường cong. Càng gần tâm O độ cong của các đường sức từ càng giảm. Đường sức từ qua tâm O là đường thẳng. + Chiều đường sức từ: Xác định bằng qui tắc nắm bàn tay phải hoặc qui tắc đinh ốc 2. Véctơ cảm ứng từ - Điểm đặt: tại tâm. - Phương: Vuông góc với mặt phẳng khung - Chiều: Theo chiều đường sức từ - Độ lớn: + Véctơ cảm ứng từ tại tâm khung: Trong đó: N là số vòng dây I là cường độ dòng điện chạy trong ống R là bán kính của dòng điện. - Từ trường của dòng điện trong ống dây. + Dạng các đường sức từ: Các đường sức từ bên trong ống dây là các đường thẳng song song cách đều. Bên ngoài ống dây là những đường cong có dạng giống như đường sức từ của nam châm thẳng + Chiều các đường sức từ bên trong ống dây được xác định theo qui tắc nắm bàn tay phải hoặc qui tắc đinh ốc 2. Véctơ cảm ứng từ - Phương: song song với trục ống dây - Chiều: Theo chiều đường sức từ - Độ lớn: + Trong ống dây từ trường đều có Trong đó: n là số vòng dây trên một mét chiều dài của ống. I là cường độ dòng điện chạy trong ống dây. 2.2.1.2. Các kiến thức về lực từ. - Điểm đặt: trung điểm của đoạn dây. - Phương: vuông góc - Chiều: xác định theo qui tắc bàn tay trái - Độ lớn: theo công thức ampe Lực 2.2.1.2.1. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều. 2.2.1.2.2. Lực tương tác giữa hai dây dẫn song song mang dòng điện - Hai dây dẫn song song có dòng điện cùng chiều hút nhau, ngược chiều đẩy nhau. - Độ lớn của lực tác dụng lên một đoạn dây l là: r là khoảng cách giữa hai dây dẫn 2.2.1.2.3. Lực từ tác dụng lên một khung dây mang dòng điện - Một khung dây mang dòng điện đặt trong một từ trường đều, sẽ chịu tác dụng của một ngẫu lực từ làm khung dây quay quanh một trục - Vị trí mặt phẳng khung dây vuông góc với đường cảm ứng từ thì M =0 gọi là vị trí cân bằng của khung. - Vị trí mặt phẳng khung song song với đường cảm ứng từ thì momen ngẫu lực cực đại Mmax =I.B.S S là mặt phẳng giới hạn bởi khung dây. 2.2.1.2.4. Lực lorenxơ - Điểm đặt: đặt tại hạt mang điện - Phương: vuông góc - Chiều: tuân theo qui tắc bàn tay trái nếu q > 0, ngược chiều với qui tắc bàn tay trái nếu q < 0 - Độ lớn: q: điện tích của hạt Lực Lực từ tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong từ trường gọi là lực lorenxơ. . 2.2.2. Các kỹ năng cơ bản cần rèn luyện * Kĩ năng thảo luận nhóm: Luyện tập, đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán. * Kĩ năng thí nghiệm: Tiến hành một số thí nghiệm đơn giản như: tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện. thí nghiệm tạo từ phổ. * Kĩ năng vận dụng: HS vận dụng được: - Kĩ năng biểu diễn các đường sức từ (của nam châm, dòng điện chạy trong các mạch có dạng khác nhau) đúng dạng, đúng độ lớn (mau thưa) - Kĩ năng từ sự định hướng của nam châm, vẽ các đường sức từ của nam châm (dạng, chiều) từ đó xác định các cực của nam châm và ngược lại. - Thành thạo qui tắc nắm bàn tay phải và qui tắc đinh ốc 1,2 xác định chiều đường sức từ của dòng điện trong các loại dây dẫn. - Thành thạo qui tắc bàn tay trái xác định hướng một trong ba đại lượng hoặc khi biết hướng của hai đại lượng kia. - Kĩ năng tính toán các đại lượng trong công thức: tính , tính bán kính quĩ đạo chuyển động của hạt mang điện, tính - Thành thạo các kiến thức toán học như: cộng vecto, hệ thức lượng giác. 2.3. NHỮNG THUẬN LỢI, KHÓ KHĂN CỦA GV KHI DẠY CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ KHÓ KHĂN, SAI LẦM CỦA HỌC SINH KHI HỌC CHƯƠNG NÀY. Qua hai đợt thực tập sư phạm cùng với việc dự giờ và giảng dạy, tham khảo ý kiến của các thầy cô giáo ở trường thức tập và thông qua bài kiểm tra của học sinh, tôi đã rút ra được một số thuận lợi và khó khăn của các thầy cô giáo khi dạy chương từ trường. cũng như những khó khăn, sai lầm của học sinh khi học chương này. 2.3.1. Về giáo viên a) Thuận lợi: - HS đã có khái niệm từ trường đã học ở THCS. - Đồ dùng dạy học: Nam châm, kim nam châm dễ kiếm, dễ tìm. Để HS quan sát hình dạng của đường sức từ của nam châm bằng thí nghiệm từ phổ dưới sự hướng dẫn của GV, HS có thể làm được và cho kết quả nhanh. - Nam châm và hiện tượng từ là những cái HS đã biết và quen thuộc từ lâu, khi nói đến nam châm là HS nghĩ ngay đến hiện tượng từ và khi nói đến từ là nghĩ ngay đến nam châm. Đó là thuận lợi và nên lợi dụng những hiểu biết một cách tự nhiên này để giới thiệu về hiện tượng từ rồi sau đó dần dần làm cho HS hiểu vấn đề chính xác hơn . - HS được học phần điện trường nên khi dạy phần này HS sẽ so sánh nam châm nhỏ với điện tích thử. b) Khó khăn - So với tương tác tĩnh điện thì tương tác từ phức tạp hơn. Tương tác tĩnh điện là tương tác giữa hai hạt mang điện đứng yên, tương tác từ là tương tác giữa hai hạt mang điện chuyển động. Lực tĩnh điện giữa hai hạt mang điện có phương là đường thẳng qua hai hạt đó, lực từ giữa hai hạt mang điện chuyển động được xác định không phải chỉ bằng điện tích của các hạt mà còn bằng cả trạng thái chuyển động của các hạt đó. Vì vậy thông số xác định lực từ lớn hơn thông số xác định lực tĩnh điện. - Coi vị trí của nam châm thử xác định cho hướng của véctơ cảm ứng từ. Nhưng không giải thích được vì sao nam châm thử lại nằm dọc theo véctơ cảm ứng từ, thành ra việc đưa ra hướng của véctơ cảm ứng từ là áp đặt. - Sau khi khảo sát phương, chiều của lực từ, hợp lý hơn cả là tiếp theo đó ta khảo sát độ lớn của lực từ. Nhưng HS vẫn chưa có khái niệm độ lớn véctơ cảm ứng từ. Nên đến đây phải tạm dừng việc khảo sát lực từ và chuyển sang nghiên cứu độ lớn cảm ứng từ. Do vậy lực từ và cảm ứng từ trình bày đan xen nhau. c) Về việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học. - Chỉ mới thực hiện được thí nghiệm xác định từ phổ của nam châm, tương tác giữa hai nam châm còn các thí nghiệm khác đều không thực hiện. - Không làm thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện mà chỉ vẽ hình minh họa. - Không làm thí nghiệm về lực lorenxơ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường. 