Issuu

LUẬN VĂN SIÊU CẤP CHANNEL

vectorstock.com/5933716

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VÀ “HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ LỚP 11 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH (2018) WORD VERSION | 2018 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ---------------------------

KIỀU ĐỖ NGỌC TRINH

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “TỪ TRƢỜNG” VÀ “HIỆN TƢỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ LỚP 11 THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÍ

Đà Nẵng – Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ---------------------------

KIỀU ĐỖ NGỌC TRINH

Chuyên ngành Mã số

: Lý luận và PPDH Bộ môn Vật lí : 8.14.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÍ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG

Đà Nẵng – Năm 2018

Để hoàn thành được luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo – T.S Nguyễn Mạnh Hùng – người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi xin cám ơn tất cả các thầy cô giáo đã giảng dạy khóa Cao học K33, Lí luận và phương pháp dạy học Vật Lí trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng đã cung cấp cho tôi những kiến thức về lí luận cũng như những kinh nghiệm thực tiễn qua thời gian học tập tại trường, làm cơ sở để tôi hoàn thành tốt đề tài này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè, các bạn học viên trong lớp,các thầy cô giáo trường THPT Hoàng Hoa Thám những người đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song cũng không tránh khỏi những hạn chế, sai sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2018 Học viên Kiều Đỗ Ngọc Trinh

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................. iii MỤC LỤC ......................................................................................................................v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................ix DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................x DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ...........................................................................................xi MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài ...................................................................................................1 2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ...............................................................................2 3. Mục đích nghiên cứu.............................................................................................3 4. Giả thuyết khoa học ..............................................................................................3 5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................3 6. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................3 7. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................4 8. Bố cục đề tài..........................................................................................................4 9. Đóng góp của đề tài .............................................................................................5 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH .................................................................................................6 1.1. Sáng tạo và năng lực sáng tạo ..................................................................................6 1.1.1. Sáng tạo và tƣ duy sáng tạo ............................................................................6 1.1.2. Năng lực sáng tạo............................................................................................7 1.1.3. Các biểu hiện của năng lực sáng tạo ...............................................................8 1.1.4. Phát triển năng lực sáng tạo của HS trong dạy học vật lí .............................11 1.1.5. Tiêu chí kiểm tra, đánh giá năng lực sáng tạo của HS trong dạy học vật lí .12 1.2. Bài tập vật lí thực tiễn.............................................................................................15 1.2.1. Bài tập vật lí ..................................................................................................15 1.2.2. Bài tập vật lí thực tiễn (BTVL thực tiễn) và vai trò của chúng trong việc phát triển năng lực sáng tạo (NLST) ............................................................................. 15 1.3. Hệ thống bài tập vật lí thực tiễn .............................................................................23 1.4. Xây dựng và sử dụng bài tập vật lí thực tiễn theo hƣớng phát triển NLST của HS .................................................................................................................................23 1.4.1. Bài tập định hƣớng phát triển năng lực.........................................................23

vi 1.4.2. Quan hệ giữa sử dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn và việc phát triển năng lực sáng tạo của HS ..............................................................................................25 1.4.3. Cách sử dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn nhằm phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình dạy học .......................................................................26 1.5. Tình hình sử dụng bài tập vật lí gắn với thực tiễn trong dạy học ở trƣờng THPT theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo........................................................................30 1.5.1. Nhận thức về tƣ duy sáng tạo và thực trạng của việc bồi dƣỡng năng lực sáng tạo cho học sinh ở các trƣờng trung học phổ thông hiện nay ...............................30 1.5.2. Thực trạng về vấn đề sử dụng bài tập vật lí để bồi dƣỡng năng lực sáng tạo cho học sinh ở các trƣờng THPT hiện nay ..............................................................30 1.5.3. Một số nguyên nhân cơ bản ..........................................................................30 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ..............................................................................................31 CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC TIỄN CHƢƠNG “TỪ TRƢỜNG” VÀ “HIỆN TƢỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ LỚP 11 THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH ...............................................................................................32 2.1. Phân tích cấu trúc của chƣơng Từ trƣờng và Cảm ứng điện từ..............................32 2.1.1. Phân tích cấu trúc của chƣơng Từ trƣờng .....................................................32 2.1.2. Phân tích cấu trúc chƣơng hiện tƣợng cảm ứng điện từ ...............................50 2.2. Xây dựng hệ thống bài tập ứng dụng thực tiễn chƣơng Từ trƣờng .......................64 2.3. Xây dựng hệ thống bài tập ứng dụng thực tiễn chƣơng hiện tƣợng cảm ứng điện từ ............................................................................................................................75 2.4. Xây dựng các tiến trình dạy học có sử dụng bài tập thực tiễn theo hƣớng phát triển NLST của HS ........................................................................................................78 2.4.1. Tiến trình dạy học bài 1 ................................................................................79 2.4.2. Tiến trình dạy học bài 2 ...............................................................................79 2.4.3. Tiến trình dạy học bài 3 ................................................................................89 2.4.4. Tiến trình dạy học bài 4 ................................................................................95 2.4.5. Tiến trình dạy học bài 5 ................................................................................95 2.4.6. Tiến trình dạy học bài 6 ................................................................................98 2.5. Xây dựng công cụ đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh qua hệ thống bài tập thực tiễn đƣợc sử dụng trong tiến trình dạy học. .....................................................98 2.5.1. Hoạt động của GV ........................................................................................99 2.5.2. Hoạt động của HS .........................................................................................99 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ............................................................................................100 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ............................................................101

vii 3.1. Mục đích, nhiệm vụ TNSP ...................................................................................101 3.1.1. Mục đích TNSP...........................................................................................101 3.1.2. Nhiệm vụ của TNSP ...................................................................................101 3.2. Nội dung TNSP ....................................................................................................101 3.2.1. Công tác chuẩn bị TNSP .............................................................................101 3.2.2. Chọn đối tƣợng TNSP.................................................................................101 3.2.3. Tiến hành TNSP ..........................................................................................101 3.3. Kết quả TNSP .......................................................................................................102 3.3.1. Phƣơng pháp xử lí kết quả ..........................................................................102 3.3.2. Bảng số liệu kết quả thu đƣợc .....................................................................103 3.3.3. Các đƣờng tần số tích lũy ứng với lớp ĐC và lớp TN ................................104 3.3.4. Phân tích kết quả và kiểm định tính chính xác của kết quả thu đƣợc .........104 3.3.5. Sản phẩm, mô hình trong quá trình sử dụng hệ thống BTVLTT phát huy năng lực sáng tạo .........................................................................................................105 3.3.6. Kết luận về thực nghiệm .............................................................................116 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ............................................................................................118 KẾT LUẬN ................................................................................................................119 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................121 PHỤ LỤC

viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT

Viết tắt

Viết đầy đủ

1 2

BT BTVLTT

Bài tập Bài tập vật lí thực tiễn

3 4

ĐC GV

Đối chứng Giáo viên

5 6 7

HS NLST PPDH

Học sinh Năng lực sáng tạo Phƣơng pháp dạy học

8 9

QTDH SGK

Quá trình dạy học Sách giáo khoa

10 11 12

TDST THPT TN

Tƣ duy sáng tạo Trung học phổ thông Thực nghiệm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

3.1.

Bảng phân phối tần số kết quả

103

3.2.

Bảng phần trăm số học sinh đạt điểm Xi trở xuống

103

3.3.

Bảng phân phối tần số tích lũy tiến

104

3.4.

Tiêu chí đánh giá kết quả sản phẩm

105

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

2.1.

Đƣờng sức từ của nam châm thẳng.

2.2.

Thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động.

2.3.

Chu trình từ trễ

2.4.

Bão từ

2.5.

Cấu tạo điện kế khung quay

2.6.

Cấu tạo động cơ điện một chiều

2.7.

Cấu tạo loa điện động

2.8.

Chuyển động của chùm điện tử trong từ trƣờng và điện trƣờng

2.9.

Máy gia tốc Xiclotron

2.10.

Thí nghiệm về hiện tƣợng cảm ứng điện từ

2.11.

Minh họa bên trong nguồn điện

2.12.

Chuyển động của thanh MN trong từ trƣờng đều

2.13.

Hiện tƣợng cảm ứng điện từ

2.14.

Dòng điện Fu - co

2.15.

Hiện tƣợng tự cảm

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Số hiệu sơ đồ

Tên sơ đồ

Trang

1.1.

Các bƣớc giải bài tập Vật Lí

1.2.

Tiến trình dạy học theo hƣớng sử dụng BTTT để phát triển NLST cho HS.

MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trƣớc xu thế hội nhập cùng với sự bùng nổ thông tin, đòi hỏi mỗi ngƣời lao động không những phải có trình độ mà phải thực sự năng động, sáng tạo, biết tiếp thu thông tin và xử lí thông tin để tìm ra giải pháp tốt nhất cho những vấn đề đặt ra trong thực tế cuộc sống. Nghị quyết Hội nghị Ban chấp hành Trung ƣơng Đảng lần thứ 2 (khoá VIII) đã chỉ rõ: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học…”. Để đáp ứng yêu cầu đó, dạy học hiện nay không chỉ truyền thụ kiến thức mà phải chú trọng đến năng lực hoạt động của học sinh (HS). Trong vật lí học, quá trình tƣ duy sáng tạo của học sinh về bản chất cũng tƣơng tự nhƣ quá trình tƣ duy của nhà vật lí học, tức là cũng có sự nổ lực vƣợt qua các khó khăn để đi từ chƣa biết đến biết, tuy khác nhau về mức độ và điều kiện nghiên cứu. Dựa vào sự tƣơng tự về bản chất của quá trình nhận thức của học sinh khi học tập vật lí và của nhà vật lí học khi nghiên cứu vật lí, có thể xây dựng những bài tập sáng tạo về vật lí để bồi dƣỡng tƣ duy sáng tạo cho học sinh.Vật lí là một môn học tự nhiên không chỉ cung cấp cho ngƣời học sự hiểu biết các hiện tƣợng tự nhiên, kỹ thuật mà còn là môn học giúp ngƣời học phát triển năng lực tƣ duy thông qua những suy luận có tính logic hoặc qua những hệ thống các bài tập mà chƣơng trình môn học đƣa ra. Với bộ môn Vật lí, để học tốt thì học sinh vừa phải nắm vững bản chất, nội dung của các định luật, hiện tƣợng, các thuyết,… vừa phải biết vận dụng những kiến thức đó vào thực tiễn. Vì vậy học sinh cần phải có một phƣơng pháp học tích cực, chủ động, có cơ hội tiến hành các thí nghiệm, phân tích các bài tập, liên hệ với thực tiễn thì mới hiểu bài một cách sâu sắc. Nói về chƣơng “Từ trƣờng” và “Cảm ứng điện từ”, đây là một chƣơng tƣơng đối khó đối với học sinh lớp 11. Nhiều em không hiểu hoặc hiểu một cách hời hợt phần kiến thức trong chƣơng này. Thiết nghĩ nếu các em có cơ hội tự tìm tòi, nghiên cứu, trao đổi với giáo viên và các bạn thì nhất định hiệu quả học tập của các em sẽ đƣợc nâng lên đáng kể. Là một môn khoa học thực nghiệm, vật lí có rất nhiều khả năng trong việc phát triển những năng lực nhận thức cho học sinh. Nó cung cấp cho học sinh những tri thức khoa học phổ thông, cơ bản về mối liên hệ qua lại giữa khoa học kĩ thuật, môi trƣờng thực tiễn, đời sống hằng ngày và con ngƣời. Việc vận dụng những kiến thức lí thuyết này vào cuộc sống, việc giải các bài tập có nội dung gắn với thực tiễn sẽ làm phát triển ở các em tính tích cực, tự lập, óc sáng kiến, những hứng thú nhận thức, tinh thần vƣợt khó, tức là những phẩm chất quí báu đối với cuộc sống, lao động sản xuất. Giải bài tập vật lí là lúc học sinh hoạt động tự lực để củng cố và trau dồi kiến

2 thức của mình. Do vậy, bài tập vật lí vừa là mục đích, vừa là nội dung, lại vừa là phƣơng pháp dạy học hiệu nghiệm. Thực tế dạy học cho thấy, bài tập vật lí nói chung có tác dụng giúp học sinh rèn luyện và phát triển tƣ duy. Thông qua việc giải những bài tập có những điều kiện và yêu cầu thƣờng gặp trong thực tiễn (bài tập gắn với thực tiễn) nhƣ: bài tập về từ trƣờng trái đất, chuông điện, máy phát điện, động cơ điện… sẽ làm tăng lòng say mê học hỏi, phát triển tƣ duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề ở học sinh. Việc tăng cƣờng sử dụng bài tập thực tiễn trong dạy và học vật lí sẽ góp phần thực hiện nguyên lí giáo dục của Đảng Cộng sản Việt Nam: “Học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao động sản xuất, lí luận gắn liền với thực tiễn”. Tuy nhiên, trong các sách giáo khoa vật lí ở Việt Nam, số lƣợng các bài tập gắn với thực tiễn chƣa đa dạng, chƣa nhiều, chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu giải thích những vấn đề liên quan vật lí trong đời sống và sản xuất của GV cũng nhƣ học sinh. Học sinh có thể giải thành thạo các bài tập vật lí phức tạp nhƣng khi cần phải dùng kiến thức vật lí để giải quyết một tình huống cụ thể trong thực tiễn thì các em lại rất lúng túng. Trên quan điểm đó cùng với sự mong muốn xây dựng đƣợc hệ thống bài tập vật lí có chất lƣợng tốt, góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học vật lí phổ thông, phù hợp với việc đổi mới phƣơng pháp dạy và học, tôi đã chọn đề tài “XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “TỪ TRƢỜNG” VÀ “HIỆN TƢỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ LỚP 11 THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH”. 2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Trong quá trình dạy và học môn vật lí, nếu giáo viên chỉ ra đƣợc sự gần gũi giữa môn học với thực tế cho học sinh thấy thì các em sẽ yêu thích môn vật lí hơn. Bộ Sách giáo khoa mới hiện nay có rất nhiều các tƣ liệu kèm theo các hình ảnh sống động phần nào đó đáp ứng đƣợc yêu cầu đổi mới trong dạy học. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân nên việc gắn bài học với các nội dung có liên quan đến thực tiễn còn rất hạn chế. Nhiều bài tập vật lí còn xa rời thực tiễn cuộc sống và sản xuất, quá chú trọng đến các tính toán phức tạp. Để phần nào đáp ứng nhu cầu đổi mới nội dung, phƣơng pháp giảng dạy và học tập môn vật lí phổ thông theo hƣớng gắn bó với thực tiễn, đã có một số sách tham khảo đƣợc xuất bản, chẳng hạn: “Những bài tập định tính về vật lí cấp ba” của M.E. Tultrinxki; “Bài tập định tính và câu hỏi thực tế” của Nguyễn Dũng, Nguyễn Đức Minh, Ngô Quốc Quýnh; “Hỏi đáp những hiện tượng vật lí” của Nguyễn Đức Minh và Ngô Văn Khoát; “Bài tập định tính và câu hỏi thực tế ” của Nguyễn Thanh Hải viết cho các lớp 6, 7, 8, 9, 10,11 và 12. Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc sử dụng hệ thống bài tập theo định hƣớng phát triển năng lực của HS, chẳng hạn luận văn thạc sĩ của Lê Văn

3 Đán “Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Từ trường”, vật lí 11 theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh” [7]. Công trình này đã nghiên cứu cơ sở lí luận của phƣơng pháp dạy học Vật lí để phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dƣỡng năng lực sáng tạo của học sinh, đặc biệt chú ý đến cơ sở lí luận về dạy giải bài tập vật lí phổ thông. Hay luận văn NCS của Vũ Thị Minh “Nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo trong dạy học phần Cơ học lớp 10 – trung học phổ thông”[11] đã phát triển theo hƣớng mới là làm thế nào để bồi dƣỡng năng lực TDST và đánh giá định lƣợng năng lực TDST của HS trong DHVL thông qua việc sử dụng BTST. Tuy nhiên, do xuất phát từ các mục đích khác nhau nên các công trình nghiên cứu trên chƣa đi sâu vào việc xây dựng và sử dụng có hiệu quả BTTT theo hƣớng phát triển NLST cho HS trong dạy học vật lí ở trƣờng THPT. Với đề tài của mình, chúng tôi sẽ kế thừa những cơ sở lí luận của các công trình nghiên cứu trƣớc đây, điểm mới ở đây là chú trọng nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống BTTT chƣơng “Từ trƣờng” và chƣơng “Hiện tƣợng cảm ứng điện từ” Vật lí 11 theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho HS, góp phần nâng cao chất lƣợng học tập của HS khối lớp 11 nói riêng và của HS bậc THPT nói chung. 3. Mục đích nghiên cứu Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn trong dạy học hai chƣơng từ trƣờng và cảm ứng điện từ (vật lí lớp 11) theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo của HS nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học vật lí ở trƣờng THPT. 4. Giả thuyết khoa học Trong dạy học chƣơng từ trƣờng và cảm ứng điện từ, nếu GV xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập vật lí gắn với thực tiễn phù hợp thì sẽ phát triển đƣợc năng lực sáng tạo của HS. 5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học vật lí ở trƣờng THPT. Đối tƣợng nghiên cứu: Quá trình xây dựng và sử dụng bài tập vật lí vào dạy học. Phạm vi nghiên cứu: Quá trình dạy học Chƣơng “Từ trƣờng” và “Cảm ứng điện từ” Vật lí lớp 11 SGK nâng cao. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu lí luận về bài tập vật lí, bài tập vật lí thực tiễn. Nghiên cứu về sáng tạo, năng lực sáng tạo, các biện pháp phát triển NLST cho HS trong dạy học và cách đánh giá sự phát triển NLST của HS. Tuyển chọn và xây dựng hệ thống bài tập vật lí gắn với thực tiễn dùng trong

4 dạy học chƣơng từ trƣờng và cảm ứng điện từ ở trƣờng THPT. Nghiên cứu cách sử dụng hệ thống bài tập vật lí gắn với thực tiễn trong dạy học theo định hƣớng phát triển năng lực ST của HS. Xây dựng các tiến trình dạy học có sử dụng các bài tập thực tiễn theo hƣớng phát triển NLST của HS. Thực nghiệm sƣ phạm để đánh giá tính khả thi của hệ thống bài tập, của các tiến trình dạy học và để kiểm tra giả thuyết khoa học. 7. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu các văn bản của Đảng, Nhà Nƣớc, của Bộ giáo dục và đào tạo có liên quan đến đề tài. Nghiên cứu cơ sở lí luận về tâm lí học, giáo dục học và về bài tập vật lí. Nghiên cứu mục tiêu, nội dung chƣơng trình vật lí lớp 11 nâng cao, đặc biệt là Chƣơng “Từ trƣờng” và “Cảm ứng điện từ” Vật lí lớp 11 SGK nâng cao và các chƣơng có liên quan đến kiến thức của chƣơng này Nghiên cứu thực tiễn: Quan sát sƣ phạm, sử dụng phƣơng pháp chuyên gia. Thực nghiệm sƣ phạm.để đánh giá tính khả thi của hệ thống bài tập và các tiến trình dạy học, kiểm chứng giả thuyết khoa học. Điều tra: Tham khảo ý kiến của giáo viên hƣớng dẫn cũng nhƣ một số giáo viên Vật lí có kinh nghiệm dạy lớp 11 để học hỏi và trau dồi kinh nghiệm dạy học cũng nhƣ cách hƣớng dẫn học sinh phát triển năng lực sáng tạo. Thăm dò thái độ của học sinh trƣớc và sau khi đƣợc giáo sinh tổ chức các bài học theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo của học sinh. Thống kê toán học: Để xử lí kết quả thu nhận đƣợc qua quan sát, điều tra và thực nghiệm SP. 8. Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận. Luận văn gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1. Cơ sở lí luận của việc phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh Chƣơng 2. Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thực tiễn chƣơng “từ trƣờng” và “hiện tƣợng cảm ứng điện từ” vật lí lớp 11 theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh Chƣơng 3. Thực nghiệm sƣ phạm

5 9. Đóng góp của đề tài Trong khuôn khổ của luận văn, chúng tôi đã nghiên cứu cơ sở lí luận về việc xây dựng và vận dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn phát triển năng lực sáng tạo cho của HS. Chúng tôi đã làm rõ nội dung, các tiêu chí, đánh giá năng lực sáng tạo và các mức độ của bài tập vật lí thực tiễn cũng nhƣ việc phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình dạy và học. Đồng thời, chúng tôi cũng đã phân tích và làm rõ mối quan hệ giữa bài tập vật lí thực tiễn và định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo của HS. Từ kết quả thu đƣợc khi nghiên cứu nội dung, chƣơng trình, sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo liên quan chúng tôi đã tuyển chọn và xây dựng đƣợc một hệ thống BTTT của chƣơng “Từ trƣờng” và “Hiện tƣợng cảm ứng điện từ” thuộc chƣơng trình vật lí lớp 11 THPT theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho HS và đƣợc sắp xếp theo các mức độ đã đƣợc phân loại phát huy đƣợc tính tích cực, sáng tạo trong học tập của HS.

CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH 1.1. Sáng tạo và năng lực sáng tạo 1.1.1. Sáng tạo và tư duy sáng tạo Sáng tạo là gì? Sáng tạo là năng lực đặc trƣng vƣợt trội của con ngƣời so với loài vật. Nhờ có sáng tạo con ngƣời tạo ra những sản phẩm kì diệu mà thiên nhiên hào phóng không thể có đƣợc; tạo ra những sản phẩm vật chất và tinh thần ngày càng phong phú, đa dạng và tinh vi. Sáng tạo có ở trong mọi lĩnh vực hoạt động của con ngƣời (khoa học, nghệ thuật, kinh tế, chính trị...). Bởi bất kì hoạt động nào không theo khuôn mẫu cũ khiến nảy sinh vấn đề và có sự giải quyết nó một cách thỏa đáng đều mang tính sáng tạo. Ở điều kiện phát triển bình thƣờng, ai cũng có năng lực sáng tạo, chỉ khác nhau ở chỗ: năng lực sáng tạo cao hay thấp và có khả năng phát huy hay không. Theo Trần Việt Dũng, “Sáng tạo là quá trình hoạt động của con ngƣời tạo ra cái mới có giá trị giải quyết vấn đề đặt ra một cách hiệu quả, đáp ứng nhu cầu xác định của con ngƣời” [4]. Theo Vugotxki L.X.: Hoạt động sáng tạo là bất cứ hoạt động nào của con ngƣời tạo ra đƣợc cái gì mới, không kể rằng cái đƣợc tạo ra ấy là vật cụ thể hay là sản phẩm của trí tuệ hoặc tình cảm chỉ sống và biểu lộ trong bản thân con ngƣời. Theo Torrance P.E: Sáng tạo là quá trình xác định các giả thuyết, nghiên cứu chúng và tìm ra kết quả. Ông cho rằng sáng tạo “là quá trình trở nên nhạy cảm hay nhận biết nhiều vấn đề, sự thiếu hụt hay lỗ hổng trong kiến thức, sự thiếu hụt các yếu tố hay sự thiếu hòa hợp, v.v... cùng nhau đƣa đến các mối quan hệ mới với những thông tin hiện tại có giá trị từ đó dẫn đến tìm kiếm những phƣơng án giải quyết, những phỏng đoán, công thức hóa về vấn đề”. Nhà tâm lí học Mỹ Willson M. cho rằng: “Sáng tạo là quá trình mà kết quả là tạo ra những kết hợp mới cần thiết từ các ý tƣởng dạng năng lƣợng, các đơn vị thông tin, các khách thể hay tập hợp của hai ba các yếu tố nêu ra”. Theo Chu Quang Tiềm, “Sáng tạo, căn cứ vào những ý tƣởng đã có sẵn làm tài liệu rồi cắt xén, chọn lọc, tổng hợp lại để thành một hình tƣợng mới”. Quan niệm này nhấn mạnh đến những cái đã biết làm cơ sở cho sự sáng tạo. Nguyễn Đức Uy cho rằng: “Sáng tạo là sự đột khởi thành hành động của một sản phẩm liên hệ mới mẻ, nảy sinh từ sự độc đáo của một cá nhân và những tƣ liệu, biến cố, nhân sự, hay những hoàn cảnh của đời ngƣời ấy”. Quan điểm này cho rằng không có sự phân biệt về sáng tạo, nghĩa là sáng tạo dù ít, dù nhiều đều là sáng tạo. Trong cuốn “Sổ tay Tâm lí học”, tác giả Trần Hiệp và Đỗ Long cho rằng: “Sáng tạo là

7 hoạt động tạo lập phát hiện những giá trị vật chất và tinh thần. Sáng tạo đòi hỏi cá nhân phải phát huy năng lực, phải có động cơ, tri thức, kĩ năng và với điều kiện nhƣ vậy mới tạo nên sản phẩm mới, độc đáo, sâu sắc”. Nguyễn Huy Tú (1996), trong “Đề cƣơng bài giảng Tâm lí học sáng tạo”, định nghĩa sáng tạo nhƣ sau: “Sáng tạo thể hiện khi con ngƣời đứng trƣớc hoàn cảnh có vấn đề. Quá trình này là tổ hợp các phẩm chất và năng lực mà nhờ đó con ngƣời trên cơ sở kinh nghiệm của mình và bằng tƣ duy độc lập tạo ra đƣợc ý tƣởng mới, độc đáo, hợp lí trên bình diện cá nhân hay xã hội. Ở đó ngƣời sáng tạo gạt bỏ đƣợc các giải pháp truyền thống để đƣa ra những giải pháp mới độc đáo và thích hợp cho vấn đề đặt ra”. Theo từ điển triết học, “Sáng tạo là quá trình hoạt động của con ngƣời tạo ra những giá trị vật chất, tinh thần, mới về chất. Các loại hình sáng tạo đƣợc xác định bởi đặc trƣng nghề nghiệp nhƣ khoa học, kĩ thuật, văn học, nghệ thuật, tổ chức, quân sự,... Có thể nói sáng tạo có mặt trong mọi lĩnh vực của thế giới vật chất và tinh thần”. Vậy có thể hiểu rằng, sáng tạo là quá trình hoạt động của con người tạo ra được cái mới, cái mới ấy là vật phẩm cụ thể hoặc là một sản phẩm trí tuệ có giá trị giải quyết vấn đề đặt ra. 1.1.2. Năng lực sáng tạo Năng lực là khả năng, điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó. Huỳnh Văn Sơn cho rằng: “Năng lực sáng tạo là khả năng tạo ra những cái mới hoặc giải quyết vấn đề một cách mới mẻ của con ngƣời”. Tƣơng tự, Hồ Bá Thâm có quan niệm ngắn gọn: “Năng lực sáng tạo là năng lực tạo ra cái mới về chất hợp quy luật” [16]. Năng lực sáng tạo là khả năng tạo ra cái mới có giá trị của cá nhân dựa trên tổ hợp các phẩm chất độc đáo của cá nhân đó. Năng lực sáng tạo là cái tiềm ẩn bên trong cá nhân, sáng tạo là sự hiện thực hóa năng lực sáng tạo của chủ thể bằng những sản phẩm sáng tạo. Một khi có năng lực sáng tạo thì liệu có ngay sản phẩm sáng tạo hay không? Trong đa số trƣờng hợp, có năng lực sáng tạo của bản thân cá nhân thì chƣa đủ, cần phải có điều kiện, môi trƣờng sáng tạo để năng lực sáng tạo đó phát huy. Một kĩ sƣ có ý tƣởng rất độc đáo về một loại máy bay đặc biệt nhƣng nếu không có tiền, không có nhà xƣởng, máy móc thiết bị để thiết kế thử nghiệm thì mãi mãi chỉ nằm ở dạng ý tƣởng đơn thuần, không thể trở thành sản phẩm sáng tạo cụ thể, chƣa kể đến môi trƣờng sáng tạo có thuận lợi hay không; ủng hộ, khuyến khích hay chê bai, chế nhạo ý tƣởng đó. “Năng lực sáng tạo… dựa trên tổ hợp phẩm chất độc đáo của cá nhân đó”, vậy tổ hợp đó ở đây là gì? Đó chính là những đặc điểm về tâm - sinh lí (thể lực, trí tuệ…)

8 của chủ thể, nhƣng không phải là toàn bộ những yếu tố tâm - sinh lí mà chỉ có những yếu tố nào góp phần (hay tham gia) đáng kể vào việc hình thành nên sản phẩm sáng tạo. Xét về tổng thể, có thể kể đến ba thành phần cơ bản trong năng lực sáng tạo, đó là tƣ duy sáng tạo,động cơ sáng tạo và ý chí [4]. Năng lực độc lập sáng tạo trong việc xử lí các vấn đề thực tiễn. Mức độ thể hiện của năng lực này là: Chủ động sáng tạo lựa chọn phƣơng pháp, cách thức giải quyết vấn đề; Có năng lực hiểu biết và tham gia thảo luận về các vấn đề hiện tƣợng vật lí liên quan đến cuộc sống thực tiễn và bƣớc đầu biết tham gia nghiên cứu khoa học để giải quyết các vấn đề đó. Có nhiều phƣơng pháp có thể áp dụng để phát triển năng lực vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn cho HS, trong bài báo này chúng tôi nghiên cứu xây dựng và sử dụng BTTT trong dạy học vật lí THPT để phát triển năng lực sáng tạo của HS [2]. Kiến thức vật lí dạy trong trƣờng phổ thông là những kiến thức đã đƣợc loài ngƣời khẳng định, tuy vậy chúng luôn luôn là mới mẻ đối với HS. Việc nghiên cứu kiến thức mới sẽ thƣờng xuyên tạo ra những tình huống phải đƣa ra những sáng kiến mới, giải pháp mới đối với chính bản thân họ. Do đó, có thể nói quá trình học tập của HS có bản chất là hoạt động sáng tạo. Ngoài tính cách tân của sản phẩm, đặc điểm tâm lí quan trọng của sáng tạo là tínhhiếm có, tính khó khăn, tính bất ngờ của phát kiến và tính ngẫu nhiên của phỏng đoán. Những đặc điểm đó làm phân biệt hoạt động sáng tạo với hoạt động tái tạo. Năng lực sáng tạo gắn liền với kỹ năng, kỹ xảo và vốn hiểu biết của chủ thể. Trong bất cứ lĩnh vực hoạt động nào, càng có nhiều tri thức, càng có nhiều kỹ năng kỹ xảo thì càng nhạy bén hơn trong dự đoán, càng đề ra đƣợc nhiều phƣơng án để lựa chọn, càng tạo điều kiện cho trực giác phát triển. Bởi vậy không thể rèn luyện năng lực sáng tạo tách rời, độc lập với học tập kiến thức, rèn luyện kỹ năng về một lĩnh vực nào đó [10]. Sự phân tích năng lực sáng tạo cho phép ta tìm ra con đƣờng xây dựng và tổ chức hoạt động học của HS nhằm phát triển năng lực sáng tạo. Trong luận văn này, đó là cơ sở để xây dựng và vận dụng hệ thống bài tập thực tiễn Vật lí vào trong dạy học nhằm phát triển năng lực sáng tạo. 1.1.3. Các biểu hiện của năng lực sáng tạo Ngƣời có năng lực sáng tạo thƣờng có óc tƣ duy độc lập và óc phê phán; luôn say sƣa nung nấu các ý tƣởng mới; luôn đi vào các vấn đề cơ bản nhất để tìm ra quy luật; có khả năng dự báo; luôn tìm ra nhiều giải pháp để ứng xử, để giải quyết độc đáo, tối ƣu một vấn đề thực tế. Biểu hiện năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh theo Dự thảo

9 Chƣơng trình giáo dục tổng thể của Bộ giáo dục và đào tạo ngày 11/4/2017 [5] Năng lực

Cấp tiểu học

Cấp trung học cơ sở

Cấp trung học phổ thông

3.1. Nhận ra ý Xác định và làm rõ Xác định và làm rõ Xác định và làm rõ thông tin, ý tƣởng thông tin, ý tƣởng thông tin, ý tƣởng mới tƣởng mới mới đối với bản thân mới; phân tích, tóm và phức tạp từ các từ các nguồn tài liệu tắt những thông tin nguồn thông tin khác cho sẵn theo hƣớng liên quan từ nhiều nhau; phân tích các dẫn.

nguồn khác nhau.

nguồn thông tin độc lập để thấy đƣợc khuynh hƣớng và độ tin cậy của ý tƣởng mới.

3.2. Phát hiện Thu nhận thông tin và làm rõ vấn từ tình huống, nhận ra những vấn đề đơn đề giản và đặt đƣợc câu hỏi.

Phân tích đƣợc tình Phân tích đƣợc tình huống trong học tập; phát hiện và nêu đƣợc tình huống có vấn đề trong học tập.

huống trong học tập, trong cuộc sống; phát hiện và nêu đƣợc tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống.

3.3. Hình thành và triển khai ý tƣởng mới

Dựa trên hiểu biết đã có, hình thành ý tƣởng mới đối với bản thân và dự đoán đƣợc kết quả khi thực hiện.

Phát hiện yếu tố mới, tích cực trong những ý kiến của ngƣời khác; hình thành ý tƣởng dựa trên các nguồn thông tin đã cho; đề xuất giải pháp cải

Nêu đƣợc nhiều ý tƣởng mới trong học tập và cuộc sống; suy nghĩ không theo lối mòn; tạo ra yếu tố mới dựa trên những ý tƣởng khác nhau; hình thành và kết nối các ý

tiến hay thay thế các giải pháp không còn phù hợp; so sánh và bình luận đƣợc về các giải pháp đề xuất.

tƣởng; nghiên cứu để thay đổi giải pháp trƣớc sự thay đổi của bối cảnh; đánh giá rủi do và có dự phòng.

10 Năng lực

Cấp tiểu học

3.4. Đề xuất, Nêu đƣợc cách thức lựa chọn giải giải quyết vấn đề đơn giản theo hƣớng pháp dẫn.

Cấp

trung học cơ sở

trung học phổ thông

Xác định đƣợc và Thu thập và làm rõ biết tìm hiểu các các thông tin có liên thông tin liên quan quan đến vấn đề; đề đến vấn đề; đề xuất xuất và phân tích đƣợc giải pháp giải đƣợc một số giải pháp quyết vấn đề.

giải quyết vấn đề; lựa chọn đƣợc giải pháp phù hợp nhất.

3.5. Thực Tiến hành giải quyết Thực hiện giải pháp hiện và đánh vấn đề theo hƣớng giải quyết vấn đề và nhận ra sự phù hợp giá giải pháp dẫn. hay không phù hợp giải quyết vấn

Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề; suy ngẫm về cách thức và tiến trình

đề

của giải pháp thực giải quyết vấn đề để hiện. điều chỉnh và vận dụng trong bối cảnh mới.

3.6. Tƣ duy Nêu đƣợc thắc mắc về sự vật, hiện độc lập tƣợng; không e ngại nêu ý kiến cá nhân trƣớc các thông tin khác nhau về sự vật, hiện tƣợng; sẵn sàng thay đổi khi nhận ra sai sót.

Đặt các câu hỏi khác nhau về một sự vật, hiện tƣợng; chú ý lắng nghe và tiếp nhận thông tin, ý tƣởng với sự cân nhắc, chọn lọc; quan tâm tới các chứng cứ khi nhìn nhận, đánh giá sự

Đặt đƣợc nhiều câu hỏi có giá trị, không dễ dàng chấp nhận thông tin một chiều; không thành kiến khi xem xét, đánh giá vấn đề; quan tâm tới các lập luận và minh chứng thuyết phục; sẵn sàng xem xét,

vật, hiện tƣợng; đánh giá lại vấn đề. đánh giá vấn đề, tình huống dƣới những góc nhìn khác nhau.

11 Đối với việc dạy học vật lí lớp 11, năng lực sáng tạo của HS thƣờng biểu hiện:  Có suy nghĩ độc lập, nêu ra đƣợc ý kiến riêng, không phụ thuộc vào ý kiến của thầy hay các bạn, không sợ sai.  Đƣa ra đƣợc ý kiến nhận xét, phê phán tranh luận, nêu đƣợc những thắc mắc, lật lại vấn đề.  Đề xuất đƣợc cách làm “khác đi” chứ không “gò bó”, máy móc theo cái cũ, theo đƣờng mòn.  Phát hiện đƣợc vấn đề mới, nêu đƣợc dự đoán và biết nêu dự đoán có căn cứ.  Có sáng kiến, đề ra đƣợc các phƣơng pháp giải bài tập vật lí trong thực tiễn và đời sống hằng ngày.  Vận dụng đƣợc kiến thức vào thực tế, trong những tình huống mới theo kiểu riêng. 1.1.4. Phát triển năng lực sáng tạo của HS trong dạy học vật lí Có rất nhiều phƣơng pháp để để tìm ra con đƣờng xây dựng và tổ chức hoạt động học của HS nhằm phát triển năng lực sáng tạo. Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới: kiến thức vật lí trong trƣờng phổ thông là những kiến thức đã đƣợc loài ngƣời khẳng định. Tuy vậy, chúng luôn là mới mẻ đối với HS. Việc nghiên cứu kiến thức mới, đặt vấn đề bằng bài tập Vật lí thực tiễn sẽ thƣờng xuyên tạo ra những tình huống đòi hỏi HS phải đƣa ra những ý kiến mới, giải pháp mới đối với chính bản thân họ. Tổ chức quá trình dạy học vật lí theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề là một trong những biện pháp góp phần phát triển năng lực sáng tạo. Bài tập sáng tạo: Trong quá trình xây dựng kiến thực mới, ta đã xét việc rèn luyện năng lực sáng tạo cho HS. Ngoài ra, trong dạy học vật lí, ngƣời ta còn xây dựng những loại bài tập riêng nhằm mục đích này và đƣợc gọi là bài tập sáng tạo. Trong loại bài tập này, ngoài việc phải vận dụng một số kiến thức đã học, HS bắt buộc phải có những ý kiến độc lập mới mẻ, không thể suy ra từ những kiến thức đã học. Khi giải BTST, HS sẽ đứng trƣớc vấn đề mới và các em sẽ phải giải quyết để thu nhận, vận dụng kiến thức mới. Do đó, họ giống nhƣ nhà khoa học phát minh, sáng chế ra một kiến thức hay một sản phẩm mới có ích cho nhân loại. Tƣ duy của HS khi giải BTST cũng trải qua các giai đoạn Vậy nên bồi dƣỡng năng lực TDST cho học sinh là bồi dƣỡng năng lực: Phát hiện đƣợc vấn đề mới và nêu đƣợc dự đoán có căn cứ (Nhìn nhận vấn đề dƣới nhiều góc độ khác nhau, phát hiện đƣợc vấn đề mà cá nhân có nhu cầu giải quyết).

12 Đề xuất đƣợc giải pháp giải quyết vấn đề (đề xuất đƣợc phƣơng án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán hoặc nêu đƣợc một hoặc một số phƣơng án giải bài tập). Phân tích, đánh giá ƣu nhƣợc điểm của các giải pháp nhằm lựa chọn đƣợc giải pháp tối ƣu để giải bài tập hoặc giải quyết vấn đề đặt ra trong bài toán. Thực hiện thành công theo phƣơng án hoặc giải pháp đã lựa chọn hoặc có cải tiến so với mô hình đã xây dựng. 1.1.5. Tiêu chí kiểm tra, đánh giá năng lực sáng tạo của HS trong dạy học vật lí [12] Theo STEM, tiêu chí kiểm tra đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh đƣợc thể hiện qua các tiêu chí: Mức độ thể hiện STT 1

Các tiêu chí Tự tìm ra vấn đề mới, tình huống mới trong thực tiễn và đề xuất phƣơng án giải quyết đúng mang lại hiệu quả tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo.

Thiết kế đƣợc sơ đồ, bản vẽ thể hiện nguyên lí cấu tạo và hoạt động, vận hành của hệ thống kĩ thuật và chỉ ra đƣợc tính mới, tính hệ quả của nó so với những cái đã biết, tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo. Tìm 3 ra giải pháp khảo sát, đo đạc mới, đảm bảo tính hiệu quả nhƣng dễ thực hiện, đảm bảo tính chính xác tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo.

Tìm ra các thiết bị vật liệu mới thay thế cho thiết bị, vật liệu cũ nhƣng vẫn đảm bảo tính hiệu quả cao và tiết kiệm tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo.

Đề xuất giải pháp thiết kế mới cho hệ thống kĩ thuật đã có, thay đổi một số chi tiết thiết kế nhằm tăng hiệu quả cho hệ thống kĩ thuật tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo.

Rất rõ

Rõ

Không

ràng

rõ ràng

có

13 Mức độ thể hiện STT 6

Các tiêu chí

Rất rõ

Rõ

Không

ràng

rõ ràng

có

Tiến hành thực hiện giải pháp, thi công chế tạo…. hệ thống kĩ thuật nhằm mang lại lợi ích và có ý nghĩa xã hội, tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo.

Vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề mới, tình huống mới trong thực tiễn liên quan đến ngành kĩ thuật tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo.

Kết hợp các thao tác tƣ duy (so sánh, phân tích, đánh giá) và các phƣơng pháp phán đoán mô hình giả thuyết từ đó đƣa ra kết luận chính xác cho vấn đề; tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo.

Lập đƣợc nhiều phƣơng án giải quyết vấn đề thực tiễn và mang lại kết quả tối ƣu, tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo.

Dựa trên sự tƣơng đồng giữa TDST của nhà khoa học và TDST của HS. Nhà khoa học TDST theo các giai đoạn của chu trình sáng tạo của Razumôpxki chể tạo ra những sản phẩm mới đối với loài ngƣời, phục vụ cho xã hội còn HS TDST chể tạo ra tri thức mới đối với bản thân họ [11]. Vậy TDST của HS cũng tuân theo các giai đoạn trong chu trình sáng tạo Razumôpxki. Nên đánh giá năng lực TDST của HS là đánh giá theo bốn tiêu chí sau:  Phát hiện đƣợc vấn đề mới và nêu dự đoán có căn cứ.  Đề xuất đƣợc giải pháp giải quyết vấn đề.  Phân tích đánh giá ƣu nhƣợc điểm của các giải pháp nhằm lựa chọn giải pháp tối ƣu để giải bài tập hoặc giải các vấn đề đặt ra trong bài tập.  Thực hiện thành công theo phƣơng án hoặc giải pháp đã lựa chọn hoặc có cải tiến so với mô hình đã lựa chọn. Để đánh giá đúng biểu hiện năng lực sáng tạo của học sinh trong quá trình dạy học Vật lí, chúng tôi đƣa ra những tiêu chí ứng với các chỉ số hành vi và mức độ thể hiện hành vi sáng tạo của học sinh cụ thể nhƣ sau:

14 Tiêu chí

Nhận biết và phát hiện vấn đề

Giải quyết vấn đề

Đánh giá vấn đề

Vận dụng và phát triển vấn đề

Chỉ số hành vi Quan sát/phát hiện và mô tả đƣợc vấn đề. Xác định và làm rõ thông tin, ý tƣởng mới và phức tạp từ các nguồn thông tin khác nhau; phân tích các nguồn thông tin độc lập để thấy đƣợc khuynh hƣớng và độ tin cậy của ý tƣởng mới. Phát biểu đƣợc vấn đề cần giải quyết với biểu hiện sáng tạo. Tổ chức, đánh giá, phân tích thông tin vấn đề. Thực hiện kế hoạch độc lập sáng tạo để thu thập dữ liệu. Tìm ra giải pháp, đảm bảo tính hiệu quả nhƣng dễ thực hiện, đảm bảo tính chính xác tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo. Đề xuất hƣớng giải mới, cách xử lí tình huống thực tiễn mới với biểu hiện sáng tạo. Vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề mới, tình huống mới trong thực tiễn liên quan đến ngành kĩ thuật tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo. Trình bày đƣợc hoàn chỉnh giải pháp giải quyết vấn đề. Đánh giá quá trình giải quyết vấn đề (ƣu điểm/ hạn chế) Đề xuất giải pháp mới cải tiến hơn. Vận dụng sáng tạo kiến thức mới để giải quyết những tình huống phức tạp hơn. Vận dụng kiến thức mới để giải quyết thành công những tình huống tƣơng tự.

