CHƯƠNG 2: DẠY HỌC MỘT SỐ NỘI DUNG THUỘC “CHƯƠNG
2.1 Một số hiểu biết ban đầu và những khó khăn thường gặp của học sinh khi học chương Từ trường và chương Cảm ứng điệntừ 17
2.1.1 Những thuận lợi và khó khăn đối với học sinh khi học chương Từ trường và chương Cảm ứng điện từ
“Từ trường” và chương “Cảm ứng điện từ”.
2.1.1.1 Những thuận lợi.
Khi học chương “Từ trường” và chương “Cảm ứng điện từ” thì học sinh đã được nghiên cứu sơ bộ ở lớp 9 THCS. Tuy những vấn đề nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức độ định tính nhưng cũng tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho học sinh khi học tiếp những kiến thức này ở lớp 11 THPT.
- Do sách giáo khoa lớp 9 THCS và sách giáo khoa 11 THPT đều viết theo một chương trình đổi mới cho nên đảm bảo được tính thống nhất và trình tự trước, sau của kiến thức. Những vấn đề liên quan đến kiến thức thuộc chương
“Từ trường” và chương “Cảm ứng điện từ” đều đã được nghiên cứu ở lớp 9 THCS (chỉ ở mức độ định tính). Ở mỗi nội dung kiến thức đều có những thí nghiệm cụ thể, học sinh quan sát tiếp thu một cách dễ dàng. Bước đầu giải thích được một số nguyên nhân trong các hiện tượng vật lí.
- Trong chương “Từ trường” học sinh cũng đã biết: tương tác giữa nam châm với nam châm là tương tác từ, nam châm với dòng điện cũng là tương tác từ . Như vậy dòng điện cũng sinh ra từ trường, và sau này học sinh sẽ dễ dàng suy ra tương tác giữa dòng điện với dòng điện (ở lớp 11) cũng là tương tác từ.
Học sinh đã biết hình dạng đường sức từ của nam châm, của ống dây thẳng thông qua việc quan sát từ phổ. Biết cách xác định chiều đường sức từ theo qui
tắc nắm tay phải, biết xác định phương, chiều của lực từ bằng qui tắc bàn tay trái.
- Đối với chương “Cảm ứng điện từ”: chương này ở lớp 9 THCS không đề cập nhiều đến nguồn gốc của nó, học sinh chỉ biết rằng khi đưa nam châm lại gần hoặc ra xa vòng dây khi đó số đường sức từ gửi qua qua vòng dây tăng hay giảm thì trong vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Còn dòng điện cảm ứng có chiều và bản chất ra sao thì học sinh chưa biết.
2.1.1.2. Những khó khăn cơ bản.
Khi kết thúc chương trình lớp 9 THCS, phải sau hơn một năm đến kỳ II của lớp 11 THPT thi mới tiếp tục học đến. Như vậy trong thời gian này có thể kiến thức của học sinh đã bị lãng quên, nếu có nhớ thì cũng không chắc chắn chỉ mang tính đại khái. Hơn nữa ở lớp 9 các em đề cập đến kiến thức chỉ ở mức định tính mà chưa nghiên cứu đến mặt định lượng, cũng chưa nghiên cứu rõ nguồn gốc, bản chất của vấn đề, hiện tượng đó là gì. Do đó các em có nhiều quan niệm sai hoặc chưa đầy đủ.
2.1.2 Một số hiểu biết ban đầu và những khó khăn, sai lầm hay mắc phải khi học chương “Từ truờng” và chương “Cảm ứng điện từ”.
Ở đây chúng tôi không để cập đến vấn đề tìm hiểu toàn bộ những hiểu biết ban đầu và phân tích những khó khăn, sai lầm hay mắc phải của học sinh trong cả hai chương. Chúng tôi chỉ tập chung tìm hiểu và phân tích những khó khăn, sai lầm hay mắc phải của học sinh ở một số nội dung kiến thức có liên quan đến đề tài.
- Căn cứ vào cuộc trò truyện, trao đổi với 2 giáo viên dạy môn Vật lí lớp 9.
- Căn cứ vào kinh nghiệm của bản thân khi dạy môn Vật lí lớp 9 năm 2007-2008.
- Căn cứ vào thực tiễn khi dạy kiến thức chương “Từ trường” và chương “ Cảm ứng điện từ” Vật lí 11-THPT.
Chúng tôi nhận định khi học sinh học đến kiến thức chương “Từ trường”
và chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí L1-THPT sẽ có những hiểu biết ban đầu
và những khó khăn, sai lầm hay mắc phải như sau:
Tên bài | Hiểu biết ban đầu Khó khăn, sai lắm hay mắc phải Ở lớp 9: - Cũng có thể nhiều học sinh không
biết dòng điện có tác dụng từ.