2.3.2. Học sinh a) Khó khăn - Nội dung kiến thức chương này trừu tượng, HS chỉ quan sát thí nghiệm biểu diễn của GV mà không trực tiếp được làm thí nghiệm nên không hiểu rõ bản chất của vấn đề. - Kiến thức toán học của HS còn kém. b) Sai lầm. - Rất nhiều HS vẫn còn hiểu rằng những hiện tượng điện là những hiện tượng liên quan đến điện tích, đến dòng điện còn những hiện tượng từ là những hiện tượng liên quan đến nam châm. - Lúng túng trong việc xác định chiều của đường sức từ trong các dây dẫn thẳng, trong dây dẫn tròn và trong ống dây và xác định chiều của lực từ - Nhầm các công thức tính cảm ứng từ của từ trường của dòng điện trong các dây dẫn có hình dạng khác nhau. - Nhầm lẫn khi xác định chiều lực lorenxơ cho hạt mang điện âm và dương. Khi xác định cực của nam châm còn nhầm là cực âm, cực dương. - Khi có nhiều véctơ cảm ứng từ không cùng phương gây ra tại một điểm, nhiều HS dùng phép cộng đại số, cộng tất cả các véctơ thành phần để tìm độ lớn của véctơ tổng hợp. Thông qua việc tìm hiểu trên, để góp phần hạn chế những sai lầm, khó khăn của HS tôi quyết định chọn đề tài: thiết kế hoạt động dạy học một số bài phần “Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng khác nhau” ở lớp 11 THPT theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ của HS. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 - Trên cơ sở phân tích cấu trúc nội dung chương ta sẽ hiểu rõ hơn nội dung cũng như bản chất, thứ tự tiến trình dạy các nội dung kiến thức một cách lôgic. - Đưa ra các nội dung kiến thức HS cần nắm được sau khi học từ đó đưa ra cách dạy học phù hợp với mục tiêu dạy học đã đề ra. - Vận dụng những thuận lợi mà GV đưa ra cũng như những khó khăn mắc phải để đưa ra phương án dạy học hiệu quả. - Dựa trên những khó khăn và sai lầm của HS để thiết kế tiến trình dạy học khắc phục được những khó khăn và sai lầm đó. Tóm lại chương 2 tạo tiền đề cơ sở để thiết kế được các phương án dạy học phù hợp nhằm phát huy tối đa tính tích cực, tự lực của HS. CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC MỘT SỐ BÀI CỤ THỂ PHẦN “TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG KHÁC NHAU” VẬT LÝ 11 – THPT. 3.1. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI 26: “TỪ TRƯỜNG”. Ở bài này có ba đơn vị kiến thức cần xây dựng ứng với ba đơn vị kiến thức cần giải quyết: Đơn vị kiến thức 1: Tương tác từ. Đơn vị kiến thức 2: Từ trường. Đơn vị kiến thức 3: Đường sức từ. 3.1.1 Sơ đồ cấu trức nội dung và tiến trình xây dựng kiến 3.1.1.1 Các câu hỏi cơ bản và các kết luận tương ứng với từng đơn vị kiến thức cần dạy * Câu hỏi 1: Tương tác giữa nam châm-nam châm, dòng điện – nam châm, dòng điện – dòng điện có phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn không? * Kết luận 1: Tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điên, dòng điện – dòng điện không phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn vì tương tác hấp dẫn. Nó là một tương tác khác và gọi là tương tác từ. Lực tương tác trong trường hợp này gọi là lực từ. * Câu hỏi 2: Môi trường truyền tương tác từ có đặc điểm gì? * Kết luận 2: Môi trường truyền tương tác từ gọi là từ trường. “Từ trường là dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong nó”. * Câu hỏi 3: Làm thế nào có thể phát hiện sự tồn tại của từ trường trong một khoảng không gian nào đó? Có cách nào để mô tả hoặc quan sát được hình ảnh của từ trường? * Kết luận 3: - Để phát hiện ra sự tồn tại của từ trường trong một miền không gian nào có thể dùng một kim nam châm nhỏ đặt tại một vị trí bất kì trong miền không gian ấy. - Mô tả hình ảnh của từ trường bằng các đường sức từ “Đường sức từ là đường được vẽ sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường cũng trùng với hướng của véctơ cảm ứng từ tại điểm đó, chiều từ cực Nam – Bắc của kim nam châm thử”. - Bằng cách tạo từ phổ ta được hình ảnh các đường sức từ của nam châm thẳng, nam châm chữ U 3.1.1.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng từng đơn vị kiến thức Tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện không phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn. Nó là một loại tương tác mới và gọi là tương tác từ Tương tác giữa nam châm – nam châm, dòng điện – nam châm, dòng điện – dòng điện có phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn không? Thực tế thấy có: Tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện - Thí nghiệm 1: Kiểm tra xem nam châm có tích điện hay không từ đó suy ra tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện có phải là tương tác điện hay không. - Thí nghiệm 2: Kiểm tra xem tương tác giữa dòng điện – dòng điện có phải là tương tác điện hay không bằng cách dùng hai dây dẫn gấp khúc hai đầu, đặt song song cách điện gần nhau. + Lần 1: Cho dòng điện qua hai đây dẫn và quan sát trạng thái chuyển động của chúng + Lần 2: Cho dòng điện qua một dây dẫn, dây kia được tích điện quan sát trạng thái chuyển động của chúng So sánh hai trường hợp để rút ra kết luận. - Dựa vào định luận vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn luôn là lực hút. Làm thí nghiệm xem lực tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện là lực hút hay đẩy để chứng minh các tương tác đó có phải là lực hấp dẫn hay không Sơ đồ 1: Tương tác từ - Thí nghiệm 1: +Cọ sát thước nhựa vào bàn rồi cho tiếp xúc với điện nghiệm, thấy hai lá điện nghiệm xòe ra.Vậy thước nhựa đã nhiễm điện . + Cho hai đầu của thanh nam châm lần lượt tiếp xúc với điện nghiệm thì thấy hai lá điện nghiệm vẫn cụp. Nam châm không tích điện và tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện không phải là tương tác điện - Thí nghiệm 2: + Cho hai dây dẫn mang dòng điện đặt song song với nhau thì chúng tương tác với nhau. + Cho dòng điện đi qua một dây dẫn, dây còn lại tích điện hoặc hai dây đều tích điện đặt song song với nhau thì thấy hai dây không