Rất rõ ràng

Mức độ thể hiện Rõ Không ràng rõ ràng

Không có

15 1.2. Bài tập vật lí thực tiễn 1.2.1. Bài tập vật lí 1.2.1.1. Khái niệm về bài tập vật lí Theo từ điển Tiếng Việt phổ thông [6]: “Bài tập là bài ra cho HS làm để tập vận dụng những điều đã học”. Trong thực tế dạy học, bài tập vật lí đƣợc hiểu là một số vấn đề đƣợc đặt ra mà trong trƣờng hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận lôgic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phƣơng pháp vật lí. 1.2.1.2. Tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học vật lí Thông qua dạy học về bài tập vật lí, ngƣời học có thể nắm vững một cách chính xác sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lí, những hiện tƣợng vật lí, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của ngƣời học. Bài tập vật lí có thể đƣợc sử dụng nhƣ một phƣơng tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh. Bài tập vật lí là phƣơng tiện rất tốt để phát triển tƣ duy, óc tƣởng tƣợng, bồi dƣỡng hứng thú học tập và phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cho ngƣời học, đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của các hiện tƣợng vật lí đƣợc trình bày dƣới dạng tình huống có vấn đề. Bài tập vật lí còn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phƣơng tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh. Bài tập vật lí còn có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Bài tập vật lí góp phần xây dựng một thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh, làm cho họ hiểu thế giới tự nhiên là thế giới vật chất, vật chất luôn ở trạng thái vận động, họ tin vào sức mạnh của mình, mong muốn đem tài năng và trí tuệ cải tạo tự nhiên. 1.2.2. Bài tập vật lí thực tiễn (BTVL thực tiễn) và vai trò của chúng trong việc phát triển năng lực sáng tạo (NLST) 1.2.2.1. Bài tập vật lí thực tiễn BTVL gắn với thực tiễn (BTVL thực tiễn) là những bài tập có nội dung khoa học vật lí (những điều kiện và yêu cầu) xuất phát từ thực tiễn, đời sống hằng ngày. Quan trọng nhất là các bài tập vận dụng kiến thức vào cuộc sống và sản xuất, góp phần giải quyết một số vấn đề đặt ra từ thực tiễn. 1.2.2.2. Vai trò, chức năng của BTVL thực tiễn Trong dạy học Vật lí, bản thân BTVL đã đƣợc coi là phƣơng pháp dạy học có hiệu quả cao trong việc rèn luyện kỹ năng, nắm vững kiến thức và ứng dụng vào thực

16 tiễn đời sống hằng ngày. Bài tập Vật lí cung cấp cho HS kiến thức, con đƣờng giành lấy kiến thức và còn mang lại niềm vui sƣớng của sự phát hiện, của sự tìm ra đáp số. Bài tập Vật có chức năng dạy học, chức năng giáo dục, chức năng kiểm tra, chức năng phát triển. Đối với HS, Bài tập Vật lí là phƣơng pháp học tập tích cực, hiệu quả và không có gì thay thế đƣợc, giúp HS nắm vững kiến thức hoá học, phát triển tƣ duy, hình thành kĩ năng, vận dụng kiến thức vật lí vào thực tế đời sống, sản xuất và nghiên cứu khoa học, từ đó làm giảm nhẹ sự nặng nề căng thẳng của khối lƣợng kiến thức lí thuyết và gây hứng thú say mê học tập cho HS. Đối với GV, BTVL là phƣơng tiện, là nguồn kiến thức để hình thành khái niệm hoá học, tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS trong quá trình dạy học. Cụ thể là:  BTVL đƣợc sử dụng nhƣ là nguồn kiến thức để HS tìm tòi, phát triển kiến thức, kỹ năng.  BTVL dùng để mô phỏng một số tình huống thực tế đời sống để HS vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề của thực tế đặt ra.  Sử dụng bài tập để tạo tình huống có vấn đề kích thích hoạt động tƣ duy tìm tòi sáng tạo và rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề học tập, nâng cao hứng thú học tập bộ môn.  Nhƣ vậy BTVL đƣợc coi nhƣ là một nhiệm vụ học tập cần giải quyết, giúp HS tìm tòi, nghiên cứu đi sâu vận dụng kiến thức vật lí một cách sáng tạo từ đó giúp HS có năng lực phát hiện vấn đề - giải quyết vấn đề học tập hoặc thực tiễn đặt ra có liên quan đến vật lí, giúp HS biến những kiến thức đã tiếp thu đƣợc qua bài giảng thành kiến thức của chính mình. BTVL thực tiễn cũng có đầy đủ các vai trò, chức năng của một BTVL. Ngoài ra nó còn có thêm một số tác dụng khác: Về kiến thức: Thông qua giải BTVL thực tiễn, HS hiểu kĩ hơn các khái niệm, định luật vật lí; củng cố kiến thức một cách thƣờng xuyên và hệ thống hoá kiến thức; mở rộng sự hiểu biết một cách sinh động, phong phú mà không làm nặng nề khối lƣợng kiến thức của HS. BTVL thực tiễn còn giúp HS bƣớc đầu biết vận dụng kiến thức khoa học thực nghiệm để lí giải và cải tạo thực tiễn nhằm nâng cao chất lƣợng cuộc sống. Về kĩ năng Việc giải BTVL thực tiễn giúp HS: Rèn luyện và phát triển cho HS năng lực nhận thức, năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề liên quan đến thực tế cuộc sống.

17 Rèn luyện và phát triển các kĩ năng thu thập thông tin, vận dụng kiến thức để giải quyết tình huống có vấn đề của thực tế một cách linh hoạt, sáng tạo. Về giáo dục tư tưởng Việc giải BTVL thực tiễn có tác dụng: Rèn luyện cho HS tính kiên nhẫn, tự giác, chủ động, chính xác, sáng tạo trong học tập và trong quá trình giải quyết các vấn đề thực tiễn. Thông qua nội dung bài tập giúp HS thấy rõ lợi ích của việc học môn vật lí từ đó tạo động cơ học tập tích cực, kích thích trí tò mò, óc quan sát, sự ham hiểu biết, làm tăng hứng thú học môn vật lí và từ đó có thể làm cho HS say mê nghiên cứu khoa học và công nghệ giúp HS có những định hƣớng nghề nghiệp tƣơng lai. Ngoài ra, vì các BTVL thực tiễn gắn liền với đời sống của chính bản thân HS, của gia đình, của địa phƣơng và với môi trƣờng xung quanh nên càng góp phần tăng động cơ học tập của HS: học tập để nâng cao chất lƣợng cuộc sống của bản thân và của cộng đồng. Với những kết quả ban đầu của việc vận dụng kiến thức vật lí phổ thông để giải quyết các vấn đề thực tiễn HS thêm tự tin vào bản thân mình để tiếp tục học hỏi, tiếp tục phấn đấu và phát triển. Giáo dục kĩ thuật tổng hợp Vật lí là môn khoa học thực nghiệm có nhiệm vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS, BTVL tạo điều kiện tốt cho GV làm nhiệm vụ này. Những vấn đề của kĩ thuật của nền sản xuất yêu cầu đƣợc biến thành nội dung của các BTVL, lôi cuốn HS suy nghĩ về các vấn đề của kĩ thuật. BTVL thực tiễn còn cung cấp cho HS những hiện tƣợng lí thú của kĩ thuật, những kết quả mới về phát minh, về vấn đề khoa học thƣờng thức đạt đƣợc giúp HS hòa nhịp với sự phát triển của khoa học, kĩ thuật thời đại mình đang sống [14]. 1.2.2.3. Tiêu chuẩn xây dựng bài tập Vật lí thực tiễn Thực tiễn là toàn bộ những hoạt động vật chất có mục đích, mang tính lịch sử xã hội của con ngƣời nhằm cải tạo tự nhiên và xã hội. Hoạt động thực nghiệm khoa học là một trong các hoạt động quan trọng để kiểm tra kết quả nhận thức thực tiễn. Bài tập vật lí thực tiễn (BTVLTT) là những bài tập đòi hỏi HS phải vận dụng kiến thức, kĩ năng vật lí (những điều kiện và yêu cầu) cùng với các kiến thức của các môn học khác kết hợp với kinh nghiệm, kĩ năng sống để giải quyết một số vấn đề đặt ra từ những bối cảnh và tình huống nảy sinh từ thực tiễn. Khi xây dựng dạng bài tập này cần đảm bảo các nguyên tắc sau:  Đảm bảo tính mục tiêu của chƣơng trình, chuẩn kiến thức kĩ năng và định hƣớng phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS.  Đảm bảo tính chính xác, khoa học, hiện đại của các nội dung kiến thức vật lí

18 và các môn khoa học có liên quan.  Phải gần gũi với cuộc sống và kinh nghiệm học tập của HS.  Phải phát huy đƣợc tính tích cực tìm tòi và vận dụng tối đa kiến thức đã có của HS để giải quyết có hiệu quả nhiệm vụ đặt ra trong bài tập. Phải có tính hệ thống và đảm bảo logic sƣ phạm. 1.2.2.4. Qui trình xây dựng bài tập Vật lí thực tiễn Theo Lí luận dạy học hiện đại – Cơ sở đổi mới mục tiêu, nội dung và phƣơng pháp dạy học [1] và thực tiễn dạy học, chúng tôi đã xây dựng bài tập vật lí gắn với thực tiễn theo qui trình dƣới đây: Bước 1: Lựa chọn đơn vị kiến thức gắn với hiện tƣợng, bối cảnh/tình huống thực tiễn có liên quan. Đặt ra yêu cầu học sinh giải quyết vấn đề gắn với thực tiễn. Bước 2: Xác định mục tiêu giáo dục của đơn vị kiến thức, Bước 3: Xây dựng mâu thuẫn nhận thức từ bối cảnh/tình huống lựa chọn và xác định các điều kiện (kiến thức, kĩ năng,…) cần thiết để giải quyết mâu thuẫn này. Từ một vấn đề, mâu thuẫn trong thực tiễn xây dựng thành một bài tập thực tiễn có liên quan. Vấn đề xuất hiện trong các bài tập rèn luyện kĩ năng bình thƣờng, tiến hành điều chỉnh và xác định vấn đề đó xảy ra trong tình huống nào, bối cảnh nào để xây dựng thành bài tập gắn liền với thực tiễn. Khai thác các bài tập thực tiễn gắn với kiến thức liên quan hoặc các bài tập thực tiễn từ mâu thuẫn trong bối cảnh, mâu thuẫn thực tế. Bước 4: Thiết kế bài tập theo mục tiêu. Bước 5: Xây dựng đáp án, lời giải và kiểm tra thử. Bước 6: Chỉnh sửa, hoàn thiện bài tập. 1.2.2.5. Phân loại bài tập Vật lí thực tiễn Có hai loại bài tập sáng tạo là bài tập thiết kế và bài tập nghiên cứu. Trong bài tập thiết kế đòi hỏi HS phải đề xuất một thiết bị (vẽ các bộ phận chính và sắp xếp chúng) để thỏa mãn yêu cầu tạo ra một hiện tƣợng vật lí nào đó. Trong bài tập nghiên cứu yêu cầu HS nghiên cứu để giải thích một hiện tƣợng mới gặp nào đó hay yêu cầu HS vận dụng kiến thức liên quan để giải quyết vấn đề trong thực tiễn. * Dựa vào tính chất của bài tập vật lí thực tiễn có thể chia thành: Bài tập định tính: đó là những bài tập mà khi giải, HS không cần thực hiện các phép tính phức tạp, mà chỉ phải làm những phép tính đơn giản, có thể tính nhẩm đƣợc, đồng thời phải thực hiện những phép suy luận lôgic trên cơ sở hiểu rõ bản chất của các khái niệm, định luật VL và nhận biết đƣợc những biểu hiện của chúng trong các

19 trƣờng hợp cụ thể. Bản chất của BTĐT chính là ở đó. Bao gồm các bài tập giải thích hiện tƣợng, các tình huống nảy sinh trong thực tiễn… Bài tập định lượng: bài tập định lƣợng là những bài tập mà khi giải phải thực hiện một loạt các phép tính và kết quả thu đƣợc một đáp số định lƣợng, tìm đƣợc giá trị của một số đại lƣợng vật lí. Bài tập tổng hợp: Bao gồm cả kiến thức định tính lẫn định lƣợng. * Dựa vào mức độ nhận biết của học sinh: Theo Bloom, lĩnh vực nhận thức liên quan đến các mục đích về kiến thức và các kĩ năng trí tuệ, bao gồm 6 mức độ:  Biết: là sự nắm bắt các dữ liệu đã học đƣợc trƣớc đây (có thể nhắc lại các dữ liệu, từ các sự kiện đơn giản đến các lí thuyết phức tạp, tái hiện trong trí nhớ những thông tin cần thiết).  Hiểu: là khả năng nắm đƣợc ý nghĩa của tài liệu (thể hiện bằng việc chuyển tài liệu từ dạng này sang dạng khác, bằng cách giải thích tài liệu và bằng cách ƣớc lƣợng xu hƣớng tƣơng lai).  Vận dụng: là khả năng sử dụng các tài liệu đã học vào một hoàn cảnh cụ thể mới (có thể bao gồm việc áp dụng các quy tắc, phƣơng pháp, khái niệm, nguyên lí, định luật và lí thuyết …).  Phân tích: là khả năng phân chia một tài liệu ra thành các phần của nó sao cho có thể hiểu đƣợc các cấu trúc tổ chức của nó (có thể bao gồm việc chỉ ra đúng các bộ phận, phân tích mối quan hệ giữa các bộ phận, và nhận biết đƣợc các nguyên lí tổ chức đƣợc bao hàm).  Tổng hợp: là khả năng sắp xếp các bộ phận lại với nhau để hình thành một tổng thể mới (có thể bao gồm việc tạo ra một cuộc giao tiếp đơn nhất, một kế hoạch hành động …)  Đánh giá: là khả năng xác định giá trị của tài liệu dựa trên các tiêu chí nhất định. * Dựa vào lĩnh vực thực tiễn gắn với nội dung bài tập: Bài tập về các thiết bị ứng dụng trong đời sống, học tập và lao động sản xuất. Bao gồm các dạng bài tập về:  Giải quyết các tình huống có vấn đề trong quá trình lao động và sản xuất, giải thích các hiện tƣợng trong cuộc sống hằng ngày….  Ứng dụng công nghệ từ kiến thức vật lí trong y học, nông nghiệp, công nghiệp…. Bài tập có liên quan đến thực nghiệm và các dụng cụ đo đạt.

20 * Dựa vào quá trình lĩnh hội kiến thức và mức độ nhận thức của HS, có thể chia

BTVL thực tiễn làm bốn mức độ như sau: Mức độ 1: Yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để trả lời câu hỏi định tính trong thực tiễn. Mức độ 2: Yêu cầu HS vận dụng kiến thức vật lí để giải thích những hiện tƣợng, tình huống xảy ra trong thực tiễn. Mức độ 3: Yêu cầu HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để giải quyết những vấn đề gắn liền với thực tiễn. Mức độ 4: Yêu cầu HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để giải quyết những tình huống thực tiễn hoặc để thực hiện một công trình nghiên cứu khoa học nhỏ, đơn giản, chế tạo một sản phẩm sáng tạo đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Từng mức độ trên có thể đƣợc chia làm nhiều mức độ nhỏ hơn nữa để phù hợp với trình độ của HS đồng thời cũng thể hiện sự phân hoá HS trong cùng một bài, trong hệ thống BTVL thực tiễn. Trên đây là một số cách phân loại BTVL thực tiễn. Tuy nhiên, có nhiều BTVL thực tiễn lại là tổng hợp của rất nhiều loại bài. 1.2.2.6. Phương pháp giải BTVL thực tiễn Các dạng bài tập khác nhau có quy trình giải cụ thể khác nhau. Mặc khác, tuỳ theo mức độ nhận thức của học sinh, kinh nghiệm sống của học sinh mà các giáo viên tự xây dựng quy trình giải cụ thể.

21 TÌM HIỂU ĐỀ BÀI - Đọc, xác định “dữ liệu xuất phát” và “cái cần tìm” - Thu thập thông tin liên quan đến nội dung BT - Tóm tắt đề: bằng lời và bằng hình vẽ

PHÂN TÍCH HIỆN TƢỢNG - Xác lập các mối liên hệ cơ bản giữa “dữ liệu xuất phát” và “cái cần tìm” - Hình dung các hiện tƣợng diễn ra nhƣ thế nào và bị chi phối bởi những định luật, kiến thức Vật lí nào.

XÂY DỰNG LẬP LUẬN - Tìm mối quan hệ giữa ẩn số và dữ kiện thực tiễn đã cho. - Xuất phát từ những dữ kiện của đề bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi các công thức diễn đạt mối quan hệ giữa điều kiện đã cho với các đại lƣợng khác để đi đến công thức cuối cùng chỉ chứa ẩn số. - Tính toán và suy luận để xác định ẩn số, giải quyết vấn đề.

BIỆN LUẬN - Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện của đề bài và không phù hợp với thực tế. - Kiểm tra kết quả tính toán, đơn vị hoặc có thể giải lại bài toán bằng cách khác xem có cùng kết quả không, có cách phƣơng pháp khác sáng tạo hơn để giải quyết vấn đề mà bài tập đặt ra hay không.

Sơ đồ 1.1. Các bước giải bài tập Vật Lí Đây là nội dung phƣơng pháp chung nhất, có thể áp dụng cho mọi dạng toán vật lí. Tuỳ từng dạng toán cụ thể, có thể không tuân theo thứ tự cũng nhƣ sự đầy đủ của từng bƣớc đã nêu. Khi gặp những dạng bài tập thực tiễn cụ thể, học sinh cần vận dụng sáng tạo phƣơng pháp này để có kết quả tốt nhất.

22 Các bài tập vật lí thực tiễn cũng tuân theo quy trình trên, cụ thể như sau:  Bước 1: Đọc kĩ đề bài xem bài tập đề cập đến lĩnh vực nào trong thực tiễn. Tìm hiểu kĩ lời văn của đề bài để tìm ra những điều kiện và yêu cầu của bài.  Bước 2: Vận dụng sự hiểu biết thực tế và kinh nghiệm sống của bản thân để phát hiện thêm những dữ kiện khác (dữ kiện tìm thêm) và yêu cầu tìm thêm.  Bước 3: Lựa chọn những kiến thức vật lí có liên quan để tìm ra mối liên hệ logic giữa dữ kiện và yêu cầu. Trong quá trình tìm sẽ nảy sinh các bƣớc trung gian, và đòi hỏi sự tƣ duy logic sáng tạo của HS. Vì vậy dữ kiện và yêu cầu luôn đƣợc bổ sung, tìm kiếm mối quan hệ giữa đại lƣợng cần tìm và kiến thức đã học, kiến thức có liên quan. Bài tập luôn đƣợc phát biểu lại sao cho lần phát biểu sau đơn giản hơn lần phát biểu trƣớc đến khi thực hiện đƣợc yêu cầu của bài tập. Tính toán, suy luận và giải quyết vấn đề.  Bước 4: Rút ra những kinh nghiệm cho bản thân từ việc giải bài tập thực tiễn. Kiểm tra kết quả bài tập đặt ra có phù hợp với dữ liệu thực tế hay không. Từ đó có ý thức phổ biến và áp dụng kinh nghiệm đó vào thực tiễn. Hướng dẫn học sinh giải bài tập thực tiễn: Phƣơng pháp giải một bài tập thực tiễn phụ thuộc nhiều yếu tố: mục đích yêu cầu của bài tập, nội dung bài tập, sự hiểu biết kinh nghiệm sống của bản thân HS trong thực tiễn cuộc sống... Xét về tính chất thao tác của tƣ duy khi giải các bài tập vật lí, ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp phân tích và phƣơng pháp tổng hợp. Cũng trên cơ sở đó với bài tập thực tiễn GV linh hoạt vận dụng kết hợp các phƣơng pháp khác nhƣ phƣơng pháp tự học, phƣơng pháp thảo luận nhóm,... để hƣớng dẫn học sinh giải bài tập thực tiễn. Việc tập dƣợt cho học sinh biết phát hiện, đặt ra và giải quyết những vấn đề gặp phải trong học tập, trong cuộc sống của cá nhân, gia đình và cộng đồng phải đƣợc đặt nhƣ một mục tiêu của giáo dục và đào tạo. Đối với các tiết học bài tập thực tiễn, định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo của HS, GV sẽ phát phiếu bài tập và giao nhiệm vụ tự tìm hiểu về vấn đề thực tiễn trong phiếu bài tập; phát huy tính tích cực chủ động và tạo tiền đề để việc tiếp cận với bài tập thực tiễn đƣợc thành công, không trở nên lạ lẫm với HS, tạo điều kiện cho HS có thời gian suy nghĩ và tìm cách đƣa ra cách giải quyết vấn đề. Trong quá trình giải bài tập, HS phải thực hiện theo các phƣơng pháp giải bài tập vật lí thực tiễn. Phƣơng pháp giải bắt đầu bằng cách phân tích các điều kiện của bài tập thực tiễn kết hợp với hiểu biết về thực tiễn cuộc sống để hiểu đƣợc đề bài. Tiếp theo là sự tổng hợp các dữ kiện của bài toán thực tiễn đặt ra để kiểm tra lại mức độ đúng đắn của vấn đề. Muốn lập đƣợc kế hoạch giải quyết vấn đề trong bài tập thực tiễn

23 phải đi sâu vào phân tích nội dung vật lí của bài tập. Tổng hợp những dữ kiện đã cho với những kiến thức qui luật vật lí đã biết, hƣớng dẫn học sinh xây dựng cách giải và đi đến kết quả cuối cùng để rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề gắn với những tình huống của cuộc sống và nghề nghiệp, đồng thời gắn hoạt động trí tuệ với hoạt động thực hành, thực tiễn. Tăng cƣờng việc học tập trong nhóm, đổi mới quan hệ GV- HS theo hƣớng cộng tác có ý nghĩa quan trọng nhằm định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo của HS. Bên cạnh việc học tập những tri thức và kỹ năng riêng lẻ GV cần bổ sung các chủ đề học tập phức hợp nhằm phát triển năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp trong bài tập thực tiễn. GV chỉ đạo sự trao đổi, tranh luận của học sinh, bổ sung, tổng kết, để đƣa ra cách giải quyết vấn đề hay xây dựng một phƣơng án thực nghiệm. Đối với các bài tập thực tiễn được sử dụng trong khâu đặt vấn đề, tạo tình huống có vấn đề nhằm nhằm kích thích hứng thú, tạo nhu cầu cần phải nghiên cứu, giải quyết. GV nên chọn các bài tập thực tiễn ở mức độ 2 và mức độ 3 có nội dung gần gũi với cuộc sống học sinh. Sau khi đã nghiên cứu kiến thức định luật vật lí, tự bản thân HS vận dụng đề ra cách giải bài tập thực tiễn có vấn đề ở đầu bài. Ở giai đoạn này, GV sẽ đƣa ra các câu hỏi gợi mở để tƣ duy sáng tạo của HS đƣợc phát triển đƣa ra nhận định, phƣơng pháp, các cách giải quyết vấn đề. 1.3. Hệ thống bài tập vật lí thực tiễn Hệ thống bài tập vật lí thực tiễn là tập hợp các bài tập vật lí gắn liền với thực tiễn đƣợc sắp xếp theo mức độ khác nhau từ đơn giản đến phức tạp phát huy đƣợc tính tích cực tìm tòi và vận dụng tối đa kiến thức đã có của HS để giải quyết có hiệu quả nhiệm vụ đặt ra. Qua hệ thống bài tập vật lí thực tiễn đƣợc xây dựng và sử dụng sao cho phát huy đƣợc năng lực sáng tạo của học sinh, đáp ứng đƣợc các chỉ số hành vi sáng tạo mà học sinh dần tích lũy đƣợc khi làm các bài tập. Dựa trên mục tiêu định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho HS, chúng tôi xây dựng 47 bài tập thực tiễn, trong đó có 37 BTTT chƣơng Từ trƣờng và 10 BTTT chƣơng Cảm ứng điện từ. Chúng tôi có hệ thống các bài tập cụ thể đƣợc trình bày ở chƣơng 2. 1.4. Xây dựng và sử dụng bài tập vật lí thực tiễn theo hƣớng phát triển NLST của HS 1.4.1. Bài tập định hướng phát triển năng lực [1], [2] Dạy học định hƣớng năng lực đòi hỏi việc thay đổi mục tiêu, nội dung, phƣơng pháp dạy học và đánh giá, trong đó việc thay đổi quan niệm và cách xây dựng các nhiệm vụ học tập, câu hỏi và bài tập có vai trò quan trọng. Do vậy, bài tập định hƣớng năng lực đƣợc nghiên cứu và sử dụng trong việc xây dựng các bài kiểm tra đánh giá

24 theo năng lực. Có thể hiểu bài tập định hƣớng phát triển năng lực là dạng bài tập đòi hỏi ngƣời học phải vận dụng các hiểu biết riêng lẻ khác nhau để giải quyết một vấn đề mới đối với ngƣời học, gắn với tình huống cuộc sống. Các bài tập trong bài kiểm tra PISA là những ví dụ mẫu mực về bài tập định hƣớng năng lực, đánh giá khả năng vận dụng tri thức vào giải quyết các tình huống của cuộc sống. Hệ thống bài tập định hƣớng năng lực chính là công cụ để HS luyện tập nhằm hình thành năng lực, đồng thời là công cụ để GV và các cán bộ quản lí giáo dục kiểm tra, đánh giá năng lực của HS và biết đƣợc mức độ đạt chuẩn của quá trình dạy học. Bài tập định hƣớng năng lực có các đặc điểm cơ bản sau:  Yêu cầu của bài tập: Có các mức độ khó khác nhau, mô tả đủ tri thức, kĩ năng yêu cầu và định hƣớng theo kết quả.  Hỗ trợ học tích luỹ: Liên kết các nội dung qua suốt các năm học, giúp nhận biết đƣợc sự gia tăng năng lực và vận dụng thƣờng xuyên những điều đã học.  Hỗ trợ cá nhân hóa việc học: Chẩn đoán và khuyến khích cá nhân, tăng khả năng, trách nhiệm của cá nhân với việc học tập và giúp cá nhân sử dụng sai lầm nhƣ là cơ hội để học tập.  Xây dựng bài tập trên cơ sở chuẩn: Bài tập luyện tập đảm bảo tri thức cơ sở, có sự thay đổi bài tập đặt ra (mở rộng, chuyển giao, đào sâu và kết nối, xây dựng tri thức thông minh) và thử các hình thức luyện tập khác nhau.  Bao gồm cả những bài tập cho hợp tác và giao tiếp: Tăng cƣờng năng lực xã hội thông qua làm việc nhóm, đòi hỏi sự lập luận, lí giải, phản ánh để phát triển và củng cố tri thức.  Tích cực hóa hoạt động nhận thức: Bài tập giải quyết vấn đề đòi hỏi sự kết nối với kinh nghiệm sống và phát triển các chiến lƣợc giải quyết vấn đề.  Đòi hỏi có những con đường giải pháp khác nhau: Đặt vấn đề mở, đọc lập tìm hiểu, diễn biến mở của giờ học và nuôi dƣỡng các con đƣờng, giải pháp khác nhau.  Phân hóa nội tại: Có các con đƣờng tiếp cận khác nhau, có sự phân hóa bên trong và gắn với các tình huống, bối cảnh. Với các đặc điểm cơ bản trên ta thấy bài tập định hƣớng năng lực ở dạng bài tập mở đƣợc sử dụng trong việc luyện tập hoặc kiểm tra năng lực vận dụng kiến thức từ các lĩnh vực khác nhau để giải quyết vấn đề. Bài tập mở là dạng bài tập đƣợc đặc trƣng bằng sự trả lời tự do theo cá nhân, không có lời giải cố định, cho phép các cách tiếp cận khác nhau và dành không gian cho sự tự quyết định của ngƣời học. Bài tập mở có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển năng lực cho HS. Trong thực tiễn giáo dục hiện nay, các bài tập mở gắn với thực tiễn còn ít đƣợc quan tâm nên việc xây dựng và

25 sử dụng chúng trong dạy học để phát triển năng lực HS là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Bài tập là một thành phần quan trọng trong môi trƣờng học tập mà ngƣời GV cần thực hiện. Vì vậy, trong quá trình dạy học, ngƣời GV cần biết xây dựng các bài tập định hƣớng năng lực. Các bài tập gắn với bối cảnh, tình huống thực tiễn (bài tập thực tiễn) là các BTTT giải quyết những vấn đề gắn với bối cảnh và tình huống thực tiễn. Đây bài tập mở, tạo cơ hội cho HS có nhiều cách tiếp cận, nhiều con đƣờng giải quyết khác nhau. Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi chú trọng nhiều hơn đến dạng bài tập vật lí thực tiễn này. 1.4.2. Quan hệ giữa sử dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn và việc phát triển năng lực sáng tạo của HS Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn cho phép thực hiện biện pháp tổng hợp, có hiệu quả cao nhằm phát triển năng lực sáng tạo của HS. Các giai đoạn của việc giải bài tập vật lí thực tiễn yêu cầu thực hiện các cách thức hoạt động khác nhau nhằm giải quyết vấn đề, sáng tạo ra cái mới. Do đó, việc áp dụng bài tập vật lí thực tiễn trong dạy học vật lí bảo đảm trang bị và rèn luyện cho HS các tri thức, kỹ năng và phƣơng pháp hoạt động sáng tạo, nó cũng góp phần hình thành hứng thú, nhu cầu học tập và sáng tạo – cơ sở tâm lí của việc phát triển năng lực sáng tạo của HS. Thông tin sau khi đã thu thập và xử lí sẽ giúp cho ngƣời học có thêm những hiểu biết, những kiến thức mới. Tuy nhiên việc vận dụng chúng vào thực tiễn mới là điều quan trọng hơn, bởi khi vận dụng những thông tin đó vào thực tế thì kiến thức mà ngƣời học thu nhận đƣợc mới “sống” và ngƣời học sẽ càng hiểu sâu sắc hơn những vấn đề đã thu nhận đƣợc. Thực tiễn chính là thƣớc đo của kiến thức, là nơi kiểm nghiệm kiến thức và bồi đắp cho kiến thức của ngƣời học ngày càng phong phú hơn, từ đó ngƣời học có thể khám phá thêm những kiến thức mới, những hệ quả mới. TDST của học sinh sẽ đƣợc phát triển qua việc tìm tòi khám phá kiến thức mới trong thực tiễn. Bên cạnh đó, vật lí là môn học có liên quan chặt chẽ với đời sống và kĩ thuật và là môn học có hệ thống BT rất đa dạng và phong phú nên việc giải BTVL có thể rèn luyện cho các em những kĩ năng vận dụng nhƣ:  Kĩ năng giải thích những hiện tƣợng, quá trình.  Kĩ năng sử dụng các công thức để tính toán.  Kĩ năng chế tạo, thiết kế những thiết bị đơn giản trong đời sống.  Kĩ năng tìm hiểu những vận dụng của vật lí trong kĩ thuật và đời sống.  Kĩ năng vận dụng những kiến thức đã biết để phát hiện những vấn đề mới, những qui luật mới.

26 Chẳng hạn, HS có thể dùng kiến thức về lực Lorentz (Lo – ren – xơ) để giải thích hiện tƣợng “cực quang”; có thể dùng kiến thức về từ trƣờng nhân tạo để hiểu đƣợc tác dụng của việc chụp MRI khi đi khám chữa bệnh…. Nhƣ vậy, việc giải quyết các BTVL sẽ dần dần rèn luyện cho các em kĩ năng vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn, tạo cho các em thói quen biết liên hệ giữa “học” và “hành”, giữa “lí thuyết” và “thực tế” và làm cho kiến thức của các em ngày càng bền vững, sâu sắc hơn. 1.4.3. Cách sử dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn nhằm phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình dạy học Kiến thức mới đƣợc hình thành chủ yếu là sự kế thừa và phát triển các kiến thức mà HS đã học ở bậc Trung học cơ sở hoặc dựa vào các quan niệm đƣợc hình thành từ kinh nghiệm cuộc sống. Để tổ chức, điều khiển quá trình nghiên cứu kiến thức mới, để tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, GV có thể sử dụng hệ thống BT phù hợp với các bƣớc khác nhau của quá trình nghiên cứu kiến thức mới. 1.4.3.1. Sử dụng bài tập thực tiễn theo hướng phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trong phần đặt vấn đề, tạo tình huống học tập Bài tập thực tiễn đƣợc sử dụng trong nghiên cứu tài liệu mới thƣờng là những bài tập sử dụng các tình huống có vấn đề. Với những kiến thức đã có, ngƣời học thƣờng chƣa giải đƣợc hoặc mới chỉ giải đƣợc một phần của bài tập. Tuy nhiên, khi sử dụng, giáo viên cần chọn lựa một số bài tập thực tiễn chủ yếu ở mức 2, giới hạn ở mức 3 và có nội dung gần gũi với kinh nghiệm sống của học sinh thì sẽ đem lại hiệu quả cao hơn. Ở phần mở bài, GV nên chọn những BTTT đƣợc trình bày dƣới dạng tình huống có vấn đề nhằm kích thích hứng thú, tạo nhu cầu cần phải nghiên cứu, giải quyết. Yêu cầu của các BTTT ở bƣớc này là phải ngắn gọn, mang yếu tố “tình huống thực tiễn” và hƣớng vào nội dung kiến thức cơ bản của bài. 1.4.3.2. Sử dụng bài tập thực tiễn theo hướng phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trong quá trình nghiên cứu kiến thức mới Khi tổ chức nghiên cứu kiến thức mới, có thể tăng cƣờng sử dụng BT theo hƣớng phát triển NLST cho HS bằng cách chia nội dung kiến thức cần nghiên cứu thành những đơn vị kiến thức nhỏ. Để hình thành các đơn vị kiến thức đó có thể sử dụng các BTTT tƣơng ứng để vừa giải quyết các vấn đề đặt ra vừa gợi mở tƣ duy sáng tạo cho học sinh nhƣ: Các BT có tác dụng bồi dƣỡng kĩ năng phát hiện giải quyết vấn đề thƣờng gồm các câu hỏi nhƣ: theo em, hiện tƣợng sẽ xảy ra nhƣ thế nào? Dự đoán kết quả, hiện tƣợng và giải thích tại sao? Đƣa ra các biện pháp khắc phục hay đƣa ra các phƣơng pháp để giải quyết vấn đề..... Các BT có tác dụng rèn luyện các kĩ năng suy luận, diễn dịch thƣờng gồm các

27 câu hỏi nhƣ: Giải thích vì sao hiện tƣợng xảy ra nhƣ thế? Hãy dự đoán kết quả của TN hoặc hiện tƣợng vật lí? Hiện tƣợng đó tuân theo qui luật nào? Vì sao?... Các BT có tác dụng rèn luyện các kĩ năng tính toán thƣờng gồm các câu hỏi nhƣ: Hãy tính giá trị của một đại lƣợng? Đại lƣợng có giá trị bằng bao nhiêu?... Tăng cƣờng các BT thực nghiệm, các BT gắn với thực tế để đồng thời rèn luyện kĩ năng thực hành cũng nhƣ kĩ năng vận dụng thực tế cho HS. Tổ chức cho HS trao đổi, thảo luận theo nhóm nhỏ để đồng thời rèn luyện kĩ năng trao đổi thông tin với bạn học trong nhóm, trong lớp và cả với GV. Đối với những BTTT, GV cần sử dụng các câu hỏi định hƣớng, trợ giúp để HS thảo luận, trả lời. Ví dụ: Sau khi dạy xong phần bão từ và đã nghiên cứu tác dụng của bão từ tới con ngƣời và đời sống trong bài Từ trƣờng trái đất, GV có thể đặt câu hỏi về thực tiễn cuộc sống.  GV: Tại sao khi có bão từ, ngƣời ta cảm thấy khó chịu?  HS: Học sinh đã biết đƣợc từ trƣờng có ảnh hƣởng đến các sinh vật. Đối với con ngƣời trong từ trƣờng mạnh, máu đông lại chậm hơn, tính thẩm thấu của tế bào thay đổi, cƣờng độ hô hấp giảm đi, hoạt động của hệ thống thần kinh bị ức chế. Vì vậy, khi có bão từ tức là có sự thay đổi nhiều về từ trƣờng xung quanh ta do nguyên nhân từ mặt trời, thì từ trƣờng làm cho ngƣời ta cảm thấy khó chịu.  GV: Vậy đối với thực vật, bão từ có tác dụng nhƣ thế nào?  HS: Nghiên cứu trong thực tế cho thấy, từ trƣờng định hƣớng rễ cây, gia tăng sựu sinh trƣởng và làm tăng sức đề kháng của chất độc.... 1.4.3.3. Sử dụng bài tập thực tiễn theo hướng phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trong khâu vận dụng, củng cố kiến thức Khi kết thúc bài học, GV có thể sử dụng một số BT để HS củng cố và vận dụng các kiến thức đã học. Để HS nắm vững đƣợc kiến thức của bài đồng thời rèn luyện cho các em các kĩ năng vận dụng cụ thể, GV có thể sử dụng các biện pháp sau: chú trọng những BT thực nghiệm tạo mâu thuẫn giữa cái đã biết và cái chƣa biết để khi giải quyết vấn đề đặt ra dễ thuyết phục HS cả về lập luận lẫn tính thực tế. Sử dụng những BTTT nhằm giải quyết các tình huống đặt ra ở đầu bài học.Từ những kiến thức cơ bản của bài, GV dùng các BTTT tổng hợp có tính sáng tạo để HS vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết. Tuỳ theo đối tƣợng HS, GV có thể: Hƣớng dẫn, gợi ý về tài liệu cũng nhƣ cách giải để HS có thể tự lực vận dụng kiến thức để giải quyết các yêu cầu của BTTT. Để HS tự tìm tòi và khám phá các phƣơng pháp giải quyết các yêu cầu của BTTT. Bài tập thực tiễn đƣợc sử dụng cho kiểu bài này không giới hạn mức độ nhận thức của học sinh. Bài tập thực tiễn đủ các mức từ 1 đến 4 nhƣng cần sử dụng nhiều

28 bài tập thực tiễn ở mức 3 và 4. Các bài tập thực tiễn không chỉ nhằm tái hiện kiến thức cho học sinh mà quan trọng hơn là cần giúp cho học sinh biết sử dụng linh hoạt, phối hợp các kiến thức với nhau một cách nhuần nhuyễn khi giải một bài tập thực tiễn. Từ việc giải các bài tập thực tiễn học sinh sẽ nhớ, hiểu các kiến thức đã học và bƣớc đầu biết vận dụng kiến thức đƣợc học để giải quyết tình huống thực tiễn. Bài tập thực tiễn rất thích hợp cho kiểu bài này nhất là khi làm bài tập ở nhà. Học sinh có nhiều thời gian để suy ngẫm, trao đổi với nhau hoặc với ngƣời có kinh nghiệm thực tiễn về vấn đề đƣợc nêu trong bài tập. Bài tập thực tiễn không phải là quá khó nhƣng vì học sinh phần lớn chƣa quen sử dụng kiến thức đã học để xử lí một vấn đề trong thực tiễn. Vì vậy giáo viên cần đƣa dần các bài tập thực tiễn vào trong dạy học theo sự tăng dần cả về số lƣợng bài tập, mức độ khó của bài tập và sự đa dạng của nội dung bài tập. Ví dụ: Khi học xong bài Lực Lornetz, GV đặt câu hỏi: Đƣa một nam châm mạnh lại gần ống phóng điện tử của một máy thu hình thì hình ảnh trên màn bị nhiễu. Em hãy giải thích tại sao?  Khi học xong bài sự từ hóa các chất, GV đặt câu hỏi để củng cố bài học: Tại sao nam châm điện sử dụng bên trong ống dây là lõi sắt còn nam châm vĩnh cửu thì bên trong ống dây là lõi thép?  HS: Nam châm điện sử dụng lõi sắt vì sau khi ngắt dòng điện qua ống dây thì từ tính của nam châm điện sẽ tắt theo còn đối với nam châm vĩnh cửu sau khi ngắt dòng điện trong ống dây thì từ tính của lõi thép vẫn duy trì trong một thời gian khá dài.  GV: Đặt câu hỏi yêu cầu HS về nhà suy nghĩ và trả lời. Tại sao sắt bị nhiễm từ tạm thời còn thép thì nhiễm từ vĩnh cửu?  HS: Suy nghĩ trả lời câu hỏi của giáo viên. 1.4.3.4. Sử dụng bài tập thực tiễn theo hướng phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trong khâu kiểm tra đánh giá Mục đích của việc kiểm tra, đánh giá là kiểm tra việc thực hiện mục tiêu của môn học. Khi đánh giá giáo viên phải đối chiếu với mục tiêu của lớp, chƣơng, bài nhằm thu đƣợc thông tin phản hồi giúp đánh giá kết quả học tập của học sinh đã đạt đƣợc mục tiêu đề ra hay chƣa. Từ kết quả của kiểm tra, đánh giá, giáo viên sẽ có những điều chỉnh thích hợp về nội dung, phƣơng pháp dạy học nhằm thu đƣợc kết quả tốt hơn, học sinh cũng sẽ có những điều chính thích hợp về phƣơng pháp học tập để có kết quả cao hơn tức là nhớ, hiểu và vận dụng kiến thức tốt hơn. Nội dung của kiểm tra, đánh giá cần chú ý cân đối tỉ lệ giữa sự nhớ, hiểu, vận dụng kiến thức tuỳ theo mức độ nhận thức của học sinh trong lớp có nâng dần tỉ trọng của các bài tập thực tiễn yêu cầu sự hiểu và vận dụng kiến thức. Vì thời gian kiểm tra là hữu hạn nên các giáo viên cần chọn số lƣợng bài tập

29 thực tiễn cũng nhƣ độ khó phù hợp với trình độ của học sinh lớp đó. Từ cơ sở của Lí luận dạy học và qua những phân tích trên, chúng tôi đề xuất tiến trình dạy học theo hƣớng tăng cƣờng sử dụng BTTT để phát triển năng lực sáng tạo cho HS trong dạy học vật lí nhƣ sơ đồ: ĐẶT VẤN ĐỀ Dùng BTTT để mở bài, tạo tình huống học tập

NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC MỚI Chia bài học thành những đơn vị kiến thức, dùng BTTT để hình thành các đơn vị kiến thức

Đơn vị kiến thức 1 Dùng BTTT 1 để hình thành

Đơn vị kiến thức 2 Dùng PT&KTDH để hình thành

…….

Chính xác hoá kiến thức, khẳng định tính đúng đắn của kiến thức về mặt khoa học

VẬN DỤNG, CỦNG CỐ Dùng BTTT để củng cố kiến thức và rèn luyện các kĩ năng vận dụng Giao nhiệm vụ cho HS thông qua các BTTT tạo ra các mô hình, sản phẩm để phát triển NLST

KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ NLST Dùng BTTT để kiểm tra, đánh giá kĩ năng và vận dụng kiến thức của HS theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo.

Sơ đồ 1.2. Tiến trình dạy học theo hướng sử dụng BTTT để phát triển NLST cho HS.

30 1.5. Tình hình sử dụng bài tập vật lí gắn với thực tiễn trong dạy học ở trƣờng THPT theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo 1.5.1. Nhận thức về tư duy sáng tạo và thực trạng của việc bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh ở các trường trung học phổ thông hiện nay Để đánh giá nhận thức về năng lực sáng tạo của HS và GV đồng thời tìm hiểu thực trạng của việc bồi dƣỡng NLST cho HS ở các trƣờng THPT hiện nay, chúng tôi đã tiến hành phỏng vấn và trao đổi với HS và GV tại trƣờng THPT Hoàng Hoa Thám thành phố Đà Nẵng, cho thấy: Đa số GV chƣa chú trọng đến việc bồi dƣỡng NLST cho HS. Trong các giờ học, HS rất ít đƣợc trao đổi, thảo luận về những vấn đề kiến thức của bài học. Việc tổ chức dạy học trên lớp cũng nhƣ ra BT về nhà cho HS chỉ theo một “lối mòn” quen thuộc: trên lớp dạy học là truyền thụ kiến thức, về nhà làm các BT ở sách giáo khoa là hoàn thành nhiệm vụ của HS. NLST của đa số HS còn hạn chế, và chƣa đƣợc phát triển biểu hiện là nhiều em chƣa có kĩ năng thu thập, xử lí thông tin cũng nhƣ chƣa biết vận dụng thông tin vào đời sống thực tế. 1.5.2. Thực trạng về vấn đề sử dụng bài tập vật lí để bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh ở các trường THPT hiện nay Nhƣ chúng tôi đã nói, BTVL là phƣơng tiện tốt để bồi dƣỡng NLST mà cụ thể là rèn luyện các kĩ năng cho HS. Tuy nhiên, thực trạng của vấn đề sử dụng BTVL để bồi dƣỡng NLST cho HS ở các trƣờng THPT hiện nay còn nhiều hạn chế. Những biểu hiện phổ biến là:  Hạn chế về việc tuyển chọn và hƣớng dẫn cho HS tìm tòi, giải quyết các dạng BTVL thực tiễn và phát triển tƣ duy sáng tạo.  Hạn chế về việc sử dụng BT nhằm định hƣớng hành động cho HS trong giờ học để giúp HS tích cực, chủ động trong việc chiếm lĩnh kiến thức, rèn luyện kĩ năng.  Hạn chế về việc sử dụng các BT mang tính sáng tạo trong việc kiểm tra, đánh giá HS. 1.5.3. Một số nguyên nhân cơ bản Để khắc phục các hạn chế, góp phần phát triển năng lực sáng tạo cho HS nhằm nâng cao chất lƣợng dạy học vật lí, theo chúng tôi cần xác định đƣợc các nguyên nhân cơ bản dẫn đến thực trạng trên. Các nguyên nhân đó là: GV ít liên hệ kiến thức vật lí với thực tế. Do cách thi cử có ảnh hƣởng quan trọng tới cách dạy vì trong các kì kiểm tra, kì thi không yêu cầu có nhiều câu hỏi có nội dung gắn với thực tiễn. Do vậy, đa số GV chỉ đƣa những kiến thức vật lí thực tiễn vào các hoạt động ngoại khóa, còn những tiết học tuyền thụ kiến thức mới thì ít đƣa

31 vào hoặc tiết luyện tập, ôn tập, tổng kết chuẩn bị cho các kì kiểm tra thì GV chỉ tập trung các kĩ năng khác có nội dung thuần túy vật lí để có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu của bài kiểm tra. Thời gian dành cho tiết học không nhiều do đó giáo viên không có cơ hội đƣa những kiến thức thực tế vào bài học. Năng lực vận dụng kiến thức vật lí để giải thích những tình huống xảy ra trong thực tế của HS còn hạn chế. Vốn hiểu biết thực tế của HS về các hiện tƣợng có liên quan đến vật lí trong đời sống hàng ngày còn ít.

KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Trong chƣơng này, chúng tôi đã trình bày những cơ sở lí luận về việc xây dựng và vận dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn phát triển năng lực sáng tạo cho của HS.Chúng tôi đã làm rõ nội dung, các tiêu chí, đánh giá năng lực sáng tạo và các mức độ của bài tập vật lí thực tiễn cũng nhƣ việc phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình dạy và học. Đồng thời, chúng tôi cũng đã phân tích và làm rõ mối quan hệ giữa bài tập vật lí thực tiễn và định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo của HS. Trên cơ sở phân tích, làm rõ các vấn đề ở trên, trong chƣơng hai chúng tôi sẽ nghiên cứu về mục tiêu dạy học, lôgic phát triển và xây dựng hệ thống bài tập nội dung chƣơng “Từ trƣờng” và chƣơng “Hiện tƣợng cảm ứng điện từ” vật lí lớp 11; thực tiễn dạy học chƣơng này ở địa phƣơng để xây dựng các tiến trình dạy học theo mục đích luận văn đã đặt ra.

CHƢƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC TIỄN CHƢƠNG “TỪ TRƢỜNG” VÀ “HIỆN TƢỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ LỚP 11 THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH 2.1. Phân tích cấu trúc của chƣơng Từ trƣờng và Cảm ứng điện từ 2.1.1. Phân tích cấu trúc của chương Từ trường Kiến thức:  Nêu đƣợc từ trƣờng tồn tại ở đâu, có tính chất gì.  Nêu đƣợc các đặc điểm của đƣờng sức từ của thanh nam châm thẳng, của nam châm chữ U, của dòng điện thẳng dài, của ống dây có dòng điện chạy qua.  Phát biểu đƣợc định nghĩa và nêu đƣợc phƣơng, chiều của cảm ứng từ tại một điểm của từ trƣờng. Nêu đƣợc đơn vị đo cảm ứng từ.  Viết đƣợc công thức tính cảm ứng từ tại một điểm của từ trƣờng gây bởi dòng điện thẳng dài vô hạn, tại tâm của dòng điện tròn và tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua.  Viết đƣợc công thức tính lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trƣờng đều.  Nêu đƣợc lực Lo-ren-xơ là gì và viết đƣợc công thức tính lực này. Kỹ năng:  Vẽ đƣợc các đƣờng sức từ biểu diễn từ trƣờng của thanh nam châm thẳng, của dòng điện thẳng dài, của ống dây có dòng điện chạy qua và của từ trƣờng đều.  Xác định đƣợc độ lớn, phƣơng, chiều của vectơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trƣờng gây bởi dòng điện thẳng dài, tại tâm của dòng điện tròn và tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua.  Bài toán xác định vectơ cảm ứng từ tổng hợp tại một điểm trong từ trƣờng 2.1.1.1. Từ trường a. Tương tác từ Các hiện tƣợng liên quan tới tƣơng tác từ đã đƣợc loài ngƣời sớm phát hiện. Ngƣời ta nhận thấy các một số mẫu quặng có khả năng hút đƣợc các vật nhỏ bằng sắt. Không những vậy, các mẫu quặng này còn hút và đẩy lẩn nhau Ban đầu chúng đƣợc gọi là "đá nam châm'', đó thực chất là các nam châm tự nhiên mà ngày nay chúng ta đã biết. Sự tƣơng tác giữa các nam châm đƣợc gọi là tƣơng tác từ.

Năm 1600, nhà bác học Gin-bơt (William Gillbert, 1540 – 1603) đã trình bày những cơ sở ban đầu của điện học và từ học đầu tiên. Gin-bơt đã chế tạo một nam châm mà ông gọi là “terralla” và nghiên cứu tác dụng của một kim nam châm với “terralla”. Ông thấy rằng có sự tác dụng từ giữa chúng. Gin-bớt cũng nghiên cứu các hiện tƣợng điện một cách có hệ thống. Khi khảo sát các hiện tƣợng điện và từ, ông đã đi đến kết luận rằng chúng hết sức khác nhau và không có gì liên quan với nhau. Nhƣ vậy, Gin-bơt đã thấy tƣơng tác điện và tƣơng tác từ là hai loại tƣơng tác khác nhau, song ông chƣa thấy mối quan hệ giữa các hiện tƣợng điện và từ. Năm 1820, nhà vật lí ngƣời Đan Mạch Ơ-xtét (Han Christian Oersted, 17771851) phát hiện dòng điện và nam châm có tƣơng tác với nhau. Ông thấy rằng nếu đặt một dây dẫn ở cạnh một kim nam châm rồi cho dòng diện chạy qua dây dẫn thì kim nam châm sẽ quay lệch đi. Khi đổi chiều dòng điện chạy qua, kim nam châm lệch theo chiều ngƣợc lại. Nhƣ vậy, thực nghiệm cho thấy có sự tƣơng tác giữa dòng điện với nam châm, giữa hai dòng điện với nhau, giữa các nam châm, các tƣơng tác đó gọi chung là tƣơng tác từ. Chính xác hơn, tƣơng tác từ xuất hiện khi các điện tích chuyển động và phụ thuộc vào tính chất của chuyển động đó. Giữa các dòng điện có tƣơng tác từ vì dòng điện là các dòng điện tích chuyển động. Giữa nam châm với dòng điện có tƣơng tác từ vì trong nam châm cũng có những dòng điện mà Am- pe gọi là dòng điện nguyên tố. Ngày nay, dòng điện phân tử đƣợc hiểu là dòng điện do vận động nội tại của các hạt mang điện trong nguyên tử và hạt nhân gây ra. Bản chất và quy luật của vận động nội tại này chỉ có thể đƣợc làm rõ trong khuôn khổ cơ học lƣợng tử. Cũng cần nói thêm rằng, mặc dù tƣơng tác điện và tƣơng tác từ là hai loại tƣơng tác nhƣng sau này Mắc-xoen (James Clerk Maxell, 1831 - 1879) đã thống nhất đƣợc hai loại tƣơng tác này và gọi chung là tƣơng tác điện từ. Lực tƣơng tác từ là một phần của lực tƣơng tác điện từ giữa các hạt tích điện chuyển động. b. Từ trường Khi xét tƣơng tác từ, ngƣời ta quan tâm tại sao hai dây dẫn mang dòng điện

34 không chạm với nhau mà lại có thể tƣơng tác với nhau? Không gian quanh một dòng điện có gì biến đổi không? Quan điểm tƣơng tác gần đƣợc Pha-ra đây nêu lên và sau đó đƣợc Moắc-xoen hoàn thiện. Theo đó, sở dĩ hai dòng điện tƣơng tác với nhau vì xung quanh dòng điện tồn tại một dạng vật chất đặc biệt đó chính là từ trƣờng. Dòng điện I2 nằm trong từ trƣờng tạo bởi dòng điện I1 nên chiệu tác dụng lực gây bởi dòng điện này. Ngƣợc lại dòng điện I2 tác dụng lên dòng điện I1 cũng thông qua từ trƣờng của nó. Hai dòng điện I1 và I2 tƣơng tác với nhau thông qua từ trƣờng. Từ trƣờng luôn gắn liền với dòng điện cũng nhƣ điện trƣờng luôn gắn liền với điện tích. Vật lí học hiện đại đã xác nhận sự đúng đắn của cách trả lời thứ hai. Vậy, từ trƣờng là môi trƣờng xung quanh hạt mang điện chuyển động. Tính chất cơ bản của từ trƣờng là có tác dụng từ lên hạt mang điện khác chuyển động trong nó. c. Đường sức từ Định nghĩa đường sức từ Tƣơng tự nhƣ đƣờng sức điện, để mô tả từ trƣờng một cách trực quan, ngƣời ta dùng khái niệm đƣờng sức từ. Đó là một mô hình biểu diễn từ trƣờng bằng hình học. Đƣờng sức từ là đƣờng cong có hƣớng đƣợc vẽ trong từ trƣờng sao cho hƣớng của tiếp tuyến tại bất kỳ điểm nào trên đƣờng cũng trùng với hƣớng của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó. Hình 2.1. Đường sức từ của Thực nghiệm cho thấy các nam châm thử định nam châm thẳng. hƣớng theo các đƣờng sức. Sự sắp xếp nhiều nam châm thử trong từ trƣờng (chẳng hạn từ trƣờng một nam châm thẳng) cho ta hình dung về đƣờng sức từ của từ trƣờng đó. Chiều đƣờng sức từ là chiều đi từ cực Nam sang cực Bắc của nam châm thử nằm cân bằng trong từ trƣờng. Tính chất của đường sức từ Đƣờng sức từ có các tính chất sau:  Tại mỗi điểm trong từ trƣờng, có thể vẽ đƣợc một đƣờng sức từ đi qua và chỉ một mà thôi;  Các đƣờng sức từ là những đƣờng cong kín. Trong trƣờng hợp từ trƣờng nam châm, ở ngoài nam châm các đƣờng sức từ đi ra từ cực Bắc, đi vào ở cực Nam của nam châm;  Các đƣờng sức từ không cắt nhau;  Nơi nào cảm ứng từ lớn hơn thì các đƣờng sức từ ở đó vẽ mau hơn (dày hơn), nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đƣờng sức từ ở đó vẽ thƣa hơn.

35  Tính chất từ thứ nhất có thể suy ra từ định nghĩa của đƣờng sức từ. Bất kì điểm nào trong từ trƣờng cũng có cảm ứng từ, vì vậy đều có thể vẽ đƣợc đƣờng cong nhận nó làm tiếp tuyến. Tính chất thứ hai của đƣờng sức từ là sự thể hiện tính chất xoáy của từ trƣờng. Tính chất thứ ba nhằm đảm bảo tính duy nhất của cảm ứng từ tại mỗi điểm. Thật vậy, giả sử tại một điểm có hai đƣờng sức cắt nhau thì ở điểm đó phải có hai tiếp tuyến, do đó có hai vec tơ cảm ứng từ tại điểm đó điều này mâu thuẫn với cảm ứng từ là duy nhất, đặc trƣng cho từ trƣờng tại điểm đó. d. Khái niệm từ phổ Đƣờng sức từ xác định nhƣ trên là dùng phƣơng pháp toán học thuần túy. Trong thực tế, để xác định đƣờng sức từ ngƣời ta dùng phƣơng pháp thực nghiệm. Dùng mạt sắt rắc đều lên một tấm mica đặt trên nam châm, gõ nhẹ tấm mica ta thấy các mạt sắt sắp xếp một cách có trật tự tạo thành các đƣờng cong. Hình ảnh các "đƣờng mạt sắt" thu đƣợc trong từ trƣờng nam châm gọi là từ phổ của nam châm. Vậy, sự sắp xếp của mạt sắt cho ta hình ảnh của đƣờng sức từ trong không gian. Hình ảnh đó gọi là từ phổ. 2.1.1.2. Cảm ứng từ a. Cảm ứng từ của những dòng điện trong mạch có hình dạng đơn giản Cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn Giả sử cần xác định từ trƣờng

tại M cách dây dẫn một đoạn r do dây dẫn

điện có cƣờng độ I (A) gây ra ta làm nhƣ sau: Điểm đặt: Tại M I Phƣơng: cùng với phƣơng tiếp tuyến của B đƣờng tròn ( O,r) tại M M r O Chiều: đƣợc xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải họăc quy tắc đinh ốc 1: Quy tắc nắm bàn tay phải: Để 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 cho ta chiều của cảm ứng từ. Quy tắc cái đinh ốc 1: Quay cái đinh ốc để nó tiến theo chiều dòng điện thì chiều của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ M

7 Độ lớn: BM  2.10 .

I Trong đó: B (T) - I (A) - r (m) r

36 Cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn tròn Giả sử cần xác định từ trƣờng

tại tâm

O cách dây dẫn hìng tròn bán kính r do dây BM

dẫn điện có cƣờng độ I (A) gây ra ta làm nhƣ sau: Điểm đặt: Tại O Phƣơng: Vuông góc với mặt phẳg vòng

dây. Chiều: đƣợc xác định theo quy tắc đinh ốc 2: “Quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện thì chiều tiến của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ I Trong đó: B (T) - I (A) - r (m) r Cảm ứng từ của dòng điện trong ống dây dẫn thẳng

7 Độ lớn: B M  2 .10 .

Giả sử cần xác định từ trƣờng

tại l - N vòng

tâm O của ống dây dẫn điện có cƣờng độ I (A) gây ra ta làm nhƣ sau: Phƣơng: song song với trục ống dây. Chiều: đƣợc xác định theo quy tắc

đinh ốc 2: “Quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện thì chiều tiến của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ 7 Độ lớn: B  4 .10 .

N .I Trong đó: B (T) - I (A) - l (m) – N số vòng dây. l

b. Từ trường đều Từ trƣờng có cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau gọi là từ trƣờng đều. Từ trƣờng đều có các đƣờng sức là các đƣờng thẳng song song và cách đều nhau. Có thể tạo ra từ trƣờng đều giữa các nam châm. Nếu các cực khác tên càng nằm gần nhau và mặt phẳng của các đầu mút của nam châm càng lớn thì từ trƣờng càng đều. Từ phổ của một nam châm hình chữ U cho thấy các “đƣờng mạt sắt” ở giữa hai cực của nam châm là các đƣờng gần nhƣ song song với nhau và cách nhau khá đều. Từ đó, có thể coi từ trƣờng trong khoảng giữa hai cực nam châm hình chữ U là từ trƣờng đều.

37 c. Nguyên lí chồng chất từ Điện trƣờng tuân theo nguyên lí chồng chất điện trƣờng. Từ trƣờng cũng tuân theo nguyên lí chồng chất. Nguyên lí này có nội dung nhƣ sau: - Vectơ cảm ứng từ B do một dòng điện bất kỳ tạo ra tại một điểm M bằng tổng các vectơ cảm ứng từ B do tất cả các phần tử nhỏ của dòng điện ấy tạo ra tại điểm ấy

B   B - Nếu từ trƣờng do nhiều dòng điện tạo ra thì



B B 1

 ....  B n   B i i 1

2.1.1.3. Lực từ a. Lực từ Lực từ

tác dụng lên một phần tử mạch điện

đặt trong từ trƣờng có vectơ

cảm ứng từ B đƣợc xác định bởi công thức: Đây là công thức Am-pe về lực tác dụng của từ trƣờng lên dòng điện.Lực có phƣơng vuông góc với B và nút chai: Quay cán vặn nút chai từ

, có chiều liên hệ với B và

theo quy tắc vặn

đến B , vặn nút chai tiến theo chiều của lực

Ngoài ra quy tắc bàn tay trái cũng đƣợc dùng để xác định chiều

: Đặt bàn tay

trái sao cho đƣờng cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay, chiều dòng điện đi từ cổ tay đến các ngón tay, thì chiều của ngón tay cái mở ra 900 là chiều của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện. Lực này có độ lớn: ΔF = I.B. Δl .sin  trong đó  là góc hợp bởi vectơ Δl và. Trƣờng hợp nếu đoạn dòng điện thẳng, chiều dài l, không đổi về hƣớng và độ lớn, đặt trong từ trƣờng đều B thì công thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện I là: F = I.B.l.sin 

(3.1.1)

Trong đó,  là góc hợp bởi B và chiều dòng điện.

38 Đây là công thức Am-pe về lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện thẳng đặt trong từ trƣờng đều. b. Lực Lo-ren-xơ Lực từ có tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua. Mà dòng điện chính là dòng chuyển dời có hƣớng của các điện tích tự do bên trong nó. Vậy các điện tích tự do có chịu tác dụng của lực từ không? Nếu có thì phƣơng của lực từ này tính nhƣ thế nào? Thực nghiệm đã chứng minh các điện tích chuyển động chịu tác dụng lực của từ trƣờng. Chẳng hạn, sử dụng thí nghiệm có sơ đồ nhƣ hình vẽ có thể chứng minh đƣợc sự tồn tại lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động.

Hình 2.2. Thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động. 1-vòng dây Hem-hôn; 2- bình thủy tinh trong chứa khí trơ; 3- sợi dây đốt; 4-vòng tròn sáng (xuất hiện khi cho dòng điện chạy qua vòng dây Hem- hôn và sợi dây).

Khi cho dòng điện qua vòng dây Hem-hôn và sợi dây đốt ở bên trong bình thủy tinh, trong bình xuất hiện một vòng tròn sáng màu xanh nằm trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng sức từ của vòng dây Hem-hôn. Hiện tƣợng đƣợc giải thích nhƣ sau:

Do bị đốt nóng, sợi dây đốt phát xạ nhiệt các electron. Các electron này chuyển động và va chạm với các phân tử khí trong bình. Khi va chạm, các electron iôn hóa các

39 phân tử khí và làm phát quang. Vậy vòng tròn sáng trong bình cho biết quỹ đạo của electron trong từ trƣờng. Electron không chuyển động thẳng mà chuyển động tròn chứng tỏ từ trƣờng tác dụng lực lên electron. Biểu thức của lực này đƣợc nhà bác học Lo-ren-xơ (Lorentz) xác định từ thực nghiệm nên đƣợc gọi là lực Lo-ren-xơ. Vậy, hạt mang điện chuyển động trong từ trƣờng chịu tác dụng của lực gọi là lực Lo-ren-xơ, xác định bởi công thức: f  q v.B  Trong đó, q là điện tích của hạt, v là vận tốc của hạt, B là cảm ứng từ. Từ công thức lực Lo-ren-xơ, độ lớn của lực là f = q vBsin ,

(3.1.2) với  là góc hợp bởi

v và B .

Phƣơng của lực Lo-ren-xơ xác định bằng thực nghiệm có phƣơng vuông góc với mặt phẳng chứa vectơ vận tốc của hạt mang điện và vectơ cảm ứng từ tại điểm khảo sát. Chiều của lực Lo-ren-xơ đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để cho các đƣờng cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực Lo-ren nếu hạt mang điện dƣơng (q> 0) và chỉ chiều ngƣợc lại nếu hạt mang điện âm. Trong trƣờng hợp q> 0 quy tắc này trùng với quy tắc bàn tay trái xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện. Và thực chất quy tắc này cũng có thể hiểu là quy tắc bàn tay trái với chú ý chiều dòng điện theo quy ƣớc là chiều chuyển động của điện tích dƣơng. Có thể tìm đƣợc biểu thức của lực Lo-ren dựa vào công thức Am-pe. Bài toán xác định các lực tác dụng lên đoạn dây điện thẳng đặt trong từ trường và đặc điểm chuyển động của nó  Xác định lực từ F tác dụng lên đoạn dây về cả phƣơng chiều và độ lớn nhƣ đã trình bày ở trên.  Xác định các lực khác tác dụng lên đoạn dây (trọng lực, lực ma sát,...)  Áp dụng định luật II Newton và suy ra đại lƣợng cần tìm Bài toán điện tích chuyển động trong từ trường đều Các ứng dụng của lực Lo-ren-xơ đều liên quan mật thiết đến bài toán chuyển động của điện tích trong từ trƣờng. Vì vậy, việc giải bài toán này sẽ làm sáng tỏ nguyên tắc các ứng dụng của lực Lo-ren-xơ. Xét một hạt khối lƣợng m mang điện tích q > 0, có vận tốc ban đầu là

đi vào khoảng không gian có từ trƣờng

40 đều với cảm ứng từ

; bỏ qua tác dụng của trọng lực (vì khối lƣợng của hạt m rất

nhỏ). Theo định luật II Niutơn và cônng thức định luật lực Lo-ren-xơ, phƣơng trình chuyển động của hạt có dạng: f  q v.B  Lực Lo-ren-xơ luôn luôn vuông góc với vectơ vận tốc

nên công của lực Lo-

ren-xơ luôn bằng không. Động năng của hạt không đổi, do đó độ lớn của vận tốc không đổi trong quá trình hạt chuyển động. Nhƣ vậy có thể thấy điện chuyển động trong từ trƣờng đều thì chỉ bị thay đổi hƣớng của vận tốc mà không tăng tốc hạt, điều này khác với điện tích chuyển động trong điện trƣờng đều thì có thể tăng tốc. 



Trường hợp vận tốc v vuông góc với B Lực Lo-ren-xơ có phƣơng chiều nhƣ hình vẽ và có độ lớn F = qBv. Vì lực Loren-xơ vuông góc với phƣơng chuyển động nên nó đóng vai trò lực hƣớng tâm. Dƣới tác dụng của lực đó hạt chuyển động tròn đều theo một đƣờng tròn bán kính r, có

mv 2  qvB dạng: r

(3.1.3)

vm v  (3.1.4) qB qB m Biểu thức (3.1.4) cho thấy bán kính quỹ đạo phụ thuộc vào vận tốc v của hạt

Từ đó, bán kính r của quỹ đạo chuyển động của hạt: r 

mang điện, vào độ lớn cảm ứng từ B và tỉ số

q (gọi là điện tích riêng của hạt). m

Chu kì T của chuyển động của hạt T = 2πr = 2π . 1 q B v m Tốc độ góc của hạt

ω

2π q  B T m

(3.1.5)

(3.1.6)

Tốc độ góc  đƣợc gọi tần số xiclôtrôn. Chu kì T và tần số xiclôtrôn  của hạt chỉ phụ thuộc vào điện tích riêng q và cảm ứng từ B, mà không phụ thuộc m

vào vận tốc v. Hạt mang điện chuyển động trong từ trƣờng đều có vận tốc

sẽ chuyển động tròn đều với các đặc trƣng chỉ ra ỏ (3.1.4), (3.1.5), (3.1.6). 



vuông góc với B

Trường hợp vận tốc ban đầu v hợp với cảm ứng từ B một góc  bất kì

41 Có thể xem chuyển động của hạt gồm hai thành phần: Chuyển động tròn đều trong mặt phẳng vuông góc với

, với vận tốc dài bằng

 v

quỹ đạo chuyển động

 F

vn 

 B l

vn=vsin, bán kính quỹ đạo r, chu kì T và tần số góc  xác định bằng các công thức trong đó thay v bởi vn. Chuyển động thẳng đều với vận tốc vt =vcos dọc thep phƣơng 

của B . Vì vậy, quỹ đạo của hạt là một đƣờng xoắn ốc hình trụ, có trục trùng với 

phƣơng của vectơ cảm ứng từ B . Bƣớc của đƣờng xoắn ốc là:

l  vtT 

2vcosα 1 . q B m

2.1.1.4. Sự từ hóa các chất Các chất trong tự nhiên khi đặt trong từ trƣờng thì tính chất từ đều bị biến đổi. Hiện tƣợng đó gọi là sự từ hóa. Các chất khác nhau thì có khả năng bị từ hóa mạnh yếu khác nhau. Đa số các chất trong tự nhiên có tính từ hóa yếu, chỉ có một số ít chất có tính từ hóa mạnh. Đặc điểm của sự từ hóa là sự xuất hiện một từ trƣờng phụ khi đặt vật chất trong từ trƣờng ngoài. Các chất khác nhau thì đặc điểm từ trƣờng phụ khác nhau. Các chất khi đặt trong từ trƣờng trƣờng ngoài thì gọi là từ môi hay vật liệu từ. a. Phân loại vật liệu từ Căn cứ vào đặc điểm của từ trƣờng phụ, ngƣời ta phân loại vật liệu từ thành 3 loại: Chất thuận từ Chất có từ trƣờng phụ cùng chiều với từ trƣờng ngoài và có độ lớn rất nhỏ so với từ truờng ngoài. Ví dụ nhƣ nhôm, vônfram, ôxi, nitơ, không khí... Chất nghịch từ Chất có từ truờng phụ ngƣợc chiều với từ trƣờng ngoài và độ lớn rất nhỏ so với từ trƣờng ngoài. Ví dụ nhƣ bismut, đồng, beri, vàng, bạc, bo, nƣớc, các khí trơ...

42 Chất sắt từ Chất có từ trƣờng phụ cùng chiều với từ trƣờng ngoài và độ lớn xấp xỉ hoặc có thể lớn hơn từ trƣờng ngoài rất nhiều. Ví dụ nhƣ sắt, niken, coban, các kim loại thuộc nhóm đất hiếm và một số hợp kim của sắt Hiện tƣợng từ hóa các chất có thể đƣợc giải thích theo thuyết miền từ hóa tự nhiên và các hiệu ứng từ ở cấp độ nguyên tử. Chẳng hạn tính từ hóa mạnh của các chất sắt từ đƣợc giải thích bằng thuyết miền từ hóa tự nhiên. Theo thuyết này, các chất sắt từ có cấu trúc đặc biệt về phƣơng diện từ, bao gồm nhiều miền từ hóa tự nhiên gọi là đô men từ. Sự tạo thành các đô men từ là do tƣơng tác giữa các nguyên tử săt từ. Mỗi nguyên tử tƣơng đƣơng với một nam châm nhỏ, chúng tƣơng tác với nhau dẫn tới trạng thái là các mô men từ của chúng song song cùng chiều. Kết quả là mỗi đô men từ tƣơng đƣơng với một kim nam châm nhỏ. Mỗi đô men từ có kích thƣớc cỡ 0,01 đến 0,1mm và chứa khoảng 1017 đến 1021 nguyên tử. Bình thƣờng các "kim nam châm nhỏ" này sắp xếp hỗn độn. Vì vậy từ trƣờng tổng hợp của cả mẫu chất sắt từ bằng không. Khi đó các chất sắt từ không có từ tính. Nếu mẫu chất sắt từ đƣợc đặt trong từ trƣờng ngoài thì dƣới tác dụng của từ trƣờng ngoài, các đô men từ có mô men từ hợp với từ trƣờng ngoài một góc nhọn sẽ đƣợc mở rộng ra còn các đô men từ có mô men từ hợp với từ trƣờng ngoài một góc tù sẽ bị thu hẹp dần và biến mất. Toàn bộ khôi sắt từ chỉ bao gồm các đô men có mô men từ gần cùng hƣớng với từ trƣờng ngoài. Mô men từ của toàn bộ khối sắt từ khác không và khối chất sắt từ trở thành nam châm tức có từ tính. B'

- B0max

- Bk Bk

B0max

- Bd A'

Hình 2.3. Chu trình từ trễ Khi ngắt từ trƣờng ngoài, do có những lực tƣơng tác kiểu nhƣ "lực ma sát" giữa các

43 đô men từ, sự sắp xếp các đô men không hoàn toàn khôi phục lại trạng thái hỗn loạn ban đầu nên mẫu sắt từ vẫn có từ tính. Sự tồn tại của các đô men trong chất sắt từ đã đƣợc thực nghiệm chứng minh. Có thể quan sát trực tiếp các đô men bằng kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử. b. Hiện tượng từ trễ Bộ thí nghiệm khảo sát sự từ hóa chất sắt từ gồm một ống dây thẳng và bộ phận chuyển mạch để có thể đổi chiều và độ lớn dòng điện chạy qua ống dây. Cảm ứng từ

 B0 ở trong lòng ống dây do dòng điện sinh ra cũng đổi chiều và độ lớn. Đặt một lõi sắt

từ chƣa bị từ hóa lần nào vào trong lòng ống dây. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của từ 



trƣờng phụ B  theo từ trƣờng ngoài B0 khi khảo sát quá trình từ hóa của lõi sắt đƣợc cho bởi hình 3. Ban đầu khi B0 = 0 thì B' = 0. Khi B0 tăng theo chiều dƣơng, B' tăng theo, lõi sắt bị từ hóa. Khi B0 đạt giá trị cực đại thì B' đạt giá trị cực đại (điểm A). Khi giảm B0 thì B' cũng giảm theo. Khi B0 = 0, giá trị B' không triệt tiêu mà bằng một giá trị Bd gọi là giá trị từ dƣ. Đổi chiều dòng điện qua khung dây, và tăng độ lớn (độ lớn B0 tăng theo chiều âm) thì B' giảm. Khi B' = 0 lõi sắt không còn từ tính nữa, độ lớn của B0 ứng với giá trị đó gọi là giá trị khử từ Bk. Tiếp tục tăng cƣờng độ dòng điện (B0 tăng theo chiều âm) B' cũng tăng theo chiều âm, lõi sắt lại bị từ hóa nhƣng từ trƣờng ngƣợc với trƣớc. Khi B0 đạt cực đại (theo chiều âm) thì B' cũng đạt giá trị cực đại (điểm A'). Giảm dần cƣờng độ dòng điện (độ lớn của B0 giảm), B' giảm theo. Khi B0 = 0 thì lõi sắt vẫn còn từ tính với cảm ứng từ có giá trị Bd (theo chiều âm). Đổi chiều dòng điện và tăng dần cƣờng độ dòng điện theo chiều dƣơng (B0 tăng theo chiều dƣơng), B' giảm dần độ lớn. Khi B' = 0 thì B0 tƣơng ứng với giá trị khử từ Bk. Tiếp tục tăng B0, B' tăng đến giá trị cực đại (điểm A). 

Đƣờng cong biểu diễn sự biến thiên của từ trƣờng phụ B  trong lõi sắt theo từ 

trƣờng ngoài B0 (đƣờng OAA'A) gọi là đƣờng cong từ hóa. Trƣờng hợp từ trƣờng 

ngoài B0 biến thiên điều hòa, đƣờng cong từ hóa là đƣờng cong khép kín, đƣờng cong kín đó đƣợc gọi là chu trình từ trễ. Hiện tƣợng khi từ hóa vật chất, đƣờng cong từ hóa lúc tăng từ trƣờng ngoài không trùng với lúc giảm từ trƣờng ngoài gọi là hiện tƣợng từ trễ. Hiện tƣợng từ trễ là một đặc trƣng quan trọng của các chất sắt từ. Đối với các chất sắt từ khác nhau thì chu trình từ trễ khác nhau. Chu trình từ trễ của lõi sắt non (còn gọi là chất sắt từ cứng) dùng để từ hóa thành nam châm vĩnh cửu còn hình b) là chu trình từ trễ của lõi thép kĩ thuật (còn gọi là chất sắt từ mềm - tôn silic) dùng trong các máy biến thế, động cơ điện.

44 c. Chất siêu dẫn và khái niệm hiệu ứng nghịch từ lí tưởng Năm 1911, nhà bác học ngƣời Hà Lan Ôn-nit (H.Onnes) phát hiện thấy khi hạ nhiệt độ của thủy ngân đến 4K thì điện trở suất của nó đột ngột giảm về không. Sau đó ngƣời ta cũng phát hiện hiện tƣợng xảy ra tƣơng tự với nhiều chất khác. Hiện tƣợng đó gọi là siêu dẫn. Các chất ở trạng thái xảy ra hiện tƣợng siêu dẫn gọi là chất siêu dẫn. Trong chất siêu dẫn, bên cạnh hiện tƣợng điện trở suất bằng không còn có nhiều hiệu ứng khác rất lí thú đã đƣợc phát hiện. Một trong những phát hiện đó là của Mây-sơ-nơ (W.Meissner) vào năm 1913. Hiệu ứng đó gọi là hiệu ứng nghịch từ lí tƣởng hay hiệu ứng Mây-sơ-nơ. Hiệu ứng đó nhƣ sau: Khi đặt chất siêu dẫn vào trong từ trƣờng ngoài thì từ trƣờng tổng hợp trong lòng chất siêu dẫn bằng không, từ trƣờng chỉ khác không ở một lớp rất mỏng bề mặt chất siêu dẫn (không quá 10μm). Nghĩa là khi đặt chất siêu dẫn vào trong từ trƣờng ngoài thì từ trƣờng ngoài chỉ xâm nhập vào một khoảng rất mỏng trên bề mặt chất siêu dẫn mà thôi. Vì tính chất này mà khi đặt chất siêu dẫn vào từ trƣờng thì nó bị từ trƣờng đẩy ra rất mạnh. Hình ảnh dƣới đây cho thấy một mẫu chất siêu dẫn nằm lơ lửng phía trên nam châm. 2.1.1.5. Từ trường trái đất a. Khái niệm các cực từ của Trái Đất Trái Đất có hai địa cực là Bắc cực và Nam cực, đó là hai cực địa lí của Trái Đất. Về phƣơng diện từ, Trái Đất có thể xem là một nam châm khổng lồ có hai cực là cực từ Bắc và cực từ Nam. Khi đặt một nam châm thử nằm cân bằng trên mặt đất thì cực Bắc của kim nam châm hƣớng về phía cực Bắc địa lí, còn cực Nam kim nam châm hƣớng về cực Nam địa lí. Nhƣ vậy vị trí cực từ Bắc của "nam châm Trái Đất" gần trùng với cực Nam địa lí còn cực từ Nam gần với cực Bắc địa lí. Nguyên nhân chính xác về từ trƣờng của Trái Đất đến nay vẫn chƣa đƣợc làm rõ. b. Khái niệm độ từ thiên Trên thực tế vị trí các cực từ của Trái Đất có sự biến đổi theo thời gian. Hiện nay, cực từ Bắc không trùng với cực Nam địa lí và cực từ Nam không trùng với cực Bắc địa lí. Do đó, các đƣờng sức từ trên mặt đất không trùng với các đƣờng kinh tuyến. Giữa chúng có một góc lệch gọi là độ từ thiên hay góc từ thiên.

c. Khái niệm độ từ khuynh Độ từ khuynh là góc lệch giữa trục kim nam châm và mặt phẳng nằm ngang.

d. Khái niệm hiện tượng bão từ Các yếu tố của từ trƣờng Trái Đất tại bất cứ điểm nào trên Trái Đất cũng luôn biến đổi theo thời gian. Nhƣng biến đổi này xảy ra rất phức tạp, có những biến đổi xảy ra theo chu kỳ hàng thế kỉ, có những biến đổi xảy ra theo mùa, có những biến đổi biến đổi giữa ngày và đêm. Tuy nhiên đó là những biến đổi có tính địa phƣơng. Chỉ những biến đổi từ trƣờng Trái Đất trên quy mô toàn cầu mới gọi là bão từ. Những bão từ yếu thƣờng không liên quan đến hoạt động của Mặt Trời vì các cơn bão từ loại này xảy ra thƣờng xuyên, hầu nhƣ tháng nào cũng có vài cơn bão từ yếu. Những cơn bão từ mạnh thƣờng chỉ xảy ra khi có những hoạt động mạnh của Mặt Trời.

Hình 2.4. Bão từ

46 2.1.1.6. Ứng dụng a. Điện kế khung quay Cấu tạo chỉ của điện kế khung quay

Hình 2.5. Cấu tạo điện kế khung quay 1- nam châm; 2- lò xo xoắn; 3- chốt giữ lò xo; 4- thƣớc chia độ; 5- khung dây dẫn; 6- kim chỉ thị. Nguyên tắc hoạt động điện kế khung quay Khi dòng điện một chiều chạy qua khung dây làm xuất hiện một mô men ngẫu lực từ làm khung bị quay đi. Lúc đó lò xo cũng đồng thời bị xoắn lại tạo ra một mô men cản. Khi có sự cân bằng giữa mô men cản và mô men ngẫu lực từ thì kim sẽ chỉ một giá trị xác định trên thƣớc đo. Vị trí của đầu kim trên thƣớc đo tƣơng ứng với cƣờng độ dòng điện qua cuộn dây hoặc hiệu điện thế giữa hai đầu điện kế. Ngoài ra, các điện kế thực tế có thêm cơ chế để làm tắt nhanh dao động của kim khi cƣờng độ dòng điện thay đổi, để cho kim quay nhẹ nhàng theo sự thay đổi của dòng điện mà không bị rung. Một cơ chế giảm dao động đƣợc dùng là ứng dụng sự chuyển hóa năng lƣợng dao động sang nhiệt năng nhờ dòng điện Phu-cô (Foucault). Cuộn dây đƣợc gắn cùng một lõi kim loại nằm trong từ trƣờng của nam châm. Mọi dao động của cuộn dây và đĩa sinh ra dòng Phu-cô trong đĩa. Dòng điện này cản trở chuyển động của lõi kim loại, lõi bị nóng lên, tiêu hao năng lƣợng dao động và dập tắt dao động. Để tạo thành vôn kế hoặc ampe kế, các điện kế đƣợc mắc thêm các điện trở phụ. Với vôn kế, các điện trở phụ mắc nối tiếp với khung dây và có giá trị rất lớn. Với ampe kế, các điện trở phụ này gọi là sơn và đƣợc mắc song song với khung dây, điện trở các sơn có giá trị rất nhỏ. Trong thực tế, để giúp đọc kết quả chính xác, một số điện kế kế lắp thêm gƣơng tạo ra ảnh của kim nằm sau thƣớc đo. Điều này đảm bảo mắt nhìn thẳng vào thƣớc đo khi đọc kết quả.

47 b. Động cơ điện một chiều Cấu tạo

Hình 2.6. Cấu tạo động cơ điện một chiều Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều dựa vào tác dụng làm quay khung dây trong từ trƣờng. Mô men ngẫu lực từ có tác dụng đƣa khung về trạng thái mà vec tơ mô men ngẫu lực từ cùng hƣớng với cảm ứng từ. Ở đây, bộ góp điện có tác dụng đổi chiều dòng điện trong khung dây khi từ trƣờng qua khung dây đổi chiều. Do đó, chiều quay của khung dây trong từ trƣờng không đổi. Hoạt động của động cơ điện một chiều đƣợc minh họa ở hình vẽ dƣới đây. c. Loa điện Loa điện động có cấu tạo gồm các bộ phận chính: nam châm tròn và lõi thép, cuộn dây, màng loa, giá đỡ. Nam châm tròn và lõi thép tạo ra một khe từ có từ trƣờng xuyên tâm. Cuộn dây đƣợc đặt trong khe từ này và gắn với màng loa. Màng loa có các nếp gấp để cả màng loa và cuộn dây có thể chuyển động vào ra dọc khe từ một cách dễ dàng. Tín hiệu âm thanh sau khi biến điệu thành tín hiệu điện đƣợc đƣa vào cuộn dây của loa. Đây là tín hiệu điện có chiều thay đổi, do đó lực từ tác dụng lên cuộn dây cũng thay đổi theo. Cuộn dây chuyển động vào ra dọc khe từ và kéo theo màng loa cũng dao động theo. Dao động của màng loa làm nén giãn miền không khí xung quanh tạo nên âm thanh. Âm thanh phát ra ở loa giống nhƣ âm thanh đã biến điệu thành tín hiệu điện đƣa vào cuộn dây

Hình 2.7. Cấu tạo loa điện động d. Đèn hình CRT Đèn hình CRT là một bộ phận dùng để hiển thị hình ảnh trên TV, máy vi tính, dao động kí. Một chùm tia điện tử mảnh đƣợc phóng ra từ ca tôt (cathode) nung nóng, tia điện tử này đƣợc gia tốc bởi điện trƣờng của anôt thứ nhất (slits). Nếu không đƣợc làm lệch trong điện trƣờng và từ trƣờng thì tia điện tử bay thẳng và đập vào một vị trí trên màn huỳnh quang, do đó chỉ có một chấm sáng trên màn. Để hiển thị đƣợc hình ảnh nhƣ ta thấy chùm tia điện tử cần đƣợc điều khiển quét khắp màn huỳnh quang. Cơ cấu thực hiện nhiệm vụ này là các cuộn dây và các cặp bản tụ điện. Chùm tia điện tử bị lệch trong từ trƣờng cuộn dây do lực Lo-ren-xơ và lệch trong điện trƣờng của tụ điện do lực điện. Việc làm lệch chùm tia điện tử đƣợc điều khiển nhờ tín hiệu đƣa vào các cặp bản tụ và cuộn dây. Tín hiệu điều khiển sự lệch chùm tia theo cả phƣơng dọc và ngang. Vì điện tử có khối lƣơng rất bé nên quán tính nhỏ, do đó sự thay đổi hƣớng vận tốc thực hiện dễ dàng. Chùm tia điện tử quét rất nhanh tạo ra sự phát sáng các điểm trên màn hình. Tập hợp các điểm sáng khác nhau trên màn hình tạo thành hình ảnh hiển thị.

Hình 2.8. Chuyển động của chùm điện tử trong từ trường và điện trường

49 e. Máy gia tốc Xiclotron Cấu tạo Cấu tạo của xiclôtrôn đƣợc chỉ ra trên hình vẽ. Nó gồm hai điện cực, có dạng hai nửa hình hộp hình chữ D (D1, D2) đặt trong một buồng chân không. Hai hộp chữ D đặt cách nhau một khe hẹp. Đặt một hiệu điện thế thay đổi tuần hoàn vào hai hộp, hai hộp D1và D2 trở thành hai điện cực. Khoảng giữa khe hẹp có một điện trƣờng thay đổi tuần hoàn. Toàn bộ hai hộp đặt trong một từ trƣờng đều của một nam châm điện cực mạnh có cảm ứng từ

Hình 2.9. Máy gia tốc Xiclotron

 B vuông góc với mặt hộp.

Nguyên tắc hoạt động Bài toán điện tích chuyển động trong từ trƣờng đều vuông góc với vận tốc ban đầu của nó cho thấy quỹ đạo điện tích là đƣờng tròn. Chu kì quay của điện tích không phụ thuộc vào vận tốc của nó. Tính chất này đƣợc ứng dụng trong máy gia tốc xiclôtrôn. Đây là một thiết bị quan trong trong nghiên cứu vật lí hạt nhân và các hạt cơ bản. Những hạt mang điện đƣợc cung cấp từ nguồn P, đặt ở khe giữa khe hở của hai cực. Quá trình gia tốc các hạt mang điện đƣợc thực hiện làm nhiều bƣớc. Giả sử, khi hiệu điện thế giữa hai cực là lớn nhất, ở khe giữa hai cực có một hạt mang điện dƣơng; khi đó hạt sẽ chịu tác dụng của điện trƣờng và bị hút vào giữa điện cực âm. Khoảng không gian trong điện cực là đẳng thế, ở đó hạt chỉ chịu tác dụng của từ trƣờng. Với vận tốc vừa thu đƣợc dƣới tác dụng của từ trƣờng, hạt sẽ chuyển động tròn, có bán kính tỷ lệ với vận tốc. Ngƣời ta chọn tần số của hiệu điện thế xoay chiều bằng tần số xiclôtrôn của hạt (xác định bởi công thức. Sau khi hạt chuyển động đƣợc nửa vòng tròn và đến khe hở giữa hai điện cực, thì lúc đó hiệu điện thế đã đổi dấu (sau một nửa chu kỳ) và đạt giá trị cực đại. Hạt lại đƣợc điện trƣờng giữa hai khe tăng tốc thêm, rồi bay vào trong cực thứ hai, với vận tốc lớn hơn, do đó quỹ đạo của hạt có bán kính lớn hơn trƣớc trong khi thời gian chuyển động của hạt trong điện cực D1, D2 thì không đổi (bằng nửa chu kỳ). Quá trình tăng tốc cứ tiếp tục mãi. Quỹ đạo của hạt có dạng gần nhƣ một đƣờng xoắn ốc. Năng lƣợng cực đại Wmax có thể cung cấp cho hạt phụ thuộc vào cảm ứng từ của nam châm điện, vào bán kính quỹ đạo cực đại rmax của hạt rmax

50 bằng bán kính các hộp).

rmax  R  Theo (3.1.4)

Wmax

v max , q B m

mv 2max q2 2 2   R B 2 2m

do đó: Đối với máy gia tốc xiclôtrôn, Wmax chỉ có thể đạt tới vài chục MeV. Bởi vì khi hạt thu đƣợc năng lƣợng lớn tới mức nào đó thì khối lƣợng m của hạt tăng lên do hiệu ứng tƣơng đối tính dẫn đến điện tích riêng giảm. Tần số xiclôtrôn giảm, sự đồng bộ giữa tần xiclôtrôn và tần số điện trƣờng không còn vì vậy hạt không đƣợc tăng tốc nữa. Khi đó, muốn cho năng lƣợng của hạt lớn, cần phải là thay đổi tần số của hiệu điện thế tăng tốc (trong máy gia tốc phazôtrôn) hoặc là thay đổi từ trƣờng sao cho tỷ số

m B không đổi (trong máy xinclôtrôn) hoặc cả tần số của hiệu điện thế tăng tốc lẫn từ trƣờng đều biến đổi. Lúc đó hạt có thể gia tốc tới năng lƣợng hàng chục GeV. 2.1.2. Phân tích cấu trúc chương hiện tượng cảm ứng điện từ Kiến thức  Mô tả đƣợc thí nghiệm về hiện tƣợng CƢĐT.  Viết đƣợc công thức tính từ thông qua một diện tích, nêu đƣợc đơn vị đo từ thông. Nêu đƣợc cách làm biến đổi từ thông.  Phát biểu đƣợc định luật faraday về CƢĐT và định luật Len-zơ về chiều dòng điện cảm ứng.   Viết đƣợc hệ thức ec   và ec  Bvl sin  . t

 Nêu đƣợc khái niệm dòng điện Fu-co. Tác dụng có lợi và khắc phục những ảnh hƣởng có hại của dòng Fu-co.  Nêu đƣợc hiện tƣợng tự cảm.  Nêu đƣợc khái niệm độ tự cảm và đơn vị đo độ tự cảm.  Nêu đƣợc từ trƣờng trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua và mọi từ trƣờng đều mang năng lƣợng.  Viết đƣợc công thức tính năng lƣợng của từ trƣờng trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua. Kĩ năng  Tiến hành đƣợc thí nghiệm về hiện tƣợng cảm ứng điện từ.  Vận dụng đƣợc công thức   BS cos  .

51  Vận dụng đƣợc các hệ thức ec  

 và ec  Bvl sin  . t

 Xác định đƣợc chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-zơ và theo quy tắc bàn tay trái.  Tính đƣợc suất điện động tự cảm trong ống dây khi dòng điện chạy qua nó có cƣờng độ biến đổi theo thời gian. - Tính đƣợc năng lƣợng của từ trƣờng trong ống dây. 2.1.2.1. Hiện tượng cảm ứng điện từ a. Từ thông Trong không gian của một từ trƣờng bất kì, vectơ cảm ứng từ có thể biến đổi từ điểm này sang điểm khác cả về hƣớng và độ lớn. Vì vậy, để có một hình ảnh khái quát nhƣng cụ thể về sự biến đổi ấy, ngƣời ta đƣa ra khái niệm đƣờng cảm ứng từ. “Đường cảm ứng từ là một đường cong vạch ra trong từ trường sao cho tiếp tuyến tại mọi điểm của nó trùng với phương của vectơ cảm ứng từ tại những điểm ấy, chiều của đường cảm ứng từ là chiều của vectơ cảm ứng từ”  Đƣờng cảm ứng từ có các tính chất sau:

- Qua một điểm trong từ trƣờng luôn vẽ đƣợc một đƣờng cảm ứng từ

 Đƣờng cảm ứng từ là đƣờng cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu  Các đƣờng cảm ứng từ không cắt nhau  Quy ƣớc vẽ số đƣờng cảm ứng từ qua một đơn vị diện tích nằm vuông góc với phƣơng của từ trƣờng tỉ lệ với độ lớn của vectơ cảm ứng từ tại nơi đặt diện tích đó. Xét một diện tích dS đủ nhỏ trong từ trƣờng sao cho vectơ cảm ứng từ qua diện tích ấy có thể coi nhƣ bằng nhau tại mọi điểm. Ta đƣa ra khái niệm từ thông gứi qua diện tích dS là đại lƣợng có giá trị d  BdS , trong đó B là vectơ cảm ứng từ tại một điểm bất kì

52 trên diện tích ấy, dS là một vectơ nằm theo phƣơng của pháp tuyến n với diện tích đang xét, có chiều là chiều dƣơng của pháp tuyến đó, và có độ lớn bằng chính độ lớn của diện tích đó. Gọi  là góc hợp bởi dS và B (tức là góc hợp bởi n và B ), Bn là hình chiếu của B lên phƣơng pháp tuyến đó, dS n là hình chiếu của dS lên mặt phẳng vuông góc với đƣờng sức từ, ta có: d  BdS cos   Bn dS  BdSn ; d có thể dƣơng hoặc âm phụ thuộc vào góc  nhọn hoặc tù. Số đƣờng cảm ứng từ vẽ qua diện tích dSn vuông góc với từ trƣờng tỉ lệ với tích BdSn . Nhƣ vậy, số đƣờng cảm ứng từ qua dS cũng tỉ lệ với BdS n , tức là tỉ lệ với từ thông.