- Xung quanh nam
chm(NC có từ. PhẩnI:
trường. Từ trường - HS khó hiểu thế nào là tam diện trong lòng NC chữ U là | thuận mà chỉ biết rằng xác lực từ được
từ trường đều. xác định theo qui tắc bàn tay trái.
- Chiêu của đường sức| Phần II: Cảm ứng từ.
Bài | tỪ đỉ ra từ cực Bắc củAl bì; chỉ xét từ trường đều, khi đưa 20: Lực | NC: và đi vào cực Nam Lụng dây ra khỏi miệng NC chữ U thì từ. Cảm | TƯANC sẽ khó làm thí nghiệm.
ứng từ | ~ Dòng điện tác dụng _ Lông biết áp đặt qui tắc bàn tay trái
lực từ lên NC.
- Dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường thì sẽ có lực từ tác
dụng lên dây dẫn.
- Biết xác định phương, chiều của lực
từ theo quy tắc bàn tay đối với các hình vẽ trong không gian, hoặc trường hợp dây không vuông góc với véc tơ # thì không biết đặt bàn tay trái như thế nào.
- Phần II mục 4: khi (7,ð)= œ . Lòng NC rất hẹp, khó làm thí nghiệm.
- Không biết biểu diễn véc tơ B tại
trái.
- Đã biết biểu diễn véc tơ toán học ở lớp 10.
- Trong đời sống HS đã biết: Nam châm hút một số kim loại như:
Thép,
Kẽm nhưng không hút
Sắt, Gang,
Nhôm, Đồng.
các điểm trong từ trường của NC (ở gần NC vé véc to B dai, xa NC vẽ véc tơ 8 ngắn hơn).
- Khi xác định góc œ hay nhầm vị trí
Lvà2
we 2 „_
1
- HS thường lúng túng khi vận dụng qui tắc bàn tay trái để xác định B; I; F khi biết hai trong ba đại lượng trên.
- HS cho rằng: lực từ tác dụng lên dây dẫn phụ thuộc vào bản chất dây dẫn(VD:
mặc dù cùng I, 1, œ nhưng lực từ tác dụng lên dây nhôm vẫn lớn hơn dây đồng).
- HS vội khẳng định rằng: Cứ có dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường thì sẽ có lực từ tác dụng lên dây dẫn đó mà không chú ý đến góc œ.
của nhiều Bài 21: trường Từ
dòng điên - HS có thê quan sát hình dạng của đường sức từ thông qua từ phổ
(lớp 9).
- HS biết hình dạng - Việc tạo ra dòng điện I có giá trị
lớn để dễ dàng quan sát từ phổ.(phải dùng đến khung dây có nhiều vòng).
- Ít HS biết việc tạo ra từ trường được ứng dụng trong đời sống như thế nào
chạy
trong dây dẫn có
hình dạng đặc
biệt
của đường sức từ của dòng điện thang, 1 vòng dây.(lớp II- bài từ trường)
- HS biết xác định chiều đường sức từ của dây dẫn thẳng, vòng
dây,(lớp 11), hình dạng
và chiều đường sức từ của ống dây(ớp 9) bằng quy tắc bàn tay phải.
nên có phần thiếu hứng thú khi học Vật lí.
- Phần từ trường của nhiều dòng điện: HS rất khó khăn khi phân tích và
tổng hợp véc tơ# khi có nhiều từ trường gây ra tại một điểm. HS có thể
chỉ cộng số học các giá trị của B ma không chú ý tới tính chất có hướng của
B.
- HS có thể cho rằng : Nếu có miếng bìa, tờ giấy che khuất nam châm hoặc dòng điện thì ở nơi bị che khuất sẽ không có từ trường.
Tw thong. Bài 23:
Cảm ứng điên từ.
HS đã biết thế nào là véc tơ tiếp tuyến và véc tơ pháp tuyến.
- HS biết khi đưa NC lại gần cuộn dây thì trong cuộn dây xuất hiện dòng điện.
- Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng là số đường sức từ qua
cuộn dây phải thay đổi.
- Từ trường B ~ I (bài
21 Từ trường của dòng * Phần I: Từ thông
- Việc xỏc định vộc tơ ứ cú hướng tuỳ ý nên Từ thông qua mặt S có thể âm hoặc dương (HS bị nhầm dấu do không để ý tới việc từ thông phụ thuộc vào chiều đã chọn của véc tơ 7).
- Đây là khái niệm mới hoàn toàn, HS tiếp thu một cách thụ động.