biến dạng nên tương tác dòng điện – dòng điện không phải là tương tác điện. - Thí nghiệm tương tác nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện ta thấy tương tác này tồn tại cả lực hút và lực đẩy nên các tương tác này không phải là tương tác hấp dẫn Sơ đồ 2: Từ trường Các tương tác từ giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện sảy ra ngay cả khi chúng được đặt cách nhau Môi trường truyền tương tác từ có đặc điểm gì? Liên hệ tương tác tĩnh điện, suy luận tương tự để trả lời câu hỏi này - Giữa hai điện tích đứng yên thì có tương tác. Lực tương tác đó gọi là lực điện. - Ở trên ta đã chứng minh tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện không phải là tương tác điện nên môi trường truyền tương tác từ không phải là điện trường. Môi trường này được gọi là từ trường. - Ở xung quanh điện tích đứng yên tồn tại điện trường. Tương tự xung quanh dòng điện, nam châm tồn tại từ trường. - Điện trường tác dụng lực điện lên điện tích đứng yên đặt trong nó. Từ trường tác dụng lực từ lên nam châm, dòng điện đặt trong nó. Môi trường truyền tương tác này gọi là từ trường. “Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm, dòng điện (hay các hạt mang điện chuyển động). Tính chất cơ bản của từ trường là tác dụng lực từ lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong nó - Suy luận từ tính chất của từ trường để tìm cách phát hiện có từ trường hay không - Suy luận tương tự giữa điện trường và từ trường. Dùng mô hình hình học để mô tả hình ảnh của từ trường (đường sức từ). - Tạo từ phổ để quan sát hình ảnh từ trường của nam châm thẳng, nam châm chữ U - Để phát hiện sự tồn tại của từ trường trong một miền không gian nào đó thì ta dùng một kim nam châm nhỏ đặt tại một vị trí nhất định trong miền không gian ấy. - Mô tả hình ảnh từ trường bằng các đường sức từ. “Đường sức từ là đường được vẽ sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào cũng trùng với hướng véctơ cảm ứng từ tại điểm đó, chiều từ cực nam - cực bắc của kim nam châm thử. - Bàng cách tạo từ phổ tư quan sát được hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng, chữ U Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh các hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực từ lên hạt mang điện khác chuyển động trong nó Làm thế nào để có thể phát hiện sự tồn tại của từ trường trong một không gian nào đó? Có cách nào mô tả hoặc quan sát được hình ảnh của từ trường? Sơ đồ 3: Đường sức từ. - Tính chất cơ bản của từ trường là tác dụng lực từ, Vậy ta có thể dùng kim nam châm nhỏ có thể quay xung quanh một trục đi qua trọng tâm của nó đưa vào không gian cần kiểm tra xem có từ trường hay không, nếu kim nam châm quay thì không gian đó có từ trường, không quay thì không gian đó không có từ trường. - Từ thí nghiệm về sự định hướng của kim nam châm nhỏ trong từ trường. Dùng hình vẽ để mô tả lại hình ảnh của từ trường (đường sức từ). - Làm thí nghiệm tạo từ phổ để mô tả lại hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng, nam châm chữ U DIỄN GIẢI GV yêu cầu HS làm TNO về tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện. Trong TNO này ta thấy: Các tương tác này sảy ra ngay cả khi chúng đặt cách nhau. Mà ta mới học được hai loại tương tác mà trong quá trình sảy ra tương tác chúng được đặt cách nhau. Đó là tương tác điện và tương tác hấp dẫn. Từ đó nảy sinh câu hỏi: Tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện có phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn không? Để trả lời câu hỏi này ta phải làm những việc sau: + Làm thí nghiệm kiểm tra xem nam châm có tích điện hay không. + Làm thí nghiệm kiểm tra xem tương tác giữa dòng điện – dòng điện có phải là tương tác điện hay không. + Từ các thí nghiệm về tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện và các kiến thức đã có về tương tác hấp dẫn để giải thích tương tác này có phải là tương tác hấp dẫn hay không. Dụng cụ kiểm tra nam châm tích điện hay không là điện nghiệm. Tiến hành TNO thấy nam châm không làm cho hai lá điện nghiệm xòe ra chứng tỏ nam châm không tích điện và đưa ra kết luận tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện không phải là tương tác điện. HS biện luận: Nếu tương tác giữa dòng điện – dòng điện là tương tác điện thì khi chỉ có một dây dẫn mang điện còn một dây dẫn chỉ có điện tích chúng cũng tương tác với nhau. Tiến hành thí nghiệm thấy chúng không tương tác. Vậy tương tác giữa dòng điện – dòng điện không phải là tương tác điện. Từ đó HS rút ra nhận xét: Tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện không phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn. Sau đó GV thông báo: Các tương tác này có cùng bản chất và là một loại tương tác khác người ta gọi là tương tác từ. Khi nghiên cứu các tương tác từ ta thấy: Trong khi sảy ra tương tác chúng được đặt cách nhau. Vậy tương tác từ được truyền đi bằng cách nào? Từ kiến thức đã có về điện trường, HS dùng phép suy luận tương tự và đưa ra được môi trường truyền tương tác từ gọi là từ trường. Ta đã biết từ trường tồn tại trong không gian xung quanh nam châm, dòng điện hay xung quanh các hạt mang điện chuyển động đặt trong nó. Câu hỏi đặt ra là: làm thế nào có thể phát hiện sự tồn tại của từ trường trong một khoảng không gian nào đó? Dựa vào tính chất cơ bản của từ trường HS sẽ đưa ra cách dùng kim nam châm thử để phát hiện sự tồn tại của từ trường. Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt ta không nhìn thấy được. Vậy làm thế nào để mô tả hình ảnh của từ trường? Dùng suy luận tương tự giữa điện trường và từ trường, HS đưa ra câu trả lời là dùng đường sức từ để mô tả từ trường. Dùng suy luận tương tự giữa điện trường và từ trường, HS đưa ra các tính chất của đường sức từ, và dùng từ phổ để quan sát hình ảnh của các đường sức từ. 3.1.2. MỤC TIÊU DẠY HỌC VÀ ĐỀ KIỂM TRA KẾT QUẨ 3.1.2.1. Mục tiêu dạy học cụ thể. a) Trong khi học: - Học sinh đưa ra phương án thí nghiệm kiểm tra xem tương tac giữa nam châm - nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện có là tương tác điện không. - Học sinh tiến hành thí nghiệm kiểm tra xem các tương tác này có phải là tương tác điện không. - Dùng suy luận tương tự giữa tương tác điện và tương tác từ, học sinh đưa ra được đặc điểm của môi trường truyền tương tác từ. - Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh đưa ra được dùng nam châm thử để phát hiện ra sự tồn tại của từ trường. - Từ suy luận tương tự giữa điện trường và từ trường, học sinh trả lời câu hỏi là dùng đường sức từ để mô tả hình ảnh của từ trường - Dùng suy luận tương tự giữa điện trường và từ trường, học sinh đưa ra được tính chất của đường sức từ. b) Sau khi học. - Hiểu và phát biểu được khái niệm tương tác từ, từ trường, tính chất cơ bản của từ trường. - Phát biểu được khái niệm véctơ cảm ứng từ (phương, chiều). - Phát biểu được định nghĩa đường sức từ, các tính chất cơ bản của đường sức từ. - Phát biểu được định nghĩa từ trường đều. 3.2.2. Đề kiểm tra kết quả học. Câu 1: Mọi từ trường phát sinh từ: A. Các nguyên tử sắt C.Các dòng điện B.Các nam châm vĩnh cửu D.Các điện tích chuyển động Câu 2: Từ trường không tác dụng lực lên: A. Các điện tích đứng yên B.Một ion đang chuyển động C. Một dây dẫn có dòng điện chạy qua D. Môt chậu thủy ngân có dòng điện chạy qua Câu 3: Một kim nam châm sẽ bị lệch khỏi hướng Bắc-Nam, khi nó đặt ngần A. một dây dẫn bằng kim loại vì các elctron chuyển động tự do trong dây dẫn tác dụng từ lên nó B. một bình chứa chất điện phân vì trong đó có các ion (+), ion (-) chuyển động tự do tác dụng từ lên nó . C. một quả cầu tích điện dương vì điện tích tác dụng một lực lên nó D. một ống chân không có dòng điện chạy qua vì nó có các electron chuyển động tác dụng từ lên nó. 3.1.3. Phương tiện dạy học. Nam châm thẳng, nam châm chữ U, mạt sắt, thí nghiệm tương tác dòng điện – dòng điện, 3.1.4. Tiến trình dạy học cụ thể 1, Đơn vị kiến thức 1: Tương tác từ 1.1 Làm thí nghiệm kiểm tra điều kiện xuất phát và phát hiện vấn đề. Tổ chức lớp hoạt động nhóm: Chia lớp thành 6 nhóm, giao nhiệm vụ cho mỗi nhóm + Nhóm 1,2: Làm thí nghiệm về tương tác giữa hai nam châm. + Nhóm 3,4: Làm thí nghiệm về tương tác giữa nam châm – dòng điện. + Nhóm 5,6: Làm thí nghiệm về tương tác giữa hai dây dẫn song song mang dòng điện. HS: Làm thí nghiệm theo nhóm. Quan sát HS làm thí nghiệm và hướng dẫn khi cần thiết. HS: Trình bày kết quả của nhóm mình. Hướng dẫn HS thảo luận và xác nhận kết quả đúng của các nhóm. + Nhóm 1,2: Các nam châm đặt ngần nhau thì tương tác với nhau: Các cực cùng tên thì đẩy nhau khác tên thì hút nhau + Nhóm 3,4: Đặt kim nam châm gần dây dẫn có dòng điện, kim nam châm lệch khỏi hướng Bắc – Nam. Có sự tương tác giữa nam châm – dòng điện. + Nhóm 5,6: Hai dây dẫn mang dòng điện đặt song song thì chúng tương tác với nhau: Hai dòng điện cùng chiều thì hút nhau, ngược chiều thì đẩy nhau. 1.2. Định hướng mục tiêu hoạt động Từ thí nghiệm trên ta thấy có sự tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm –dòng điện, dòng điện – dòng điện. Các tương tác này có cùng bản chất, cùng một loại tương tác không? HS: Qua thí nghiệm ta thấy rằng có thể thay thế một nam châm bằng một dòng điện hay nói cách khác thì nam châm có thể tương đương với dòng điện nên Ba tương tác này có cùng bản chất, cùng một loại tương tác. Các em đã học được các tương tác gì mà xảy ra tương tác khi hai vật đặt cách nhau? HS: Các tương tác đó là tương tác điện và tương tấc hấp dẫn. Các tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện khi sảy ra tương tác chúng đặt cách nhau. Tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện có phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn không? 1.3. Định hướng giải quyết nhiệm vụ. a. Xác định giải pháp Làm thế nào để biết được các tương tác này có phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn không? HS: Làm thí nghiệm kiểm tra. Muốn biết được tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện có phải là tương tác điện không thì thí nghiệm đó cần kiểm tra điều gì? HS: Thí nghiệm đó phải kiểm tra xem nam châm có tích điện hay không. Làm thế nào để biết được một vât (như nam châm) tích điện? HS: Ta cho vật đó tiếp xúc với điện nghiệm nếu vật đó làm hai là điện nghiệm xòe ra thì nó tích điện ngược lại nếu hai lá điện nghiệm không xòe thì vật đó không tích điện. Làm thế để kiểm tra xem tương tác giữa hai dòng điện có phải là tương tác điện hay không? HS: Ta làm thí nghiệm: Dùng hai dây dẫn, đặt song song cách điện gần nhau và làm hai lần thí nghiệm: + Lần 1: Cho dòng điện qua hai dây và quan sát trạng thái của chúng + Lần 2: Cho dòng điện đi qua một dây, dây kia được tích điện rồi quan sát trạng thái của chúng. Nếu tương tác đó là tương tác điện thì hai lần thí nghiệm đều có sự thay đổi vị trí của hai dây. Để kiểm tra xem các tương tác này có phải là tương tác hấp dẫn không, ta làm thế nào? HS: Từ định luật vạn vật hấp dẫn ta thấy tương tác hấp dẫn chỉ tồn tại lực hút. Từ các thí nghiệm ta thấy tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện tồn tại cả lực hút và đẩy. Các tương tác này không phải là tương tác hấp dẫn. b. Thực hiện giải pháp. Đối tượng thực hiện là học sinh. Đề nghị một số em làm thí nghiệm biểu diễn, các học sinh còn lại quan sát và rút xa nhận xét. HS: Làm thí nghiệm: - Thí nghiệm 1: + Cọ sát thước nhựa vào bàn rồi cho tiếp xúc với điện nghiệm thấy hai lá của điện nghiệm xòe ra. Vậy thước nhựa nhiễm điện. + Cho hai đầu thanh nam châm tiếp xúc với điện nghiệm thấy hai lá điện nghiệm vẫn cụp. Vậy nam châm không tích điện. Kết luận: Tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện không phải là tương tác điện. - Thí nghiệm 2: + Hai dây dẫn mang dòng điện đặt song song với nhau thì chúng tương tác với nhau. + Hai dây dẫn đặt