Nếu muốn tính từ thông qua một diện tích S có kích thƣớc lớn nằm trong một từ trƣờng bất kì, chia S thành các diện tích khá nhỏ dS sao cho trên mỗi phần tử ấy vectơ cảm ứng từ là không đổi. Nhƣ vậy, từ thông gửi qua diện tích lớn là    BdS S

Nếu diện tích S là phẳng nằm trong từ trƣờng đều và vuông góc với các đƣờng cảm ứng từ thì:    BdS   BdS  B  dS  BS S

Khi nói đến từ thông tức là muốn nói đến số đƣờng cảm ứng từ đi qua một diện tích nào đó, nhƣng số đƣờng cảm ứng từ thì luôn luôn dƣơng, còn từ thông d là một đại lƣợng đại số, có thể âm hoặc dƣơng phụ thuộc vào góc  . Dựa vào công thức trên, nếu thay đổi  , B , dS thì từ thông qua dS cũng sẽ thay đổi. Trong hệ SI, đơn vị của cảm ứng từ B là Tesla, đơn vị của S là m 2 , lúc đó đơn vị của từ thông là Wb. + Định lí Ôxtrôgrađxki – Gauss (O-G) đối với từ trường Đối với điện trƣờng, định lí O – G đƣợc phát biểu “Điện thông gởi qua mặt kín bất kì thì bằng tổng các điện tích chứa trong mặt kín đó chia cho hằng số điện ε0”. Bằng cách suy luận tƣơng tự, định lí O – G đối với từ trƣờng có thể phát biểu nhƣ sau: Từ thông gởi qua mặt kín bất kì thì bằng tổng các từ tích chứa trong mặt kín đó chia cho hằng số từ μ0. Tuy nhiên, sự khác nhau căn bản giữa điện trƣờng và từ trƣờng ở chỗ điện trƣờng (tĩnh) đƣợc gây bởi các điện tích đứng yên, cò từ trƣờng đƣợc gây ra bởi các điện tích chuyển động. Cho tới ngày nay, ngƣời ta chƣa hề tìm thấy các từ tích trong tự nhiên. Vì lí do đó định lí O – G đối với từ trƣờng đƣợc phát biểu nhƣ sau: “Từ thông gửi qua bất kỳ mặt kín nào cũng bằng không”.

53 b. Hiện tượng cảm ứng điện từ Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ Thí nghiệm của Faraday) Lấy một ống dây điện và mắc nối tiếp nó với một điện kế thành một mạch kín nhƣ hình vẽ (h4). Phía bên ống dây, ta đặt một thanh nam châm SN. Nếu đẩy thanh nam châm lại gân vòng dây, thì một điều kì lạ xảy ra:

Hình 2.10. Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ Trong lúc nam châm đang chuyển động(và chỉ trong lúc chuyển động) thì kim điện kế bị lệch đi, chứng tỏ có dòng điện chạy trong ống dây. Không những thế, càng dịch chuyển nhanh nam châm, thì độ lệch của kim điện kế càng lớn. Khi ta ngừng chuyển động của thanh nam châm, độ lệch cũng dừng lại và kim điện kế trở về số không. Nếu ta kéo nam châm ra xa, thì trong lúc nam châm chuyển động kim điện kế cũng bị lệch nhƣng theo chiều ngƣợc lại, chứng tỏ dòng điện trong ống dây có chiều ngƣợc lại. Nếu ta tráo cực nam châm sao cho cực nam (mà không phải cực bắc nhƣ trƣớc) đối diện với ống dây thì thí nghiệm cũng vẫn diễn ra nhƣ trƣớc, có điều là chiều lệch của kim điện kế ngƣợc với trƣớc đây. Nhiều thử nghiệm khác cho phép khẳng định điều cốt lỏi ở đây là chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây. Không có gì khác giữa việc ta đưa nam châm lại gần ống dây hay đưa ống dây lại gần nam châm. Dòng điện xuất hiện trong ống dây gọi là dòng điện cảm ứng, và công làm chuyển động điện tích để tạo ra dòng điện chạy trên ống dây tính cho một đơn vị diện tích đƣợc gọi là suất điện động cảm ứng. Suất điện động cảm ứng này có vai trò quan trọng trong đời sống hàng ngày, của chúng ta. Qua thí nghiệm đó, Faraday đã rút ra những kết luận tổng quát sau:  Sự biến đổi từ thông qua mạch kín là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó.  Dòng điện cảm ứng ấy chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mach thay đổi.  Cƣờng độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi từ thông.

54  Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào từ thông gửi qua mạch tăng hay giảm.  Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng khi từ thông qua một khung dây dẫn kín biến thiên thì trong khung dây xuất hiện một dòng điện. Và dòng điện đƣợc sản sinh ra gọi là dòng điện cảm ứng.  Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch kín. c. Suất điện động cảm ứng Nguồn điện Điều kiện để có dòng điện trong vật dẫn là phải tạo ra ở hai đầu vật dẫn một hiệu điện thế. Giả sử có hai quả cầu kim loại mang điện A và B có cùng độ lớn điện tích nhƣng trái dấu nhau, có điện thế lần lƣợt là VA và VB với VA  VB . Nối Hình 2.11. Minh họa bên trong hai quả cầu bằng một dây dẫn kim loại nguồn điện thì các electron tự do trong dây dẫn sẽ chuyển động từ B sang A tạo nên dòng điện. Do sự dịch chuyển này mà các điện tích trái dấu nhau trên hai quả cầu dần trung hòa, hai quả cầu có cùng hiệu điện thế. Lúc này, điều kiện để có dòng điện mất đi. Nhƣ vậy, lực tĩnh điện Cu-lông không thể duy trì đƣợc dòng điện không đổi. Hay nói cách khác, nếu chỉ có trƣờng tĩnh điện thì dòng điện chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn. Muốn duy trì dòng điện bên trong vật dẫn cần giữ cho hiệu điện thế VA và VB có giá trị không đổi. Vật đóng vai trò tạo ra và duy trì hiệu điện thế để duy trì dòng điện trong mạch gọi là nguồn điện. Nguồn điện luôn có hai cực, cực dƣơng (+) luôn nhiễm điện dƣơng và cực âm (-) luôn nhiễm điện âm, giữa hai cực đó bao giờ cũng duy trì một hiệu điện thế. Muốn tạo ra các cực nhiễm điện nhƣ vậy cần thực hiện một công để tách các electron ra khỏi nguyên tử trung hòa và đƣa các electron và ion dƣơng đƣợc tạo thành nhƣ thế tách ra khỏi mỗi cực. Các hạt tải điện dƣơng chuyển động từ phía cực âm sang phía cực dƣơng, các hạt tải điện âm chuyển động từ phía cực dƣơng sang phía cực âm để bù lại điện tích đã mất đi, chuyển động này ngƣợc với chiều điện trƣờng giữa các cực. Vì lực Cu-lông tác dụng lên electron và ion dƣơng là lực hút nên loại lực để tách chúng ra xa nhau và chuyển động ngƣợc chiều điện trƣờng phải có bản chất khác với lực tĩnh điện, các lực đó ngƣời ta gọi là lực lạ.

55 Xét theo quan điểm năng lƣợng thì ta cũng thấy rằng để duy trì dòng điện cần phải có một lực lạ sinh công để di chuyển các điện tích bên trong nguồn. Điện trƣờng tĩnh là trƣờng thế, công của lực điện trƣờng khi di chuyển theo một đƣờng cong kín là bằng không. Tuy nhiên, dòng điện chạy qua dây dẫn lại làm đây dẫn nóng lên, nghĩa là đã tỏa năng lƣợng dƣới dạng nhiệt năng. Do đó, cần phải có nguồn điện mà bên trong nó, ngoài lực Cu-lông còn có một lực khác mà công của lực này dọc theo đƣờng cong kín khác không, nghĩa là lực này cung cấp năng lƣợng cho các hạt mang điện để chúng tỏa nhiệt cho vật dẫn khi chuyển động bên trong vật dẫn, lực đó đƣợc gọi là lực lạ. Nhƣ vậy, nguồn điện không có tác dụng tạo thêm các điện tích mà có vai trò nhƣ một “máy bơm điện tích”, hay nói cách khác, nguồn điện là nguồn năng lƣợng. Trong các loại nguồn điện khác nhau thì lực lạ có bản chất khác nhau, trong pin và acquy thì lực lạ là lực liên kết phân tử, trong các máy phát điện dùng hiện tƣợng cảm ứng điện từ thì lực lạ là lực điện từ… Vậy, quá trình thực hiện công của lực lạ đó gắn liền với quá trình chuyển hóa từ một dạng năng lƣợng nào đó (hoá năng, cơ năng, nhiệt năng, năng lƣợng mặt trời…) thành điện năng. b. Suất điện động Khi nối nguồn điện bằng một vật dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện. Nguồn điện có khả năng thực hiện công lên một các hạt tải điện nên mỗi nguồn điện có một suất điện động đặc trƣng cho khả năng sinh công của lực lạ bên trong nguồn điện. Định nghĩa “suất điện động của một nguồn điện là công mà nguồn điện thực hiện trên một đơn vị điện tích để dịch chuyển điện tích từ cực có điện thế thấp đến cực có điện thế cao”. Đối với dòng điện một chiều: ξ=

A q

Đơn vị của suất điện động trong hệ SI là Jun trên Cu-lông (J/C), trong chƣơng trình ta định nghĩa đơn vị đó là Vôn (V). Nguồn điện lí tƣởng là một dụng cụ không có sự cản trở nội đối với chuyển động bên trong của điện tích từ cực này đến cực kia. Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện lí tƣởng bằng suất điện động của nguồn điện đó. Ví dụ, một acquy lí tƣởng có suất điện động 12V thì hiệu điện thế giữa hai cực của acquy cũng bằng 12V. Tuy nhiên, trong thực tế, bên trong nguồn điện nào cũng có sự cản trở nội đối với chuyển động bên trong của điện tích từ cực này đến cực kia. Nhƣ vậy nguồn điện cũng có điện trở, gọi là điện trở trong của nguồn điện. Khi mạch ngoài hở, hiệu điện thế giữa hai điện cực bằng suất điện động của nó. Khi mạch điện kín, hiệu điện thế giữa hai điện cực khác với suất điện động của nó.

56 Suất điện động cảm ứng Xét ống MN có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v trong từ trƣờng đều có cảm ứng từ B , khi đó êlectron trong ống MN đang chuyển động trong từ trƣờng sẽ chịu tác dụng của lực Lorenxơ. Giả sử cảm ứng từ B có chiều đi vào nhƣ hình vẽ, lực Lorenxơ sẽ làm electron chuyển động về phía M. Do đó, đầu N thừa electron, đầu M thiếu electron. Trong đoạn MN xuất hiện điện trƣờng E hƣớng từ N đến M, E gọi là điện trƣờng cảm ứng. Lúc này, electron chịu tác dụng của hai lực, lực điện trƣờng F và lực Lo-ren-xơ FB . Sau một thời gian rất ngắn, hai lực này cân bằng nhau FB  F  eE  evB  E  vB

Ta thấy, lực lạ ở đây chính là lực Lo-ren-xơ. Suất điện động cảm ứng trong mạch xuất hiện là do lực Lo-ren-xơ gây ra. Theo công thức tính suất điện động cảm ứng của nguồn điện trên  cu 

A dx dS d   El   Blv   Bl  B  q dt dt dt

Dấu trừ đƣa vào để nói về chiều của suất điện động cảm ứng. d. Các định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ Định luật cảm ứng điện từ Faraday Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng chứng tỏ trong mạch có một suất điện động (sđđ). Suất điện động ấy đƣợc gọi là sđđ cảm ứng. Faraday đã nghiên cứu định lƣợng các yếu tố ảnh hƣởng đến độ lớn của sđđ cảm ứng. Ông đã khảo sát đƣợc sđđ càng lớn nếu từ trƣờng biến đổi càng nhanh, song sđđ không chỉ tỉ lệ đơn giản vào sự biến thiên của từ trƣờng mà chính xác là nó tỉ lệ với sự biến thiên từ thông gởi qua khung dây. Do vậy mà ban đầu, khi phân tích các kết quả thí nghiệm, Faraday đã phát biểu nhƣ sau: Một lực điện động sinh ra bởi cảm ứngkhi từ trưòng quanh vật dẫn điện thay đổi. Độ lớn của lực điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với độ thay đổi của từ thông qua vòng mạch điện. Từ khái niệm từ thông, có thể phát biểu định luật Faraday một cách định lƣợng: “Suất điện động cảm ứng luôn bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông gởi qua vòng dây đó”: ε = -

dΦ dt

Trong hệ SI, sđđ có đơn vị là V (vôn), còn tốc độ biến thiên của từ thông theo thời gian đƣợc đo bằng Wb/s. Nếu thay đổi từ thông qua cuộn dây có N vòng, mổi vòng xuất hiện một suât

57 điện động cảm ứng, và các suất điện động cảm ứng này cộng vào nhau giống nhƣ các pin mắc nối tiếp. Nếu cuộn dây quấn chặt, từ thông qua các vòng đều nhƣ nhau thì suất điên động cảm ứng trong cuộn dây là: ε cu = -N

dΦ dt

Biểu thức định lƣợng của sđđ cảm ứng đối với trƣờng hợp riêng của mạch điện kín cũng có thể tìm đƣợc dựa trên cơ sở của định luật bảo toàn năng lượng. Xét một mạch điện nhƣ hình 12, đoạn dây dẫn MN chuyển động đƣợc và tiếp xúc điện với hai thanh ray, và đƣợc đặt trong một từ trƣờng B vuông góc với mặt phẳng của mạch. Khi từ thông qua mạch kín EFMN biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng I và sđđ Thanh MN chịu tác dụng của lực Ampe sau thời gian dt sẽ dịch chuyển đƣợc một đoạn dx, nhƣ vậy công do lực Ampe thực hiện đƣợc sau thời gian dt là: dA = Fadx = IBldx = IBdS = Id  Trong đó: Fa: là lực Ampe I: dòng điện cảm ứng trong mạch l: chiều dài của thanh từ M đến N ldx: độ biến thiên diện tích dS của mạch d  : độ biến thiên từ thông qua mạch Nếu điện trở của mạch là R, theo định luật Jun-Lenx, nhiệt lƣợng tỏa ra trong mạch sau thời gian dt sẽ là I2Rdt Theo định luật bảo toàn năng lƣợng, công toàn phần do nguồn có suất điện động dùng để tỏa nhiệt Jun-Lenx và để dịch chuyển đoạn MN trong từ trƣờng: 2 Rdt + I d  (1)  dΦ  ε +   dt  Hay I = R

ε Idt = I

(2)

Công thức (1) là định luật Ôhm cho đoạn mạch. Trong công thức (2), ngoài biểu thức suất điện động còn có thêm biểu thức của suất điện động cảm ứng: ε cu = 

d dt

Hình 2.12. Chuyển động của thanh MN trong từ trường đều

Quy tắc bàn tay phải Quy tắc bàn tay phải: “Đặt bàn tay phải hứng các đường cảm ứng từ, ngón cái

58 choải ra 90o hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó”. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng Nhƣ vậy, khi từ thông qua một mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Vậy chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo qui luật nào? Nghiên cứu hiện tƣợng CƢĐT, Len-xơ đã tìm ra định luật tổng quát về chiều dòng điện cảm ứng, gọi là định luật Len-xơ:

Hình 2.13. Hiện tượng cảm ứng điện từ

Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch điện kín có chiều sao cho nó chống lại sự biến đổi đã sinh ra nó. Giải thích: Áp dụng định luật lenz vào thí nghiệm nhƣ hình 13 bên theo một cách khác. Hình vẽ 13 các đƣờng sức từ B của thanh nam châm. Theo quan điểm này, sự thay đổi đã đƣợc nói đến trong định luật lenz, là sự tăng của  B qua vòng dây. Khi đó, thông lƣợng tăng lên, mật độ đƣờng sức từ tăng lên, và vòng dây nhận đƣợc nhiều đƣờng sức hơn. Dòng điện cảm ứng i chống lại sự thay đổi này bằng cách thiết lập nên từ trƣờng Bi của chính nó, để chống lại sự tăng của thông lƣợng. Nhƣ vậy từ trƣờng Bi phải hƣớng từ trái sang phải qua mặt của vòng dây vẽ bên hình trên(a). Ở đây cũng chỉ rõ cách dùng quy tắc bàn tay phải để gắn chiều của dòng điện cảm ứng i với chiều của từ trƣờng Bi do i gây ra. Từ trƣờng cảm ứng không chống lại từ trƣờng của thanh nam châm. Nó chỉ chống lại sự thay đổi trong trƣơng này, mà ở trƣờng hợp đang xét sự thay đổi đó là sự tăng của từ thông qua vòng dây. Nếu kéo thanh nam châm ra xa, từ thông qua vòng dây bị giảm. Từ trƣờng cảm ứng lúc này sẽ chống lại sự giảm của từ thông  B (tức là sự thay đổi) bằng cách làm cho từ trƣờng mạnh lên. Dòng điện Phucô (Foucault) Dòng điện Phucô đƣợc phát hiện bởi nhà vật lí ngƣời Pháp Léon Foucault (1819-1868).Dòng điện Phucô là dòng điện đƣợc sinh ra trong một khối vật dẫn điện khi cho nó vào trong một từ trƣờng biến đổi theo thời gian hay cho nó chuyển động cắt ngang từ trƣờng. Dòng điện Phucô là một dòng điện xoáy. Nhƣ vậy dòng điện Phucô cũng là dòng điện cảm ứng, theo định luật Len-xơ,

59 nó cũng tạo ra một từ trƣờng nhằm chống lại sự biến thiên từ thông đã gây ra nó. Vì khối vật dẫn có điện trở R nhỏ nên cƣờng độ dòng Phucô trong vật dẫn

Ic =

εc R

thƣờng khá lớn. Mặt khác, suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thông, nên nếu vật dẫn đƣợc đặt trong từ trƣờng biến đổi càng nhanh thì cƣờng độ của dòng Phucô càng mạnh. Với đặc điểm ấy thì dòng Phucô có những tác hại và lợi ích nhất định trong kĩ thuật. Một vài tác hại của dòng Phucô: nhiều thiết bị điện có cấu tạo dƣới dạng một lõi sắt đặt trong một ống dây có dòng điện xoay chiếu chạy qua nhƣ máy biến thê, động cơ điện, máy phát điện v.v... Các lõi sắt này có tác dụng tăng cƣờng từ trƣờng. Do nằm trong từ trƣờng biến đổi nên trong các lõi sắt xuất hiện dòng Hình 2.14. Dòng điện Fu - co điện Phucô. Trong trƣờng hợp này, dòng Phucô là có hại. Thứ nhất là nhiệt tỏa ra do dòng Phucô sẽ làm cho lõi sắt bị nóng có thể làm hỏng máy và hao phí năng lƣợng. Thứ hai là dòng Phucô luôn có xu hƣớng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó. Trong trƣờng hợp động cơ điện nó chống lại sự quay của động cơ. Do đó, nó làm giảm công suất của động cơ. Để giảm tác hại của dòng Phucô, thay vì dùng cả một khối sắt lớn làm lõi thì ngƣời ta dùng nhiều lá sắt mỏng đƣợc sơn cách điện và ghép lại với nhau nhƣ hình 10b, các lá sắt này song song với cảm ứng từ của từ trƣờng. Mục đích của việc làm này là làm tăng điện trở của lõi sắt, vì từng lá sắt có kích thƣớc nhỏ nên có điện trở lớn. Do đó cƣờng độ dòng Phucô trong các lá sắt giảm đi đáng kể so với dòng Phucô trong cả khối sắt lớn. Vì vậy, làm giảm đƣợc lƣợng điện hao phí. Trong kĩ thuật, để chế tạo các máy biến thế ngƣời ta sử dụng các lá sắt Ferit có điện trở suất cao để làm lõi. 2.1.2.2. Hiện tượng tự cảm a. Khái niệm tụ điện và cuộn cảm Tụ điên là một kết cấu mà ta có thể dùng một cách thuận tiện để tạo ra một điên trƣờng biết trƣớc trong một khoảng không gian đã cho. Ta thƣờng lấy kết cấu có hai bản song song làm một mẫu thuận tiện của tụ điện. Cuộn cảm là một kết cấu mà ta có thể sử dụng một cách thuận tiện để tạo ra một từ trƣờng đã biết trong một miền xác định. Ta thƣờng lấy một ống dây điện dài làm một mẫu thuận tiện của cuộn cảm. Cuộn cảm đối với từ trƣờng cũng nhƣ là tụ điện đối

60 với điện trƣờng. b. Định nghĩa độ tự cảm Nếu cho dòng điện I đi qua các vòng dây của cuộn cảm thì sẽ xuất hiện một từ thông  do dòng điện ấy sinh ra qua các vòng dây, các vòng dây đƣợc liên kết với nhau thông qua từ thông mà chúng đóng góp đó. Độ tự cảm của cuộn cảm là: L  N

 I

Trong đó N là số vòng dây, N gọi là từ thông liên kết. Trong hệ đơn vị SI, từ thông đƣợc đo bằng đơn vị vêbe (Wb), cƣờng độ dòng điện đƣợc đo bằng đơn vị ampe (A ), độ tự cảm đƣợc đo bằng đơn vị là Henry (H). c. Hiện tượng tự cảm và suất điện động tự cảm Ở các thí nghiệm của Faraday, dòng cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây khi có từ thông biến thiên qua diện tích của cuộn dây, từ thông này là do từ trƣờng bên ngoài tạo nên. Bây giờ, ta không xét đến từ trƣờng bên ngoài, nếu ta thay đổi cƣờng độ dòng điện trong chính cuộn dây, từ thông qua diện tích của cuộn dây cũng biến thiên làm xuất hiện trong nó một dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng này gọi là dòng điện tự cảm. Hiện tƣợng trên đƣợc gọi là hiện tƣợng tự cảm. Suất điện động xuất hiện trong cuộn dây tạo nên dòng điện tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. Nhƣ vậy, có thể định nghĩa nhƣ sau: “Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch do sự biến thiên của từ thông gây bởi dòng điện ở chính trong mạch đó đƣợc gọi là hiện tƣợng tự cảm. Và dòng điện đƣợc sinh ra trong hiện tƣợng tự cảm gọi là dòng điện tự cảm”. Hiện tƣợng tự cảm xuất hiện trong các mạch điện có dòng một chiều chạy qua hoặc khi ta đóng, ngắt mạch điện, trong mạch điện xoay chiều hiện tƣợng tự cảm luôn luôn xảy ra. Từ thông riêng của mạch do chính dòng điện trong cuộn dây đó tạo ra. Từ thông  tỉ lệ với cảm ứng từ B do dòng điện trong mạch sinh ra, mà cảm ứng từ B đó lại tỉ lệ thuận với cƣờng độ dòng điện của mạch. Do đó, từ thông  tỉ lệ với dòng điện I, do đó có thể đặt:   LI

trong đó L là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào hình dạng, kích thƣớc của mạch điện và phụ thuộc vào môi trƣờng vật chất mà ta đặt mạch điện vào. đƣợc gọi là hệ số tự cảm hay độ tự cảm. Theo định luật Faraday, biểu thức của suất điện động tự cảm là: d dI  tc    L dt

Công thức này chứng tỏ trong một mạch điện đứng yên và không thay đổi về hình dạng, suất điện động tự cảm luôn tỉ lệ nhƣng trái dấu với tốc độ biến thiên của

61 cƣờng độ dòng điện trong mạch. Sự trái dấu giữa suất điện động tự cảm và tốc độ biến thiên dòng điện trong mạch thể hiện ở dấu (-) trong công thức, điều đó chứng tỏ suất điện động tự cảm bao giờ cũng có tác dụng chống lại sự biến thiên của cƣờng độ dòng điện trong mạch đó. d. Năng lượng từ trường Năng lượng từ trường trong ống dây Cho một mạch điện nhƣ hình vẽ. Giả sử ban đầu mạch đƣợc đóng kín, trong mạch có dòng điện không đổi I. Khi ấy toàn bộ điện năng do nguồn điện sinh ra đều biến thành nhiệt. Điều này là đúng khi trong mạch có dòng điện không đổi, nhƣng không đúng trong lúc đóng hoặc ngắt

Hình 2.15. Hiện tượng tự cảm

mạch. Khi đóng mạch dòng điện trong mạch tăng từ 0 đến I.

Trong quá trình ấy, trong mạch điện xuất hiện dòng điện tự cảm

itc ngƣợc chiều với dòng điện chính i0 do nguồn phát ra, làm cho dòng điện toàn phần

ở trong mạch i  i0  itc nhỏ hơn i0 . Kết quả là chỉ có một phần điện năng trong mạch biến thành nhiệt mà thôi. Trái lại, khi ngắt mạch, dòng điện chính giảm đột ngột về 0. Do đó, trong mạch xuất hiên dòng điện tự cảm, làm cho dòng điện toàn phần trong mạch lớn lên và giảm chậm lại, nhiệt lƣợng tỏa ra trong mạch lúc này lớn hơn năng lƣợng do nguồn sinh ra. Vậy rõ ràng là, khi đóng mạch một phần điện năng do nguồn điện sinh ra đƣợc tiềm tàng dƣới một dạng năng lƣợng nào đó, để khi ngắt mạch, phần năng lƣợng này tỏa ra dƣới dạng nhiệt trong mạch. Vì khi đóng mạch, dòng điện trong mạch tăng thì từ trƣờng trong cuộn dây cũng tăng theo, cho nên phần năng lƣợng đƣợc tiềm tàng đó chính là năng lƣợng từ trƣờng của cuộn dây điện. Bây giờ, ta đi tính phần năng lƣợng này: Gọi R là điện trở trong toàn mạch, áp dụng định luật Ôhm cho mạch điện trong quá trình dòng điện đang đƣợc thành lập, ta có:

   tc  Ri  ε - L

di di = Ri  ε = Ri + L  ε.i.dt = R.i 2 .dt + L.i.di dt dt

 ε.i.dt  chính là năng lƣợng do nguồn điện sinh ra trong khoảng thời gian dt, năng lƣợng này một phần tỏa thành nhiệt trong mạch  Ri 2dt  còn một phần đƣợc tiềm tàng dƣới dạng năng lƣợng từ trƣờng dW = Lidi Vậy, trong cả quá trình thành lập dòng điện, phần năng lƣợng của nguồn điện

62 Wm

đƣợc tiềm tàng dƣới dạng năng lƣợng từ trƣờng là: W =  dW =  Lidi Thực hiện phép tính tích phân, ta có: W =

1 2 LI 2

Đây là công thức tính năng lƣợng dự trữ trong cuộn dây khi có dòng điện I chạy qua. Mật độ năng lượng từ trường Năng lƣợng từ trƣờng đƣợc phân bố trong không gian có từ trƣờng. Có thể coi cuộn dây điện thẳng dài vô hạn mà ta xét ở trên có từ trƣờng đƣợc phân bố đều chỉ trong thể tích của cuộn dây. Nếu gọi V là thể tích của cuộn dây thì ta có mật độ năng lƣợng từ trƣờng của cuộn dây điện là: w =

W LI2 LI2 ; trong đó là S diện tích = = V 2V 2lS

mỗi vòng dây, l là chiều dài của cuộn dây. Nếu gọi N là tổng số vòng dây, n nhỏ là số 2

μμ n 2Sl  H  H2 1 vòng dây trên một đơn vị chiều dài. Ta có: w = 0 = μμ  HB 0   2lS  n  2 2

Công thức này cũng có thể áp dụng cho từ trƣờng bất kì. Khi đó, để tính năng lƣợng của từ trƣờng bất kì, chia không gian của từ trƣờng đó thành các thể tích dV vô cùng nhỏ, sao cho có thể coi trong mỗi thể tích ấy cảm ứng từ là không đổi. Nhƣ vậy, từ trƣờng trong thể tích vô cùng nhỏ là: dw =

HB dV 2

HB dV V 2

Năng lƣợng của từ trƣơng bất kì mà ta xét bằng: W=  dw =  V

Trong đó, tích phân đƣợc lấy trong toàn bộ thể tích V. 2.1.2.3. Ứng dụng chương “Cảm ứng điện từ” a. Máy biến thế Trong vấn đề sử dụng điện thì ngƣời ta cần dùng một điện áp tƣơng đối thấp (trong sinh hoạt, sản xuất,…). Nhƣng khi truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ thì phải làm sao cho sự tổn hao năng lƣợng về nhiệt trên dây tải càng nhỏ càng tốt. Gọi P  UI là công suất điện cần truyền tải. Công suất hao phí trên đƣờng dây tải

P2 điện là P  I r  r 2 . Để giảm công suất hao phí thì ta phải tăng U hoặc giảm r U trong đó cách tăng U đơn giản hơn. Vì vậy khi truyền tải điện năng đi xa ngƣời ta tăng điện áp giữa 2 cực của máy phát điện lên bằng máy tăng áp rồi truyền truyền đi trên các đƣờng dây, đến nơi tiêu thụ ngƣời ta hạ điện áp xuống nhờ máy hạ áp. Từ yêu cầu đó cần phải dùng một thiết bị mà nó có tác dụng nâng điện thế khi truyền tải và hạ điện thế khi sử dụng. Thiết bị cho phép làm công việc đó đối với dòng 2

63 điện xoay chiều chính là máy biến thế. b. Cấu tạo Máy biến thế lí tƣởng gồm hai cuộn dây có số vòng dây khác nhau quấn trên một lõi làm bằng thép kỹ thuật gồm nhiều lá thép mỏng xếp cách điện với nhau. Một cuộn dây của máy đƣợc nối với mạch điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp gồm N1 vòng dây. Cuộn dây thứ hai nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp gồm N 2 vòng dây. Các cuộn dây đƣợc cách điện với lõi. c. Nguyên tắc hoạt động Máy biến thế hoạt động dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ. Khi mắc cuộn sơ cấp vào mạng điện xoay chiều thì dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp 1 suất điện động xoay chiều. Nếu mạch thứ cấp kín thì có dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn thứ cấp +Sự biến đổi điện áp Giả sử cuộn sơ cấp có N1 vòng, cuộn thứ cấp có N 2 vòng. Khi mắc cuộn sơ cấp của máy biến thế vào dòng điện xoay chiều thì từ trƣờng tức thời tại mọi tiết diện của lõi sắt có giá trị nhƣ nhau. Từ trƣờng biến thiên này gây ra trong mỗi cuộn dây 1 suất điện động cảm ứng có giá trị tức thời là: Cuộn sơ cấp: e1   N1 Nên

d d ; Cuộn thứ cấp: e2   N 2 dt dt

e1 N1 E N U N   1  1 Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn thì 1  1 e2 N 2 E2 N 2 U 2 N2

Nếu N 2  N1 thì U 2  U1 : Máy tăng áp Nếu N 2  N1 thì U 2  U1 : Máy hạ áp + Sự biến đổi của cƣờng độ dòng điện Nếu hao phí điện năng trên máy biến áp là không đáng kể thì công suất trong mạch sơ cấp và thứ cấp là nhƣ nhau.Lúc đó U1I1  U 2 I 2 

U1 N1 I 2   . U 2 N 2 I1

2.1.2.4. Một số ứng dụng của dòng Phu-cô - Phanh điện từ: Do tác dụng của dòng Phucô, mọi khối kim loại chuyển động trong từ trƣờng đều chịu tác dụng của lực hãm điện từ (theo định luật Len-xơ). Lợi dụng tính chất này ngƣời ta ứng dụng làm các bộ phanh cho xe tải, tàu hỏa cao tốc, xe đạp... Nguyên tắc của ứng dụng này nhƣ sau: ở các bánh xe đều gắn các đĩa kim loại, khi cần giảm tốc độ ngƣời ta cho một dòng điện mạnh vào trong các cuộn dây của nam châm điện để tạo nên một từ trƣờng mạnh tác dụng lên bánh xe đang chuyển động,

64 dòng điện Phucô xuất hiện có tác dụng chống lại sự chuyển động của bánh xe và hãm bánh xe lại. Phƣơng pháp này có lợi thế là phanh không bao giờ bị hao mòn nhƣ phanh ma sát - Đồng hồ đo điện: Dòng Phucô còn đƣợc dùng để làm tắt nhanh dao động của kim đồng hồ trong một số loại đồng hồ đo điện. Ngƣời ta gắn vào kim một đĩa kim loại đặt trong lòng của một thanh nam châm vĩnh cửu hình chữ U nhƣ hình. Khi kim dao động thì đĩa kim loại cũng dao động theo, từ thông qua đĩa biến thiên làm xuất hiện trong đĩa một dòng điện Phucô có tác dụng chống lại sự dao động của đĩa kim loại. Kết quả là kim đồng hồ dừng lại nhanh chóng. Tƣơng tự nhƣ vậy, để làm tắt nhanh dao động của kim la bàn ngƣời ta làm vỏ la bàn bằng kim loại, nhƣ vậy khi kim la bàn dao động, dòng điện Phucô xuất hiện trong vỏ kim loại sẽ làm tắt nhanh dao động của kim. - Luyện kim: Dòng điện còn có tác dụng nhiệt nên nó đƣợc dùng để nấu chảy kim loại, đặc biệt là nấu chảy kim loại trong chân không để tránh tác dụng ôxi hóa của không khí. Ngƣời ta đặt kim loại vào trong lò, và hút hết không khí ra. Xung quanh lò đƣợc quấn dây điện. Một dòng điện xoay chiều có tần số cao chạy qua dây điện làm xuất hiện trong lò một dòng Phucô mạnh, dòng điện này làm trong lò tỏa ra một nhiệt lƣợng lớn đủ để nấu nóng chảy kim loại. - Bếp từ: Là một loại bếp dùng trong nội trợ cũng ứng dụng tác dụng nhiệt của dòng Phucô. Trên mặt bếp, ngƣời ta tạo ra một từ trƣờng biến đổi làm xuất hiện dòng Phucô trong nồi nấu kim loại, dòng điện này làm đáy nồi tỏa ra nhiệt lƣợng nấu chín thức ăn. 2.2. Xây dựng hệ thống bài tập ứng dụng thực tiễn chƣơng Từ trƣờng Xây dựng hệ thống bài tập ứng dụng thực tiễn chƣơng Từ trƣờng. Luận văn xây dựng đƣợc hệ thống BTTT với đầy đủ 4 mức độ đã đề ra. Mức độ 1. Yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để trả lời câu hỏi định tính trong thực tiễn. Bài học TỪ TRƢỜNG Câu 1[1]. Bạn Bình làm thí nghiệm về từ phổ của một ống dây. Dựa vào từ phổ thu đƣợc, Bình đã vẽ các đƣờng sức từ của ống dây nhƣ hình 1. Sau đó Bình đo từ trƣờng và vẽ đƣợc đồ thị nhƣ hình 2. Hãy nhận xét xem đồ thị có phù hợp với sự phân bố các đƣờng sức từ trên hình 2 hay không? tại sao? Xác định gần đúng độ dài của ống dây, cảm ứng từ ở điểm giữa và đầu ống dây.

Hình 1 Hình 2 Câu 2[1]. Hình 3 biểu diễn sự định hƣớng của hai nam châm thử ở trong và ở ngoài ống dây điện. Chiều của hai nam châm thử đó vẽ đúng hay sai? nếu sai thì cần phải sửa lại nhƣ thế nào cho đúng? Câu 3[1]. Ống dây điện trên hình 4 bị hút về phía thanh nam châm. Hãy chỉ rõ cực của thanh nam châm.

Hình 3

Hình 4

Câu 4[1]. Hãy chỉ ra các cực từ của kim nam châm trong hình 5. Câu 5[1]. Cho một lõi sắt gồm hai thanh sắt A,B đƣợc nối với nhau bằng một thanh sắt thứ ba (hình 6). Ngƣời ta định quấn dây trên hai thanh sắt A và B để tạo ra một nam châm hình chữ U. Hỏi khi đó dây phải đƣợc quấn nhƣ thế nào trên hai thanh sắt?

Hình 5

Hình 6

66 Câu 6[1]. Những hình ảnh dƣới đây cho em biết đây là thiết bị nào đƣợc ứng dụng trong y học?

Hình 7 Bài học LỰC TỪ Câu 7[1]. Quan sát hình 8 và kể tên các bộ phận cấu tạo nên điện kế khung quay điện từ.

Hình 8 Mức độ 2. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức vật lí để giải thích những hiện tượng, tình huống xảy ra trong thực tiễn. Bài học SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT Câu 8[2]. Hình 9 mô tả cấu tạo của chuông điện, khi đóng công tắc, có hiện tƣợng gì xảy ra với cuộn dây, với miếng sắt và với đầu gõ chuông? Câu 9[2]. Ngay sau đó, mạch điện bị hở. Hãy chỉ ra chỗ hở mạch này. Giải thích tại sao miếng sắt khi đó lại trở về tì sát vào tiếp điểm. Câu 10[2]. Tại sao chuông kêu liên tiếp chừng Hình 9 nào công tắc còn đóng?. Câu 11[2]. Em hãy đọc Bài báo khoa học đƣợc đăng tải trên trang web https://kipkis.com/ ngày 13/10/2016 dƣới đây: TẠI SAO

67 ĐOÀN TÀU CHẠY TRÊN ĐỆM TỪ CÓ THỂ "BAY" LÊN ĐƢỢC? Trong các kiểu đoàn tàu kỹ thuật cao, đoàn tàu chạy trên đệm từ có thể là một loại phƣơng tiện giao thông lí tƣởng nhất. Loại tàu này khi vận hành khác với các tàu khác không chạy bám vào đƣờng ray, mà theo hình thức nổi, bay là là trên mặt đƣờng ray. Nó không những có tốc độ nhanh mà còn an toàn, ổn định, không rung động, không ô nhiễm và tiết kiệm nguồn năng lƣợng. Vậy thì, đoàn tàu trên đệm từ đã "bay" như thế nào? Điều này phải dựa vào công nghệ siêu dẫn mới. Năm 1911, một nhà vật lí Hà Lan đã làm một thí nghiệm sau: ông làm lạnh thủy ngân đến -40oC, khiến cho nó đóng băng thành một sợi dây, và cho dòng điện chạy qua. Khi nhiệt độ xuống đến -268,9oC, ông phát hiện điện trở trong thủy ngân đột nhiên mất đi. Về sau mọi ngƣời gọi hiện tƣợng điện trở đột nhiên mất đi đó là hiện tƣợng "siêu dẫn".

Hình 10 Qua nghiên cứu sâu hơn ngƣời ta phát hiện: Các vật chất ở trạng thái siêu dẫn có hai đặc tính cơ bản là có tính dẫn điện hoàn toàn và tính kháng từ hoàn toàn. Tính kháng từ hoàn toàn của chất siêu dẫn sẽ sinh ra một sức đẩy lên trên đối với thanh nam châm, đủ để triệt tiêu trọng lƣợng rơi xuống của thanh nam châm; thế là thanh nam châm sẽ nổi lơ lửng trên không. Đoàn tàu chạy trên đệm từ chính là lợi dụng nguyên lí đẩy nhau của hai từ cực cùng tên, lắp một khối từ siêu dẫn ở dƣới gầm đoàn tàu, cho dòng điện kích thích chạy liên tục trong cuộn dây của nó, sản sinh ra một từ trƣờng rất mạnh, lại rải liên tục lên đƣờng ray tấm mỏng liên tục dẫn điện tốt. Khi dòng điện chạy qua vật siêu dẫn, sản sinh ra từ trƣờng, hình thành một lực đẩy lên, khi lực đẩy cân bằng với trọng lực của đoàn tàu, thì đoàn tàu sẽ nổi lơ lửng trên đƣờng ray với một độ cao nhất định. Thông qua việc thay đổi cƣờng độ dòng điện để khống chế cƣờng độ từ trƣờng, có thể điều chỉnh đƣợc độ cao nổi lên của đoàn tàu. Khi tàu bay lên, năng lƣợng đƣợc cung cấp cho các cuộn dây trong các đƣờng dẫn để tạo ra một hệ thống duy nhất của từ trƣờng kéo và đẩy tàu dọc theo đƣờng dẫn. Dòng điện cung cấp cho các cuộn dây trong các đƣờng dẫn liên tục luân phiên thay đổi cực của các cuộn dây từ

68 hóa. Sự thay đổi cực này gây ra từ trƣờng ở phía trƣớc con tàu để kéo tàu về phía trƣớc, trong khi từ trƣờng phía sau tàu tăng thêm lực đẩy về phía trƣớc cho tàu. Loại đoàn tàu nổi này vì giữa toa xe và đƣờng ray không có sự tiếp xúc ma sát cơ giới, cho nên khi chạy không bị rung động, không ô nhiễm, cũng không bị trật ray, hơn nữa vì lực cản ma sát nhỏ nên tốc độ chạy tàu có thể nâng cao rất nhiều. Theo em, tàu đệm từ hoạt động theo nguyên lý nào? Câu 12[2]. Nam châm điện đƣợc điều khiển bằng điện từ trong tàu để hút nó vào đƣờng ray có từ tính đƣợc sử dụng vật liệu nào? Giải thích tại sao lại sử dụng vật liệu đó. Câu 13[2]. Theo em tàu đệm từ có ƣu điểm gì hơn so với tàu hỏa truyền thống? Bài học LỰC TỪ Câu 14[2]. Khi đặt vào động cơ DC R540-14.4V hiệu điện thế 12V DC, động cơ chạy đúng công suất định mức, em hãy tính cƣờng độ dòng chạy qua động cơ?

Mã sản phẩm: PKK592 Điện áp sử dụng: 6-14.4V, thích hợp sử dụng ở mức điện áp 12V DC Công suất định mức: 30W Tốc độ quay: 15000-20000 RPM Momen xoắn: 200N Đƣờng kính trục: 3.17mm Khối lƣợng: 170g

69 Câu 15[2]. Em hãy nêu ƣu điểm và nhƣợc điểm của động cơ một chiều. Bài học LỰC LORENT Câu 16[2]. Đƣa một nam châm mạnh lại gần ống phóng điện tử của một máy thu hình thì hình ảnh trên màn bị nhiễu. Em hãy giải thích hiện tƣợng trên?

Câu 17[2]. Một máy bay đang bay nằm ngang từ hƣớng Đông về hƣớng Tây với tốc

Hình 12

độ 6,2.106 m/s, qua thành phố Hà Nội. Từ trƣờng Trái đất tại một vị trí nhất định là hƣớng thẳng đứng xuống dƣới và có độ lớn là 50 mT. Do tác dụng của lực từ lên các electron tự do nằm trong cánh máy bay mà một đầu cánh có nhiều electron hơn đầu kia. Hỏi đầu cánh nào (đầu cánh đó hƣớng về địa cực nào của Trái đất? Xác định hƣớng và lực từ tác dụng lên các electron đó.

Hình 13

Bài học TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT Câu 18[2]. Qua các hiện tƣợng trong đời sống tự nhiên hằng ngày xảy ra trên trái đất, có rất nhiều các ví dụ cho thấy sự tồn tại của từ trƣờng Trái đất mà mắt thƣờng không nhìn thấy đƣợc. Em hãy nêu một số ví dụ chứng minh sự tồn tại của từ trƣờng Trái đất.

Hình 14

Hình 15

Hình 16

Hình 17

70 Câu 19[2]. Dựa vào kiến thức Lực Lorentz đã học ở bài trƣớc em hãy giải thích: Tại sao hiện tƣợng cực quang lại xảy ra ở các địa cực của Trái đất và giải thích hiện tƣợng cực quang sau khi em quan sát mô phỏng sau.

Hình 18 Câu 20[2]. Có phải các hiện tƣợng cực quang đều có một màu sắc giống nhau. Em hãy giải thích nguyên nhân nào làm cho các hiện tƣợng cực quang có màu sắc khác nhau. Câu 21[2]. Cyclôtrôn là máy gia tốc gồm hai hộp rỗng bằng kim loại hình chữ D, cách nhau một khe hẹp. Có một từ trƣờng với cảm ứng từ B không đổi vuông góc với bề mặt hộp. Gần tâm của 2 hộp có một nguồn phát ra điện tích với vận tốc v vuông góc với B . Biết khối lƣợng m và điện tích q của hạt.

a. Quỹ đạo của hạt trong từ trƣờng có dạng nhƣ thế nào? b. Bán kính của đƣờng tròn đƣợc tính theo công thức nào? c. Có một hiệu điện thế xoay chiều đặt vào 2 hộp D với tần số thích hợp để tăng tốc đƣợc hạt mỗi lần đi qua khe. Chính xác quỹ đạo ấy có dạng nhƣ thế nào? Câu 22[2]. Cyclôtrôn là máy gia tốc gồm hai hộp rỗng bằng kim loại hình chữ D, cách nhau một khe hẹp. Có một từ trƣờng với cảm ứng từ B không đổi vuông góc với bề mặt hộp. Gần tâm của 2 hộp có một nguồn phát ra điện tích với vận tốc v vuông góc với B . Biết khối lƣợng m và điện tích q của hạt. Tần số quay của hạt trong máy gia tốc Cyclôtrôn đƣợc tính theo công thức nào? Câu 23[2]. Chọn đáp án Đúng. Tần số của hiệu điện thế xoay chiều phải bằng bao nhiêu để hạt đƣợc tăng tốc mỗi lần đi qua khe?