* Phần II. Hiện tượng cảm ứng điện
từ
- HS rất khó khăn trong việc xác định
điện chạy trong dây dẫn có hình dạng đặc
biệt)
chiều dòng điện cảm ứng
- Phân II, mục thí nghiệm 4: HS không nghĩ đến B ~ I nên khó giải thích hiện tượng trong thí nghiệm này.
* Phân II: Định luật Len xơ về chiều dòng điện cảm ứng.
- HS khó phân tích khi nào Từ thông tăng, khi nào Từ thông giảm và khó xác định từ trường của dòng điện cảm ứng.
- HS khó khăn khi xác định chiều của dòng điện cảm ứng. Cụ thể khó xác định từ trường cảm ứng, từ thông ban đầu, chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu.
* HS khong hiểu rõ bản chất về dòng đện cảm ứng :(dòng điện cảm ứng xuất hiện là do từ thông biến thiên, độ lớn phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ thông) vì vậy thường mắc một số sai lầm sau :
- HS cho rằng : cứ đặt cuộn dây trong từ trường, hoặc chuyển động trong từ trường là có dòng điện cảm ứng.(mà không xét đến sự biến thiên của từ thông).
-HS cho rằng :cứ có cuộn dây đặt
trong từ trường biến thiên là xuất hiện dòng điện cảm ứng.
- HS cho rằng : dòng điện cảm ứng chỉ có một tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông. (Trong trường hợp biến thiên từ thông do chuyển động thì dòng điện cảm ứng còn chống lại
chuyển động - nguyên nhân gây ra biến
thiên từ thông).
- HS chỉ biết rằng: Dòng điện cảm ứng và từ trường cảm ứng là hai đại lượng khác nhau mà không biết chúng có mối quan hệ với nhau: chúng chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông biến thiên.
- HS cho rằng : Từ trường càng lớn thì dòng cảm ứng càng lớn.
- HS cho rằng : dòng điện cảm ứng càng lớn nếu từ thông qua vòng dây hoặc ống dây càng lớn( không hiểu bản chất là tốc độ biến thiên từ thông).
2.2 Phân tích mục tiêu dạy học, mạch lôgic kiến thức trong chương
“Từ trường” và chương “Cảm ứng điện từ”.
2.2.1 Chương từ trường
2.2.1.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Từ trường”.
mm Tương tác từ
Từ trường
Vv
Từ trường cua
Vv
dong dién
Đường sức từ Véc tơ cảm ứng từ
Ỷ ee
Từ Từ Từ Lực từ Lực từ
trường trường trường tác tác
của của của dụng dụng
dòng dòng dòng lên lên một
điện điện điện doan dién
chay chay chay day tich
trong trong trong dan chuyén
day day ống thẳng động
dẫn dẫn dây mang trong từ
thang uốn dẫn dòng trường
dài thành hình điện đều
vũng trụ F=Bllsin [EqvB inứ
tròn a
2.2.1.2 Các kiến thức kỹ năng cần có sau khi học chương “Từ trường”
Sau khi học xong chương “ Từ trường” Học sinh cần nắm vững một số nội dung kiến thức sau:
a. Các kiến thức về Từ trường. Cảm ứng 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 và nam châm Tương tác giữa hai dòng điện
* Khái niệm về từ trường: Từ trường là dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lục từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong nó.
* Định nghĩa đường sức từ: Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
- Tính chất của đường sức từ:
+Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức từ.
+ Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
+ Chiều của đường cảm ứng từ tuân theo những qui tắc xác định( Qui tắc nắm tay phải, qui tắc vào Nam ra Bắc)
+ Người ta quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức từ mau và chỗ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa.
+ Đối với từ trường của nam châm, các đường cảm ứng từ đi ra từ cực Bắc đi vào cực Nam của nam châm.
+ Từ phổ là hình ảnh các mạt sắt sắp xếp trong từ trường. Dựa vào từ phổ ta có thể biết được gần đúng về hình dạng và sự phân bố các đường cảm ứng từ của từ trường.
* Cảm ứng từ: Cảm ứng từ tại một điểm là đại lượng véc tơ đặc trưng cho Từ trường tại điểm đó về phương diện tác dụng lực và được đo bằng thương số giữa lực tác dụng lên một đoạn dây dẫn có độ dài đủ nhỏ mang dòng điện đặt
vuông góc với đường cảm ứng từ tại điểm đó và tích của cường độ dòng điện với độ đoạn dây dẫn đó.
pot Il
*Véc tơ cảm ứng từ 8:
- Điểm đặt: Điểm khảo sát.