song song với nhau: một dây mang dòng điện và một dây chỉ có điện tích đứng yên hoặc cả hai dây đếu tích điện không thấy có hiện tượng gì xảy ra. Kết luận: Tương tác giữa dây dẫn – dây dẫn không phải là tương tác điện. 1.4. Khái quát củng cố kết quả. Từ các thí nghiệm trên ta thấy: Các tương tác này có cùng bản chất và không phải là tương tác điện hay tương tác hấp dẫn. Nó là tương tác khác và gọi là tương tác từ. Lực tương tác trong trường hợp này gọi là lực từ. 2. Đơn vị kiến thức 2: Từ trường 2.1 Định hướng mục tiêu hoạt động. Tương tác từ giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện sảy ra ngay cả khi chúng được đặt cách nhau. Môi trường truyền tương tác này có đặc điểm gì? 2.2 Định hướng giải quyết nhiệm vụ. a. Xác định giải pháp. HS: Liên hệ với tương tác điện, suy luận tương tự để trả lời câu hỏi. b. Thực hiện giải pháp Giữa hai điện tích đứng yên có xảy ra tương tác không? Lực tương tác đó gọi là lực gì? HS: Có xảy ra tương tác giữa hai điện tích đứng yên. Lực tương tác đó gọi là lực điện. Lực điện được truyền đi bằng cách nào? HS: Lưc điện được truyền đi nhờ điện trường. Môi trường truyền tương tác từ có phải là điện trường hay không? HS: Vì tương tác giữa nam châm – nam châm, nam châm – dòng điện, dòng điện – dòng điện không phải là tương tác điện nên môi trường truyền tương tác này không phải là điện trường Môi trường truyền tương tác từ gọi là từ trường. Từ trường có tính chất gì? HS: Vì điện trường tác dụng lực lên điện tích đứng yên đặt trong nó nên từ trường cũng tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó. 2.3. Khái quát củng cố kết quả Môi trường truyền tương tác từ gọi là từ trường “Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm, dòng điện. Tính chất cơ bản của từ trường là tác dụng lực từ lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong nó”. Dòng điện là gì? HS: Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện Ta có thể nói từ trường của dòng điện thực chất là từ trường của các điện tích chuyển động. Từ trường của nam châm cũng có nguồn gốc như trên. 3. Đơn vị kiến thức 3: Đường sức từ 3.1. Định hướng mục tiêu hoạt động Ta đã biết từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm, dòng điện hay xung quanh các hạt mang điện chuyển động mà ta không nhìn thấy được Làm thế nào để phát hiện sự tồn tại của từ trường trong một khoảng không gian nào đó? Có cách nào để mô tả hoặc quan sát được hình ảnh của từ trường? 3.2. Định hướng giải quyết nhiệm vụ. a. Xác định giải pháp. HS suy luận đưa ra giải pháp: Từ trường là dạng vật chất ta không nhìn thấy được nên để phát hiện sự tồn tại của từ trường thì ta dựa vào tính chất đặc biệt của nó là tác dụng lực lên nam châm, dòng điện đặt trong nó. Làm thế nào để mô tả được hình ảnh của từ trường? HS: Vì đường sức điện để mô tả hình ảnh của điện trường. Tương tự ta sẽ dùng đường sức từ để mô tả hình ảnh của từ trường. Làm thế nào để vẽ được các đường sức từ đó? HS: Dựa vào tính chất của từ trường, ta sẽ đặt trong không gian xung quanh từ trường các kim nam châm nhỏ, từ trường tác dụng lực từ lên các kim nam châm đó làm kim nam châm đó định hướng xác định. Lúc đó ta sẽ có hình ảnh của đường sức từ. Làm thế nào để tạo ra được hình ảnh của các đường sức từ? HS suy luận: Tạo hình ảnh của điện trường bằng cách tạo điện phổ.Tương tự, ta tạo hình ảnh của từ trường bằng cách tạo từ phổ. Nêu cách tạo từ phổ? HS thảo luận để đưa ra cách tạo từ phổ. b. Thực hiện giải pháp. GV hướng dẫn học sinh thực hiện từng giải pháp đã nêu Gọi một vài học sinh lên kiểm tra xem xung quanh dây dẫn không có dòng điện và xung quanh dây dẫn có dòng điện thì ở chỗ nào có từ trường? HS: Dùng nam châm thử kiểm tra: Kết quả: Xung quanh dây dẫn không có dòng điện thì kim nam châm không quay. Xung quanh dây dẫn có dòng điện thì kim nam châm quay. Các vị trí khác nhau thì kim nam châm định hướng khác nhau. Kết luận: Xung quanh dây dẫn có dòng điện tồn tại từ trường. GV chia lớp thành 6 nhóm: + Nhóm 1: Làm thí nghiệm về sự định hướng của kim nam châm xung quanh nam châm thẳng. + Nhóm 2: Làm thí nghiệm về sự định hướng của kim nam châm xung quanh nam châm chữ U. + Nhóm 3: Làm thí nghiệm tạo từ phổ của nam châm thẳng. + Nhóm 4: Làm thí nghiệm tạo từ phổ của hai nam châm thẳng cùng cực đặt cạnh nhau. + Nhóm 5: Làm thí nghiệm tạo từ phổ của hai nam châm thẳng khác cực đặt cạnh nhau. + Nhóm 6: Làm thí nghiệm tạo từ phổ của nam châm chữ U. HS: Làm thí nghiệm theo nhóm. Quan sát học sinh làm thí nghiệm và hướng dẫn khi cần thiết HS: Trình bày kết quả của nhóm mình. Hướng dẫn Học sinh thảo luận và xác nhận kết quả đúng của các nhóm 3.3. Khái quát củng cố kết quả - Để phát hiện ra sự tồn tại của từ trường trong một miền không gian thì ta dùng một kim nam châm nhỏ đặt tại vị trí bất kì trong miền không gian ấy. - Mô tả hình ảnh của từ trường bằng các đường sức từ. “Đường sức từ là đường được vẽ sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào cũng trùng với hướng của véctơ cảm ứng từ tại điểm đó”. Hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng, nam châm chữ U (hình trên) - Bằng cách tạo từ phổ ta quan sát được hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng, nam châm chữ U (hình trên). 3.2 THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI 29: “TỪ TRƯỜNG CỦA MỘT SỐ DÒNG ĐIỆN CÓ DẠNG ĐƠN GIẢN”. 