71 Mức độ 3. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để giải quyết những vấn đề gắn liền với thực tiễn. Bài học SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT Câu 24[3]. Một chuông điện đƣợc thiết kế nhƣ hình vẽ 34. Khi đóng công tắc, có dòng điện một chiều I = 1 A chạy qua cuộn dây, miếng sắt bị hút vào lõi cuộn dây và đầu gõ chuông sẽ đập vào chuông và phát ra tiếng kêu. B  0

N I ; μ 0  4. .10-7 l

a. Hỏi độ lớn cảm ứng từ mà nam châm điện tạo ra là bao nhiêu để hút miếng sắt vào lõi cuộn dây? Biết rằng lõi cuộn dây làm bằng Ferrite có độ từ thẩm μ  8.10 4 , cuộn dây dài 10 cm và có N = 400 vòng. b. Nếu muốn nam châm điện có độ lớn cảm ứng từ là B  2.10 7 (T ) để hút miếng sắt vào cuộn dây thì phải quấn cuộn dây bao nhiêu vòng? Biết rằng lõi cuộn dây làm bằng Ferrite có độ từ thẩm μ  8.10 4 , cuộn dây dài 10 cm. Bài học LỰC TỪ Câu 25[3]. Khung dây phẳng của một điện kế điện từ, có diện tích S = 40x30 mm2, có quấn N=100 vòng dây đồng đƣờng kính d=0,1 mm, đƣợc treo nhờ

Hinh 19. Mô hình chuông điện

một sợi dây h mà khi dây bị xoắn một góc α0 = 10 thì có xuất hiện một mômen xoắn Mox = 10-7 N.m. Khung đƣợc đặt trong một từ trƣờng của một nam châm vĩnh 

cửu, đƣợc bố trí sao cho cảm ứng từ B luôn luôn vuông góc với trục quay của khung với pháp tuyến của khung và có độ lớn B = 0,1 T. Cho dòng điện I = 0,1 mA chạy qua khung. Hãy tính góc quay α của khung và công suất tiêu thụ của điện kế. Biết điện trở suất của đồng ρ=1,7.10-8 Ω.m Câu 26[3]. Bạn Huy sử dụng điện kế khung quay để đo cƣờng độ dòng điện trong một mạch điện đơn giản. Khi dòng điện chạy qua điện kế khung quay là 1,5 A thì khung dây bị lệch một góc α = 600. Khung đƣợc đặt trong một từ trƣờng của một nam châm vĩnh cửu, có diện tích S = 40x50 mm2, có quấn N=100 vòng dây đồng đƣờng kính 

72 xoắn α0 = 10? b. Bạn Huy thực hiện lại thí nghiệm đo dòng điện với mạch điện kín đơn giản thì thấy khung dây của điện kế bị lệch một góc α = 350. Hỏi cƣờng độ dòng điện qua khung lúc này là bao nhiêu? c. Vậy đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cƣờng độ dòng điện qua khung dây vào góc lệch của khung trong điện kế khung quay có dạng nhƣ thế nào? Bài học LỰC LORENT Câu 27[3]. Một electron trong một ống phóng điện tử của máy thu hình di chuyển về phía trƣớc của ống với tốc độ 8.106 m/s dọc theo trục x(hình vẽ). Xung quanh cổ của ống phóng điện tử là các cuộn dây tạo ra từ trƣờng có độ lớn B = 0,025 T, hƣớng vào một góc 60° đến trục x và nằm trong mặt phẳng xy. Tính lực từ tác dụng lên electron đó. Câu 28[3]. Một electron trong một ống phóng điện tử của máy thu hình di chuyển về phía trƣớc của

Hình 20. Ống phóng điện tử

ống với tốc độ 2.106 m/s dọc theo trục x(hình vẽ). Điện trƣờng đều đƣợc tạo ra từ 2 bản tụ điện có độ lớn E = 8000V/m. Xác định hƣớng và độ lớn tạo bởi nam châm điện để electron chuyển động thẳng đều tới vị trí X chính giữa màn huỳnh quang. Câu 29[3]. Khối phổ kế là dụng cụ để tách các hạt chất bị ion hóa theo khối lƣợng của chúng, hoạt động dựa trên tác dụng của điện trƣờng hoặc từ trƣờng lên chùm ion bay trong không gian.

Hình 21. Khối phổ kế

73 Một khối phổ kế có bộ phận “ phân tích ion hội tụ kép” bao gồm một từ trƣờng đều có cảm ứng từ B  0,04 T đặt vuông góc với một điện trƣờng đều có hiệu điện thế là U = 5.104 V. Một ion Li+ có khối lƣợng 1,16.10-26 kg đƣợc gia tốc qua điện trƣờng rồi chuyển động tròn dƣới tác dụng của từ trƣờng. Xác định bán kính quỹ đạo của ion Li+ đó. Câu 30[3]. Máy gia tốc ELSA synchotron đƣợc xây dựng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học Physikalisches Institut der Universität Bonn, của Đức để gia tốc hạt electron có me=9,1.10-31 kg, e = - 1,6.10-19C. Hiệu điện thế cực đại giữa các hộp kim loại rỗng hình chữ D là 20 kV. Tính sô vòng cuối cùng mà electron đã quay trƣớc khi rời khỏi máy gia tốc ELSA synchotron. Câu 31[3]. Máy gia tốc 184 – inch cyclotron đƣợc xây dựng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học Berkeley Radiation Laboratory vào năm 1942 để gia tốc hạt proton có mp=1,66.10-27kg, e=1,6.10-19C. Hiệu điện thế đặt vào hộp rỗng kim loại hình chữ D có tần số f =107Hz. Vòng cuối cùng của prôtôn trƣớc khi ra khỏi xiclôtrôn có bán kính 0,42m. Tính cảm ứng từ B và động năng cuối cùng của prôtôn. Câu 32[3]. Một bác sĩ phẫu thuật tim kiểm soát đƣợc lƣu lƣợng máu chảy trong động mạch bằng cách sử dụng lƣu lƣợng kế điện từ (Hình vẽ 22). Điện cực A và B tiếp xúc với bề mặt của huyết quản. Huyết quản này có đƣờng kính trong là 3 mm. a. Với một từ trƣờng 0,04 T, volt kế chỉ giá trị Hình 22 160 uV giữa hai điện cực, tính tốc độ chảy trung bình của máu trong động mạch. b. Chứng minh rằng điện cực A là cực dƣơng nhƣ trong hình. Dấu các điện cực của volt kế có phụ thuộc vào dấu của phần lớn ion di chuyển trong máu không? Giải thích tại sao điều kiện sử dụng của lƣu lƣợng kế điện từ là chất lƣu phải có tính dẫn điện tốt, độ dẫn điện lớn. Câu 33[3]. Để đo lƣu lƣợng nƣớc chảy qua một đƣờng ống dài 5 m có đƣờng kính trong là 60 mm, ngƣời ta sử dụng lƣu lƣợng kế điện từ (nhƣ hình vẽ 23) với suất điện động lấy ra trên hai điện cực 3 và 4 là 35 mV. Hai cực của nam châm điện tạo ra từ

Hình 23. Lưu lượng kế chất lỏng

74 trƣờng giữa đƣờng ống nƣớc là 20µT. Xác định lƣu lƣợng nƣớc chảy qua ống. Câu 34[3]. Máy tim phổi nhân tạo ECMO được kết nối với bệnh nhân thông qua các ống nhựa ống cannula). Những ống này được đặt vào trong các động tĩnh mạch lớn ở chân, cổ hay ngực. Máy tim phổi nhân tạo ECMO) bơm máu từ cơ thể của bệnh nhân đến phổi nhân tạo oxygenator) để bổ sung O2 và loại bỏ CO2 ra khỏi máu. Vì vậy, nó sẽ thay thế chức năng phổi của người bệnh. Sau đó máy ECMO sẽ bơm máu trở lại cho bệnh nhân với lực bơm bằng với công co bóp của tim, tức là sẽ thay thế chức năng của tim. Máy ECMO được điều khiển bởi một chuyên gia ECMO, hoặc một điều dưỡng hoặc một bác sĩ chuyên khoa hô hấp đã được đào tạo chuyên sâu về

Hình 24

ECMO. Các chuyên gia sẽ điều chỉnh những cài đặt trên máy để đảm bảo cung cấp cho bệnh nhân đầy đủ chức năng tim và phổi mà họ cần. Máy tim phổi nhân tạo và máy chạy thận nhân tạo áp dụng cho việc bơm máu vì máy bơm cơ khí có thể phá huỷ tế bào máu. Hình vẽ 24 bên mô tả một máy bơm điện từ. Máu đƣợc giữ trong một ống cách điện, thông thƣờng là hình trụ nhƣng có thể coi (trong bài này) là một hình chữ nhật chiều rộng w và chiều cao h. Thiết kế đơn giản này giúp cho máy bơm phổ biến trong y học vì máu sẽ không bị lẫn tạp chất và ống máu dễ lau chùi và giá rẻ. Hai điện cực đƣợc gắn vào đầu trên và dƣới của chiếc ống. Chênh lệch thế năng tạo ra dòng điện lƣu thông qua máu với mật độ điện J trong một khoảng L. Một từ trƣờng vuông góc đặt tại phần này. a. Giải thích tại sao cách thiết kế này tạo ra trên chất lỏng một lực xuôi theo chiều dài chiếc ống. b. Chứng minh rằng phần chất lỏng trong vùng từ trƣờng có mức tăng áp suất là JLB. c. Sau khi máu rời khỏi maý bơm có tích điện không? Có mang dòng điện hay bị từ hoá không? Mức độ 4. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để thực hiện một công trình nghiên cứu khoa học nhỏ, đơn giản, chế tạo một sản phẩm sáng tạo đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Câu 35[4]. Sáng tạo một dụng cụ ứng dụng từ trƣờng của nam châm. Em hãy dựa vào những kiến thức cơ bản về chuông điện đã đƣợc học để chế tạo một chuông điện đơn giản. Yêu cầu học sinh liệt kệ các dụng cụ cần phải dùng trong việc chế tạo chuông điện.

75 Câu 36[4]. Từ trƣờng ứng dụng trong nông nghiệp Trong nông nghiệp, từ trƣờng nhân tạo đã đƣợc ứng dụng trong việc kích thích nuôi cấy mô, hạt nảy mầm và sinh trƣởng của cây, tạo nguồn nƣớc sạch bằng từ hóa nƣớc dùng trong chăn nuôi, thủy sản, hoạt hóa dinh dƣỡng tƣới bón cho cây trồng. Những nghiên cứu đã cho biết từ trƣờng thúc đẩy nhanh sinh trƣởng một số loại cây trồng; tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng từ trƣờng nhân tạo phục vụ nhân giống còn hạn chế ở một số ít loại cây trồng. Do vậy, để nâng cao hiệu quả sản xuất, cung cấp giống cây tốt cho thị trƣờng, cần đẩy mạnh công nghệ nuôi cấy mô trong nhân giống; tác động của từ trƣờng vào các khâu trong nuôi cấy mô và vƣờn ƣơm sẽ nâng cao hiệu quả của sản xuất giống. Em hãy tìm hiểu từ trường nhân tạo hay công nghệ từ tính, công nghệ nam châm được ứng dụng trong nông nghiệp như thế nào? Câu 37[4]. Từ trƣờng ứng dụng trong y học Em hãy trình bày những hiểu biết của em về Máy chụp cộng hƣởng từ MRI có ứng dụng lớn trong y học nhƣ thế nào? Từ trƣờng trong máy chụp cộng hƣởng từ có vai trò nhƣ thế nào? Mặt lợi và hại của máy chụp cộng hƣởng từ MRI? Biện pháp giảm thiểu nếu có? Từ trƣờng tác dụng lên cơ thể sống nhƣ thế nào? Tác dụng chữa bệnh của từ trƣờng là gì? Một số thiết bị từ trƣờng chữa bệnh hiện nay ứng dụng từ trƣờng nhƣ thế nào? 2.3. Xây dựng hệ thống bài tập ứng dụng thực tiễn chƣơng hiện tƣợng cảm ứng điện từ Mức độ 1. Yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để trả lời câu hỏi định tính trong thực tiễn. Câu 1[1]. Bạn Lan đã thực hiện một thí nghiệm nhƣ sau: - Đặt cố định một ống dây có lõi sắt nằm ngang nối với acquy qua khóa K đang ngắt (Hình 25). Để một vòng nhôm nhẹ, kín, linh động đƣợc treo trên một đoạn chỉ cách điện ở gần đầu ống dây. Hiện tƣợng gì xảy ra với Hình 25 vòng nhôm khi đóng và ngắt khóa K. Câu 2[1]. Tác dụng hãm của dòng điện Fu – co đƣợc ứng dụng trong trƣờng hợp nào dƣới đây? A. Phanh điện từ B. Bếp điện từ C. Máy biến thế D. Công tơ điện. Câu 3[1]. Tác dụng nhiệt của dòng điện Fu – co đƣợc ứng dụng trong vật dụng nào sau đây? A. Ti vi B. Tủ lạnh. C. Quạt điện D. Bếp điện từ.

76 Mức độ 2. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức để giải thích được các sự kiện, hiện tượng của câu hỏi lí thuyết. Câu 4[2]. Em hãy quan sát hình ảnh nồi nƣớc đang đƣợc nấu bằng bếp điện từ dƣới đây để trả lời câu hỏi: 1. Cuộn dây 2. Từ trường 3. Dòng điện cảm ứng 4. Đồ được nấu nước) 5. Đáy nồi kim loại

Hình 26. Bếp điện từ a. Theo em cuộn dây và nồi kim loại liên quan đến kiến thức gì? b. Em hãy giải thích nguyên lí hoạt động của bếp từ c. Cá kho ngon nhất khi đƣợc kho trong nồi đất nên bạn Huyền đã thay nồi kim loại bằng nồi đất để kho cá và bạn sử dụng bếp điện từ. Vậy theo em bạn Huyền có thể sử dụng bếp điện từ để kho cá đƣợc không? Vì sao? Câu 5[2]. Hình vẽ 27 bên cạnh thể hiện một phanh điện từ sử dụng dòng điện cảm ứng. Một nam châm điện đƣợc gắn vào toa xe lửa gần một đƣờng ray. Để dừng xe, một dòng điện lớn đƣợc gửi qua các cuộn dây của nam châm điện. Các nam châm điện di chuyển gây ra dòng điện cảm ứng trong đƣờng ray, chống lại sự biến thiên từ thông của nam châm điện. Theo định luật Lens, từ trƣờng của dòng điện cảm ứng tác dụng lên dòng điện trong nam châm điện, do đó làm chậm xe. Hƣớng chuyển động của xe và hƣớng Hình 27. Phanh điện từ dòng điện trong nam châm điện đƣợc hiển thị chính xác trong hình. Xác định chiều dòng điện cảm ứng nào đƣợc hiển thị trên thanh ray là chính xác. Giải thich câu trả lời của em.

77 Mức độ 3. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức vật lí để giải thích những tình huống xảy ra trong thực tiễn. Câu 6[3]. Một máy bay trực thăng có chiều dài cánh máy bay 3 m quay đều với tốc độ 2 vòng / s quanh một trục quay đi qua một đầu cánh máy bay và vuông góc với cánh máy bay ấy. Nếu thành phần thẳng đứng của từ trƣờng Trái đất là 50 mT thì hiệu điện thế xuất hiện giữa đầu cánh máy bay và trục quay là bao

Hình 28

nhiêu? Câu 7[3]. Một chiếc máy bay nhỏ với sải cánh 14,0 m đang bay từ phía Nam về phía bắc với tốc độ 70 m / s trên một khu vực nơi thành phần thẳng đứng của từ trƣờng Trái đất là 1,20 mT hƣớng xuống. a. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai đầu cánh máy bay là bao nhiêu? Cánh máy bay bên nào có điện thế cao hơn? b. Nếu trong trƣờng hợp máy bay bay từ phía Tây sang phía Đông, suất điện động cảm ứng xuất hiện giữa hai đầu cánh máy bay là bao nhiêu? Cánh máy bay bên nào có điện thế cao hơn? c.Hiệu điện thế này có thể đƣợc sử dụng để cấp nguồn ánh sáng trong khoang hành khách? Giải thích. Câu 8[3]. Huy đang nối một sợi dây đàn trên cây guitar của mình và bị phân tâm bởi trò chơi điện tử. Khoa - bạn cùng phòng của Huy gắn vôn kế vào hai đầu của dây kim loại và đặt một nam châm xuyên qua sợi dây nhƣ trong hình vẽ bên. Nam châm không chạm vào chuỗi, nhƣng tạo ra một trƣờng đồng nhất là 4,50 mT trên một đoạn sợi dây dài 2,00 cm ở giữa chuỗi và từ trƣờng xem nhƣ không đáng kể ở nơi khác. Khoa đã làm rung Hình 29 dây đàn sao cho phần dây kim loại trong từ trƣờng dao động với vận tốc lớn nhất là 22 m/s. Tính suất điện động cực đại gây ra giữa các đầu của dây. Câu 9[3]. Máy phát điện đồng hồ, còn đƣợc gọi là đĩa Faraday, là một máy phát điện. Nó bao gồm một đĩa kim loại dẫn điện xoay với một tiếp điểm cố định (một tiếp điểm điện trƣợt) ở trục của nó và một điểm khác tại một điểm trên chu vi của nó nhƣ trong hình vẽ trên. Một từ trƣờng đƣợc áp dụng vuông góc với mặt phẳng của đĩa có độ lớn

78 cảm ứng từ là 0.900 T, tốc độ góc là 3 200 vòng / phút và bán kính của đĩa là 0.5 m. Tìm suất điện động đƣợc tạo ra giữa các tiếp điểm. Mức độ 4. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để giải quyết những tình huống thực tiễn hoặc để thực hiện một công trình nghiên cứu khoa học nhỏ, đơn giản, chế tạo một sản phẩm sáng tạo đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Hình 30. Đĩa Faraday Câu 10[4]. Thông số kĩ thuật Dynamo xe đạp: Chứng nhận: CE, RoSH Nơi xuất xứ: Guangdong, China (Mainland) Nhãn hiệu: Sidiou Nhóm Model: SDO-BIL025 Ứng Dụng chính: xe đạp Loại: Đèn xe đạp Hình dạng: vòng Số lượng bóng đèn:1 Màu: Chrome (Silver) Trụ Đèn: 12x8x8 cm Đuôi Đèn: 4.5x2.4x2.4 cm Dynamo Đầu Ra: 12 V, 6 Wát Kích thước: chiều dài 4 ", chiều rộng Gắn Vị trí: Khung

Trên trang thƣơng mại điện tử Alibaba.com có bài quảng cáo về sản phẩm dynamo xe đạp, từ bảng thông số kĩ thuật của dynamo em hãy cho biết a. Nguyên lí hoạt động của dynamo xe đạp b. Tính cƣờng độ dòng điện lớn nhất mà dynamo cung cấp cho bóng đèn xe đạp. c. Có thể sử dụng dynamo xe đạp để sạc pin điện thoại đƣợc hay ko? em hãy giải thích và đƣa ra cách tiến hành lắp ráp sử dụng dynamo để sạc. 2.4. Xây dựng các tiến trình dạy học có sử dụng bài tập thực tiễn theo hƣớng phát triển NLST của HS Dựa vào bảng năng lực chuyên biệt cho bộ môn Vật lí đã xây dựng từ năng lực chung, chúng tôi xây dựng các tiến trình dạy học ứng với các mục tiêu cần đạt của năng lực giải quyết vấn đề, đóng vai trò quan trọng để hình thành tƣ duy sáng tạo cho HS.

79 Nhƣ đã trình bày ở chƣơng 1 về cách sử dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn nhằm phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình dạy học, trong đó hệ thống bài tập thực tiễn đƣợc sử dụng một cách linh hoạt, phù hợp với nội dung kiến thức nhằm phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình nhƣ đặt vấn đề, tạo tình huống học tập, trong quá trình nghiên cứu kiến thức mới và trong vận dụng, củng cố kiến thức. Để tích cực hóa hoạt động nhận thức, phát triển tƣ duy, GV có thể sử dụng hệ thống BT phù hợp với các bƣớc khác nhau của tiến trình dạy học. 2.4.1. Tiến trình dạy học bài 1 Lực Lorentz Đƣợc trình bày tại phần phụ lục 1 của luận văn 2.4.2. Tiến trình dạy học bài 2 Từ trường Trái đất TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức Độ từ thiên là gì? Độ từ khuynh là gì? Các cực từ của trái đất có ở những vị trí cố định nhƣ các địa cực không? Bão từ là gì? 2. Kĩ năng Sự khác nhau giữa kinh tuyến địa lí à kinh tuyến từ, cực từ của trái đất và địa cực. Giải thích sự định hƣớng kim nam châm trên mặt đất. Giải thích hiện tƣợng bão từ II. CHUẨN BỊ 1.Học sinh Ôn lại tƣơng tác từ. 2. Giáo viên La bàn từ thiên và la bàn từ khuynh. Bài giảng điện tử về từ trƣờng Trái Đất Một số hình vẽ trong SGK phóng to. Video về hiện tƣợng bão từ bão từ. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1: Tìm hiểu về cách nhận biết lớp lá chắn từ trƣờng Trái đất Nhiệm vụ: Làm sao để nhận biết từ trường của Trái đất? Mục tiêu: Học sinh biết được thế nào là hiện tượng cực quang và lí giải được nguyên lí xảy ra hiện tượng cực quang dựa vào kiến thức đã học về lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động. Học sinh trình bày được các cách nhận biết của từ trường Trái đất.

Phiếu học tập số 1: HIỆN TƯỢNG CỰC QUANG 1. Qua các hiện tƣợng trong đời sống tự nhiên hằng ngày xảy ra trên trái đất, em hãy tìm các ví dụ cho thấy sự tồn tại của từ trƣờng Trái đất mà mắt thƣờng không nhìn thấy đƣợc. (gợi ý bằng hình ảnh minh họa, thí nghiệm ảo mô tả hiện tượng)

2. Em hiểu: Thế nào là gió mặt trời? 3. Theo em Gió mặt trời có ảnh hƣởng gì tới trái đất? Hãy kể tên và giải thích rõ về các ảnh hƣởng đó. 4. Dựa vào kiến thức Lực Lorentz đã học ở bài trƣớc em hãy giải thích: Tại sao hiện tƣợng cực quang lại xảy ra ở các địa cực của Trái đất và giải thích hiện tƣợng cực quang sau khi em quan sát mô phỏng sau.

Cho học sinh quan sát thí nghiệm ảo về hiện tượng cực quang và các hiện tượng cực quang xảy ra trong tự nhiên. - Sử dụng bộ thí nghiệm hạt mang điện chuyển động trong bài từ trường – Lực Lorentz (hiện tượng cực quang trong phòng thí nghiệm) hướng dẫn học sinh biểu diễn để từ đó giải thích hiện tượng

81 cực quan 5. Có phải các hiện tƣợng cực quang đều có một màu sắc giống nhau. Em hãy giải thích nguyên nhân nào làm cho các hiện tƣợng cực quang có màu sắc khác nhau. 6. Nhiệm vụ về nhà: Em hãy sƣu tầm và sử dụng hình ảnh về các hiện tƣợng cực quang trên trái đất để thiết kế một cuốn lịch đê bàn, hoặc những tấm thẻ đánh dấu sách. Hoạt động 2: Tìm hiểu về đặc điểm của từ trƣờng Trái đất: độ từ thiên, độ từ khuynh, bão từ Nhiệm vụ: Những đại lượng nào đặc trưng cho từ trường Trái đất? Mục tiêu: Học sinh nắm rõ được các đặc điểm của từ trường Trái đất độ từ thiên, độ từ khuynh, bão từ. Học sinh hiểu rõ được ảnh hưởng của bão từ đối với con người và đời sống. Học sinh có những hiểu biết ban đầu cơ bản về những ứng dụng của từ trường trong khoa học kĩ thuật và đời sống hằng ngày. Phiếu học tập số 2: ĐỘ TỪ THIÊN – ĐỘ TỪ KHUYNH – BÃO TỪ 1. Độ từ thiên 1.1. Cùng tìm hiểu về độ từ thiên, Kinh tuyến địa lí và kinh tuyến từ có trùng nhau hay không? Nếu không trùng nhau em hãy chỉ ra góc giữa chúng.

1.2. Định nghĩa thế nào là độ từ thiên? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.3. Trong thực tế em có thể xác định độ từ thiên bằng dụng cụ nào? theo nguyên lí nào? Giới thiệu cho học sinh về la bàn từ thiên. …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………

82 1.4. Em hãy nêu cách xác định độ từ thiên ở các vị trí khác nhau trên trái đất. Áp dụng tính độ từ thiên trong các trƣờng hợp sau đây:

2. Độ từ khuynh. Nếu độ từ thiên đặc trưng cho thành phần nằm ngang của từ trường trái đất thì độ từ khuynh đặc trưng cho thành phần thẳng đứng. Em hãy nêu định nghĩa về độ từ khuynh và các qui ƣớc đo độ độ từ khuynh. ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 3. Bão từ 3.1. Những biến đổi theo thời gian của các yếu tố của từ trƣờng trái đất xảy ra cùng một lúc trên qui mô toàn cầu gọi là bão từ. Theo em bão từ xảy ra khi nào? có bao nhiêu loại bão từ? 3.2. Em hãy tìm hiểu về ảnh hƣởng của bão từ đối với cuộc sống con ngƣời, nông nghiệp, công nghiệp. Từ đó em hãy nêu lên những biện pháp phòng chống bão từ, và khả năng sử dụng từ trƣờng trái đất, từ trƣờng nhân tạo trong các lĩnh vực. Trong y học ...................................................... ...................................................... ......................................................

83 Trong nông nghiệp: ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... Trong công nghiệp kĩ thuật: ........................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... Dự kiến ghi bảng 1. Các từ cực của Trái đất. - Trái đất có 2 địa cực là: Cực Bắc và cực Nam.

- Ngoài ra dựa vào kim la bàn ta có thể xác định TĐ còn có 2 từ cực. - Chiều đƣờng sức từ của Trái Đất là chiều Nam – Bắc. - Giống nhƣ nam châm thẳng có thể coi Trái đất là 1 nam châm khổng lồ với 2 từ cực: từ cực Bắc nằm ở bán cầu nam; từ cực Nam nằm ở bán cầu bắc các đƣờng sức từ của Trái Đất nằm trên mặt đất đƣợc gọi là các kinh tuyến từ. 2. Độ từ thiên và độ từ khuynh. a) Độ từ thiên - Các kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lí không hoàn toàn trùng nhau.

- Độ từ thiên là góc lệch giữa kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lí. Kí hiệu: D Lƣu ý: tùy vào vị trí khác nhau trên mặt đất mà độ từ thiên khác nhau. Cực Bắc kim la bàn lệch sang phía Đông ==> D>0 Cực Bắc kim la bàn lệch sang phía Tây ==> D<0 b) Độ từ khuynh - La bàn có kim nam châm nhƣ hình 35.2 SGK mô tả là la bàn từ khuynh.

- Độ từ khuynh là góc hợp bởi kim nam châm của la bàn từ khuynh và mặt phẳng nằm ngang. Kí hiệu I - Qui ƣớc: SGK/171. 3. Bão từ - Những biến đổi theo thời gian của các yếu tố của từ trƣờng Trái Đất xảy ra cùng 1 lúc trên qui mô toàn cầu ngƣời ta gọi đó là bão từ. - Phân loại: + Bão từ mạnh – những cơn bão diễn ra trong thời gian dài. + Bão từ yếu – những cơn bão diễn ra trong thời gian ngắn. - Các cơn bão từ xảy ra không theo qui luật nào.

85 IV. TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, đặt vấn đề kiến thức mới. Hoạt động của giáo viên - Gv đặt câu hỏi kiểm tra bài cũ:

Hoạt động của học sinh - HS trả lời câu hỏi.

- Nam châm điện và nam châm vĩnh cửu có gì giống và khác nhau? - Em hãy cho một vài ví dụ về ứng dụng của nam châm trong đời sống hằng ngày. - Ở trên mặt đất khi đặt la bàn thì kim la - HS lắng nghe và tiếp thu vấn đề kiến bàn định hƣớng Bắc – Nam. Cực Bắc của thức mới đƣợc đặt ra. kim nam châm thì chỉ về phía địa cực Bắc, - HS quan sát các hiện tƣợng và dựa cực Nam của kim nam châm thì chỉ về phía vào vốn kiến thức thực tiễn của mình địa cực Nam. để trả lời câu hỏi của GV. - Làm thế nào ta biết đƣợc trái đất tồn tại một từ trƣờng? Qua các hiện tƣợng trong đời sống tự nhiên hằng ngày xảy ra trên trái đất, em hãy tìm các ví dụ cho thấy sự tồn tại của từ trƣờng Trái đất mà mắt thƣờng không nhìn thấy đƣợc. (gợi ý bằng hình ảnh minh họa, thí nghiệm ảo mô tả hiện tượng)

- Gin – bớt đƣa ra giả thuyết coi Trái Đất nhƣ một nam châm khổng lồ, nam châm khổng lồ đó có đặc điểm nhƣ thế nào? Bài học hôm nay giúp chúng ta nghiên cứu điều đó. Hoạt động 2: Tìm hiểu các cực từ của Trái Đất Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: - Đề xuất đƣợc phƣơng án xác định từ cực của Trái đất. - HS trả lời đƣợc câu hỏi liên quan đến phân biệt từ cực và địa cực của Trái đất.

86 Hoạt động của giáo viên - Gv đặt câu hỏi tìm hiểu: - Trái đất có bao nhiêu địa cực?

Hoạt động của học sinh - TĐ có 2 địa cực.

- Ngoài ra TĐ còn có 2 từ cực: từ cực Bắc và từ cực Nam. Vậy thì 2 từ cực nằm ở đâu của Trái Đất (TĐ)?

- Kim la bàn định hƣớng Bắc – Nam. Cực - Chiều đƣờng sức từ của trái đất có Bắc của kim nam châm thì chỉ về phía địa hƣớng từ Nam – Bắc. cực Bắc, cực Nam của kim nam châm thì chỉ về phía địa cực Nam. Từ đó, ta vẽ đƣợc - từ cực Bắc nằm ở bán cầu nam; từ chiều đƣờng sức từ của Trái Đất có hƣớng cực Nam nằm ở bán cầu bắc. nhƣ thế nào? - Từ cực Bắc và từ cực Nam của TĐ nằm ở - HS tiếp thu,ghi nhớ. đâu? - Coi TĐ là một nam châm khổng lồ với 2 từ cực: từ cực Bắc nằm ở bán cầu nam; từ cực Nam nằm ở bán cầu bắc; các đƣờng sức từ của Trái Đất nằm trên mặt đất đƣợc gọi là các kinh tuyến từ. Hoạt động 3: Tìm hiểu khái niệm về độ từ thiên và độ từ khuynh Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: - HS trả lời đƣợc các câu hỏi liên quan đến độ từ thiên và độ từ khuynh từ đó đƣa xa phƣơng án xác định độ từ thiên và độ từ khuynh dựa vào la bàn và la bàn từ khuynh. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Nhƣ chúng ta đã biết, TĐ là một nam - HS tiếp thu, ghi nhớ.

87 châm khổng lồ với 2 từ cực: từ cực Bắc nằm ở bán cầu nam; từ cực Nam nằm ở bán cầu bắc; các đƣờng sức từ của Trái Đất nằm trên mặt đất đƣợc gọi là các kinh tuyến từ. - Tuy nhiên, các kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lí không hoàn toàn trùng nhau.

- Lƣu ý: tùy vào vị trí khác nhau trên mặt đất mà độ từ thiên khác nhau. Cực Bắc kim la bàn lệch sang phía Đông ==> D>0 Cực Bắc kim la bàn lệch sang phía - GV thông báo: Độ từ thiên là góc lệch Tây ==> D<0 giữa kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lí. Kí - HS ghi nhớ hiệu: D - HS quan sát. - GV giới thiệu la bàn từ khuynh. Và định nghĩa độ từ khuynh. - Độ từ khuynh là góc hợp bởi kim nam - HS tiếp thu, ghi nhớ. châm của la bàn từ khuynh và mặt phẳng - Qui ƣớc: nằm ngang. Kí hiệu I Ở bắc bán cầu, cực Bắc của kim nam châm nằm ở dƣới mặt phẳng nằm ngang thì I  0 . Ở nam bán cầu, cực Bắc của ki nam châm nằm trên mặt phẳng nằm ngang thì I  0 Hoạt động 4: tìm hiểu về bão từ. Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: - Mô tả giải thích đƣợc hiện tƣợng bão từ. - HS đặt ra các câu hỏi và trả lời đƣợc về sự ảnh hƣởng của bão từ đối với con ngƣời, động vật, thực vật và cuộc sống. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV thông báo: Khi đo đạc tại một nơi cố - HS lắng nghe. định, ngƣời ta thấy rằng các yếu tố của từ

88 trƣờng Trái Đất ( cảm ứng từ, độ từ thiên, độ từ khuynh …) biến đổi theo thời gian. - Yêu cầu HS nghiên cứu SGK và trả lời - HS tìm hiểu SGK và trả lời câu hỏi: câu hỏi: - Những biến đổi theo thời gian của - Khi nào sự thay đổi các yếu tố của từ các yếu tố của từ trƣờng Trái Đất xảy trƣờng theo thời gian đƣợc gọi là bão từ? ra cùng 1 lúc trên qui mô toàn cầu - ngƣời ta phân loại bão từ nhƣ thế nào? ngƣời ta gọi đó là bão từ. - Thế nào là bão từ mạnh và thế nào là bão từ yếu? - Cho HS xem video về gió mặt trời – bão - HS quan sát. từ. - Các cơn bão từ xảy ra không theo qui luật nào. - Hiện nay đã tìm ra đƣợc nguyên nhân gây - HS trả lời. ra từ trƣờng Trái Đất hay chƣa? - Nguyên nhân gây ra từ trƣờng Trái Đất vẫn chƣa đƣợc rõ ràng. Tuy nhiên, nhiều giả thuyết cho rằng từ trƣờng Trái Đất đƣợc sinh ra, bằng cách nào đó từ dòng điện kín bên trong Trái Đất, chạy trong khối lỏng có tính dẫn điện tốt ở ngoài vùng lõi của Trái Đất. Nhƣng cách hoạt động chính xác của nó vẫn là vấn đề cần nghiên cứu. - HS tiếp thu, ghi nhớ. Hoạt động 5: Củng cố bài học, dặn dò về nhà. Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: - Giải thích đƣợc hiện tƣợng cực quang và các vấn đề liên quan. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Làm sao chúng ta có thể biết đƣợc sự tồn - Từ trƣờng Trái đất là tấm lá chắn vô tại của từ trƣờng trái đất? hình bảo vệ trái đất. Sự bảo vệ này mang một ý nghĩa quan trọng. - Chúng ta có thể nhận biết Từ trƣờng TĐ - Hiện tượng cực quang: Từ mặt trời qua hiện tƣợng nào mà chúng ta đã đƣợc luôn có các dòng hạt mang điện, chủ học? yếu là electron và proton bay đến trái đất. Do Trái Đất là một nam châm

89 khổng lồ nên các dòng điện tích bị từ trƣờng Trái Đất tác dụng lực từ (lực Lorentz). + Dƣới tác dụng của lực Lorentz các hạt mang điện này chuyển động theo - Không ai có thể nhìn thấy từ trƣờng TĐ quỹ đạo xoáy ốc quanh các đƣờng sức nhƣng chính hiện tƣợng cực quang đã cho từ của TĐ tạo thành vành đai Allen. Các điện tích bị cuốn vào các Cực từ ta biết điều đó. - GV yêu cầu HS: làm bài tập 1 SGK. - Ôn lại kiến thức về từ trƣờng.

của Trái Đất. + Khi có sự hoạt động mạnh ở mặt trời thì mật độ hạt mang điện ở gần từ cực của TĐ tăng lên rất lớn. Vì vậy ở đó, các electron bị đẩy ra xa từ cực. Chúng va chạm với bầu khí quyển Trái Đất, vc các phân tử khí làm cho chúng phát quang tạo nên màn cực quang.

IV. RÚT KINH NGHIỆM 2.4.3. Tiến trình dạy học bài 3 Bài tập lực Lorentz BÀI TẬP LỰC LORENTZ I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: Ôn lại các nội dung kiến thức về từ trƣờng, lực từ, lực Lorentz 2. Kỹ năng: - Vận dụng kiến thức đã học để giải thích hiện tƣợng liên quan đến hạt mang điện chuyển động trong từ trƣờng, làm các bài tập liên quan đến lực Lorentz trong thực tiễn cuộc sống. 3. Giáo dục: rèn luyện tƣ duy khoa học, suy luận logic, phát triển năng lực sáng tạo. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Các câu hỏi và bài tập về lực Lorentz. 2. Học sinh: Xem lại kiến thức về lực Lorentz. III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 1. Ổn định lớp: 2. Nội dung bài dạy:

90 Hoạt động 1: Nhắc lại các kiến thức trọng tâm Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của HS

- Yêu cầu HS nhắc lại quy tắc bàn tay trái - Lắng nghe và thực hiện - Ứng dụng nó để xác định F, B, I của một số - Ghi chép các kiến thức cơ bản theo trƣờng hợp.

chỉ dẫn của giáo viên. Hoạt động 2: Giao bài tập cho học sinh

Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: - Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong bài tập thực tiễn đề ra. - Lựa chọn phƣơng án tối ƣu và công cụ để giải quyết bài tập. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của HS

- Giao bài tập cho học sinh (phiếu học tập số -Đọc đề, suy nghĩ. Nêu hƣớng giải 1) - Cho học sinh thảo luận theo nhóm. Câu 1. Một electron trong một

Câu 1. Xác định lực từ tác dụng lên electron là lực Lorentz.

ống phóng điện tử của máy thu hình di chuyển về phía

- Sử dụng công thức lực Lorentz để thực hiện yêu cầu bài toán.

trƣớc của ống với tốc độ 8.106 m/s

dọc theo trục x(hình vẽ). Xung quanh cổ của ống phóng điện tử là các cuộn dây tạo ra từ trƣờng có độ lớn B = 0,025 T, hƣớng vào một góc 60° đến trục x và nằm trong mặt phẳng xy. Tính lực từ tác dụng lên electron đó. A. 28.10-15 N B. 2,8.10-

-Trình bày lên bảng -HS khác Nhận xét ý kiến trình bày của bạn Câu 2. Electron chuyển động thẳng đều tới vị trí X chính giữa màn huỳnh quang

FL  qBv sin   qBv sin 60 0 = 28.10

-15

  FL   Fq

N khi E qBv  qE  B   0,004T -15 -14 C. 2,8.10 N D. 28.10 N v Câu 2. Một electron trong một ống phóng  hƣớng từ ngoài vào trong, B = điện tử của máy thu hình di chuyển về phía 0,004T trƣớc của ống với tốc độ 2.106 m/s dọc theo trục x(hình vẽ). Điện trƣờng đều đƣợc tạo ra từ 2 bản tụ điện có độ lớn E = 8000V/m. Xác định hƣớng và độ lớn

tạo bởi nam châm

91 điện để electron chuyển động thẳng đều tới vị trí X chính giữa màn huỳnh quang.

A. B. C.

hƣớng từ trong ra ngoài, B = 0,002T hƣớng lên trên, B = 0,003T hƣớng từ ngoài vào trong, B = 0,004T

D. hƣớng xuống dƣới, B = 0,0024T - Gọi học sinh lên bảng trình bày và giải thích đáp án lựa chọn. Hoạt động 3: Ứng dụng của Lực Lorentz trong y học Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: - Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong bài tập thực tiễn đề ra. - Lựa chọn phƣơng án tối ƣu và công cụ để giải quyết bài tập. Biện luận tính đúng đắn của kết quả bài tập và tính đúng đắn các kết luận đƣợc khái quát hóa từ kết quả bài tập. Mô tả đƣợc hiện tƣợng thực tiễn có trong bài tập cần giải quyết. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Giao bài tập cho học sinh (phiếu học tập số 2) - Hƣớng dẫn học sinh cách làm BTTT sau đó gọi học sinh lên bảng trình bày bài làm của mình. Câu 3. Là dụng cụ để tách các hạt chất bị ion hóa theo khối lƣợng của chúng, hoạt động dựa trên tác dụng của điện trƣờng hoặc từ trƣờng lên chùm ion bay trong không gian. Một khối phổ kế có bộ phận “ phân tích ion hội tụ kép” bao gồm một từ trƣờng đều có

-HS đọc kĩ đề và suy nghĩ đề cập tới lĩnh vực nào trong thực tiễn, thảo luận phƣơng án giải và tiến hành giải. - Suy nghĩ, tìm ra cách giải quyết bài toán - Cử HS lên trình bày Câu 3.

v2 mv m  qBv  R  . Mặt khác R qB ta lại có:

92 cảm ứng từ B  0,04 T đặt vuông góc với một theo điện trƣờng đều có hiệu điện thế là U = 5.104 V. Một ion Li+ có khối lƣợng 1,16.10-26 kg

định

lí

động

năng:

2qU mv 2 mv02   qU => v  2 2 m

đƣợc gia tốc qua điện trƣờng rồi chuyển Suy ra: R = 2,13 m động tròn dƣới tác dụng của từ trƣờng. Xác định bán kính quỹ đạo của ion Li+ đó. Câu 4. Câu 4. Một bác sĩ phẫu thuật tim kiểm soát a. Lƣu lƣợng máu chảy qua động đƣợc lƣu lƣợng máu chảy trong động mạch mạch chịu tác dụng của từ trƣờng do bằng cách sử dụng lƣu lƣợng kế điện từ nam châm tạo ra. Và theo qui tắc bàn (Hình vẽ). Điện cực A và B tiếp xúc với bề tay trái thì các ion dƣơng sẽ bị lực từ mặt của huyết quản. Huyết quản này có tác dụng di chuyển về điện cực A và các ion âm sẽ bị lực từ tác dụng di đƣờng kính trong là 3 mm. chuyển về điện cực B. Sự chênh lệch điện áp giữa A và B tạo nên hiệu điện thế và từ đó sinh ra một lực điện tác dụng lên các ion cân bằng với lực từ. Hình 37 a. Với một từ trƣờng 0,04 T, volt kế chỉ giá trị 160 uV giữa hai điện cực, tính tốc độ chảy trung bình của máu trong động mạch. b. Chứng minh rằng điện cực A là cực dƣơng nhƣ trong hình. Dấu các điện cực của volt kế có phụ thuộc vào dấu của phần lớn ion di chuyển trong máu không? Giải thích tại sao điều kiện sử dụng của lƣu lƣợng kế điện từ là chất lƣu phải có tính dẫn điện tốt, độ dẫn điện lớn.

FL  FE v

qBv

E U   1,33 m/s B B.d

Hoạt động 4: Củng cố và giao bài tập về nhà Hoạt động của giáo viên - Khắc sâu các kiến thức trọng tâm. - Giao bài tập về nhà cho học sinh.

Hoạt động của học sinh - Ghi bài tập về nhà

93 Câu 5. Máy tim phổi nhân tạo ECMO được kết nối với bệnh nhân thông qua các ống nhựa ống cannula). Những ống này được đặt vào trong các động tĩnh mạch lớn ở chân, cổ hay ngực. Máy tim phổi nhân tạo ECMO) bơm máu từ cơ thể của bệnh nhân đến phổi nhân tạo oxygenator) để bổ sung O2 và loại bỏ CO2 ra khỏi máu. Vì vậy, nó sẽ thay thế chức năng phổi của người bệnh. Sau đó máy ECMO sẽ bơm máu trở lại cho bệnh nhân với lực bơm bằng với công co bóp của tim, tức là sẽ thay thế chức năng của tim. Máy ECMO được điều khiển bởi một chuyên gia ECMO, hoặc một điều dưỡng hoặc một bác sĩ chuyên khoa hô hấp đã được đào tạo chuyên sâu về ECMO. Các chuyên gia sẽ điều chỉnh những cài đặt trên máy để đảm bảo cung cấp cho bệnh nhân đầy đủ chức năng tim và phổi mà họ cần. Máy tim phổi nhân tạo và máy chạy thận nhân tạo áp dụng cho việc bơm máu vì máy bơm cơ khí có thể phá huỷ tế bào máu. Hình vẽ bên mô tả một máy bơm điện từ. Máu đƣợc giữ trong một ống cách điện, thông thƣờng là hình trụ nhƣng có thể coi (trong bài này) là một hình chữ nhật chiều rộng w và chiều cao h. Thiết kế đơn giản này giúp cho máy bơm phổ biến trong y học vì máu sẽ không bị lẫn tạp chất và ống máu dễ lau chùi và giá rẻ. Hai điện cực đƣợc gắn vào đầu

94 trên và dƣới của chiếc ống. Chênh lệch thế năng tạo ra dòng điện lƣu thông qua máu với mật độ điện J trong một khoảng L. Một từ trƣờng vuông góc đặt tại phần này. a. Giải thích tại sao cách thiết kế này tạo ra trên chất lỏng một lực xuôi theo chiều dài chiếc ống. b. Chứng minh rằng phần chất lỏng trong vùng từ trƣờng có mức tăng áp suất là JLB. c. Sau khi máu rời khỏi maý bơm có tích điện không? Có mang dòng điện hay bị từ hoá không? Câu 6. Máy gia tốc 184 – inch cyclotron đƣợc xây dựng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học Berkeley Radiation Laboratory vào năm 1942 để gia tốc hạt proton có mp=1,66.10-27kg, e=1,6.10-19C. Hiệu điện thế đặt vào hộp rỗng kim loại hình chữ D có tần số f =107Hz. Vòng cuối cùng của prôtôn trƣớc khi ra khỏi xiclôtrôn có bán kính 0,42m. Tính cảm ứng từ B và động năng cuối cùng của prôtôn. A. B = 0,65155 T và Wđ max  0,36GeV B. B = 0,85155 T và Wđ max  0,36GeV C. B = 0,65155 T và Wđ max  36GeV D. B = 0,75155 T và Wđ max  0,36GeV

IV. RÚT KINH NGHIỆM.

95 2.4.4. Tiến trình dạy học bài 4: đƣợc trình bày tại phụ lục 2 của luận văn 2.4.5. Tiến trình dạy học bài 5 HƢỚNG DẪN LÀM CHUÔNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN TỪ CÁC VẬT LIỆU ĐƠN GIẢN, DỄ TÌM I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức  Hiểu rõ đƣợc chất thuận từ, chất nghịch từ, chất sắt từ là gì?  Hiểu đƣợc Sự từ hoá các chất sắt từ.  Nắm đƣợc một vài ứng dụng của hiện tƣợng từ hoá của chất sắt từ.  Vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề mới, tình huống mới trong thực tiễn liên quan đến ngành kĩ thuật tƣơng ứng với biểu hiện sáng tạo. 2. Kĩ năng  Giải thích sự nhiễm từ của các chất.  Phân biệt đƣợc nam châm điện và nam châm vĩnh cửu.  Ứng dụng đƣợc khả năng hút đẩy của nam châm điện và nam châm vĩnh cửu trong thực tế. II. Ý TƢỞNG SƢ PHẠM Thông qua việc hƣớng dẫn HS giải BTTT theo dấu hiệu bài tập có hình thức tƣơng tự nhƣng nội dung biến đổi về chuông điện từ đơn giản bồi dƣỡng cho HS: cách tính toán các sô liệu thông số của chuông điện và ứng dụng làm chuông điện. II. CHUẨN BỊ Học sinh Ôn lại kiến thức về từ trƣờng do ống dây tạo ra, nguyên lí chồng chất từ trƣờng. Dụng cụ để thiết kế chuông điện từ đơn giản 12V. Giáo viên TN sự nhiễm từ của sắt: nam châm, khung dây có lõi sắt. Một số hình vẽ phóng to. Hình ảnh minh họa chuông điện từ đơn giản. III. TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG Hoạt động 1: Bài tập thực tiễn củng cố kiến thức. Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: - Vận dụng đƣợc kiến thức về sự từ hóa các chất để giải quyết vấn đề. - Lựa chọn phƣơng án tối ƣu và công cụ để giải quyết bài tập. - Biện luận tính đúng đắn của kết quả bài tập và tính đúng đắn các kết luận đƣợc khái quát hóa từ kết quả bài tập.