- Phương: Trùng với trục nam châm thử đặt tại điểm đó.
- Chiểu: từ cực Nam sang cực Bắc của nam châm thử nằm cân bằng tại
điểm đó - Độ lớn: 8=“
. Td
b. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài
- Hình dạng: Đường cảm ứng từ là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn.
- Chiều đường cảm ứng từ xác định theo quy tắc nấm tay phải.
- Quy tắc nắm tay phải:
“ Dé bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại chỉ chiều của đường sức
My?”
từ.
- Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách tâm
một khoảng r: B=2.107 1 rla
r
khoảng cách từ tâm tới điểm khảo sát)
tị
c. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn:
- Chiều đường sức từ: xác định bằng qui tắc nắm tay phải Véc tơ cảm ứng từ Z tại tâm vòng dây:
- Điểm đặt: tại tâm vòng tròn.
- Phương: vuông góc với mặt phẳng khung.
- Chiều : trùng với chiều đường cảm ứng từ tại tâm.
- Độ lớn: ứ8=2z.107 < (R là bỏn kớnh vũng day)
d. Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ:
- Hình dạng: như hình vẽ:
- Chiểu: được xác định theo qui tắc nắm tay phải.
- Từ trường trong lòng ống dây là từ trường đều.
Vộc to cam ứng từ ệ tại một điểm trong lũng ống dõy .
- Điểm đặt: tại điểm khảo sát
- Phương: vuông góc với mặt phẳng ống dây.
- Chiều : trùng với chiều đường cảm ứng từ trong ống
- Độ lớn: 8 = 4z.10”nI (n là số vòng dây cuốn trên một đơn vị chiêu dài)
* Về phương diện từ trường của ống dây có vai trò như nam châm thẳng.
e. Các kiến thức về lực từ:
* Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều.
Véc to luc tir F:
- Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn dây.
- Phương: vuông góc với 7 và 8
- Chiểu: xác định bằng qui tắc bàn tay trái.
- Độ lớn: F=Bilsina
* Qui tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều của dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 900 độ chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn đó.
* Lực tương tác giữa hai dây dẫn song song mang dòng điện.
- Hai dòng điện song song cùng chiều thì hút nhau, ngược chiều thì đẩy nhau.
- Độ lớn của của lực tác dụng lên một đoạn dây / là:
Fˆ=2.10” nh
r
* Lực Lo-ren-xơ: Lực Lo-ren-xơ là lực từ tác dụng lên một hạt điện tích chuyển động trong từ trường.
Lực Lo-ren -xơ:
- Điểm đặt: tại điện tích:
- Phương: vuông góc với mặt phẳng (7, B.) - Chiều: xác định bằng qui tắc bàn tay trái.
- Độ lớn: ƒ = |qạ|v.B.sin ứ
* Qui tắc bàn tay trái dùng để xác định lực Lo-ren-xơ:
Để bàn tay trái mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngún giữa là chiều của ứ khi qạ>0 và ngược chiều khi qụ<0. Lỳc đó chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều của ngón cái choãi ra.
* Khi điện tích chuyển động trong từ trường đều theo phương vuông góc với véc tơ cảm ứng từ Z thì điện tích chuyển động theo qui đạo tròn với bán
kinh: R = mv
lúa|5
2.2.1.3. Phân tích mục tiêu dạy học chương “Từ truờng”.
Kiến thức cần nắm ở mức độ
Tên bài Vận dụng
Nhận biết Hiểu
- Nêu được từ trường| - Biết cách phát|- Vẽ được các tồn tại ở những đâu | hiện sự tồn tại của |đường sức từ biểu và có tính chất gì. từ trường trong ldiễn từ trường của
- Phát biểu được định | trường hợp từ|nam châm thẳng, nghĩa và nêu được trường không quá|của dòng điện bốn tính chất cơ bản yếu. thẳng dài, của của các đường sức từ.| - Xác định được vòng dây có dòng
Bài 12: chiều các đường sức điện chạy qua.
Từ trường từ của dòng điện|- Xác định được
trong dây dẫn phương, chiều của thang, vòng dây |từ trường tại một tròn, xác định được |điểm.
mặt Nam, mặt Bắc của một dòng điện chạy trong một mạch kín.
- Mô tả được thí - Viết và hiểu|- Biểu diễn được Bài 20:
Lực từ. Cảm
ứng từ. nghiệm xác định cảm ứng từ.
- Phát biểu được định nghĩa véc tơ cảm ứng
được công thức định luậ Ampe và ý nghĩa của từng đại lượng trong công
véc to Cam ting tir
tai mot diém bat ky.
- Xác định được