3.2.1. Các câu hỏi cơ bản và kết luận tương ứng với từng đơn vị kiến thức cần dạy. 3.2.1.1. Các câu hỏi cơ bản và kết luận tương ứng với từng đơn vị kiến thức cần day *Câu hỏi 1: Làm thế nào để mô tả hình ảnh của các đường sức từ của dòng điện thẳng, tròn và trong ống dây? Kết quả thu được về hình ảnh các đường sức từ của các dòng điện đó có dạng như thế nào? * Kết luận 1: - Mô tả hình ảnh các đường sức từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng,dây dẫn tròn và trong ống dây bằng cách tạo từ phổ. - Hình dạng đường sức từ của các dòng điện trong dây dẫn thẳng dài + Chiều đường sức từ phụ thuộc chiều dòng điện theo qui tắc nắm tay phải hoặc qui tắc đinh ốc 1: Nội dung qui tắc nắm tay phải: Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón là chiều của đường sức từ. Đường sức từ Nội dung qui tắc đinh ốc 1: Đặt cái đinh ốc dọc theo dây dẫn. Quay cái đinh ốc sao cho nó tiến theo chiều dòng điện, thì chiều quay của cái đinh ốc là chiều của các đường sức từ - Hình dạng đường sức từ của dòng điện trong dây dẫn tròn: + Chiều của đường sức xác định theo qui tắc nắm bàn tay phải hoặc qui tắc đinh ốc 2 Qui tắc nắm bài tay phải: Khi khum bàn tay phải theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện trong khung thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều các đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng Đường sức từ Bằng cách dùng đinh ốc 2: Đặt cái đinh ốc dọc theo trục khung dây. Quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện, thì cái đinh ốc tiến theo chiều của đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. - Hình dạng đường sức từ của dòng điện trong ống dây: + Chiều đường sức từ tuân theo qui tắc nắm bàn tay phải hay qui tắc đinh ốc 2: - Dùng từ phổ để quan sát hình ảnh đường sức từ của nam châm. - Dùng nam châm thử để xác định chiều của đường sức từ. - Xung quanh dòng điện có từ trường . Sự phân bố các đường sức từ phụ thuộc vào dạng mạch điện 3.2.1.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức từ trường của dòng điện thẳng, tròn và dòng điện trong ống dây - Làm thí nghiệm tạo từ phổ để quan sát hình ảnh của các đường sức từ. - Dùng nam châm thử để xác định chiều đường sức từ và rút ra qui luật về mối liên hệ giữa chiều dòng điện với chiều đường sức từ Làm thế nào để mô tả hình ảnh đường sức từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng, tròn và trong ống dây? Kết quả thu được về hình ảnh các đường sức từ của các dòng điện đó có dạng như thế nào? Làm ba thí nghiệm - Thí nghiệm 1: + Bố trí thí nghiệm: Xuyên dây dẫn đặt thẳng đứng qua một tờ bìa đặt nằm ngang. + Tiến hành thí nghiệm: Cho dòng điện qua dây dẫn. Rắc mạt sắt và gõ nhẹ lên tờ bìa + Kết quả thí nghiệm: - Thí nghiệm 2: + Bố trí thí nghiệm: Cho vòng dây đặt trong mặt phẳng thẳng đứng xuyên qua tờ bìa nằm ngang, và chứa tâm vòng dây. + Tiến hành thí nghiệm: Cho dòng điện qua dây dẫn . Rắc mạt sắt và gõ nhẹ lên tờ bìa. + Kết quả thí nghiệm: - Thí nghiệm 3: + Bố trí thí nghiệm: Cho vòng dây đặt trong mặt phẳng thẳng đứng xuyên qua tờ bìa nằm ngang và chứa tâm các vòng dây. + Tiến hành thí nghiệm: Cho dòng điện qua vòng dây. Rắc mạt sắt và gõ nhẹ lên tờ bìa + Kết quả thí nghiệm Dùng nam châm thử ta xác định được chiều của đường sức từ trong các dây đó Chiều đường sức từ phụ thuộc chiều dòng điện trong các mạch đó - Mô tả hình ảnh đường sức từ bằng cách tạo từ phổ. - Đặc điểm đường sức từ của dòng điện trong * Chiều: Xác định theo qui tắc nắm bàn tay phải hoặc qui tắc đinh ốc 1: Qui tắc nắm bàn tay phải: Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón là chiều đường sức từ. Qui tắc đinh ốc 1: Đặt cái đinh ốc dọc theo dây dẫn. Quay cái đinh ốc sao cho nó tiến theo chiều dòng điện, thì chiều quay của cái đinh ốc là chiều của các đường sức từ. * Chiều: Xác định theo qui tắc nắm tay phải hoặc qui tắc đinh ốc 2: Qui tắc nắm tay phải: Khi khum bàn tay phải theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện trong khung thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều các đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện Qui tắc đinh ốc 2: Đặt cái đinh ốc dọc theo trục khung dây. Quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện, thì cái đinh ốc tiến theo chiều của đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. * Chiều: Xác định theo qui tắc nắm tay phải hoặc qui tắc đinh ốc 2: + Dây dẫn thẳng dài: * Hình dạng: + Dây dẫn tròn * Hình dạng + Trong ống dây * Hình dạng DIỄN GIẢI Ta đã biết xung quanh dòng điện có từ trường. Mặt khác ta cũng biết cách dùng từ phổ để quan sát hình ảnh đường sức từ của nam châm và dùng nam châm thử để xác định chiều của đường sức từ. Sự phân bố các đường sức từ phụ thuộc vào dạng mạch điện. Câu hỏi đặt ra là: Làm thế nào để mô tả hình ảnh đường sức từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng, tròn và trong ống dây? Kết quả thu được về hình ảnh các đường sức từ của các dòng điện đó có dạng như thế nào? Ta đã biết cách mô tả hình ảnh đường sức từ của nam châm bằng cách tạo từ phổ. Vậy ta có thể dùng cách này để mô tả hình ảnh đường sức từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng, tròn và trong ống dây. Sau đó giáo viên tổ chức lớp hoạt động nhóm để tìm cách tạo từ phổ của dòng điện trong các mạch đó. Sau đó dùng nam châm thử để xác định chiều đường sức từ trong các mạch này. Đổi chiều dòng điện ta thấy chiều đường sức từ cũng thay đổi. Vậy chiều đường sức từ phụ thuộc vào chiều dòng điện trong mạch. Lúc này nảy sinh câu hỏi: Chiều đường sức từ liên hệ với chiều dòng điện theo qui luật gì? Nếu sử dụng bàn tay phải để xác định thì ta thấy: + Với dòng điện thẳng thì khi giơ ngón tay cái của bàn tay phải theo chiều dòng điện thì chiều các đường sức là chiều khum từ cổ tay đến bốn ngón tay kia xung quanh dây dẫn + Với dòng điện tròn: Khi khum bàn tay theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện trong khung thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. + Với dòng điện trong ống dây: Khi khum bàn tay theo các vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện trong khung thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. Ngoài cách sử dụng bàn tay phải để xác định chiều của đường sức từ thì ta còn sử chiều quay và chiều tiến của cái đinh ốc để xác định chiều đường sức từ của dòng điện trong các mạch này. 3.2.2. Mục tiêu dạy học và đề kiểm tra kết quả học. 3.3.2.1. Mục tiêu