96 - Mô tả đƣợc hiện tƣợng thực tiễn có trong bài tập cần giải quyết. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV nêu câu hỏi củng cố bài học. - HS thực hiện yêu cầu của giáo viên. - Nam châm điện và nam châm vĩnh cửu có gì giống và khác nhau?

Trả lời: Cảm ứng từ do ống dây có lõi sắt non đƣợc tính theo công thức: B  0 Một chuông điện đƣợc thiết kế nhƣ hình vẽ. Khi đóng công tắc, có dòng điện một chiều I = 1 A chạy qua cuộn dây, miếng sắt bị hút vào lõi cuộn dây và đầu gõ chuông sẽ đập vào chuông và phát ra tiếng kêu. B  0

N I ; μ 0  4. .10 -7 l

N I với μ 0  4. .10 -7 là l

độ từ thẩm trong chân không. a. Thay các dữ liệu bài toán đã cho tính đƣợc độ lớn cảm ứng từ do nam châm điện trong chuông điện tạo ra là: B  0

N 400 I  4 .107.8.104. .1  402,12.108 (T ) 0,1 l

b. Tƣơng tự, dựa vào các dữ liệu bài toán đã cho tính đƣợc số vòng cần quấn của ống dây để tạo a. Hỏi độ lớn cảm ứng từ mà nam ra cảm ứng từ mong muốn trong chuông điện là: châm điện tạo ra là bao nhiêu để B.l 2.10 7.0,1 hút miếng sắt vào lõi cuộn dây? N    199 (vòng) 0 . I 4 .10 7.8.10 4.1 Biết rằng lõi cuộn dây làm bằng Ferrite có độ từ thẩm μ  8.10 4 , cuộn dây dài 10 cm và có N = 400 vòng. b. Nếu muốn nam châm điện có độ lớn cảm ứng từ là B  2.10 7 (T ) để hút miếng sắt vào cuộn dây thì phải quấn cuộn dây bao nhiêu vòng? Biết rằng lõi cuộn dây làm bằng Ferrite có độ từ thẩm μ  8.10 4 ,

97 cuộn dây dài 10 cm. Hoạt động 2: Ứng dụng sự hút đẩy của nam châm điện để chế tạo chuông điện từ đơn giản. Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: Vận dụng đƣợc kiến thức về nam châm điện để tìm ra phƣơng pháp làm chuông điện từ hiệu quả. Vận dụng sự tƣơng tự để xây dựng mô hình chuông điện. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV đƣa ra yêu cầu của bài tập thực - HS lắng nghe và suy nghĩ trả lời câu hỏi. tiễn. - Thảo luận làm việc theo nhóm. - Em hãy dựa vào những kiến thức cơ - Các dụng cụ: bản về chuông điện đã đƣợc học để chế tạo một chuông điện đơn giản. - HS làm việc thảo luận nhóm: Yêu cầu học sinh liệt kê các dụng cụ cần phải dùng trong việc chế tạo chuông điện.

Vỏ lon, kim loại hình bầu để làm chuông. Nguồn điện 12 V: pin con thỏ, acquy, adapter.. Tiếp điểm dây đồng Dây đồng 0,2 mm = d; l = 3 m Bu lông M10, l = 30 mm Dây đồng nối mạch kín.

Hoạt động 3: Thiết lập các thông số cho mô hình chuông điện từ Mục tiêu cần đạt theo định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo: Đề xuất đƣợc giả thuyết; suy ra các hệ quả, bƣớc tiến hành có thể thực hiện. Xác định mục đích, đề xuất phƣơng án, lắp ráp, tiến hành làm mô hình và rút ra nhận xét. Thảo luận những ý kiến của cá nhân và tham khảo các bạn khác về ý kiến góc nhìn vật lí. Tham gia hoạt động nhóm trong giải bài tập thực tiễn. Vận dụng sự tƣơng tự để xây dựng mô hình chuông điện với các bƣớc thực hiện sáng tạo. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV đƣa ra yêu cầu của bài tập thực tiễn. - Em hãy tính toán các số liệu liên quan đến bài toán về chuông điện từ để có những thiết kế phù hợp về số vòng dây tạo ra nam

- HS lắng nghe và suy nghĩ trả lời câu hỏi. - Thảo luận làm việc theo nhóm. - HS lên báo cáo các số liệu dự tính cho

98 châm điện, dây nối. Hiệu điện thế đặt vào việc chế tạo chuông điện. dòng điện.

- Sử dụng vỏ lon bia để làm chuông mà bu lông tạo đầu gõ vào chuông. - Thực hiện quấn dây đồng quanh lõi sắt hoặc đinh sắt...

- Chỗ tiếp điểm của nam châm điện với - Từ các dụng cụ đã trình bày ở trên, em mạch điện sử dụng miếng đồng một đầu hãy phát biểu cách chế tạo nam châm điện? có gắn miếng thép làm tiếp điểm. Dùng - Theo em làm thế nào để chế tạo đƣợc tiếp một đoạn nhựa hoặc gỗ để làm giá đỡ miếng đồng. điểm? - Cần chú ý khoảng cách giữa thanh nam châm và tiếp điểm đủ nhỏ để lực hút của nam châm có hiệu quả. Nam châm điện càng mạnh, khoảng cách có thể càng lớn. Hoạt động 4: Giao nhiệm vụ về nhà Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Chế tạo chuông điện từ đơn giản 12 V - HS nhận nhiệm vụ về nhà. theo từng nhóm. - Báo cáo sản phẩm sau 7 ngày. IV. RÚT KINH NGHIỆM. 2.4.6. Tiến trình dạy học bài 6: đƣợc trình bày tại phụ lục 3 của luận văn. 2.5. Xây dựng công cụ đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh qua hệ thống bài tập thực tiễn đƣợc sử dụng trong tiến trình dạy học. Để chứng minh ngƣời học có một năng lực ở một mức độ nào đó, phải tạo cơ hội và giao cho họ giải quyết một vấn đề nào đó trong thực tiễn hoặc mang tính thực tiễn. Khi đó ngƣời học vừa phải vận dụng những kiến thức, kĩ năng đã đƣợc học và lĩnh hội đƣợc ở nhà trƣờng, vừa phải sử dụng những kinh nghiệm của bản thân tích lũy đƣợc từ những trải nghiệm bên ngoài nhà trƣờng. Nhƣ vậy, thông qua việc hoàn thành một nhiệm vụ trong bối cảnh thực, ngƣời ta có thể đánh giá đƣợc khả năng huy động, vận dụng các kiến thức, kĩ năng, thái độ để giải quyết một vấn đề trong thực tiễn, có nghĩa là đánh giá đƣợc năng lực của ngƣời học [8].

99 Nhiệm vụ, bài tập trong các tình huống, bối cảnh thực tế là các công cụ đánh giá thông qua hệ thống bài tập thực tiễn đƣợc thiết kế bám sát các tiêu chí trong thang đo và đảm bảo đánh giá các biểu hiện của năng lực sáng tạo của HS trong quá trình dạy học. Bên cạnh đó, đối với phiếu đánh giá sản phẩm dự án, giáo viên cần điều chỉnh những yêu cầu về nội dung sao cho phù hợp với dự án thực tế. 2.5.1. Hoạt động của GV - Ngoài GV trực tiếp dạy, quá trình đánh giá cần có hỗ trợ của giáo viên khác trong quá trình phát và thu phiếu học tập cũng nhƣ trong quá trình tổng hợp và phân tích dữ liệu. - Chia bài học thành những vấn đề cần giải quyết. Với mỗi vấn đề, có thể có một hoặc nhiều tình huống có vấn đề. Viết vào mỗi phiếu học tập một tình huống dƣới dạng câu hỏi nhằm đánh giá các khả năng: Phát hiện vấn đề mới, đề xuất giải pháp mới hay phân tích, đánh giá các phƣơng án nhằm lựa chọn đƣợc phƣơng án phù hợp giải quyết vấn đề. - Với mỗi tình huống, GV đặt câu hỏi và phát phiếu học tập tƣơng ứng cho HS; GV thu ngay phiếu học tập đó, sau khi HS trả lời theo thời gian quy định của GV. - Sau thời gian quy định (có thể là 1 tuần, 1 tháng hay 1 học kỳ), GV sẽ cho đại diện mỗi nhóm HS thuyết trình về sản phẩm của nhóm mình và đánh giá năng lực thực hiện chế tạo sản phẩm nhƣ trong kế hoạch bài học. - GV tổng hợp kết quả từ phiếu học tập và từ sản phẩm của HS để đánh giá năng lực sáng tạo theo các tiêu chí đã xây dựng. 2.5.2. Hoạt động của HS - Thực hiện nhiệm vụ học tập khi chƣa có gợi ý và khi có gợi ý của GV hoặc gợi ý từ câu trả lời của một HS khác (nếu vấn đề khó). - Phát hiện và triển khai ý tƣởng (nếu có thể để xây dựng mô hình hoặc đề xuất phƣơng án thí nghiệm) khi GV yêu cầu. - Sau khi đƣợc giao nhiệm vụ chế tạo sản phẩm, HS làm việc theo nhóm bàn kế hoạch thực hiện và phân công nhiệm vụ, thời gian, địa điểm tiến hành. - Thực hiện theo kế hoạch nhóm đã đề ra (sáng tạo càng tốt). - Vào thời gian quy định, các nhóm HS mang đến lớp và thuyết trình về sản phẩm của mình.

100

KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 Sau khi xác định mục tiêu và nội dung dạy học của chƣơng “Từ trƣờng” và chƣơng “Hiện tƣợng cảm ứng điện từ” Vật Lí lớp 11 và mục tiêu cho từng bài học, xây dựng đƣợc hệ thống BTVLTT chƣơng “Từ trƣờng” và chƣơng “Hiện tƣợng cảm ứng điện từ” nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, chúng tôi đã đề xuất đƣợc các hình thức sử dụng chúng vào dạy học. Hệ thống BTVLTT mà chúng tôi biên soạn có 47 BTVLTT. Tuy nhiên, để dạy một tiết học có sử dụng BTVLTT đạt hiệu quả giáo viên cần phải có những biện pháp sƣ phạm nhƣ tạo ra môi trƣờng thuận lợi để HS có điều kiện sáng tạo, giáo viên biết cách khuyến khích HS tự lực làm việc nhóm, đặt câu hỏi sao cho HS bộc lộ đƣợc khả năng phát hiện vấn đề mới, đề xuất cách giải hiệu quả BTVLTT. Bên cạnh đó, những kĩ năng về suy luận logic, tính toán, đặc biệt là khả năng thuyết trình, tự tin đƣa ra ý kiến của cá nhân và bảo vệ quan điểm của cá nhân trƣớc đám đông. Để thực hiện khả thi và có hiệu quả hệ thống BTVLTT phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, chúng tôi đã tiến hành soạn giáo án và đƣa hệ thống các BTTT vào giảng dạy sử dụng đặt vấn đề cho bài học mới và tiết bài tập đối với chƣơng “Từ trƣờng”.

101

CHƢƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích, nhiệm vụ TNSP 3.1.1. Mục đích TNSP Mục đích TNSP là kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả của hệ thống BTTT đã xây dựng, tức là kiểm nghiệm tính đúng đắn của giả thuyết khoa học do luận văn đề xuất. Cụ thể TNSP sẽ trả lời các câu hỏi: Có thể điều chỉnh và hoàn thiện hệ thống bài tập đƣợc không? GV có thể dạy BTVLTT để phát triển năng lực sáng tạo của học sinh đƣợc không? Giáo viên dạy loại bài tập này nhƣ thế nào? Sử dụng BTVLTT có giúp học sinh thực hiện hành vi sáng tạo? Hành vi sáng tạo của học sinh có phát triển qua hệ thống bài tập hay không? Sử dụng BTVLTT vào dạy học có bồi dƣỡng đƣợc năng lực TDST cho HS hay không? Có thể bồi dƣỡng cho học sinh NTST đƣợc hay không? Đánh giá hệ thống BTVLTT với sự phát triển của chính nó nhƣ thế nào? 3.1.2. Nhiệm vụ của TNSP Nhiệm vụ của TNSP là: Đánh giá hệ thống BTVLTT đã xây dựng và hoàn thiện hệ thống BTVLTT sao cho phù hợp với năng lực nhận thức của HS. Đánh giá năng lực TDST của HS sau khi học BTVLTT đã xây dựng theo hai hình thức là thông qua điểm bài kiểm tra và thông qua các tiêu chí, các chỉ số hành vi đánh giá năng lực sáng tạo đã xây dựng. Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các phƣơng án dạy học đã nêu ra. 3.2. Nội dung TNSP 3.2.1. Công tác chuẩn bị TNSP Chuẩn bị giáo án và dụng cụ thí nghiệm. Gặp Ban Giám hiệu nhà trƣờng để trao đổi về mục đích và kế hoạch TNSP. Tiến hành: Chọn 4 lớp có trình độ ngang nhau, 2 lớp ĐC, 2 lớp TN. 3.2.2. Chọn đối tượng TNSP Chúng tôi tiến hành chọn các đối tƣợng là HS ở 2 lớp của trƣờng THPT Hoàng Hoa Thám Học sinh 4 lớp 11.2; 11.4; 11.6 và 11.10 của trƣờng THPT Hoàng Hoa Thám, thành phố Đà Nẵng. 3.2.3. Tiến hành TNSP - Tại lớp đối chứng: Giáo viên tiến hành giảng dạy bình thƣờng, không có hệ

102 thống bài tập đã soạn thảo. - Tại lớp thực nghiệm: Giáo viên tiến hành giảng dạy theo nội dung đã đề ra, có hệ thống bài tập đã soạn thảo. Sau khi chọn các đối tƣợng TNSP, chúng tôi đã tiến hành dạy các bài học sau ở lớp TN: Kế hoạch bài học 1: LỰC LORENTZ (LỰC LO – REN – XƠ) Kế hoạch bài học 2: TỪ TRƢỜNG – TỪ TRƢỜNG TRÁI ĐẤT Kế hoạch bài học 3: BÀI TẬP LỰC LORENTZ Kế hoạch bài học 4: SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT Kế hoạch bài học5: HƢỚNG DẪN LÀM CHUÔNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN TỪ CÁC VẬT LIỆU ĐƠN GIẢN, DỄ TÌM Kế hoạch bài học 6: BÀI TẬP ỨNG DỤNG TỪ TRƢỜNG Để đánh giá định tính, chúng tôi đã quan sát không khí học tập của HS ở cả hai lớp TN và ĐC. Để đánh giá định lƣợng năng lực TDST của HS thông qua điểm bài kiểm tra và thông qua hệ thống tiêu chí, chúng tôi đã cho HS làm bài kiểm tra sau khi dạy 6 bài học (kế hoạch bài học trình bày trong luận án) ở lớp thực nghiệm và tiến hành chấm điểm, xử lí điểm thu đƣợc bằng phƣơng pháp thống kê toán học. 3.3. Kết quả TNSP Để đánh giá hệ thống BTVLTT đã xây dựng có phù hợp với năng lực nhận thức của HS, sử dụng hệ thống BTTT này vào dạy học có bồi dƣỡng năng lực TDST của HS hay không, chúng tôi tiến hành đánh giá định tính và định lƣợng. 3.3.1. Phương pháp xử lí kết quả Để xử lí kết quả, chúng tôi dùng phƣơng pháp thống kê toán học trong nghiên cứu khoa học giáo dục. Chúng tôi tiến hành: Mode: Giá trị có tần số lớn nhất. Trong Excel, công thức tính là: Mode (number1, number1,...). Median: Là điểm nằm ở vị trí giữa trong dãy điểm số xếp theo thứ tự. Trong Excel, công thức tính là: Median (number1, number1,...). Average: Giá trị trung bình của toàn bộ điểm số. Trong Excel, công thức tính là: Average (number1, number1,...). Stdev: Độ lệch chuẩn thể hiện mức độ phân tán của điểm số. Trong Excel, công thức tính là: Stdev (number1, number1,...). Để tính mức độ ảnh hƣởng của tác động (sử dụng BTVLTT vào dạy học) có ảnh hƣởng đến đâu, ta sử dụng công thức tính độ chênh lệch giá trị trung bình chuẩn của Cohen.

103

SMD 

X TBTN  X TBĐB SD

Với: SMD: Độ chênh lệch giá trị trung bình chuẩn. X TBTN là giá trị trung bình nhóm TN X TBĐB là giá trị trung bình nhóm ĐC

SD là độ lệch chuẩn. Trong Excel, công thức tính là: SD = Stdev (number1, number 2,...). Bảng tiêu chí Cohen: SMD > 1: Mức độ ảnh hƣởng rất lớn. 0,8 ≤ SMD ≤ 1: Mức độ ảnh hƣởng lớn. 0,5 ≤ SMD ≤ 0,79: Mức độ ảnh hƣởng trung bình. 0,2 ≤ SMD ≤ 0,49: Mức độ ảnh hƣởng nhỏ. SMD < 0,2: Mức độ ảnh hƣởng rất nhỏ. 3.3.2. Bảng số liệu kết quả thu được Bảng 3.1. Bảng phân phối tần số kết quả Lớp

Tổng số bài

TN 11.6

Số học sinh đạt mức điểm Xi 0

TN 11.10

ĐC 11.2

ĐC 11.4

ĐC

Bảng 3.2. Bảng phần trăm số học sinh đạt điểm Xi trở xuống Lớp

Tổng số bài

Phần trăm số học sinh đạt mức điểm Xi (%) 0

6,25

ĐC

16,25 11,25 16,25 26,25 17,5

8,75 16,25 18,75

18,75

8,75

3,75

6,25 0

104 Bảng 3.3. Bảng phân phối tần số tích lũy tiến Lớp

Tổng số bài

TN ĐC

Phần trăm số học sinh đạt mức điểm Xi trở xuống (%) 0

6,25

22,5

33,75

8,75

76,25 93,75

43,75 68,75 87,5 96,25

100

3.3.3. Các đường tần số tích lũy ứng với lớp ĐC và lớp TN

Biểu đồ 3.1. Đồ thị biểu diễn các đường tần số tích lũy 3.3.4. Phân tích kết quả và kiểm định tính chính xác của kết quả thu được Bảng kết quả có đƣợc từ tính toán: Lớp

MODE

AVERAGE

MEDIAN

Giá trị có Giá trị trung Điểm nằm tần số bình của toàn ở vị trí lớn nhất bộ điểm số giữa trong dãy điểm số xếp theo thứ tự

STDEV (SD)

SMD

Độ lệch chuẩn thể hiện mức độ phân tán của điểm số

Độ lệch giá trị trung bình chuẩn

7,175

1,679

ĐC

5,700

6,5

1,552

0,95

10 100 100

105 3.3.5. Sản phẩm, mô hình trong quá trình sử dụng hệ thống BTVLTT phát huy năng lực sáng tạo Thông qua việc hƣớng dẫn HS giải BTVLTT theo dấu hiệu bài tập có hình thức tƣơng tự nhƣng nội dung biến đổi về chuông điện từ đơn giản bồi dƣỡng cho HS: cách tính toán các sô liệu thông số của chuông điện và ứng dụng làm chuông điện. Mỗi lớp TN đã ứng dụng kiến thức đã học để thực hiện 4 sản phẩm mô hình về chuông điện từ đơn giản 12V. Đề tài sử dụng các hình thức đánh giá là HS tự đánh giá kết quả Dự án của nhóm mình và đánh giá kết quả Dự án của nhóm bạn; GV đánh giá kết quả Dự án của các nhóm. Các tiêu chí cụ thể đƣợc liệt kê ra trong bảng tiêu chí nhƣ sau: 3.3.5.1. Tiêu chí đánh giá kết quả của sản phẩm Tiêu chí này sử dụng với mục đích: - HS đánh giá kết quả sản phẩm của nhóm mình và các nhóm bạn - GV đánh giá kết quả sản phẩm của các nhóm - Mỗi tiêu chí tối đa là 4 điểm, tổng điểm tối đa đạt đƣợc là 36 điểm. Bảng 3.4. Tiêu chí đánh giá kết quả sản phẩm Tiêu chí

Nội

Tên

dung sản

phẩm

Tốt (4 điểm)

Khá (3 điểm)

Trung bình (2 điểm)

Chƣa tốt (1 điểm)

sản Tên gọi của Tên gọi của Tên gọi của Không

có

sản phẩm phù sản phẩm sản phẩm tên gọi hợp với mục phù hợp với chƣa phù hợp đích và công mục đích và với mục đích dụng sản công dụng sử dụng. phẩm. sản phẩm. Thể hiện tính sáng tạo trong cách gọi tên.

phẩm

Tính sáng Sản phẩm có Sản phẩm có Sản tạo.

tính sáng tạo về chất liệu, hình thức, đột phá về cách hoạt động.

tính sáng tạo về hình thức tuy nhiên cách thức hoạt động chƣa sáng tạo hiệu quả.

phẩm Không

đúng nguyên tính tắc cấu tạo tạo. nhƣng chƣa có tính sáng tạo.

có sáng

106 Tiêu chí

Kiến thức Vận đƣợc dụng

Khá (3 điểm)

Tốt (4 điểm)

dụng Vận

Trung bình (2 điểm)

dụng Vận

Chƣa tốt (1 điểm)

dụng Không vận

vận đƣợc kiến đƣợc kiến kiến thức dụng đƣợc thức về sự hút thức khác và khác để làm kiến thức để đẩy của nam chế tạo tốt chuông điện chế tạo châm điện và các bộ phận tuy nhiên các chuông. chế

tạo

tốt cấu tạo nên bộ phận cấu

các bộ phận chuông. cấu tạo nên

tạo nên chuông điện

chuông.

ko tốt.

Hình Sử dụng Tận dụng Sử dụng các Sử dụng các Chất lƣợng thức sản vật liệu đƣợc vật liệu vật liệu có vật liệu có vật liệu phẩm cũ hoặc vật giá thành giá thành cao không tốt,

Thuyết trình và thảo luận

liệu có giá thành thấp nhƣng chất lƣợng tốt, bảo vệ môi trƣờng

thấp chất lƣợng không tốt, bảo vệ môi trƣờng.

chất lƣợng có hại đến không tốt, môi trƣờng. không bảo vệ môi trƣờng.

Tính thẩm Đúng nguyên mỹ của sản tắc cấu tạo, phẩm sáng tạo và có tính thẩm mĩ cao

Đúng nguyên tắc cấu tạo và có tính thẩm mĩ

Đúng nguyên tắc cấu tạo tuy nhiên chƣa có tính thẩm mĩ

Chất lƣợng Sản phẩm sản phẩm hoạt động tốt và độ bền cao.

Sản phẩm hoạt động nhƣng độ bền của sản phẩm

Đã thực hiện Sản phẩm đúng các thao không hoạt tác nhƣng sản động. phẩm ko hoạt

chƣa có.

động.

Không đúng nguyên tắc cấu tạo và chƣa có tính thẩm mĩ

Trình bày Lƣu loát, lôi Lƣu loát, rõ Chƣa tự tin Chƣa trình bài thuyết cuốn và hấp ràng còn ấp úng bày đƣợc trình dẫn ngƣời nghe Trả lời Rõ chất vấn chính

ràng, Rõ ràng, Chƣa đầy đủ xác, chƣa đầy đủ

Chƣa trả lời đƣợc

107 Tốt (4 điểm)

Tiêu chí

Khá (3 điểm)

Trung bình (2 điểm)

Chƣa tốt (1 điểm)

đầy đủ Đặt câu hỏi Ngắn

gọn, Ngắn gọn, rõ Đƣa ra ít câu Chƣa

súc tích và ràng sáng tạo

chất vấn

hỏi

đƣợc hỏi

đặt câu

3.3.5.2. Phiếu đánh giá kết quả sản phẩm Để việc đánh giá đƣợc khách quan, thuận tiện, các phiếu đánh giá đƣợc soạn thảo cho đánh giá và tự đánh giá kết quả sản phẩm của các nhóm, dành cho HS và GV nhƣ sau: PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ DỰ ÁN (Dành cho GV và HS ) Tên nhóm (cá nhân) đánh giá: Nhóm: Tiêu chí Chi tiết

Nhóm đƣợc đánh giá Điểm tối đa

Tên sản phẩm

Nội dung

Tính sáng tạo của sản

sản phẩm (12 điểm)

phẩm Kiến thức đƣợc vận

dụng Hình thức Sử dụng vật liệu sản phẩm Tính thẩm mỹ sản (12 điểm) phẩm

4 4

Chất lƣợng sản phẩm 4 Trình bày bài thuyết Thuyết trình và thảo luận (12 điểm)

trình

Trả lời câu hỏi chất vấn

Đặt câu hỏi chất vấn 4

Tổng điểm

Nhóm 1

Nhóm 2

Nhóm 3

Nhóm 4

108 * Cách tính điểm cho mỗi nhóm Giả sử có 4 nhóm và 1 GV tham gia đánh giá. Điểm do 4 nhóm đánh giá cho nhóm 1 là a, b, c, d (bao gồm điểm nhóm tự đánh giá, thang điểm 36). Điểm do GV đánh giá nhóm 1 là A (thang điểm 36). Điểm trung bình của nhóm 1 đƣợc tính nhƣ sau: B

A a bc d 5

Các nhóm còn lại cũng đƣợc tính điểm tƣơng tự nhƣ trên. 3.3.5.3. Phiếu tự đánh giá kết quả sản phẩm của mỗi nhóm sau khi thực hiện PHIẾU TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ SẢN PHẨM SAU KHI THỰC HIỆN Tên sản phẩm: CHUÔNG ĐIỆN TỪ ĐƠN GIẢN 12 V Tên nhóm: ……………………………………………… Lớp: …………………………………………………….. Những điều mà nhóm đã làm tốt so với mục tiêu đề ra là gì? Những điều nhóm chƣa làm tốt là gì? Nêu lí do? Rút kinh nghiệm. 3.3.5.4. Phiếu đánh giá kết quả sản phẩm thực nghiệm. Trong tất cả 8 sản phẩm của 2 lớp thực nghiệm do chính tay các em học sinh thực hiện có 6 sản phẩm hoạt động rất tốt còn lại 1 sản phẩm do chƣa có kĩ thuật cuốn dây tạo để tạo nên nam châm điện chính xác nên chƣa hoạt động đƣợc và 1 sản phẩm do các nguồn điện mà các em lựa chọn chƣa cung cấp đủ năng lƣợng điện để chuông để hoạt động. Tuy nhiên dƣới sự hƣớng dẫn của giáo viên, các em đã chỉnh sửa và làm cho các sản phẩm hoạt động tốt. Các em HS đã có những hành động sáng tạo thiết thực trong từng sản phẩm, ví dụ nhƣ về chất liệu của chuông thay vì dùng vỏ lon bia hoặc nƣớc ngọt các em đã tận dụng nắp vỏ chuông xe đạp, cách chế tạo các tiếp điểm cũng nhƣ trang trí sáng tạo về hình thức bên ngoài. Sản phẩm đƣợc đánh giá theo các tiêu chí đã đƣợc xây dựng từ giáo viên và các nhóm khác trong lớp học. Các biểu hiện sáng tạo của HS đã đƣợc thể hiện rõ qua từng hành động siêng năng, tích cực trong việc tìm tòi nghiên cứu về cách chế tạo chuông điện. Trong quá trình nghiên cứu làm sản phẩm, có nhóm các em HS đặt câu hỏi về việc lắp ráp chế tạo chuông điện gắn motor và chỉ ra đƣợc nguyên lí hoạt động của chuông điện gắn motor và chuông điện hoạt đông trên nguyên lí hút đẩy nam châm điện.

109

Lớp TN 11.10 Tiêu chí

Nhóm đƣợc đánh giá Điểm trung bình tối đa

Chi tiết

Nhóm 1

Nhóm 2

Nhóm 3

Nhóm 4

Hình ảnh sản phẩm

Nội dung sản phẩm (12 điểm)

Tên phẩm

sản 4

Tính sáng tạo của sản phẩm Kiến thức đƣợc vận

3,8

3,5

3,6

3,2

110

Tiêu chí

Chi tiết dụng Hình thức Sử dụng sản phẩm vật liệu (12 điểm) Tính thẩm mỹ sản phẩm Chất lƣợng sản phẩm Trình bày Thuyết bài thuyết trình và trình thảo luận Trả lời câu (12 điểm) hỏi chất vấn Đặt câu hỏi chất vấn Tổng điểm 36 trung bình

Nhóm đƣợc đánh giá Điểm trung bình tối đa

Nhóm 1

Nhóm 2

Nhóm 3

Nhóm 4

3,6

3,5

3,8

3,5

3,7

3,5

2,5

2,8

3,8

29,8

31,5

30,8

32,2

4 4

111

Lớp TN 11.6 Tiêu chí

Nhóm đƣợc đánh giá Điểm trung bình

Chi tiết

Nhóm 1

Nhóm 2

Nhóm 3

Nhóm 4

Hình ảnh sản phẩm

Chƣa có công tắc nút Nối với bộ pin 9 V ko hoạt động. Khắc phục bằng cách bấm của chuông nối với adapter hoặc acquy

Tên sản phẩm

Tính sáng tạo của sản phẩm

2,8

3,8

3,4

Kiến

3,1

3,3

3,2

Nội dung sản phẩm (12 điểm)

thức

112

Tiêu chí

Nhóm đƣợc đánh giá Điểm trung bình

Chi tiết

Nhóm 1

Nhóm 2

Nhóm 3

Nhóm 4

3,5

3,6

3,2

3,5

2,8

3,6

3,5

2,7

2,5

3.8

3,5

3,6

3,5

2,5

3,6

29,4

29,7

28,1

32,3

đƣợc vận dụng Hình thức sản phẩm (12 điểm)

Thuyết trình và thảo luận (12 điểm) Tổng điểm trung bình

Sử dụng vật liệu Tính thẩm mỹ sản phẩm Chất lƣợng sản phẩm Trình bày bài thuyết trình Trả lời câu hỏi chất vấn Đặt câu chất vấn

4 4 4

4 4

hỏi 4 36

113 3.3.5.5. Đánh giá mục tiêu của năng lực sáng tạo qua các tiến trình dạy học Tại hai lớp thực nghiệm. Tiến trình bài học

Hoạt động

Lực Lorentz

Tiến hành khảo sát thực nghiệm và tìm hiểu phƣơng, chiều, độ lớn lực Lorentz.

Từ trƣờng trái đất

Tìm hiểu về đặc điểm của từ trƣờng trái đất.

Bài tập Lực Lorentz

Vận dụng kiến thức để củng cố bài học. Giao bài tập thực tiễn về lực Lorentz trong thực tế.

Mức độ thể hiện Không Mục tiêu tƣơng ứng Rất rõ Rõ Không rõ ràng ràng có ràng - Thực hiện đƣợc thí x nghiệm khảo sát. - Mô tả đƣợc quỹ đạo chuyển động của electron khi chuyển động trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng sức từ. - Lựa chọn các kiến thức để xử lí vấn đề xác định độ lớn lực Lorentz. - Đề xuất đƣợc phƣơng án x xác định từ cực của Trái đất. - HS trả lời đƣợc câu hỏi liên quan đến phân biệt từ cực và địa cực của Trái đất. - HS trả lời đƣợc các câu hỏi liên quan đến độ từ thiên và độ từ khuynh từ đó xác định độ từ thiên và độ từ khuynh dựa vào la bàn và la bàn từ khuynh. - HS đặt ra các câu hỏi về sự ảnh hƣởng của bão từ đối với con ngƣời, động vật, thực vật và cuộc sống. Giải thích hiện tƣợng cực x quang và các vấn đề liên quan. Đề xuất hƣớng giải, cách xử lí tình huống thực tiễn mới với biểu hiện sáng tạo. Lựa chọn phƣơng án tối ƣu và công cụ để giải quyết

114 Tiến trình bài học

Sự từ hóa các chất.

Hƣớng dẫn làm chuông điện từ đơn giản.

Bài tập ứng dụng từ trƣờng

Hoạt động

Mục tiêu tƣơng ứng

bài tập. - Biện luận tính đúng đắn của kết quả bài tập và tính đúng đắn các kết luận đƣợc khái quát hóa từ kết quả bài tập. - Mô tả đƣợc hiện tƣợng thực tiễn có trong bài tập cần giải quyết. ứng dụng Vận dụng đƣợc kiến thức nam châm về sự từ hóa các chất để điện trong kĩ giải quyết vấn đề. thuật Ứng dụng sự - Vận dụng đƣợc kiến thức hút đẩy của về nam châm điện để tìm ra nam châm phƣơng pháp làm chuông điện để chế điện từ hiệu quả. tạo chuông - Vận dụng sự tƣơng tự để điện từ đơn xây dựng mô hình chuông giản. điện với các bƣớc thực hiện sáng tạo. ứng dụng của - Mô tả đƣợc hoạt động các lực từ trong thiết bị ứng dụng lực từ và điện kế moment lực từ trong đời khung quay sống hằng ngày. úng dựng của - Vận dụng đƣợc kiến thức từ trƣờng về lực từ để giải quyết vấn trong y học, đề. nông nghiệp. - Thảo luận những ý kiến của cá nhân và tham khảo các bạn khác về ý kiến góc nhìn vật lí.

Mức độ thể hiện Không Rất rõ Rõ Không rõ ràng ràng có ràng

115 Tại hai lớp đối chứng. Tiến trình bài học

Hoạt động

Lực Tiến hành Lorentz khảo sát thực nghiệm và tìm hiểu phƣơng, chiều, độ lớn lực Lorentz.

Từ trƣờng trái đất

Tìm hiểu về đặc điểm của từ trƣờng trái đất.

Vận dụng kiến thức để củng cố bài học. Bài tập Giao bài tập Lực thực tiễn về Lorentz lực Lorentz trong thực tế.

Mục tiêu tƣơng ứng cần đạt - Thực hiện đƣợc thí nghiệm khảo sát. - Mô tả đƣợc quỹ đạo chuyển động của electron khi chuyển động trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng sức từ. - Lựa chọn các kiến thức để xử lí vấn đề xác định độ lớn lực Lorentz. - Đề xuất đƣợc phƣơng án xác định từ cực của Trái đất. - HS trả lời đƣợc câu hỏi liên quan đến phân biệt từ cực và địa cực của Trái đất. - HS trả lời đƣợc các câu hỏi liên quan đến độ từ thiên và độ từ khuynh từ đó xác định độ từ thiên và độ từ khuynh dựa vào la bàn và la bàn từ khuynh. - HS đặt ra các câu hỏi về sự ảnh hƣởng của bão từ đối với con ngƣời, động vật, thực vật và cuộc sống. Giải thích hiện tƣợng cực quang và các vấn đề liên quan.

Đề xuất hƣớng giải, cách xử lí tình huống thực tiễn mới với biểu hiện sáng tạo. Lựa chọn phƣơng án tối ƣu và công cụ để giải quyết bài tập. - Biện luận tính đúng đắn của kết quả bài tập và tính đúng đắn các kết luận đƣợc khái quát hóa từ kết quả bài tập. - Mô tả đƣợc hiện tƣợng thực tiễn có trong bài tập cần giải quyết.

Mức độ thể hiện Rất Không Rõ Không rõ rõ ràng có ràng ràng x

116 Tiến trình bài học Sự từ hóa các chất. Hƣớng dẫn làm chuông điện từ đơn giản. Bài tập ứng dụng từ trƣờng

Hoạt động

Mục tiêu tƣơng ứng cần đạt

ứng dụng nam châm điện trong kĩ thuật Ứng dụng sự hút đẩy của nam châm điện để chế tạo chuông điện từ đơn giản. ứng dụng của lực từ trong điện kế khung quay úng dựng của từ trƣờng trong y học, nông nghiệp.

Vận dụng đƣợc kiến thức về sự từ hóa các chất để giải quyết vấn đề. - Vận dụng đƣợc kiến thức về nam châm điện để tìm ra phƣơng pháp làm chuông điện từ hiệu quả. - Vận dụng sự tƣơng tự để xây dựng mô hình chuông điện với các bƣớc thực hiện sáng tạo. - Mô tả đƣợc hoạt động các thiết bị ứng dụng lực từ và moment lực từ trong đời sống hằng ngày. - Vận dụng đƣợc kiến thức về lực từ để giải quyết vấn đề. - Thảo luận những ý kiến của cá nhân và tham khảo các bạn khác về ý kiến góc nhìn vật lí.

Mức độ thể hiện Rất Không Rõ Không rõ rõ ràng có ràng ràng x

3.3.6. Kết luận về thực nghiệm 3.3.6.1. Nhận xét định tính Qua quá trình tiến hành thực nghiệm sƣ phạm, chúng tôi nhận thấy: Tại hai lớp thực nghiệm Học sinh có nhiều cơ hội để phát biểu, bày tỏ chính kiến của mình về các vấn đề cụ thể, do đó đã gợi sự tò mò và lòng ham hiểu biết của học sinh. Học sinh tích cực tham gia, tự lực giải quyết vấn đề bài tập đặt ra. Học sinh trình bày lời giải một bài tập cụ thể, lôgic, thể hiện rõ mạch tƣ duy sáng tạo về bài tập đó.Học sinh đƣợc rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức đã học trong tình huống cụ thể, từ đó vận dụng trong những tình huống biến đổi do giáo viên đặt ra, yêu cầu mức độ nhận thức cao hơn của học sinh. Việc tổ chức, hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập luôn hƣớng tới giúp học sinh tự lực, vận dụng linh hoạt kiến thức đã học. Phần lớn học sinh có hứng thú với việc giải bài tập vật lí và tự giác tham gia tích cực vào hoạt động giải bài tập vật lí. Học sinh vận dụng sáng tạo kiến thức Vật Lí đã học chế tạo ra sản phẩm ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày. Trong giới hạn của luận văn, chúng tôi đã tiến hành cho các em thực

117 nghiệm chế tạo chuông điện từ đơn giản hoạt động bằng dòng điện một chiều. Hệ thống BTVLTT đã kích thích sự tìm tòi, tham khảo các tài liệu trong sách, trong báo chí, thƣ viện các phƣơng tiện phát thanh truyền hình, internet,… có liên quan đến ứng dụng vật lí trong sản xuất và đời sống xã hội. Học sinh thấy rõ hơn ý nghĩa, vai trò của việc học môn Vật lí. Tại hai Lớp đối chứng Mức độ tích cực của học sinh tham gia vào hoạt động giải bài tập không rõ rệt. Số lƣợng các bài tập mà giáo viên đƣa ra học sinh thƣờng không giải quyết hết. Học sinh vận dụng kiến thức máy móc và thƣờng lúng túng trong những tình huống biến đổi yêu cầu sự sáng tạo. Học sinh gặp khó khăn khi xác định kiến thức nào hay định luật nào cần áp dụng đối với mỗi bài toán. Học sinh gặp khó khăn trong việc xác định các kiến thức áp dụng để tìm ra mối liên hệ giữa các đại lƣợng khi giải một bài tập cụ thể. Học sinh lúng túng và gặp khá nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện yêu cầu vận dụng kiến thức đã học để sáng tạo sản phẩm hoặc mô hình nào đó. Đối với giáo viên: Qua phỏng vấn và lấy ý kiến, các thầy cô giáo đều cho rằng việc giải BTVL gắn với thực tiễn sẽ giúp học sinh tăng vốn kiến thức về vật lí có nội dung liên quan đến thực tiễn, vận dụng các kiến thức vật lí giải đáp đƣợc những tình huống có vấn đề nảy sinh trong đời sống, trong lao động, sản xuất, hiểu rõ mối quan hệ mật thiết giữa vật lí với đời sống, có hứng thú tìm tòi, tham khảo các tài liệu (trong sách giáo khoa, báo chí, internet,..) có liên quan đến ứng dụng của vật lí, phát triển tƣ duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề và yêu thích môn vật lí. 3.3.6.2. Nhận xét định lượng Từ phân tích kết quả số liệu thực nghiệm, chúng tôi thấy: Điểm trung bình chung của lớp TN là 7,175 cao hơn lớp ĐC là 5,7. Điều đó chứng tỏ chất lƣợng học tập và khả năng giải các BTVLTT của HS lớp TN tốt hơn lớp ĐC. Điều này không phải xảy ra ngẫu nhiên mà là do việc sử dụng BTVLTT vào quá trình dạy học. SD (độ lệch chuẩn của lớp TN) là 1,68 cao hơn SD của lớp ĐC là 1,55, chứng tỏ độ phân tán điểm số của lớp TN cao hơn lớp ĐC. Độ chênh lệch giá trị trung bình chuẩn SMD là 0,95, so sánh với giá trị SMD trong bảng tiêu chí Cohen: 0,8 ≤ SMD ≤ 1 thì mức ảnh hƣởng của việc sử dụng BTVLTT vào dạy học ở mức độ ảnh hƣởng lớn. Đồ thị tần suất lũy tích của lớp thực nghiệm luôn nằm dƣới đồ thị tần suất lũy tích của lớp đối chứng. Nhƣ vậy, xét về mặt định lƣợng việc dạy học theo hệ thống bài

118 tập trên đã đem lại hiệu quả bƣớc đầu trong việc nâng cao chất lƣợng việc nắm vững kiến thức của học sinh khi học mảng kiến thức mới và phát triển đƣợc một phần tƣ duy sáng tạo của học sinh trong quá trình phát triển năng lực sáng tạo. Quá trình thực nghiệm cũng cho thấy, đối với lớp thực nghiệm, sự phân hóa trong học sinh rất rõ ràng. Những học sinh có thái độ tích cực và trách nhiệm cao trong quá trình học tập của mình thì đạt điểm cao, số lƣợng học sinh này nhiều hơn ở lớp đối chứng (học theo phƣơng pháp thông thƣờng). Ngƣợc lại, những học sinh ít có tinh thần trách nhiệm với tiến trình học tập của mình thì đạt điểm thấp, số lƣợng học sinh này ở lớp thực nghiệm ít hơn ở lớp đối chứng.

KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 Đối chiếu mục đích và nhiệm vụ mà đề tài đã đề ra từ ban đầu, trong quá trình thực hiện luận văn chúng tôi đã đạt đƣợc một số kết quả sau: Nghiên cứu cơ sở lí luận của đề tài, từ đó đề ra cách phân loại BTVL gắn với thực tiễn và sử dụng bài tập này trong quá trình dạy học theo mức độ nhận thức của học sinh, theo kiểu bài học. Tuyển chọn và xây dựng hệ thống bài tập Vật lí gắn với thực tiễn tƣơng đối đầy đủ và có hệ thống với 47 bài tập ở 4 mức, trong đó tập trung ở mức 3 và 4 (có hƣớng dẫn giải và đáp số cho từng bài). Qua điều tra xử lí định tình và định lƣợng kết quả của bài kiểm tra trong quá trình thực nghiệm sƣ phạm đã khẳng định giả thuyết khoa học của luận văn là đúng đắn. Các kết quả thu đƣợc đã chứng tỏ rằng: Hệ thống bài tập đã lựa chọn và xây dựng có tính khả thi và có mức độ ảnh hƣởng lớn đối với sự phát triển năng lực sáng tạo của học sinh. Hệ thống bài tập đã soạn thảo cùng với hoạt động hƣớng dẫn giải bài tập theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo của học sinh có tác dụng giúp học sinh nắm vững kiến thức, đem lại hiệu quả rõ rệt trong việc bồi dƣỡng đƣợc tính tích cực, năng lực sáng tạo của học sinh khi dạy chƣơng “Từ trƣờng”. Tóm lại, có thể nói chúng tôi đã hoàn thành đƣợc những nhiệm vụ đề tài đƣa ra. Những BTVL thực tiễn đƣợc xây dựng đã đóng góp thêm vào ngân hàng BTVL của mỗi GV, giúp các GV nâng cao hơn nữa hiệu quả giảng dạy. Dạy học nhằm bồi dƣỡng và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh để góp phần tạo nên những con ngƣời năng động sáng tạo trong tƣơng lai. Đề tài này cũng là cơ sở giúp các GV khác tiếp tục xây dựng nhiều BTVL gắn với thực tiễn, góp phần thực hiện nguyên lí giáo dục của Đảng “học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao động sản xuất, lí luận gắn liền với thực tiễn” với mục tiêu cuối cùng là nâng cao chất lƣợng và hiệu quả của việc dạy và học.