dạy học Trong khi học: - HS đưa ra các phương án thí nghiệm xác định từ phổ của dòng điện trong dây dẫn thẳng, dây dẫn tròn, trong ống dây. - HS nhận xét được hình dạng của đường sức từ trong dây dẫn thẳng, trong dây dẫn tròn và trong ống dây - Dưới sự hướng dẫn của GV, HS nêu được cách xác định chiều của đường sức từ theo qui tắc nắm bàn tay phải và qui tắc cái đinh ốc 1 của dòng điện trong dây dẫn tròn. Qui tắc nắm bàn tay phải và qui tắc đinh ốc 2 để xác định dòng điện trong ống dây. - HS xác định được véctơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng, trong dây dẫn tròn và trong ống dây. Sau khi học: - HS vẽ được hình dạng của các đường sức từ và vận dụng được qui tắc xác định chiều các đường sức từ của dòng điện thẳng, dòng điện tròn, dòng điện trong ống dây. - HS viết được các công thức tính cảm ứng từ tại + một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng + tâm dòng điện tròn + tại một điểm trong lòng ống dây mang dòng điện không đổi 3.3.2.2. Đề kiểm tra kết quả học: Câu 1: Bên trong ống dây có dòng điện không đổi chạy qua thì có từ trường A. Bằng 0 C. Tăng theo khoảng cách tính từ trục ống B. Đều D. Giảm theo khoảng cách tính từ trục ống Câu 2: Các đường sức từ của từ trường do dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua có chiều và hình dạng: A C B I D I Câu 3: Từ trường nào trong các từ trường sau giống với từ trường của một thanh nam châm thẳng A. Từ trường của một dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua . B. Từ trường của một ống dây có dòng điện chạy qua C. Từ trường của một chùm electron chuyển động song song với nhau D. Từ trường trong khoảng giữa 2 cực của một nam châm hình móng ngựa Câu 4: Độ lớn của véctơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện qua dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt trong không khí là: A. B= C. B= B. B= D. Một công thức khác. ( r là khoảng cách từ dây dẫn đến điểm xét) Câu 5. Một dòng điện 20A chạy qua dây dẫn thẳng dài đặt trong không khí.Cảm ứng từ tại những điểm cách dây 10cm có giá trị: A. C. B. D. Câu 6: Một khung dây tròn bán kính 3,14 cm có 10 vòng dây, cường độ dòng điện qua mỗi vòng dây là 0,1A. Cảm ứng tại tâm của khung dây có giá trị nào? A. C. B. D. Một đáp số khác Câu 7: Một sợi dây căng thẳng đoạn ở giữa được uốn thành vòng tròn (như hình vẽ ). Véctơ cảm ứng từ tại tâm O có: Phương vuông góc mặt phẳng hình vẽ, chiều hướng vào · O Phương vuông góc mặt phẳng hình vẽ, chiều từ trong hướng ra . I Phương hợp với mặt phẳng pháp tuyến của vòng tròn 1 góc . Phương hợp với mặt phẳng pháp tuyến của vòng tròn 1 góc . 3.2.3. Phương tiện dạy học. - Dây dẫn thẳng, tròn và ống dây - Nguồn điện một chiều - Mạt sắt, đinh ốc, các dây nối, kim nam châm 3.2.4.Tiến trình dạy học cụ thể Đơn vị kiến thức1: Từ trường của dòng điện thẳng, tròn và ống dây. 1.1 Định hướng mục tiêu hoạt động Xung quanh dòng điện có từ trường. Từ trường được biểu diễn bằng các đường sức từ. Từ trường phụ thuộc vào dạng mạch điện. Làm thế nào để mô tả hình ảnh đường sức từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng, tròn và trong ống dây? Kết quả thu được về hình ảnh các đường sức từ của các dòng điện đó có dạng như thế nào? 1.2. Định hướng giải quyết nhiệm vụ a. Xác định giải pháp. HS Suy luận đưa ra giải pháp: Mô tả hình ảnh đường sức từ của nam châm bằng cách tạo từ phổ nên ta cũng mô tả hình ảnh đường sức từ của dòng điện trong các dây dẫn này bằng cách tạo từ phổ. Sau đó dùng nam châm thử để xác định chiều của các đường sức từ đó và rút ra qui luật. b. Thực hiện giải pháp. GV tổ chức lớp hoạt động nhóm: Chia lớp thành 6 nhóm và giao nhiệm vụ cho từng nhóm: Tìm dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm. Trong đó: + Nhóm 1, 2: Làm về dòng điện thẳng. + Nhóm 3, 4: Làm về dòng điện tròn. + Nhóm 5, 6: Làm về dòng điện trong ống dây. + Tìm dụng cụ thí nghiệm tương ứng với nhiệm vụ được giao của nhóm minh. + Bố trí thí nghiệm + Tiến hành thí nghiệm. + Ghi nhận, thông báo kết quả của nhóm mình HS: Làm việc theo nhóm Quan sát học sinh thảo luận, tiến hành thí nghiệm và hướng dẫn khi cần thiết. HS: Trình bày kết quả của nhóm mình. Hướng dẫn Học sinh thảo luận và xác nhận kết quả đúng của các nhóm. Yêu cầu các nhóm làm thí nghiệm đổi chiều dòng điện và xác định chiều đường sức từ? HS: Các nhóm lần lượt làm thí nghiệm theo yêu cầu của giáo viên sau đó trình bày kết quả thí nghiệm của nhóm mình Kết quả thí nghiệm: Nhóm 1, 2: Nhóm 3, 4: Nhóm 5, 6: Chiều đường sức từ có phụ thuộc chiều dòng điện không? HS: Chiều đường sức từ phụ thuộc vào chiều dòng điện trong mạch. Chiều đường sức từ liên hệ với chiều dòng điện theo qui luật gì? HS.. Giáo viên gợi ý để HS tìm ra qui tắc: Nếu biết chiều dòng điện, liệu có thể dùng bàn tay phải để xác định chiều các đường sức từ được không? HS: Các nhóm sử dụng bàn tay phải dùng phương pháp thử sai để xác định chiều đường sức từ của dòng điện trong nhóm mình. Hướng dẫn Học sinh thảo luận và xác nhận kết quả đúng của các nhóm. + Nhóm 1, 2: Giơ ngón tay cái của bàn tay phải theo chiều dòng điện thì chiều các đường sức là chiều khum từ cổ tay đến bốn ngón tay kia xung quanh dây dẫn + Nhóm 3, 4: Khi khum bàn tay theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện trong khung thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. + Nhóm 5, 6: Khi khum bàn tay theo các vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện trong khung thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. Ngoài cách này ra người ta còn sử dụng cái đinh ốc để xác định chiều của đường sức từ Yêu cầu các nhóm sử dụng chiều quay và chiều tiến của đinh ốc để tìm qui tắc xác định chiều đường sức từ trong mạch? Các nhóm sử dụng chiều quay và chiều tiến của dòng điện để xác định. Thông báo kết quả trước lớp: + Nhóm 1, 2: Đặt cái đinh ốc dọc theo dây dẫn. Quay cái đinh ốc sao cho nó tiến theo chiều dòng điện, thì chiều quay của cái đinh ốc là chiều của các đường sức từ. + Nhóm 3, 4: Đặt cái đinh ốc dọc theo trục của khung dây. Xoay cái đinh ốc theo chiều dòng điện trong khung, thì chiều quay của cái đinh ốc là chiều của đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. + Nhóm 5, 6: Đặt cái đinh ốc dọc theo trục của ống dây. Xoay cái đinh ốc theo chiều dòng điện trong ống dây, thì chiều quay của cái đinh ốc là chiều của đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. c. Khái quát củng cố kết quả GV thông báo độ lớn của véctơ cảm ứng từ của dòng điện trong các dây dẫn này. Người ta xác định chiều đường sức từ của dòng điện thẳng bằng đinh ốc là qui tắc đinh ốc 1, trong vòng dây tròn và trong ống dây là qui tắc đinh ốc KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 Trong chương này tôi đặc biệt quan tâm tới những vấn đề sau: - Lập sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học phù hợp với trình độ HS đối với các kiến thức về việc mô tả từ trường bằng các đường sức từ thuộc chương “Từ trường” - Vận dụng các quan điểm, lý luận đã trình bày ở chương 1 thiết kế tiến trình dạy học cụ thể: 1. Từ trường. 2. Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản. - Các tiến trình dạy học đó nhằm phát huy tính tích cực, tự chủ của HS, giúp HS nắm vững được các kiến thức về việc mô tả từ trường bằng các đường sức từ trong chương “Từ trường”. Qua đó giúp các em áp dụng được các kiến thức đã học để làm các bài tập có liên quan đến phần đường sức từ của từ trường. - Trong mỗi bài học tôi đều tổ chức các tình huống học tập để đưa HS vào hoạt động giải quyết vấn đề. Các tình huống đó chứa đựng những vấn đề cần giải quyết từ đó dẫn HS tới việc suy luận lý thuyết, dự đoán mối quan hệ giữa các kiến thức cần xây dựng. - Trong các tiến trình dạy học, đối với từng đơn vị kiến thức cụ thể chúng tôi trình bày như sau: + Sơ đồ cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng kiến thức. + Mục tiêu dạy học và đề kiểm tra kết quả học. + Phương tiện dạy học. + Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể. KẾT LUẬN CHUNG Sau một thời gian nghiên cứu, đối chiếu với mục đích, nhiệm vụ của đề tài em đã giải quyết được những vấn đề sau: 1. Dựa trên cơ sở lí luận về việc tổ chức các tình huống học tập, định hướng hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ của HS. Đề tài đã xây dựng được tiến trình dạy học một số kiến thức về phần mô tả từ trường bằng các đường sức từ thuộc chương “Từ trường” theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ của HS. 2. Qua điều tra việc dạy và học của GV và HS trong hai lần thực tập sư phạm em đã rút ra được những hạn chế của việc dạy và học từ đó xây dựng được tiến trình dạy học nhằm khắc phục những hạn chế đó. 3. Do điều kiện thời gian có hạn và kiến thức về phương pháp của em cònhạn chế nên không tránh được sai sót. Em kính mong các thầy cô giáo giúp đỡ, đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn, hạn chế những thiếu sót trong nhận thức của bản thân em và để công việc giảng dạy sau này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, 05 - 2008. TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Hữu Tòng – Lý luận dạy học Vật lý ở trường trung học – Nhà xuất bản Giáo dục – 2001. Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng – Phạm Xuân Quế - Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông – Nhà xuất bản Đại học Sư phạm – 2002. Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng – Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lý ở trường phổ thông. Phạm Hữu Tòng – Nguyễn Đức Thâm – Phạm Xuân Quế - Tài liệu bồi dưỡng thường xuyên giáo viên THPT (chu kì III 2004 – 2007 ) – Nhà xuất bản Đại học Sư phạm – 2006. Phạm Hữu Tòng – Lí luận dạy học Vật lí 1 – Nhà xuất bản Đại học Sư phạm - 2005. Phạm Hữu Tòng – Dạy học Vật lí ở trường phổ thông theo hướng phát triển hoạt động tích cực, sáng tạo và tư duy khoa học – Nhà xuất bản Đại học Sư phạm – 2006 . Vật lý 11 NC – Nhà xuất bản giáo dục 2007. Sách giáo viên lớp 11 NC – Nhà xuất bản giáo dục 2007. Thiết kế bài giảng vật lý lớp 11 NC – Nhà xuất bản Hà nội. Bài tập vật lý lớp 11 NC – Nhà xuất bản giáo dục. MỤC LỤC A. MỞ ĐẦU: Lí do chọn đề tài. mục tiêu của đề tài Đối tượng nghiên cứu. Gỉa thuyết khoa học. Nhiệm vụ của đề tài. Phương pháp nghiên cứu. B. PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN. 1.1. Phương hướng đổi mới dạy học. 1.2. Các luận điểm khoa học xuất phát trong quá trình nghiên cứu chiến lược dạy học phát triển hoạt động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn đề và tư duy khoa học của HS. 1.3. Định hướng thiết kế tiến trình dạy học theo hướng phát triển hoạt động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn đề và tư duy khoa học của HS. 1.4. Thí nghiệm vật lý trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. 1.5. Tính tích cực của học sinh trong học tập. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NỘI DUNG VÀ TIẾN TRÌNH KHOA HỌC XÂY DỰNG TRI THỨC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” Ở LỚP 11 - SGK THPT. 2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Từ trường” 2.2. Nội dụng kiến thức,kĩ năng cần có sau khi học. 2.3 Những thuận lợi và khó khăn của giáo viên khi dạy chương “Từ trường” và khó khăn,sai lầm của học sinh khi học chương này. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC MỘT SỐ BÀI CỤ THỂ PHẦN “ TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG KHÁC NHAU”. 3.1. Thiết kế tiến trình dạy học bài 26: “Từ trường” 3.2. Thiết kế tiến trình dạy học bài 29: “Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản”. KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. Sách giáo khoa SGK 2. Trung học cơ sở THCS 3. Trung học phổ thông THPT 4. Giáo viên GV 5. Học sinh HS 6. Câu hỏi đặt ra cho học sinh 7. Hoạt động của giáo viên 8. Thí nghiệm TN0