119

KẾT LUẬN 1. Những kết quả đạt đƣợc Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài, trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi đã thực hiện và đạt đƣợc những kết quả sau: Nghiên cứu cơ sở lí luận về việc xây dựng và vận dụng hệ thống bài tập vật lí thực tiễn phát triển năng lực sáng tạo cho của HS. Chúng tôi đã làm rõ nội dung, các tiêu chí, đánh giá năng lực sáng tạo và các mức độ của bài tập vật lí thực tiễn cũng nhƣ việc phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình dạy và học. Đồng thời, chúng tôi cũng đã phân tích và làm rõ mối quan hệ giữa bài tập vật lí thực tiễn và định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo của HS. Nghiên cứu chi tiết nội dung chƣơng trình vật lí THPT, đặc biệt là chƣơng trình vật lí lớp 11. Từ những đặc điểm về kiến thức và hệ thống BTTT của chƣơng “Từ trƣờng” và “Hiện tƣợng cảm ứng điện từ”, chúng tôi khẳng định rằng có thể sử dụng BTTT của chƣơng “Từ trƣờng” và “Hiện tƣợng cảm ứng điện từ” theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho HS trong quá trình dạy học vật lí. Dựa trên những cơ sở lí luận và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu, chúng tôi đã đề xuất đƣợc một số biện pháp cụ thể nhằm tăng cƣờng sử dụng BTTT theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho HS trong các khâu khác nhau của quá trình dạy học. Từ đó, chúng tôi đã đề xuất một tiến trình dạy học khi sử dụng BTTT theo hƣớng theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho HS bao gồm các giai đoạn: đặt vấn đề; nghiên cứu kiến thức mới; vận dụng, củng cố; và kiểm tra, đánh giá. Từ kết quả thu đƣợc khi nghiên cứu nội dung, chƣơng trình, sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo liên quan chúng tôi đã tuyển chọn và xây dựng đƣợc một hệ thống BTTT của chƣơng “Từ trƣờng” và “Hiện tƣợng cảm ứng điện từ” thuộc chƣơng trình vật lí lớp 11 THPT theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho HS và đƣợc sắp xếp theo các mức độ đã đƣợc phân loại phát huy đƣợc tính tích cực, sáng tạo trong học tập của HS. Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm tại một số lớp của trƣờng THPT Hoàng Hoa Thám thành phố Đà Nẵng để kiểm nghiệm tính đúng đắn của giả thuyết khoa học và tính khả thi của đề tài. Các số liệu thu đƣợc là hoàn toàn trung thực, chính xác; việc xử lí các số liệu thu đƣợc theo đúng lí thuyết của phƣơng pháp thống kê toán học. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm cho phép khẳng định: Giả thuyết khoa học của đề tài là đúng đắn, nghĩa là việc sử dụng hệ thống bài tập vật lí gắn với thực tiễn phù hợp thì sẽ phát triển đƣợc năng lực sáng tạo của HS, góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học vật lí ở trƣờng THPT đồng thời việc vận dụng các biện pháp tăng cƣờng sử dụng BTTT trong quá trình dạy học vật lí ở các trƣờng THPT là hoàn toàn khả thi và có thể triển khai

120 rộng rãi. 2. Kiến nghị Trong công tác kiểm tra – đánh giá kiến thức của học sinh cần thay đổi về nội dung và hình thức. Để thông qua việc kiểm tra chúng ta phải đánh giá đƣợc sự hiểu biết về thực tiễn cũng nhƣ khả năng vận dụng kiến thức Vật lí vào thực tiễn, khả năng giải quyết những vấn đề liên quan đến khoa học thực nghiệm vào thực tế của học sinh. Vì hiện nay rất nhiều học sinh học vì điểm số, các em chỉ muốn học theo cách nào ngắn gọn nhất và đạt điểm số cao nhất mà chƣa quan tâm đến việc rèn luyện năng lực tự học, tự nghiên cứu… cho mình. Đặc biệt đối với môn vật lí một môn khoa học thực nghiệm, các em chƣa thấy rõ đƣợc mối liên hệ mật thiết giữa môn học với đời sống, lao động sản xuất, học sinh có thể giải thành thạo các BTVL định tính, định lƣợng rất phức tạp, nhƣng khi cần phải dùng kiến thức Vật lí để giải quyết một tình huống cụ thể trong thực tiễn thì lại rất lúng túng. Vì vậy, cần tăng cƣờng những những dạng câu hỏi liên quan đến thực tiễn trong các kì thi, kì kiểm tra, bắt HS phải tƣ duy độc lập, tránh hiện tƣợng “học vẹt, học tủ”, qua đó, ngƣời GV cũng đánh giá đƣợc khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS. Trong các đợt bồi dƣỡng thƣờng xuyên cho GV nên tăng cƣờng bồi dƣỡng kiến thức vật lí gắn với thực tế vì ngƣời GV ít dạy dạng bài tập này một phần vì vốn kiến thức về thực tiễn của họ cũng không nhiều hay họ không có nhiều thời gian tìm kiếm tài liệu để trang bị thêm kiến thức nên rất ngại đề cập tới những dạng bài tập này. Quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi đã thu đƣợc một số kết quả nhất định, khẳng định vai trò của bài tập vật lí trong việc giúp học sinh nắm vững kiến thức, góp phần vào việc phát huy tính tích cực và bồi dƣỡng năng lực sáng tạo của học sinh trong học tập. Do đó cần mở rộng hƣớng nghiên cứu của đề tài cho các bài tập ở phần khác, mở rộng phạm vị thực nghiệm sƣ phạm để khẳng định chắc chắn hơn nữa về tính khả thi của đề tài. 3. Hƣớng phát triển luận văn Từ kết quả nghiên cứu trên và thực tiễn dạy học vật lí ở trƣờng THPT chúng tôi nhận thấy luận văn có thể đƣợc phát triển theo hƣớng sau: Tiếp tục hoàn thiện cơ sở lí luận về tƣ duy sáng tạo và việc xây dựng và sử dụng hệ thống BTTT trong dạy học vật lí theo hƣớng phát triển năng lực sáng tạo cho HS. Mở rộng thiết kế, xây dựng và sử dụng hệ thống BTTT theo hƣớng phát triển NLST cho HS THPT ở chƣơng hiện tƣợng cảm ứng điện từ và các chƣơng khác, phần khác nhau của chƣơng trình vật lí THPT.

121

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bernd Meier – Nguyễn văn Cƣờng (2014), Lí luận dạy học hiện đại – Cơ sở đổi mới mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học, NXB Đại học Sƣ phạm Hà Nội. [2]. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2014), Tài liệu tập huấn kiểm tra, đánh giá trong quá trình dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh trong trường THPT (lƣu hành nội bộ). [3]. Bộ Giáo dục và Đào tạo – Dự án PTGV THPT và TCCN (2013). Tài liệu tập huấn thí điểm phát triển chƣơng trình giáo dục nhà trƣờng (lƣu hành nội bộ). [4]. Trần Việt Dũng, Một số suy nghĩ về năng lực sáng tạo và phương hướng phát triển năng lực sáng tạo của con người Việt Nam hiện nay. [5]. Dự thảo Chƣơng trình giáo dục tổng thể của Bộ giáo dục và đào tạo ngày 11/4/2017. [6]. David Halliday – Robert resnick, Jearl Walker, Cơ sở vật lí, tập 5: Điện học. [7]. Lê Văn Đán “Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Từ trường”, vật lí 11 theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh” [8]. Nguyễn Quang Thuấn, Trƣờng Đại học Ngoại ngữ, Đại học Quốc gia Hà Nội, Phạm Văn Đồng, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam, Đánh giá theo định hướng năng lực. [9]. Nguyễn Thanh Hải (2010), Sử dụng bài tập định tính và câu hỏi thực tế trong dạy học Vật lí, NXB Đại học Sư phạm. [10]. Bùi Văn Huệ (1996), "Bàn về bản chất của năng lực trí tuệ", Tạp chí nghiên cứu giáodục (9/1996). [11]. Vũ Thị Minh, Luận án NCS “Nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo trong dạy học phần Cơ học lớp 10 – trung học phổ thông”. [12]. Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phƣớc Muội, Sách Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề Stem cho học sinh THCS và THPT. [13]. Đinh Phƣớc Nhƣ, Xây dựng hệ thống bài tập Vật lí THPT phần Điện học - lớp 11 nhằm hình thành và bồi dưỡng năng lực cho học sinh. [14]. Lê Thị Kim Thoa, Tuyển chọn và xây dựng hệ thống bài tập hóa học gắn với thực tiễn dùng trong dạy học hóa học ở trường THPT. [15]. GS Hoàng Phê, Từ điển tiếng việt, tái bản năm 2018. [16].http://www.chungta.com/PortletBlank.aspx/E87168AED88D45648F671CE3F2B B4818/View/Tu-Duy/Nguoi_Viet_Nam_can_tu_duy_sang_tao/

122 [17]. https://kieutrung.violet.vn/present/phan-tich-chuong-tu-truong-4561317.html [18]. https://kieutrung.violet.vn/present/show/entry_id/4561261

PL1

PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1 TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI 1 LỰC LORENTZ (LỰC LO – REN – XƠ) I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức Nêu đƣợc lực Lo-ren-xơ là gì và viết đƣợc công thức tính lực này.  Xác định đƣợc độ lớn, phƣơng, chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên một điện 

tích q chuyển động với vận tốc v trong mặt phẳng vuông góc với các đƣờng sức từ của một từ trƣờng đều.  Giải thích đƣợc tác dụng làm lệch quĩ đạo của hạt mang điện nằm trong từ trƣờng.  Giải thích đƣợc sự lệch quĩ đạo của chùm electron khi đi trong từ trƣờng, ứng dụng giải thích sự lệch quĩ đạo của electron trong ống phóng tia điện tử của máy thu hình. 2. Kĩ năng  Vận dụng các kiến thức về lực từ để xác định phƣơng, chiều của lực Lorentz.  Giải thích các hiện tƣợng vật lí liên quan đến lực Lorentz. II. CHUẨN BỊ Học sinh Ôn tập các kiến thức về lực từ, cảm ứng từ. Giáo viên Hình ảnh minh họa về hiện tƣợng cực quang; Hình ảnh thí nghiệm về chuyển động của electron trong từ trƣờng. Hình vẽ 32.4 SGK trên giấy A3 Dự kiến ghi bảng 1. Thí nghiệm * Bố trí thí nghiệm:

PL2

* Thiết bị thí nghiệm: (1). Vòng dây Helmholtz

(2). Bình thủy tinh có chứa khí trơ

(3). Sợi dây đốt (4). Vòng tròn sáng (xuất hiện khi cho dòng điện chạy qua vòng dây Hem - hôn và sợi dây đốt) * Tiến hành thí nghiệm: Cho dòng điện chạy qua vòng dây Hem – hôn và sợi dây đốt bên trong bình thủy tinh. * Kết quả thí nghiệm: Trong bình xuất hiện một vòng tròn sáng màu xanh nằm trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng sức từ của vòng dây Hem - hôn * Nhận xét: Sợi dây bị đốt nóng phát ra các electron, các electron này chuyển động và va chạm với các phân tử khí trong thành bình, ion hóa các phân tử khí và làm phát quang. Vòng tròn sáng cho biết quĩ đạo của electron chuyển động trong từ trƣờng. ==> Chứng tỏ từ trƣờng tác dụng lên eletron. 2. Lực Lo – ren – xơ * Định nghĩa: (SGK) a) Phƣơng của lực Lorentz - Lực Lo – ren – xơ có phƣơng vuông góc với mặt phẳng chứa vector vận tốc của hạt mang điện và vector cảm ứng từ tại điểm khảo sát. b) Chiều của lực Lo – ren – xơ - Qui tắc chiều của lực Lo – ren – xơ có thể đƣợc suy ra từ chiều của qui tắc bàn tay trái xác định chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện. q >0 => Lực Lo – ren – xơ cùng chiều với lực từ q <0 => Lực Lo – ren – xơ ngƣợc chiều với lực từ. c) Độ lớn của lực Lo – ren – xơ Độ lớn của lực Lo – ren – xơ tác dụng lên hạt chuyển động trong từ trƣờng:

PL3 f  q vBsinα   Với   ( B; v )

Khi   90  thì lực Lo – ren – xơ có độ lớn: f  q vB 3. Ứng dụng của lực Lo –ren – xơ Lực Lo – ren – xơ có nhiều ứng dụng trong thực tế. Ứng dụng trong vô tuyến truyền hình: SGK/160

III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1: Kiểm tra kiến thức cũ, đặt vấn đề kiến thức mới (10 phút) Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

* Kiểm tra bài cũ: - HS trả lời câu hỏi. 1) Em hãy nêu công thức tính lực tƣơng tác giữa hai dòng điện thẳng song song. 2) Định nghĩa đơn vị Ampe * Đặt vấn đề: - HS trả lời câu hỏi kiến thức cũ. - Trƣớc khi vào bài mới, nêu câu hỏi kiểm - HS nhận thức vấn đề kiến thức mới. tra kiến thức cũ: + Lực từ tác dụng lên dòng điện có phƣơng và chiều nhƣ thế nào? - Đƣa một nam châm mạnh lại gần ống phóng điện tử của một máy thu hình thì hình ảnh trên màn bị nhiễu.

Tại sao là có hiện tƣợng này?

PL4 Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm lực Lo – ren - xơ Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV thông báo thí nghiệm về chuyển động của electron trong từ trƣờng. - Để nghiên cứu các hạt mang điện - HS chú ý lắng nghe và quan sát. chuyển động trong từ trƣờng có chịu tác dụng của lực hay không, ta tiến hành với thiết bị thí nghiệm nhƣ hình vẽ 32.1 SGK. - Nêu lên những bộ phận trong thiết bị thí nghiệm và chức năng của từng bộ phận đó.

- Tiến hành thí nghiệm: Cho dòng điện chạy qua vòng dây hem – hôn và sợi dây đốt. Có hiện tƣợng gì xảy ra? - Trong bình xuất hiện một vòng tròn sáng màu xanh nằm trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng sức từ của vòng dây Hem – hôn. - Ban đầu khi không cho dòng điện chạy qua vòng dây Hem – hôn., thì thấy các electron phóng thẳng. Khi cho dòng điện chạy qua để tạo ta từ trƣờng đều thì Eelectron chuyển động theo vòng tròn. => Chứng tỏ electron đã chịu lực tác dụng của từ trƣờng. - Thông báo: Khi thực hiện các thí nghiệm khác thì từ trƣờng không những tác dụng lên electron mà còn tác dụng lên bất kì hạt mang điện khác chuyển động trong nó.

- HS nghiên cứu SGK và trả lời câu hỏi.

- HS tiếp thu ghi nhớ.

PL5 - Khái niệm: Lực mà từ trƣờng tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong nó là lực Lo – ren – xơ. Hoạt động 3: Tìm phƣơng, chiều và độ lớn của lực Lo – ren –xơ. Mục tiêu cần đạt của năng lực giải quyết vấn đề: - Mô tả đƣợc quỹ đạo chuyển động của electron khi chuyển động trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng sức từ. - Lựa chọn các kiến thức để xử lí vấn đề xác định độ lớn lực Lorentz. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Lực Lo – ren – xơ có phƣơng và chiều nhƣ thế nào? - Trong thí nghiệm trên, electron chuyển - Electron chuyển động với quĩ đạo tròn động với quĩ đạo nhƣ thế nào? - Lực Lo –ren – xơ đóng vai trò gì? - Phƣơng của lực Lo –ren – xơ vuông góc với phƣơng của vector vận tốc và phƣơng

nằm trong mặt phẳng vuông góc với đƣờng sức từ của vòng dây Hem – hôn. - Lực hƣớng tâm

của vector cảm ứng từ tại điểm khảo sát. - Nếu xét các hạt mang điện chuyển động - HS lắng nghe và thảo luận. tạo thành dòng điện thì ta xác định chiều của lực Lo – ren – xơ nhƣ nhƣ thế nào? - Qui tắc bàn tay trái dùng để xác định lực từ tác dụng lên dòng điện đặt trong từ trƣờng.

- Dòng điện là dòng chuyển dời có hƣớng của các hạt mang điện dƣơng. Do đó chiều của lực Lo –ren –xơ tác dụng lên hạt mang điện dƣơng trùng với chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện.; các hạt mang điện âm chịu tác dụng của lực Lo – ren – xơ có chiều ngƣợc lại. => Sử dụng qui tắc bàn tay trái để xác định chiều của lực Lo –ren –xơ. => Lực Lo – ren – xơ là nguyên nhân gây ra lực từ tác dụng lên dòng điện.

Yêu cầu HS xác định độ lớn của lực Lo – - Xác định độ lớn của lực Lo – ren – xơ từ ren – xơ từ biểu thức độ lớn của lực từ tác biểu thức độ lớn của lực từ tác dụng lên dụng lên dòng điện. dòng điện. - Ta có số hạt trong dây dẫn hình trụ tiết diện S là: NSl

PL6 F  IBl sin 

I

q q NSl q NSvt    q NSv t t t

=> F  q NSvBl sin   q vB sin  .NSl => Độ lớn của lực từ tác dụng lên một điện tích – Lực Lo – ren –xơ f 

F  q vB sin  NSl

- Độ lớn của lực Lo –ren –xơ: f  q vBsinα   Với   ( B; v )

- Khi   90  thì f  q vB Hoạt động 4: Tìm hiểu ứng dụng của lực Lo – ren – xơ. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Yêu cầu HS tìm hiểu ứng dụng của lực - HS đƣa ra các ứng dụng đã biết về lực Lo – ren – xơ. Lorentz. - Lực Lo – ren –xơ có nhiều ứng dụng - Đèn hình CRT trong thực tế. - Máy gia tốc hạt… - Nếu hạt mang điện chuyển động trong từ trƣờng thì lực Lo – ren – xơ làm hạt chuyển động nhƣ thế nào? - Tác dụng của các cuộn dây trong hình - Do lực Lo –ren – xơ có phƣơng vuông vẽ 32.4 SGK?? góc với vận tốc và đóng vai trò là lực hƣớng tâm nên làm cho hạt mang điện chuyển động theo đƣờng cong. - Tác dụng của cuộn dây là tạo ra từ trƣờng. Khi electron chuyển động qua, dƣới tác dụng của lực Lo –ren – xơ lái chùm tia electron lệch theo phƣơng thẳng đứng và phƣơng ngang. - Từ những kiến thức đã học về chuyển - Vận dụng kiến thức, nghiên cứu SGK trả động của hạt mang điện trong từ trƣờng, lời câu hỏi của GV. em hãy giải thích hiện tƣợng cực quang?

PL7

Hoạt động 5: củng cố bài học, bài tập về nhà. Hoạt động của giáo viên - Nêu câu hỏi củng cố bài: - Lực Lo – ren – xơ là gì? - Nêu qui tắc xác định lực Lo – ren – xơ. - Giải thích hiện tƣợng ti vi bị nhiễu khi đƣa nam châm lại gần đã đặt ra ở đầu bài học. - Kể tên vài ứng dụng của lực Lo –ren – xơ. - GV phát phiếu bài tập về nhà cho học sinh. - Làm bài tập 1,2,3,4 SGK/ trang 161. IV. RÚT KINH NGHIỆM.

Hoạt động của học sinh - Tiến hành củng cố bài học.

PL8 PHỤ LỤC 2 TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI 4 SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức  Hiểu rõ đƣợc chất thuận từ, chất nghịch từ, chất sắt từ là gì? Sự từ hoá các chất sắt từ.  Hiểu đƣợc hiện tƣợng từ trễ là gì?  Nắm đƣợc một vài ứng dụng của hiện tƣợng từ hoá của chất sắt từ 2. Kĩ năng  Giải thích sự nhiễm từ của các chất.  Giải thích hiện tƣợng từ trễ và ứng dụng của nó. II.CHUẨN BỊ Học sinh Ôn lại từ trƣờng của dòng điện tròn, tƣơng tác từ. Giáo viên TN sự nhiễm từ của sắt: nam châm, khung dây có lõi sắt. Một số hình vẽ trong SGK phóng to. Hình ảnh minh họa thiết bị đầu từ và băng từ. Dự kiến ghi bảng 1. Các chất thuận từ và nghịch từ. Chất thuận từ và nghịch từ là những chất có tính từ hóa yếu. Nguyên nhân hiện tƣợng từ hóa ở các chất thuận từ và nghịch từ: SGK/166 Nếu ta khử từ trƣờng ngoài thì các vật nhanh chóng trở lại bình thƣờng, ta nói từ tính của các vật mất đi. 2. Các chất sắt từ. Fe, Ni. Co khi bị nhiễm từ thì chúng có từ tính rất mạnh. Các chất có tính từ hóa mạnh hơn thành 1 một nhóm gọi là các chất sắt từ. Nguyên nhân tính từ hóa mạnh ở sắt: SGK/166.

PL9

(a) Mẫu sắt từ không đặt trong từ trƣờng ngoài. (b) Mẫu sắt từ đặt trong từ trƣờng ngoài.

3. Nam châm điện. Nam châm vĩnh cửu. a) Nam châm điện Đặt lõi sắt trong ống dây cho dòng điện chạy qua ống dây thì khi đó lõi sắt đƣợc từ hóa.      B  B  B0 và B  B0  Với: B là từ trƣờng tổng hợp  B0 là từ trƣờng ngoài.  B  là từ trƣờng do sự từ hóa của lõi sắt tạo ra.

=>Ống dây mang dòng điện có thêm lõi sắt gọi là nam châm điện. Ngắt dòng điện trong ống dây thì từ tính của lõi thép bị mất rất nhanh. b) Nam châm vĩnh cửu. Cũng thí nghiệm trên nhƣng thay lõi sắt bằng lõi thép thì      B  B  B0 với B  B0

Khi ngắt dòng điện trong ống dây thì từ tính của lõi thép đƣợc giữ trong thòi gian dài. => Lõi thép đƣợc gọi là nam châm vĩnh cửu. c) Chất sắt từ mềm – chất sắt từ cứng. Một chất sắt từ mà từ tính của nó bị mất rất nhanh khi từ trƣờng ngoài bị triệt tiêu thì gọi là chất sắt từ mềm. Một chất sắt từ mà từ tính của nó vẫn còn giữ trong một thời gian dài khi trƣờng ngoài bị triệt tiêu thì gọi là chất sắt từ cứng.

PL10 4. Hiện tƣợng từ trễ.

- Hình 34.2 là kết quả của thí nghiệm đối với ống dây có lõi thép. Khi từ trƣờng ngoài Bn tăng từ 0  B0 thì từ trƣờng của lõi thép Bt tăng từ 0  B1 theo đƣờng cong OAM. Khi Bn giảm từ B0  0 thì Bt giảm theo đƣờng MP về giá trị B1 ; B1 khác không. B1 gọi là từ dư.

Khi Bn biến đổi từ 0   B0 thì Bt giảm theo đƣờng PQN. Tại Q,

Bt  0 ,

Bn   BC . BC gọi là từ trường kháng từ của lõi thép.

Khi Bn tăng từ  B0  B0 thì Bt tăng theo đƣờng NKLM. Quá trình sau đó xảy ra theo đƣờng cong kín MQNLM, gọi là chu trình từ trễ. 5. Ứng dụng của các vật sắt từ. - Các vật sắt từ đƣợc ứng dụng nhiều trong đời sống hằng ngày trong quạt điện, nam châm ở các cửa kính, điện thoại, loa đài….. - Ứng dụng của vật sắt từ trong ghi và đọc âm thanh. - Thiết bị ghi âm gồm: Đầu từ - Băng từ - Cấu tạo và tác dụng từng bộ phận của đầu từ và băng từ: SGK /169. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1: Hệ thống kiến thức cũ, đặt vấn đề kiến thức mới. Mục tiêu cần đạt của năng lực giải quyết vấn đề: - HS đặt ra các câu hỏi liên quan đến sự từ hóa của lõi sắt và lõi thép. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Khi đƣa sắt lại gần 1 cực của nam châm => - HS lắng nghe, ghi nhận vấn đề bài sắt bị hút về phía nam châm. Mọi chất khi mới.

PL11 đặt trong từ trƣờng đều bị từ hóa. - Khi đặt lõi sắt và lõi thép vào trong từ trƣờng thì cả hai đều bị nhiễm từ tính nhƣng khi ngắt từ trƣờng thì lõi thép lại giữ đƣợc từ tính lâu hơn, ứng dụng này để làm gì? Bài học hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu về vấn Hs quan sát, lắng nghe và tiếp nhận vấn đề đó. đề. Cho HS theo dõi hoạt động của chuông Khi có dòng điện chạy qua ống dây có điện. Tại sao khi có dòng điện chạy qua ống lõi sắt bên trong thì ống dây có từ tính dây bên trong có lõi sắt lại hút đƣợc thanh mạnh hút đƣợc thanh sắt gây ra tiếng gõ gây ra tiếng chuông? chuông.

Hoạt động 2: Tìm hiểu các chất thuận từ và nghịch từ Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV đặt câu hỏi tìm hiểu: - Thế nào là chất thuận từ và chất nghịch từ? - Nguyên nhân từ hóa ở các vật thuận từ và nghịch từ là gì?

- HS lắng nghe, trả lời câu hỏi. - Chất thuận từ và nghịch từ là những chất có tính từ hóa yếu. - Nguyên nhân: là do trong các phân tử của vật có dòng điện kín. Các dòng điện này do electron trong nguyên tử chuyển động tạo thành.

PL12 Hoạt động 3: Tìm hiểu chất sắt từ Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV đặt câu hỏi: - HS trả lời câu hỏi. - Fe, Ni, Co khi bị nhiễm từ thì từ tính của - Fe, Ni, Co khi bị nhiễm từ thì chúng chúng nhƣ thế nào? có từ tính mạnh. - Tại sao Fe, Ni, Co lại có tính từ hóa mạnh? - Tính từ hóa mạnh ở sắt đƣợc giải thích là do: sắt có cấu trúc đặc biệt về - GV thông báo: các chất có tính từ hóa phƣơng diện từ…. mạnh hợp thành một nhóm gọi là các chất sắt từ. Fe, Ni, Co là 3 chất sắt từ điển hình. Hoạt động 4: Tìm hiểu về nam châm điện và nam châm vĩnh cửu. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV thông báo: đặt 1 lõi sắt trong ống dây - HS lắng nghe, tiếp thu, ghi nhớ. cho dòng điện chạy qua ống dây thì khi đó 

lõi sắt bị từ hóa và sinh ra từ trƣờng B 

     B  B  B0 và B  B0  Với: B là từ trƣờng tổng hợp  B0 là từ trƣờng ngoài.  B  là từ trƣờng do sự từ hóa của lõi sắt

tạo ra. - Muốn ống dây trở thành 1 nam châm điện có từ tính mạnh hơn ta phải làm thế nào? Tại sao? - Ống dây mang điện có thêm lõi sắt gọi là nam châm điện. - Khi ngắt dòng điện thì từ tính của lõi sắt sẽ nhƣ thế nào?

- Muốn ống dây trở thành 1 nam châm có từ tính mạnh hơn ngƣời ta thêm vào ống dây 1 lõi sắt. Lõi sắt khi bị từ hóa sinh ra từ trƣờng tổng hợp lớn hơn nhiều lần so với từ trƣờng ngoài đặt vào.

- Tƣơng tự nhƣ thí nghiệm trên, nếu thay lõi sắt bằng lõi thép. Khi ngắt điện trong ống - HS trả lời câu hỏi. dây, từ tính của lõi thép nhƣ thế nào? Và thanh thép nhiễm từ tính đƣợc gọi là gì? - GV thông báo về chất sắt từ mềm và chất sắt từ cứng. Hoạt động 5: Tìm hiểu về hiện tượng từ trễ

PL13 Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV thông báo: Hình vẽ dƣới đây là kết quả của thí nghiệm đối với ống dây có lõi thép.

- Khi ống dây có dòng điện tăng từ 0  I thì từ trƣờng ngoài tăng? Từ trƣờng do sự từ - Khi ống dây có dòng điện tăng từ hóa của lõi thép sinh ra tăng nhƣ thế nào? 0  I thì từ trƣờng ngoài Bn tăng từ - GIảm từ trƣờng ngoài Bn giảm từ B0  0

0  B0 thì từ trƣờng của lõi thép Bt

tăng từ 0  B1 theo đƣờng cong OAM. thì từ trƣờng của lõi sắt tăng nhƣ thế nào? - Khi từ trƣờng ngoài =0 nhƣng từ trƣờng - Khi Bn giảm từ B0  0 thì Bt giảm của lõi sắt có giá trị là B1 ; B1 khác không. theo đƣờng MP. B1 gọi là từ dư.

- Có nhận xét gì về sự giảm từ trƣờng của lõi thép so với từ trƣờng ngoài? - Nhìn vào đồ thị và cho biết muốn giảm từ - Từ trƣờng của lõi thép giảm chậm hơn trƣờng của lõi thép về giá trị 0 ngƣời ta phải so với từ trƣờng ngoài. - muốn giảm từ trƣờng của lõi thép về làm thí nghiệm nhƣ thế nào? - Bắt đầu tăng cƣờng độ dòng điện trong giá trị 0 ta phải đổi chiều từ trƣờng ống cho đến khi từ trƣờng ngoài đạt giá trị ngoài bằng cách đổi chiều của dòng điện trong ống dây.  B thì lúc đó ta thấy từ trƣờng của lõi thép 0

giảm theo đƣờng PQN. - Từ trƣờng của lõi thép Bt  0 khi từ trƣờng ngoài có giá trị? - Bt  0 , Bn   BC . BC gọi là từ trường

- Khi Bn   BC

PL14 kháng từ của lõi thép. - GV thông báo: Khi Bn tăng từ  B0  B0 thì Bt tăng theo đƣờng NKLM. Quá trình sau đó xảy ra theo đƣờng cong kín - HS tiếp thu, ghi nhớ. MQNLM, gọi là chu trình từ trễ. Hoạt động 6: Tìm hiểu các ứng dụng của vật liệu sắt từ Mục tiêu cần đạt của năng lực giải quyết vấn đề: - HS mô tả đƣợc hoạt động các thiết bị ứng dụng vật liệu sắt từ trong đời sống hằng ngày. - Vận dụng đƣợc kiến thức về sự từ hóa các chất để giải quyết vấn đề. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- GV yêu cầu HS kể một số ứng dụng của - Các vật sắt từ đƣợc ứng dụng nhiều vật sắt từ trong đời sống hằng ngày. trong đời sống hằng ngày trong quạt điện, nam châm ở các cửa kính, điện - GV giới thiệu một ứng dụng của vật liệu thoại, loa đài….. sắt từ trong việc ghi và đọc âm thanh. - Gồm: đầu từ và băng từ.

- HS tìm hiểu và trả lời câu hỏi của GV. - Khi dòng điện đƣợc đƣa vào nam châm điện làm từ hóa lõi sắt, tại khe từ - Yêu cầu học sinh nêu các thiết bị chủ yếu có từ trƣờng biến thiên theo âm thanh. trong ghi âm. Khi băng chuyển động trƣớc từ của đầu - Nêu tác dụng của các bộ phận trong đầu ghi thì bột sắt từ bị từ hóa theo đúng ghi và đầu đọc. nhƣ dao động điện từ do âm thanh gây - Khe từ là khe hẹp của lõi sắt của đầu ghi, ra. khe từ có tác dụng gì? - GV nêu tác dụng tƣơng tự của đầu đọc. Hoạt động 7: Củng cố bài học, dặn dò về nhà. Mục tiêu cần đạt của năng lực giải quyết vấn đề: - Vận dụng đƣợc kiến thức về sự từ hóa các chất để giải quyết vấn đề. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

PL15 - GV nêu câu hỏi củng cố bài học.

- HS thực hiện yêu cầu của giáo viên.

- Nam châm điện và nam châm vĩnh cửu có gì giống và khác nhau? - Chu trình từ trễ là gì? - Giải quyết các bài tập thực tiễn liên quan đến chuông điện. Phát phiếu bài tập. Câu 1. Hình vẽ dƣới đây mô tả cấu tạo của chuông điện, khi đóng công tắc, có hiện

Câu 1: Khi đóng công tắc, có dòng điện chạy qua cuộn dây, miếng sắt bị hút vào lõi cuộn dây và đầu gõ chuông sẽ đập vào chuông và phát ra tiếng kêu.

tƣợng gì xảy ra với cuộn dây, với miếng sắt

Câu 2: và với đầu gõ chuông?. Ngay sau đó, miếng sắt và tiếp điểm bị Câu 2. Ngay sau đó, mạch điện bị hở. Hãy rời nhau, làm cho mạch điện bị hở. Khi chỉ ra chỗ hở mạch này. Giải thích tại sao đó dòng điện bị ngắt, không có dòng miếng sắt khi đó lại trở về tì sát vào tiếp điện qua cuộn dây. Lõi thép trong cuộn điểm. dây sẽ không hút đƣợc miếng sắt nữa. Câu 3. Tại sao chuông kêu liên tiếp chừng Miếng sắt khi đó lại trở về tì sát vào nào công tắc còn đóng?. tiếp điểm. Câu 4. Một chuông điện đƣợc thiết kế nhƣ Câu 3: hình vẽ. Khi đóng công tắc, có dòng điện Khi công tắc còn đóng, lúc miếng sắt một chiều I = 1 A chạy qua cuộn dây, miếng trở về tì sát vào tiếp điểm, mạch lại kín sắt bị hút vào lõi cuộn dây và đầu gõ chuông và dòng điện lại qua đƣợc cuộn dây. sẽ đập vào chuông và phát ra tiếng kêu. Lõi thép trong cuộn dây lại hút đƣợc N miếng sắt, và đầu gõ chuông lại đập vào B  0 I ; μ 0  4. .10 -7 l chuông và phát ra tiếng kêu. Cứ nhƣ a. Hỏi độ lớn cảm ứng từ mà nam châm điện thế, làm cho chuông kêu liên tiếp. tạo ra là bao nhiêu để hút miếng sắt vào lõi cuộn dây? Biết rằng lõi cuộn dây làm bằng

PL16 Ferrite có độ từ thẩm μ  8.10 4 , cuộn dây dài 10 cm và có N = 400 vòng. b. Nếu muốn nam châm điện có độ lớn cảm ứng từ là B  2.10 7 (T ) để hút miếng sắt vào cuộn dây thì phải quấn cuộn dây bao nhiêu vòng? Biết rằng lõi cuộn dây làm bằng Ferrite có độ từ thẩm μ  8.10 4 , cuộn dây dài 10 cm. - Giao bài tập về nhà cho HS. Yêu cầu HS - HS lắng nghe và ghi chép các nhiệm làm cái bài tập còn lại trong phiếu bài tập. IV. RÚT KINH NGHIỆM.

vụ thực hiện ở nhà.

PL17 PHỤ LỤC 3 TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI 6: BÀI TẬP ỨNG DỤNG TỪ TRƢỜNG I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức Hiểu rõ đƣợc bản chất của từ trƣờng và ứng dụng của từ trƣờng. 2. Kĩ năng Giải thích hiện tƣợng liên quan đến từ trƣờng và nam châm. Vận dụng giải quyết các vấn đề đặt ra trong thực tiễn cuộc sống. II.CHUẨN BỊ Học sinh Ôn lại kiến thức về từ trƣờng, lực từ, lực Lorentz. Dụng cụ để thiết kế chuông điện từ đơn giản 12V. Giáo viên TN sự nhiễm từ của sắt: nam châm, khung dây có lõi sắt. Một số hình vẽ phóng to. III. TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG. Hoạt động 1: Bài tập thực tiễn củng cố kiến thức. Mục tiêu cần đạt của năng lực giải quyết vấn đề: - HS mô tả đƣợc hoạt động các thiết bị ứng dụng lực từ và moment lực từ trong đời sống hằng ngày. - Vận dụng đƣợc kiến thức về lực từ để giải quyết vấn đề. - Thảo luận những ý kiến của cá nhân và tham khảo các bạn khác về ý kiến góc nhìn vật lí. Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Phát phiếu bài tập củng cố cho học sinh. Câu 1. Bạn Huy sử dụng điện kế khung quay để đo cƣờng độ dòng điện trong một mạch điện đơn giản. Khi dòng điện chạy qua điện

- HS lắng nghe, suy nghĩ tìm ra đáp án. Trả lời: Khi khung chịu tác dụng của momen lực từ Mt và momen xoắn Mx (momen

kế khung quay là 1,5 A thì khung dây bị lệch một góc α = 600. Khung đƣợc đặt trong một từ trƣờng của một nam châm vĩnh cửu, có diện tích S = 40x50 mm2, có quấn N=100 vòng dây đồng đƣờng kính d=0,1 mm, đƣợc

cản). Khi cho dòng điện chạy qua khung, momen lực từ làm khung quay một góc α sao cho Mt = Mx = Mox. α = N.F.d = N.BI(l.d) = NBIS => α = 120  bố trí sao cho cảm ứng từ B luôn luôn vuông Công suất tiêu thụ của điện kế là P = góc với trục quay của khung với pháp tuyến

PL18 của khung và có độ lớn B = 0,2 T.

R.I2 với R =  .

l S

Em hãy giúp Nam tìm momen xoắn của khung dây khi góc lệch của khung khi bị Với l  N .2(3  4).10 2 m; xoắn α0 = 10? d2 ;  P = 3.10-7 W S  r 2   -3 A. Mox = 10 N.m 4 B. Mox = 3.10-3 N.m C. Mox = 6.10-3 N.m D. Mox = 9.10-3 N.m Bạn Huy thực hiện lại thí nghiệm đo dòng điện với mạch điện kín đơn giản thì thấy khung dây của điện kế bị lệch một góc α = 350. Hỏi cƣờng độ dòng điện qua khung lúc này là bao nhiêu?

Trả lời câu 1b: Mt = Mx = Mox. α = N.F.d = N.BI(l.d) = NBIS => I = 0,875 A

A. I = 0,75 A B. I = 0,875 A C. I = 0,5 A D. I = 1 A Vậy đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cƣờng độ dòng điện qua khung dây vào góc lệch của khung trong điện kế khung quay có dạng: A. Đƣờng thẳng xiên góc B. Đƣờng elip C. Đƣờng Cyclotron D. Đƣờng tròn Câu 2. Em hãy đọc Bài báo khoa học đƣợc - HS đọc thông tin thực tế đã đƣợc cho đăng tải trên trang web https://kipkis.com/ và trả lời câu hỏi về tàu đệm từ ngày 13/10/2016 dƣới đây: TẠI SAO ĐOÀN TÀU CHẠY TRÊN ĐỆM TỪ CÓ THỂ "BAY" LÊN ĐƢỢC? Trong các kiểu đoàn tàu kỹ thuật cao, đoàn tàu chạy trên đệm từ có thể là một loại phƣơng tiện giao thông lí tƣởng nhất. Loại tàu này khi vận hành khác với các tàu khác

PL19 không chạy bám vào đƣờng ray, mà theo hình thức nổi, bay là là trên mặt đƣờng ray. Nó không những có tốc độ nhanh mà còn an toàn, ổn định, không rung động, không ô nhiễm và tiết kiệm nguồn năng lƣợng. Vậy thì, đoàn tàu trên đệm từ đã "bay" như thế nào? Điều này phải dựa vào công nghệ siêu dẫn mới. Năm 1911, một nhà vật lí Hà Lan đã làm một thí nghiệm sau: ông làm lạnh thủy ngân đến 40oC, khiến cho nó đóng băng thành một sợi dây, và cho dòng điện chạy qua. Khi nhiệt độ xuống đến -268,9oC, ông phát hiện điện trở trong thủy ngân đột nhiên mất đi. Về sau mọi ngƣời gọi hiện tƣợng điện trở đột nhiên mất đi đó là hiện tƣợng "siêu dẫn".

Qua nghiên cứu sâu hơn ngƣời ta phát hiện: Các vật chất ở trạng thái siêu dẫn có hai đặc tính cơ bản là có tính dẫn điện hoàn toàn và tính kháng từ hoàn toàn. Tính kháng từ hoàn toàn của chất siêu dẫn sẽ sinh ra một sức đẩy lên trên đối với thanh nam châm, đủ để triệt tiêu trọng lƣợng rơi xuống của thanh nam châm; thế là thanh nam châm sẽ nổi lơ lửng

PL20 trên không. Đoàn tàu chạy trên đệm từ chính là lợi dụng nguyên lí đẩy nhau của hai từ cực cùng tên, lắp một khối từ siêu dẫn ở dƣới gầm đoàn tàu, cho dòng điện kích thích chạy liên tục trong cuộn dây của nó, sản sinh ra một từ trƣờng rất mạnh, lại rải liên tục lên đƣờng ray tấm mỏng liên tục dẫn điện tốt. Khi dòng điện chạy qua vật siêu dẫn, sản sinh ra từ trƣờng, hình thành một lực đẩy lên, khi lực đẩy cân bằng với trọng lực của đoàn tàu, thì đoàn tàu sẽ nổi lơ lửng trên đƣờng ray với một độ cao nhất định. Thông qua việc thay đổi cƣờng độ dòng điện để khống chế cƣờng độ từ trƣờng, có thể điều chỉnh đƣợc độ cao nổi lên của đoàn tàu. Khi tàu bay lên, năng lƣợng đƣợc cung cấp cho các cuộn dây trong các đƣờng dẫn để tạo ra một hệ thống duy nhất của từ trƣờng kéo và đẩy tàu dọc theo đƣờng dẫn. Dòng điện cung cấp cho các cuộn dây trong các đƣờng dẫn liên tục luân phiên thay đổi cực của các cuộn dây từ hóa. Sự thay đổi cực này gây ra từ trƣờng ở phía trƣớc con tàu để kéo tàu về phía trƣớc, trong khi từ trƣờng phía sau tàu tăng thêm lực đẩy về phía trƣớc cho tàu. Loại đoàn tàu nổi này vì giữa toa xe và đƣờng ray không có sự tiếp xúc ma sát cơ giới, cho nên khi chạy không bị rung động, không ô nhiễm, cũng không bị trật ray, hơn nữa vì lực cản ma sát nhỏ nên tốc độ chạy tàu có thể nâng cao rất nhiều. Theo em, tàu đệm từ hoạt động theo nguyên lý nào? A. Hút, đẩy của các cực nam châm điện. B. Hiện tƣợng cảm ứng điện từ

PL21 C. Hiện tƣợng tự cảm D. Sự từ hóa các chất. Câu 3. Nam châm điện đƣợc điều khiển bằng điện từ trong tàu để hút nó vào đƣờng ray có từ tính đƣợc sử dụng vật liệu nào? A. Nhôm B. Đồng C. Kẽm

D. Vật liệu siêu dẫn

Câu 4. Chọn câu Sai. Tàu đệm từ có ƣu điểm hơn so với tàu hỏa truyền thống A. Chạy với tốc độ cao có thể lên đến 600 km/h. B. Tàu đệm từ di chuyển trên không khí, do đó, nó giảm đƣợc lực ma sát rất nhiều so với các con tàu bình thƣờng, lực ma sát chủ yếu ở đây là lực ma sát không khí nên tốc độ của tàu có thể đƣợc nâng lên. C. Tàu đệm từ tiêu hao rất nhiều năng lƣợng. D. Khi hoạt động. tàu đệm từ không bị rung động và không gây ô nhiễm môi trƣờng.

Hoạt động 4: Tìm hiểu ứng dụng của từ trƣờng trong y học Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Giao nhiệm vụ cho học sinh. - Thảo luận nhóm và thực hiện yêu cầu đặt ra - Em hãy trình bày những hiểu biết của trong bài tập. em về Máy chụp cộng hƣởng từ MRI có ứng dụng lớn trong y học nhƣ thế nào? Từ trƣờng trong máy chụp cộng hƣởng từ có vai trò nhƣ thế nào? Mặt lợi và hại của máy chụp cộng hƣởng từ MRI? Biện pháp giảm thiểu nếu có? Từ trƣờng tác dụng lên cơ thể sống nhƣ thế nào? Tác dụng chữa bệnh của từ trƣờng là gì? Một số thiết bị từ trƣờng chữa bệnh hiện nay ứng dụng

PL22 từ trƣờng nhƣ thế nào? - Mỗi nhóm làm một bài thuyết trình về ứng dụng của từ trƣờng vào y học. PHIẾU BÀI TẬP ỨNG DỤNG CỦA TỪ TRƢỜNG TRONG Y HỌC Câu 1. Những hình ảnh dƣới đây cho em biết đây là thiết bị nào đƣợc ứng dụng trong y học?

A. Máy chụp X quang. B. Máy chụp cộng hƣởng từ MRI. C. Máy chạy thận nhân tạo. D. Máy đo huyết áp. Câu 2. Chọn câu không đúng. Phƣơng pháp chụp ảnh cắt lớp cộng hƣởng từ hạt nhân có nhiều ƣu điểm so với các phƣơng pháp chụp ảnh cắt lớp khác trong y học là A. Tín hiệu cộng hƣởng từ tạo ra độ đậm nhạt, đen trắng, hay màu sắc rất nhạy cảm với tổ chức sinh học của cơ thể vì vậy giúp phát hiện và phân biệt rõ ràng các bất thƣờng của tổ chức sinh học nhƣ máu bị rỉ ra ngoài, khối u nhỏ chèn dây thần kinh… 

B. Khi chụp ảnh, cơ thể ngƣời chỉ chịu 3 tác dụng vật lí: từ trƣờng tĩnh rất mạnh B0 đƣợc tạo ra nhờ nam châm vĩnh cửu, biến thiên của gradien từ trƣờng và sóng radio. C. Phƣơng pháp chụp ảnh cắt lớp cộng hƣởng từ hạt nhân có ƣu điểm lớn là không đƣa vào cơ thể ngƣời bất kì bức xạ ion hóa nào. D. Khi chụp ảnh, cơ thể ngƣời chịu tác dụng của tia γ là dòng hạt photon có năng lƣợng lớn, bƣớc sóng ngắn tác dụng đâm xuyên mạnh qua cơ thể và không bị từ trƣờng tác dụng. Câu 3. Em hãy khoanh tròn trƣờng hợp nào dƣới đây là điều hạn chế của phƣơng pháp chụp ảnh cắt lớp cộng hƣởng từ hạt nhân trong cơ thể? (1) Trong cơ thể của ngƣời bệnh không đƣợc có mảnh kim loại, vật liệu từ ví dụ nhƣ mảnh bom, viên đạn ….

PL23 (2) Tín hiệu cộng hƣởng từ tạo ra độ đậm nhạt, đen trắng, hay màu sắc rất nhạy cảm với tổ chức sinh học của cơ thể vì vậy giúp phát hiện và phân biệt rõ ràng các bất thƣờng của tổ chức sinh học. (3) Phƣơng pháp chụp ảnh cắt lớp cộng hƣởng từ hạt nhân có ƣu điểm lớn là không đƣa vào cơ thể ngƣời bất kì bức xạ ion hóa nào. (4) Nếu có các vật liệu từ thì dƣới tác dụng của từ trƣờng các vật liệu này sẽ bị hút mạnh và nóng lên gây nguy hiểm tử vong cho ngƣời và máy hỏng ngay. ỨNG DỤNG CỦA TỪ TRƢỜNG TRONG NÔNG NGHIỆP Câu 4. Nƣớc nhiễm mặn là hiện tƣợng phổ biến và xảy ra thƣờng xuyên tại nhiều nơi trên thế giới, và Việt Nam cũng không tránh khỏi vấn đề này. Với sự nghiên cứu trong ứng dụng khoa học công nghệ, công nghệ này là một giải pháp hữu hiệu giúp phá vỡ các phân tử muối trong nƣớc, giúp nƣớc có thể đƣợc hấp thụ dễ dàng bởi cây trồng. Hệ thống đƣợc thiết kế từ các nam châm điện khớp với các ống thép chống gỉ, đƣợc kết nối trực tiếp tới nguồn nƣớc, tạo ra một từ trƣờng bên trong ống. Khi điện đƣợc đƣa tới các spin, các phân tử nƣớc đi qua ống rung, liên kết của các hạt muối sẽ bị phá vỡ. Các muối hòa tan lúc này sẽ không thể hình thành nên cặn tinh thể cứng gây hại với cây trồng. Công nghệ này có tên gọi là A. Công nghệ than hoạt tính B. Công nghệ từ tính C. Công nghệ vi sinh D. Công nghệ nano Câu 5. Theo em, ứng dụng nào dƣới đây là ứng dụng nam châm trong nông nghiệp? Chọn Đúng hay Sai và giải thích tại sao. Đúng/Sai

Ứng dụng nam châm trong nông nghiệp Công nghệ nam châm giúp cây trông phát triển tốt với đầy đủ chất dinh dƣỡng mà không cần các dƣỡng chất hay phân bón khác. Ứng dụng nam châm diệt trừ cỏ dại. Nam châm giúp bò giảm chứng viêm màng ruột. Công nghệ nam châm tạo ra nƣớc từ tính giúp tăng nâng suất cây trồng và chất lƣợng, cải tạo đất và tiêt kiệm nƣớc là một trong những lợi ích trong nông nghiệp.

Giải thích

PL24 Câu 6. Trong nông nghiệp, ngƣời ta sử dụng nam châm đất hiếm để A. Hút chân không các sản phẩm tạo ra từ nông nghiệp. B. Chế tạo la bàn xác định phƣơng hƣớng. C. Xác định từ tính của trái đất. D. Xử lí trƣớc thức ăn cho gia súc đảm bảo sức khở cho các động vật. Câu 7. Từ trƣờng nhân tạo đƣợc ứng dụng trong nông nghiệp trong trƣờng hợp nào? A. Ứng dụng của từ trƣờng nhân tạo để tạo ra từ tính mạnh trong máy chụp cộng hƣởng từ MRI. B. Ứng dụng của từ trƣờng nhân tạo để cốc từ chữa các bệnh huyết áp và tim mạch. C. Ứng dụng của từ trƣờng nhân tạo để kích thích sinh trƣởng và phát triển một số giống cây trồng trong giai đoạn nuôi cấy mô và ƣơm. D. Ứng dụng của từ trƣờng nhân tạo để khảo sát chuyển động của hạt mang điện trong từ trƣờng. IV. RÚT KINH NGHIỆM.

PL25 PHỤ LỤC 4

HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP THỰC TIỄN CHƢƠNG TỪ TRƢỜNG Mức độ 1. Yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để trả lời câu hỏi định tính trong thực tiễn. BÀI HỌC TỪ TRƢỜNG Câu 1[1]. Bạn Bình làm thí nghiệm về từ phổ của một ống dây. Dựa vào từ phổ thu đƣợc, Bình đã vẽ các đƣờng sức từ của ống dây nhƣ hình 1. Sau đó Bình đo từ trƣờng và vẽ đƣợc đồ thị nhƣ hình 2. Hãy nhận xét xem đồ thị có phù hợp với sự phân bố các đƣờng sức từ trên hình 2 hay không? tại sao? Xác định gần đúng độ dài của ống dây, cảm ứng từ ở điểm giữa và đầu ống dây.

Hình 1

Hình 2

Hƣớng dẫn giải: Sự phân bố từ trƣờng trong ống dây phù hợp với đồ thị hình vẽ mà Bình đã làm thí nghiệm. Trong ống dây từ trƣờng đều có giá trị độ lớn và hƣớng ko thay đổi và từ trƣờng giảm dần ở hai đầu ống dây. Độ lớn từ trƣờng giữa ống dây: B = 3,1 T Độ lớn từ trƣờng hai đầu ống dây: B = 2,8 T Chiều dài ống dây l ~ 36 cm Câu 2[1]. Hình 3 biểu diễn sự định hƣớng của hai nam châm thử ở trong và ở ngoài ống dây điện. Chiều của hai nam châm thử đó vẽ đúng hay sai? nếu sai thì cần phải sửa lại nhƣ thế nào cho đúng? Hƣớng dẫn giải: Chiều của nam châm bên trong ống dây chỉ đúng. Chiều của nam châm bên ngoài ống dây chỉ sai. Câu 3[1]. Ống dây điện trên hình 4 bị hút về phía thanh nam châm. Hãy chỉ rõ cực của thanh nam châm.

PL26

Hình 3 Hình 4 Hƣớng dẫn giải: Đầu thanh nam châm gần ống dây là cực S, đầu còn lại là cực N. Câu 4[1]. Hãy chỉ ra các cực từ của kim nam châm trong hình 5. Hƣớng dẫn giải: Đầu dƣới là cực Bắc, đầu trên là cực Nam. Câu 5[1]. Cho một lõi sắt gồm hai thanh sắt A,B đƣợc nối với nhau bằng một thanh sắt thứ ba (hình 6). Ngƣời ta định quấn dây trên hai thanh sắt A và B để tạo ra một nam châm hình chữ U. Hỏi khi đó dây phải đƣợc quấn nhƣ thế nào trên hai thanh sắt?

Hình 5

Hình 6

Hƣớng dẫn giải: Để tạo ra những nam châm điện mạnh, quấn dây điện vào 2 thanh sắt A và B theo chiều ngƣợc nhau. Câu 6[1]. Những hình ảnh dƣới đây cho em biết đây là thiết bị nào đƣợc ứng dụng trong y học?

Hình 7 Hƣớng dẫn giải: Máy chụp cộng hƣơng từ MRI Bài học LỰC TỪ

PL27 Câu 7[1]. Quan sát hình 8 và kể tên các bộ phận cấu tạo nên điện kế khung quay điện từ.

Hình 8 Hƣớng dẫn giải: 1- nam châm; 2- lò xo xoắn; 3- chốt giữ lò xo; 4- thƣớc chia độ; 5khung dây dẫn; 6 - kim chỉ thị; Mức độ 2. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức vật lí để giải thích những hiện tượng, tình huống xảy ra trong thực tiễn. Bài học SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT Câu 8[2]. Hình 9 mô tả cấu tạo của chuông điện, khi đóng công tắc, có hiện tƣợng gì xảy ra với cuộn dây, với miếng sắt và với đầu gõ chuông? Hƣớng dẫn giải: Khi đóng công tắc, có dòng điện chạy qua cuộn dây, miếng sắt bị hút vào lõi cuộn dây và đầu gõ chuông sẽ đập vào chuông và phát ra Hình 9 tiếng kêu. Câu 9[2]. Ngay sau đó, mạch điện bị hở. Hãy chỉ ra chỗ hở mạch này. Giải thích tại sao miếng sắt khi đó lại trở về tì sát vào tiếp điểm. Hƣớng dẫn giải: Ngay sau đó, miếng sắt và tiếp điểm bị rời nhau, làm cho mạch điện bị hở. Khi đó dòng điện bị ngắt, không có dòng điện qua cuộn dây. Lõi thép trong cuộn dây sẽ không hút đƣợc miếng sắt nữa. Miếng sắt khi đó lại trở về tì sát vào tiếp điểm. Câu 10[2]. Tại sao chuông kêu liên tiếp chừng nào công tắc còn đóng?. Hƣớng dẫn giải: Khi công tắc còn đóng, lúc miếng sắt trở về tì sát vào tiếp điểm, mạch lại kín và dòng điện lại qua đƣợc cuộn dây. Lõi thép trong cuộn dây lại hút đƣợc miếng sắt, và đầu gõ chuông lại đập vào chuông và phát ra tiếng kêu. Cứ nhƣ thế, làm cho chuông kêu liên tiếp.

PL28 Câu 11[2]. Em hãy đọc Bài báo khoa học đƣợc đăng tải trên trang web https://kipkis.com/ ngày 13/10/2016 dƣới đây: TẠI SAO ĐOÀN TÀU CHẠY TRÊN ĐỆM TỪ CÓ THỂ "BAY" LÊN ĐƢỢC? Theo em, tàu đệm từ hoạt động theo nguyên lý nào?

Hình 10 Hƣớng dẫn giải: Hút, đẩy của các cực nam châm điện. Câu 12[2]. Nam châm điện đƣợc điều khiển bằng điện từ trong tàu để hút nó vào đƣờng ray có từ tính đƣợc sử dụng vật liệu nào? Giải thích tại sao lại sử dụng vật liệu đó. Hƣớng dẫn giải: Vật liệu siêu dẫn. Từ trƣờng mà vật liệu siêu dẫn tạo ra vô cùng mạnh khi siêu dẫn ở kim loại có nhiệt độ thấp. Câu 13[2]. Theo em tàu đệm từ có ƣu điểm gì hơn so với tàu hỏa truyền thống? Hƣớng dẫn giải: Chạy với tốc độ cao có thể lên đến 600 km/h. Tàu đệm từ di chuyển trên không khí, do đó, nó giảm đƣợc lực ma sát rất nhiều so với các con tàu bình thƣờng, lực ma sát chủ yếu ở đây là lực ma sát không khí nên tốc độ của tàu có thể đƣợc nâng lên. Khi hoạt động. tàu đệm từ không bị rung động và không gây ô nhiễm môi trƣờng. Bài học LỰC TỪ Câu 14[2]. Khi đặt vào động cơ DC R540-14.4V hiệu điện thế 12V DC, động cơ chạy đúng công suất định mức, em hãy tính cƣờng độ dòng chạy qua động cơ?

PL29

Hình 11 PKK592 Động Cơ DC R540-14.4V được sử dụng làm động cơ chế tạo các loại máy khoan mini cầm tay, khoan mạch điện tử, máy mài mini, mắt cắt gỗ, sắt, meka...làm máy bơm nước mini, máy hút bụi, máy thổi bụi, Và các loại máy khác. Thông số kỹ thuật: - Mã sản phẩm: PKK592 - Điện áp sử dụng: 6-14.4V, thích hợp sử dụng ở mức điện áp 12V DC - Công suất định mức: 30W - Tốc độ quay: 15000-20000 RPM - Momen xoắn: 200N - Đƣờng kính trục: 3.17mm - Khối lƣợng: 170g Hƣớng dẫn giải: P = UI => I = 2,5 A Câu 15[2]. Em hãy nêu ƣu điểm và nhƣợc điểm của động cơ một chiều. Hƣớng dẫn giải: Ƣu điểm: có khả năng điều chỉnh tốc độ của động cơ. Nhƣợc điểm: do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nên giá thành đắt hơn. Do có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trƣờng rung chấn, dễ cháy nổ. Bài học LỰC LORENT Câu 16[2]. Đƣa một nam châm mạnh lại gần ống phóng điện tử của một máy thu hình thì hình ảnh trên màn bị nhiễu. Em hãy giải thích hiện tƣợng trên? Hƣớng dẫn giải: Từ trƣờng của nam châm làm lệch đƣờng đi của electron trong đèn hình.

Hình 12

PL30 Câu 17[2]. Một máy bay đang bay nằm ngang từ hƣớng Đông về hƣớng Tây với tốc độ 6,2.106 m/s, qua thành phố Hà Nội. Từ trƣờng Trái đất tại một vị trí nhất định là hƣớng thẳng đứng xuống dƣới và có độ lớn là 50 mT. Do tác dụng của lực từ lên các electron tự do nằm trong cánh máy bay mà một đầu cánh có nhiều electron hơn đầu kia. Hỏi đầu cánh nào (đầu cánh đó hƣớng về địa cực nào của Trái đất?

Hình 13

Xác định hƣớng và lực từ tác dụng lên các electron đó. Hƣớng dẫn giải: Dƣới tác dụng của lực từ, electron ở đầu cánh trái sẽ nhiều hơn đầu cánh phải. Và chịu 19 3 6 14 tác dụng lực từ FL  qBv  1,6.10 .50.10 .6,2.10  4,96.10 N

Hình 14

Hình 15

Hình 16 Hình 17 Hƣớng dẫn giải: Hiện tƣợng cực quang, Hiện tƣợng di trú của các loài chim (con nhạn biển) mà không bị lạc đƣờng, Hiện tƣợng di trú của cá hồi ở vùng nƣớc ngọt. Câu 19[2]. Dựa vào kiến thức Lực Lorentz đã học ở bài trƣớc em hãy giải thích: Tại

PL31 sao hiện tƣợng cực quang lại xảy ra ở các địa cực của Trái đất và giải thích hiện tƣợng cực quang sau khi em quan sát mô phỏng sau.

Hình 18 Hƣớng dẫn giải: Từ mặt trời luôn có các dòng hạt mang điện, chủ yếu là electron và proton bay đến trái đất. Do Trái Đất là một nam châm khổng lồ nên các dòng điện tích bị từ trƣờng Trái Đất tác dụng lực từ (lực Lorentz). Dƣới tác dụng của lực Lorentz các hạt mang điện này chuyển động theo quỹ đạo xoáy ốc quanh các đƣờng sức từ của TĐ tạo thành vành đai Allen. Các điện tích bị cuốn vào các Cực từ của Trái Đất. Khi có sự hoạt động mạnh ở mặt trời thì mật độ hạt mang điện ở gần từ cực của TĐ tăng lên rất lớn. Vì vậy ở đó, các electron bị đẩy ra xa từ cực. Chúng va chạm với bầu khí quyển Trái Đất, vc các phân tử khí làm cho chúng phát quang tạo nên màn cực quang. Câu 20[2]. Có phải các hiện tƣợng cực quang đều có một màu sắc giống nhau. Em hãy giải thích nguyên nhân nào làm cho các hiện tƣợng cực quang có màu sắc khác nhau. Hƣớng dẫn giải: Hiện tƣợng cực quang có màu sắc khác nhau là do các hạt mang điện ion hóa các phân tử khí khác nhau ở từ cực của TĐ nên có màu sắc khác nhau. Câu 21[2]. Cyclôtrôn là máy gia tốc gồm hai hộp rỗng bằng kim loại hình chữ D, cách nhau một khe hẹp. Có một từ trƣờng với cảm ứng từ B không đổi vuông góc với bề mặt hộp. Gần tâm của 2 hộp có một nguồn phát ra điện tích với vận tốc v vuông góc với B . Biết khối lƣợng m và điện tích q của hạt.

PL32 a. Quỹ đạo của hạt trong từ trƣờng có dạng nhƣ thế nào? b. Bán kính của đƣờng tròn đƣợc tính theo công thức nào? c. Có một hiệu điện thế xoay chiều đặt vào 2 hộp D với tần số thích hợp để tăng tốc đƣợc hạt mỗi lần đi qua khe. Chính xác quỹ đạo ấy có dạng nhƣ thế nào? Hƣớng dẫn giải: Vì lực Lorenxơ vuông góc với phƣơng chuyển động nên nó đóng vai trò là lực hƣớng tâm. Dƣới tác dụng của lực đó hạt chuyển động tròn đều trên một đƣờng tròn có bán kính R đƣợc xác đinh nhƣ sau

v2 mv f  Fht  ma ht  qvB  m  R  R qB Trong mỗi lần nửa hộp thì quỹ đạo của hạt mang điện là một cung tròn, cung tròn này đƣợc mở rộng dần ra khi hạt mang điện đƣợc tăng tốc lúc nó đi qua khe. Quỹ đạo thực của hạt gần nhƣ đƣờng xoắn ốc. Câu 22[2]. Cyclôtrôn là máy gia tốc gồm hai hộp rỗng bằng kim loại hình chữ D, cách nhau một khe hẹp. Có một từ trƣờng với cảm ứng từ B không đổi vuông góc với bề mặt hộp. Gần tâm của 2 hộp có một nguồn phát ra điện tích với vận tốc v vuông góc với B . Biết khối lƣợng m và điện tích q của hạt. Tần số quay của hạt trong máy gia tốc Cyclôtrôn đƣợc tính theo công thức nào? Hƣớng dẫn giải: Khi vận tốc v vuông góc với B thì hạt mang điện chuyển động theo quỹ đạo tròn. Lực lorentz đóng vai trò là lực hƣớng tâm.

qB qB v2 v  qBv  m  qB  m  m     f   R R m 2 2m Câu 23[2]. Chọn đáp án Đúng. Tần số của hiệu điện thế xoay chiều phải bằng bao nhiêu để hạt đƣợc tăng tốc mỗi lần đi qua khe? Hƣớng dẫn giải: Tần số dòng điện đặt vào cyclôtrôn đúng bằng tần số quay của hạt. Mức độ 3. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để giải quyết những tình huống thực. Bài học SỰ TỪ HÓA CÁC CHẤT Câu 24[3]. Một chuông điện đƣợc thiết kế nhƣ hình vẽ 19. Khi đóng công tắc, có dòng điện một chiều I = 1 A chạy qua cuộn dây, miếng sắt bị hút vào lõi cuộn dây và đầu gõ chuông sẽ đập vào chuông và phát ra tiếng kêu. B  0

N I ; μ 0  4. .10-7 l

PL33 a. Hỏi độ lớn cảm ứng từ mà nam châm điện tạo ra là bao nhiêu để hút miếng sắt vào lõi cuộn dây? Biết rằng lõi cuộn dây làm bằng Ferrite có độ từ thẩm μ  8.10 4 , cuộn dây dài 10 cm và có N = 400 vòng. b. Nếu muốn nam châm điện có độ lớn cảm ứng từ là B  2.10 7 (T ) để hút miếng sắt vào cuộn dây thì phải quấn cuộn dây bao nhiêu vòng? Biết rằng lõi cuộn dây làm bằng Ferrite có độ từ thẩm μ  8.10 4 , cuộn dây dài

Hinh 19. Mô hình chuông điện

10 cm. Hƣớng dẫn giải: Cảm ứng từ do ống dây có lõi sắt non đƣợc tính theo công thức: B  0

N I với μ 0  4. .10 -7 là độ từ thẩm trong chân không. l

a. Thay các dữ liệu bài toán đã cho tính đƣợc độ lớn cảm ứng từ do nam châm điện trong chuông điện tạo ra là: B  0

N 400 I  4 .107.8.104. .1  402,12.108 (T ) l 0,1

b. Tƣơng tự, dựa vào các dữ liệu bài toán đã cho tính đƣợc số vòng cần quấn của ống dây để tạo ra cảm ứng từ mong muốn trong chuông điện là: B.l 2.10 7.0,1 N   199 (vòng) 0 . I 4 .10 7.8.10 4.1

Bài học LỰC TỪ Câu 25[3]. Khung dây phẳng của một điện kế điện từ, có diện tích S = 40x30 mm2, có quấn N=100 vòng dây đồng đƣờng kính d=0,1 mm, đƣợc treo nhờ một sợi dây h mà khi dây bị xoắn một góc α0 = 10 thì có xuất hiện một mômen xoắn Mox = 10-7 N.m. Khung đƣợc đặt trong một từ trƣờng của một nam châm vĩnh cửu, đƣợc bố trí sao cho 

cảm ứng từ B luôn luôn vuông góc với trục quay của khung với pháp tuyến của khung và có độ lớn B = 0,1 T. Cho dòng điện I = 0,1 mA chạy qua khung. Hãy tính góc quay α của khung và công suất tiêu thụ của điện kế. Biết điện trở suất của đồng ρ=1,7.10-8 Ω.m Hƣớng dẫn giải: Khi khung chịu tác dụng của momen lực từ Mt và momen xoắn Mx (momen cản). Khi cho dòng điện chạy qua khung, momen lực từ làm khung quay một góc α sao cho Mt =

PL34 Mx = Mox. α = N.F.d = N.BI(l.d) = NBIS => α = 120 Công suất tiêu thụ của điện kế là P = R.I2 với R =  . Với l  N .2(3  4).10 2 m; S  r 2  

l S

d2 ;  P = 3.10-7 W 4

Câu 26[3]. Bạn Huy sử dụng điện kế khung quay để đo cƣờng độ dòng điện trong một mạch điện đơn giản. Khi dòng điện chạy qua điện kế khung quay là 1,5 A thì khung dây bị lệch một góc α = 600. Khung đƣợc đặt trong một từ trƣờng của một nam châm vĩnh cửu, có diện tích S = 40x50 mm2, có quấn N=100 vòng dây đồng đƣờng kính 

d=0,1 mm, đƣợc bố trí sao cho cảm ứng từ B luôn luôn vuông góc với trục quay của khung với pháp tuyến của khung và có độ lớn B = 0,2 T. a. Em hãy giúp Nam tìm momen xoắn của khung dây khi góc lệch của khung khi bị xoắn α0 = 10? b. Bạn Huy thực hiện lại thí nghiệm đo dòng điện với mạch điện kín đơn giản thì thấy khung dây của điện kế bị lệch một góc α = 350. Hỏi cƣờng độ dòng điện qua khung lúc này là bao nhiêu? c. Vậy đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cƣờng độ dòng điện qua khung dây vào góc lệch của khung trong điện kế khung quay có dạng nhƣ thế nào? Hƣớng dẫn giải: Mox = 10-3 N.m; I = 0,875 A; Đƣờng thẳng xiên góc Bài học LỰC LORENT Câu 27[3]. Một electron trong một ống phóng điện tử của máy thu hình di chuyển về phía trƣớc của ống với tốc độ 8.106 m/s dọc theo trục x(hình vẽ). Xung quanh cổ của ống phóng điện tử là các cuộn dây tạo ra từ trƣờng có độ lớn B = 0,025 T, hƣớng vào một góc 60° đến trục x và nằm trong mặt phẳng xy. Tính lực từ tác dụng lên electron đó. Hƣớng dẫn giải: FL  qBv sin   qBv sin 60 0

= 28.10-15 N Câu 28[3]. Một electron trong một ống phóng điện tử của máy thu hình di

Hình 20. Ống phóng điện tử

PL35 chuyển về phía trƣớc của ống với tốc độ 2.106 m/s dọc theo trục x(hình vẽ). Điện trƣờng đều đƣợc tạo ra từ 2 bản tụ điện có độ lớn E = 8000V/m. Xác định hƣớng và độ lớn tạo bởi nam châm điện để electron chuyển động thẳng đều tới vị trí X chính giữa màn huỳnh quang. Hƣớng dẫn giải: Electron chuyển động thẳng đều tới vị trí X chính giữa màn huỳnh quang khi   FL   Fq

qBv  qE  B 

E  0,004T v



hƣớng từ ngoài vào trong, B = 0,004T

Câu 29[3]. Khối phổ kế là dụng cụ để tách các hạt chất bị ion hóa theo khối lƣợng của chúng, hoạt động dựa trên tác dụng của điện trƣờng hoặc từ trƣờng lên chùm ion bay trong không gian.

Hình 21. Khối phổ kế Một khối phổ kế có bộ phận “ phân tích ion hội tụ kép” bao gồm một từ trƣờng đều có cảm ứng từ B  0,04 T đặt vuông góc với một điện trƣờng đều có hiệu điện thế là U = 5.104 V. Một ion Li+ có khối lƣợng 1,16.10-26 kg đƣợc gia tốc qua điện trƣờng rồi chuyển động tròn dƣới tác dụng của từ trƣờng. Xác định bán kính quỹ đạo của ion Li+ đó. Hƣớng dẫn giải:

v2 mv m  qBv  R  . Mặt khác ta lại có: R qB 2qU mv 2 mv02   qU => v  theo định lí động năng: 2 2 m

Suy ra: R = 2,13 m Câu 30[3]. Máy gia tốc ELSA synchotron đƣợc xây dựng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học Physikalisches Institut der Universität Bonn, của Đức để gia tốc hạt electron có me=9,1.10-31 kg, e = - 1,6.10-19C. Hiệu điện thế cực đại giữa các hộp kim

PL36 loại rỗng hình chữ D là 20 kV. Tính sô vòng cuối cùng mà electron đã quay trƣớc khi rời khỏi máy gia tốc ELSA synchotron. Hƣớng dẫn giải: Cứ sau mỗi vòng hạt nhận đƣợc động năng 2W0  2qUmax Coi vận tốc ban đầu của prôtôn là không đáng kể, sau n vòng quay hạt thu đƣợc động năng:

W  2nqU max  Wmax  n 

Wmax  9.107 vòng. 2qU max

Câu 31[3]. Máy gia tốc 184 – inch cyclotron đƣợc xây dựng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học Berkeley Radiation Laboratory vào năm 1942 để gia tốc hạt proton có mp=1,66.10-27kg, e=1,6.10-19C. Hiệu điện thế đặt vào hộp rỗng kim loại hình chữ D có tần số f =107Hz. Vòng cuối cùng của prôtôn trƣớc khi ra khỏi xiclôtrôn có bán kính 0,42m. Tính cảm ứng từ B và động năng cuối cùng của prôtôn. Hƣớng dẫn giải: B = 0,65155 T và Wđ max  0,36GeV

B

2fm p

 0,65155 q mv max BqR max mv R  R max   v max   2fR max qB qB mp m p v 2 max 1 2 2 2 Wmax   .4 .f .R max .m p  3,6.108 eV 2 2 Câu 32[3]. Một bác sĩ phẫu thuật tim kiểm Hình 22 soát đƣợc lƣu lƣợng máu chảy trong động mạch bằng cách sử dụng lƣu lƣợng kế điện từ (Hình vẽ). Điện cực A và B tiếp xúc với bề mặt của huyết quản. Huyết quản này có đƣờng kính trong là 3 mm. a. Với một từ trƣờng 0,04 T, volt kế chỉ giá trị 160 uV giữa hai điện cực, tính tốc độ chảy trung bình của máu trong động mạch. b. Chứng minh rằng điện cực A là cực dƣơng nhƣ trong hình. Dấu các điện cực của volt kế có phụ thuộc vào dấu của phần lớn ion di chuyển trong máu không? Giải thích tại sao điều kiện sử dụng của lƣu lƣợng kế điện từ là chất lƣu phải có tính dẫn điện tốt, độ dẫn điện lớn. Hƣớng dẫn giải: a. Lƣu lƣợng máu chảy qua động mạch chịu tác dụng của từ trƣờng do nam châm tạo ra. Và theo qui tắc bàn tay trái thì các ion dƣơng sẽ bị lực từ tác dụng di chuyển về điện cực A và các ion âm sẽ bị lực từ tác dụng di chuyển về điện cực B. Sự chênh lệch

PL37 điện áp giữa A và B tạo nên hiệu điện thế và từ đó sinh ra một lực điện tác dụng lên các ion cân bằng với lực từ. FL  FE => qBv = qE => v 

E U   1,33 m/s B B.d

b. Theo qui tắc bàn tay trái thì các ion dƣơng sẽ bị lực từ tác dụng di chuyển về điện cực A làm cho điện cực A nhiễm điện dƣơng và các ion âm sẽ bị lực từ tác dụng di chuyển về điện cực B làm cho B nhiễm điện âm. Nên dấu các điện cực của volt kế phụ thuộc vào dấu của phần lớn ion di chuyển trong máu. Câu 33[3]. Để đo lƣu lƣợng nƣớc chảy qua một đƣờng ống dài 5 m có đƣờng kính trong là 60 mm, ngƣời ta sử dụng lƣu lƣợng kế điện từ (nhƣ hình vẽ 23) với suất điện động lấy ra trên hai điện cực 3 và 4 là 35 mV. Hai cực của nam châm điện tạo ra từ trƣờng giữa đƣờng ống nƣớc là 20µT. Xác định lƣu lƣợng nƣớc chảy qua ống. Hƣớng dẫn giải: Suất điện động lấy ra trên 2 cực đƣợc xác định: qE  qBv  E  Bv e  U  E.d  Bdv  v  (e  Blv sin  )

Lƣu

lƣợng

Q  S.v 

d 2 4

của .v 

e B.d

chất

d 2 4

Hình 23. Lưu lượng kế chất lỏng

lỏng

đƣợc

xác

định:

e d .e  =82,5 m3/s. B.d 4B

Câu 34[3]. Máy tim phổi nhân tạo ECMO được kết Hình 24 nối với bệnh nhân thông qua các ống nhựa ống cannula). Những ống này được đặt vào trong các động tĩnh mạch lớn ở chân, cổ hay ngực. Máy tim phổi nhân tạo ECMO) bơm máu từ cơ thể của bệnh nhân đến phổi nhân tạo oxygenator) để bổ sung O2 và loại bỏ CO2 ra khỏi máu. Vì vậy, nó sẽ thay thế chức năng phổi của người bệnh. Sau đó máy ECMO sẽ bơm máu trở lại cho bệnh nhân với lực bơm bằng với công co bóp của tim, tức là sẽ thay thế chức năng của tim. Máy ECMO được điều khiển bởi một chuyên gia ECMO, hoặc một điều dưỡng hoặc một bác sĩ chuyên khoa hô hấp đã được đào tạo chuyên sâu về ECMO. Các chuyên gia sẽ điều chỉnh những cài đặt trên máy để đảm bảo cung cấp cho bệnh nhân đầy đủ chức năng tim và phổi mà họ cần.

PL38 Máy tim phổi nhân tạo và máy chạy thận nhân tạo áp dụng cho việc bơm máu vì máy bơm cơ khí có thể phá huỷ tế bào máu. Hình vẽ 24 bên mô tả một máy bơm điện từ. Máu đƣợc giữ trong một ống cách điện, thông thƣờng là hình trụ nhƣng có thể coi (trong bài này) là một hình chữ nhật chiều rộng w và chiều cao h. Thiết kế đơn giản này giúp cho máy bơm phổ biến trong y học vì máu sẽ không bị lẫn tạp chất và ống máu dễ lau chùi và giá rẻ. Hai điện cực đƣợc gắn vào đầu trên và dƣới của chiếc ống. Chênh lệch thế năng tạo ra dòng điện lƣu thông qua máu với mật độ điện J trong một khoảng L. Một từ trƣờng vuông góc đặt tại phần này. a. Giải thích tại sao cách thiết kế này tạo ra trên chất lỏng một lực xuôi theo chiều dài chiếc ống. b. Chứng minh rằng phần chất lỏng trong vùng từ trƣờng có mức tăng áp suất là JLB. c. Sau khi máu rời khỏi maý bơm có tích điện không? Có mang dòng điện hay bị từ hoá không? Hƣớng dẫn giải: a. Chênh lệch thế năng tạo ra dòng điện lƣu thông qua máu với mật độ điện J trong một khoảng L. Lƣu lƣợng máu chảy qua động mạch chịu tác dụng của từ trƣờng trong khoảng L tạo ra. Lực từ này sẽ xuôi theo chiều dài chiếc ống. b. p 

F qBv qBL q I    .BL  BL  JBL S S S.t S.t S

c. Sau khi máu rời khỏi máy bơm không tích điện cũng ko bị từ hóa. Mức độ 4. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để thực hiện một công trình nghiên cứu khoa học nhỏ, đơn giản, chế tạo một sản phẩm sáng tạo đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Câu 35[3]. Sáng tạo một dụng cụ ứng dụng từ trƣờng của nam châm. Em hãy dựa vào những kiến thức cơ bản về chuông điện đã đƣợc học để chế tạo một chuông điện đơn giản. Yêu cầu học sinh liệt kệ các dụng cụ cần phải dùng trong việc chế tạo chuông điện. Câu 36[3]. Từ trƣờng ứng dụng trong nông nghiệp Trong nông nghiệp, từ trƣờng nhân tạo đã đƣợc ứng dụng trong việc kích thích nuôi cấy mô, hạt nảy mầm và sinh trƣởng của cây, tạo nguồn nƣớc sạch bằng từ hóa nƣớc dùng trong chăn nuôi, thủy sản, hoạt hóa dinh dƣỡng tƣới bón cho cây trồng. Những nghiên cứu đã cho biết từ trƣờng thúc đẩy nhanh sinh trƣởng một số loại cây trồng; tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng từ trƣờng nhân tạo phục vụ nhân giống còn hạn chế ở một số ít loại cây trồng. Do vậy, để nâng cao hiệu quả sản xuất, cung cấp giống cây tốt cho thị trƣờng, cần đẩy mạnh công nghệ nuôi cấy mô trong nhân giống; tác động của từ

PL39 trƣờng vào các khâu trong nuôi cấy mô và vƣờn ƣơm sẽ nâng cao hiệu quả của sản xuất giống. Em hãy tìm hiểu từ trường nhân tạo hay công nghệ từ tính, công nghệ nam châm được ứng dụng trong nông nghiệp như thế nào? Câu 37[3]. Từ trƣờng ứng dụng trong y học Em hãy trình bày những hiểu biết của em về Máy chụp cộng hƣởng từ MRI có ứng dụng lớn trong y học nhƣ thế nào? Từ trƣờng trong máy chụp cộng hƣởng từ có vai trò nhƣ thế nào? Mặt lợi và hại của máy chụp cộng hƣởng từ MRI? Biện pháp giảm thiểu nếu có? Từ trƣờng tác dụng lên cơ thể sống nhƣ thế nào? Tác dụng chữa bệnh của từ trƣờng là gì? Một số thiết bị từ trƣờng chữa bệnh hiện nay ứng dụng từ trƣờng nhƣ thế nào?

PL40 PHỤ LỤC 5 HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP THỰC TIỄN CHƢƠNG HIỆN TƢỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Mức độ 1. Yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để trả lời câu hỏi định tính trong thực tiễn. Câu 1[1]. Bạn Lan đã thực hiện một thí nghiệm nhƣ sau: - Đặt cố định một ống dây có lõi sắt nằm ngang nối với acquy qua khóa K đang ngắt (Hình 25). Để một vòng nhôm nhẹ, kín, linh động đƣợc treo trên một

Hình 25

đoạn chỉ cách điện ở gần đầu ống dây. Hiện tƣợng gì xảy ra với vòng nhôm khi đóng và ngắt khóa K. Hƣớng dẫn giải:

Vòng nhôm bị lõi sắt hút khi đóng mạch và đẩy ra xa khi ngắt mạch. Câu 2[1]. Tác dụng hãm của dòng điện Fu – co đƣợc ứng dụng trong trƣờng hợp nào dƣới đây? A. Phanh điện từ B. Bếp điện từ C. Máy biến thế D. Máy dò kim loại. Câu 3[1]. Tác dụng nhiệt của dòng điện Fu – co đƣợc ứng dụng trong vật dụng nào sau đây? A. Ti vi

B. Tủ lạnh.

C. Quạt điện

D. Bếp điện từ.

Mức độ 2. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức để giải thích được các sự kiện, hiện tượng của câu hỏi lí thuyết. Câu 4[2]. Em hãy quan sát hình ảnh nồi nƣớc đang đƣợc nấu bằng bếp điện từ dƣới đây để trả lời câu hỏi: 1. Cuộn dây 2. Từ trường 3. Dòng điện cảm ứng 4. Đồ được nấu nước) 5. Đáy nồi kim loại

Hình 26. Bếp điện từ a. Theo em cuộn dây và nồi kim loại liên quan đến kiến thức gì? b. Em hãy giải thích nguyên lí hoạt động của bếp từ

PL41 c. Cá kho ngon nhất khi đƣợc kho trong nồi đất nên bạn Huyền đã thay nồi kim loại bằng nồi đất để kho cá và bạn sử dụng bếp điện từ. Vậy theo em bạn Huyền có thể sử dụng bếp điện từ để kho cá đƣợc không? Vì sao? Hƣớng dẫn giải: a. Dòng điện Foucaul b. Khi trong cuộn dây có dòng điện biến thiên (dòng điện tần số cao) chạy qua, nó tạo nên một trƣờng điện từ biến đổi. Khi đó, nồi kim loại sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng (dòng điện Foucaul) và làm cho nồi nóng lên (dòng điện Foucaul gây ra hiệu ứng toả nhiệt Joule-Lenz), nhiệt lƣợng đó đƣợc truyền từ nồi vào các đồ nấu bên trong. Và vùng bên ngoài nồi thì không bị ảnh hƣởng (nếu nhấc nồi ra khỏi bếp hoặc tắt bếp, quá trình nung nóng cũng kết thúc ngay lập tức). c. Bạn Huyền không thể kho cá bằng nồi đất. Vì không thể tạo ra dòng điện Foucaul, dòng điện Foucaul chỉ xảy ra khi khi khối kim loại chuyển động trong từ trƣờng hoặc đƣợc đặt trong một từ trƣờng biến thiên theo thời gian. Câu 5[2]. Hình vẽ 27 bên cạnh thể hiện một phanh điện từ sử dụng dòng điện cảm ứng. Một nam châm điện đƣợc gắn vào toa xe lửa gần một đƣờng ray. Để dừng xe, một dòng điện lớn đƣợc gửi qua các cuộn dây của nam châm điện. Các nam châm điện di chuyển gây ra dòng điện cảm ứng trong đƣờng ray, chống lại sự biến thiên từ thông của nam châm điện. Theo định luật Lens, từ trƣờng của dòng điện cảm ứng tác dụng lên dòng điện trong nam châm điện, do đó làm chậm xe. Hƣớng chuyển động Hình 27. Phanh điện từ của xe và hƣớng dòng điện trong nam châm điện đƣợc hiển thị chính xác trong hình. Xác định chiều dòng điện cảm ứng nào đƣợc hiển thị trên thanh ray là chính xác. Giải thich câu trả lời của em. Hƣớng dẫn giải: Chiều dòng điện cảm ứng đƣợc hiển thị trên ray là hoàn toàn chính xác. Khi nam châm điện di chuyển với vận tốc của tàu lửa sẽ làm cho từ thông phía trƣớc nam châm điện tăng dần và phía sau nam châm điện giảm dần. Theo hiện tƣợng cảm ứng điện từ, xuất hiện dòng điện cảm ứng trên thanh ray xe lửa. Dòng điện cảm ứng phía sau nam châm điện có chiều sao cho từ trƣờng do dòng điện cảm ứng phía sau nam châm điện sinh ra sẽ cùng chiều với từ trƣờng do

PL42 nam châm điện tạo ra để tăng dần từ thông đang giảm dần ở phía sau nam châm điện. Dòng điện cảm ứng phía trƣớc nam châm điện có chiều sao cho từ trƣờng do dòng điện cảm ứng phía trƣớc nam châm điện ngƣợc chiều với từ trƣờng do nam châm điện tạo ra để giảm dần từ thông đang tăng dần ở phía trƣớc nam châm điện. Mức độ 3. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức vật lí để giải thích những tình huống xảy ra trong thực tiễn. Câu 6[3]. Một máy bay trực thăng có chiều dài cánh máy bay 3 m quay đều với tốc độ 2 vòng / s quanh một trục quay đi qua một đầu cánh máy bay và vuông góc với cánh máy bay ấy. Nếu thành phần thẳng đứng của từ trƣờng Trái đất là 50 mT thì hiệu điện thế xuất hiện giữa đầu cánh máy bay và trục quay là bao nhiêu? Hƣớng dẫn giải:

Hình 28

Trong thời gian t , cánh máy bay quay quanh trục quay đƣợc một góc dα và quét đƣợc một diện tích ΔS =

1 1 l.(l.d )  l 2 ..t 2 2

Từ thông qua diện tích ΔS biến đổi: ΔΦ = B. ΔS =

1 .B.l 2 ..t 2

Suất điện động cảm ứng xuất hiện giữa đầu cánh máy bay và trục quay là ec = 

 1  .B.l 2 . t 2

Vì mạch hở nê n U = ec = 

 1  .B.l 2 . = 2,83 V t 2

Câu 7[3]. Một chiếc máy bay nhỏ với sải cánh 14,0 m đang bay từ phía Nam về phía bắc với tốc độ 70 m / s trên một khu vực nơi thành phần thẳng đứng của từ trƣờng Trái đất là 1,20 mT hƣớng xuống. a. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai đầu cánh máy bay là bao nhiêu? Cánh máy bay bên nào có điện thế cao hơn? b. Nếu trong trƣờng hợp máy bay bay từ phía Tây sang phía Đông, suất điện động cảm ứng xuất hiện giữa hai đầu cánh máy bay là bao nhiêu? Cánh máy bay bên nào có điện thế cao hơn? c.Hiệu điện thế này có thể đƣợc sử dụng để cấp nguồn ánh sáng trong khoang hành khách? Giải thích. Hƣớng dẫn giải:

PL43 a. e = B.l.v.sin900 = 1,18 mV. Phần cánh máy bay bên trái của phi công tích điện dƣơng. b. Không thay đổi. Câu 8[3]. Huy đang nối một sợi dây đàn trên cây guitar của mình và bị phân tâm bởi trò chơi điện tử. Khoa - bạn cùng phòng của Huy gắn vôn kế vào hai đầu của dây kim loại và đặt một nam châm xuyên qua sợi dây nhƣ trong hình vẽ bên. Nam châm không chạm vào chuỗi, nhƣng tạo ra một trƣờng đồng nhất là 4,50 mT trên một đoạn sợi dây dài 2,00 cm ở giữa chuỗi và từ trƣờng xem nhƣ không đáng kể ở nơi khác. Hình 29 Khoa đã làm rung dây đàn sao cho phần dây kim loại trong từ trƣờng dao động với vận tốc lớn nhất là 22 m/s. Tính suất điện động cực đại gây ra giữa các đầu của dây. Hƣớng dẫn giải: emax = B.l.vmax = 1,98. 10-3 V. Câu 9[3]. Máy phát điện đồng hồ, còn đƣợc gọi là đĩa Faraday, là một máy phát điện. Nó bao gồm một đĩa kim loại dẫn điện xoay với một tiếp điểm cố định (một tiếp điểm điện trƣợt) ở trục của nó và một điểm khác tại một điểm trên chu vi của nó nhƣ trong hình vẽ trên. Một từ trƣờng đƣợc áp dụng vuông góc với mặt phẳng của đĩa có độ lớn cảm ứng từ là 0.900 T, tốc độ góc là 3 200 vòng / phút và bán kính của đĩa là 0.5 m. Tìm suất điện động đƣợc tạo ra giữa các tiếp điểm. Hƣớng dẫn giải:

Hình 30. Đĩa Faraday

Trong thời gian t , đĩa kim loại quay quanh trục quay đƣợc một góc dα và quét đƣợc một diện tích ΔS =

1 1 l.(l.d )  l 2 ..t 2 2

Từ thông qua diện tích ΔS biến đổi: ΔΦ = B. ΔS =

1 .B.l 2 ..t 2

Suất điện động cảm ứng xuất hiện giữa đầu cánh máy bay và trục quay là ec = 

 1  .B.l 2 . t 2

PL44 Vì mạch hở nê n U = ec = 

 1  .B.l 2 . = 12π = 37,7 V t 2

Mức độ 4. Yêu cầu HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để giải quyết những tình huống thực tiễn hoặc để thực hiện một công trình nghiên cứu khoa học nhỏ, đơn giản, chế tạo một sản phẩm sáng tạo đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Câu 10[4]. Thông số kĩ thuật Dynamo xe đạp: Chứng nhận: CE, RoSH Nơi xuất xứ: Guangdong, China (Mainland) Nhãn hiệu: Sidiou Nhóm Model: SDO-BIL025 Ứng Dụng chính: xe đạp Loại: Đèn xe đạp Hình dạng: vòng Số lượng bóng đèn:1 Màu: Chrome (Silver) Trụ Đèn: 12x8x8 cm Đuôi Đèn: 4.5x2.4x2.4 cm Dynamo Đầu Ra: 12 V, 6 Wát Kích thước: chiều dài 4 ", chiều rộng Gắn Vị trí: Khung

Trên trang thƣơng mại điện tử Alibaba.com có bài quảng cáo về sản phẩm dynamo xe đạp, từ bảng thông số kĩ thuật của dynamo em hãy cho biết a. Nguyên lí hoạt động của dynamo xe đạp b. Tính cƣờng độ dòng điện lớn nhất mà dynamo cung cấp cho bóng đèn xe đạp. c. Có thể sử dụng dynamo xe đạp để sạc pin điện thoại đƣợc hay ko? em hãy giải thích và đƣa ra cách tiến hành lắp ráp sử dụng dynamo để sạc. Hƣớng dẫn giải: a. Nguyên lí hoạt động của dynamo xe đạp Dynamo xe đạp có cấu tạo gồm 1 nam châm vĩnh cửu gắn với một núm quay xung quanh 1 trục. Nam châm vĩnh cửu này đƣợc đặt trong lòng hoặc trƣớc một cuộn dây dẫn khép kín có lõi bằng sắt non. Khi đặt núm tì sát vào bánh xe, lúc bánh xe di chuyển sẽ làm núm quay theo và kéo theo nam châm vĩnh cửu quay. Số đƣờng sức từ xuyên qua cuộn dây biến thiên theo thời gian và trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng làm đèn sáng. b. P = U.I  I = 0,5 A; c. Có thể sử dụng.