Tài liệu Skkn hỗ trợ quy tắc bàn tay trái và bàn tay phải bằng ruột bút bi

A – PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Trong sách giáo khoa vật lý 11 cơ bản, chương IV (từ trường) được đánh giá là chương có nhiều sự tương tự với chương I (điện tích điện trường) về mặt phương pháp giải ở một số bài tập liên quan tới lực từ và vecto cảm ứng từ. Tuy nhiên HS lại gặp vấn đề khó khăn khi xác định và biểu diễn vecto lực từ, lực lorenxo và cảm ứng từ B do dây dẫn thẳng dài gây ra. Đặc biệt là với HS có học lực trung bình và học lực yếu kém, đối với các em khá hơn thì các em lại tỏ ra ngại làm các bài tập liên quan tới việc xác định vecto lực từ, lực lorenxo và xác định vecto cảm ứng từ do dây dẫn thẳng dài gây ra, bởi lẽ việc đặt tay nhiều lần với các vị trí và hình vẽ khác nhau khiến các em thấy mỏi cổ tay, hoặc là các em lại phải rời bút để dùng bàn tay phải (trong quy tắc lắm bàn tay phải). Xuất phát từ những lý do trên, cùng với quá trình công tác và kinh nghiệm của bản thân khi dạy các em HS có học lực trung bình yếu khối 11 trong các năm qua, tôi nhận thấy việc đưa ra một số giải pháp giúp các em vận dụng được quy tắc bàn tay trái nắm bàn tay phải là cần thiết, đặc biệt là các HS trung bình, yếu và kém. Vì vậy tôi chọn đề tài: “Hỗ trợ quy tắc bàn tay trái và bàn tay phải bằng ruột bút bi” 2. Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 2.1. Mục đích nghiên cứu: Nhằm đề xuất một số giải pháp hỗ trợ cho quy tắc bàn tay trái, quy tắc nắm bàn tay phải giúp HS xác định và biểu diễn được véctơ lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng dài mang dòng điện, lực lorenxo tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường và véctơ cảm ứng từ do dây dẫn thẳng dài gây ra tại một điểm. 2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu: Nghiên cứu các vấn đề lý luận liên quy tắc bàn tay trái và nắm bàn tay phải và khảo sát kĩ năng xác định lực từ, lực lorenxo và vecto cảm ứng từ của dây dẫn thẳng dài của HS trường THPT Phú Lương - Thái Nguyên trong năm học 2012 – 2013, lý giải nguyên nhân của thực trạng qua đó đề xuất những giải pháp khả thi giúp HS xác định và biểu diễn được lực từ, lực 1 lorenxo và vecto cảm ứng do dây dẫn thẳng dài gây ra tại một điểm trong năm học 2013 – 2014. 2.3. Đối tượng nghiên cứu: Các giải pháp hướng dẫn HS lớp 11C3 trường THPT Phú Lương – Thái Nguyên xác định và biểu diễn được lực từ, lực lorenxo và vecto cảm ứng do dây dẫn thẳng dài gây ra tại một điểm. 2.4. Phạm vi nghiên cứu: Được giới hạn trong chương từ trường của vật lý 11 cơ bản và thực hiện ở lớp 11C3 và lấy lớp 11C2 ở trường THPT Phú Lương Thái Nguyên trong năm học 2013 – 2014 làm lớp đối chứng. 3. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu. - Phương pháp quan sát. - Phương pháp trưng cầu ý kiến bằng bảng hỏi. - Phương pháp phỏng vấn sâu. - Phương pháp thống kê toán học. - Phương pháp chuyên gia. - Phương pháp đàm thoại. - Phương pháp trắc nghiệm. - Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp, hệ thống hoá. 4. Cấu trúc đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo đề tài được trình bày trong 4 chương: Chương I: Thực trạng xác định và biểu diễn được lực từ, lực lorenxo và vecto cảm ứng do dây dẫn thẳng dài gây ra tại một điểm ở trường THPT Phú Lương – Thái Nguyên. Chương II: Cơ sở lý luận của đề tài. Chương III: Giải pháp hỗ trợ quy tắc bàn tay trái và bàn tay phải bằng ruột bút bi. Chương IV: Kết quả đạt được. 2 B – PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: THỰC TRẠNG XÁC ĐỊNH VÀ BIỂU DIỄN LỰC TỪ, LỰC LORENXO VÀ VECTO CẢM ỨNG TỪ DO DÂY DẪN THẲNG DÀI GÂY RA TẠI MỘT ĐIỂM Ở TRƯỜNG THPT PHÚ LƯƠNG -THÁI NGUYÊN 1.1. Tình hình chung của lớp 11C3 tại trường THPT Phú Lương 1.1.1. Thuận lợi: Được sự quan tâm của ban giám Hiệu, Đoàn thanh niên và tổ bộ môn trong công tác dạy và học của lớp. Giáo viên chủ nhiệm nhiệt tình với lớp. Sự giúp đỡ về nhiều mặt của ban đại diện cha mẹ học sinh của lớp đối với công tác dạy và học của lớp có xu hướng tích cực hơn. Đa số học sinh trong lớp đều ngoan có ý thức và có nỗ lực trong học tập. 1.1.2. Khó khăn: Đa số học sinh trong lớp là con em nông dân có điều kiện kinh tế khó khăn nên việc dành thời gian vào học tập của các em chưa nhiều. Hơn nữa điều kiện các em ở xa trường đi lại vất vả đã ảnh hưởng nhiều tới việc tiếp thu kiến thức của các em. Một số em có nhận thức chưa tốt với việc học của bản thân và của lớp. 1.2. Thực trạng xác định và biểu diễn lực từ, lực lozenxo và vecto cảm ứng từ do dây dẫn thăng dài gây ra tại một điểm của học sinh khối 11 năm học 2012 – 2013 và thực trạng học môn vật lý của lớp 11C3 năm học 2013 – 2014. Qua thời gian nghiên cứu việc dạy và học vật lý chương từ trường tại trường THPT Phú Lương trong năm học 2012 – 2013. Thông qua việc giảng dạy trực tiếp, bằng các bài test và các phiếu hỏi, điều tra. Tôi thu được kết qua sau: 3 Bảng 1: Kĩ năng vận dụng quy tắc bàn tay và quy tắc nắm bàn tay phải của HS khối 11 trường THPT Phú Lương năm học 2012 - 2013. ( Hiện là HS khối 12 năm học 2013 – 3014) STT 1 2 3 4 5 Tiêu chí Cảm nhận Khả năng vận dụng Khó khăn cụ thể Thời gian xác định đúng Mức độ Phần trăm Dễ 15,51% Bình thường 30,29% Khó 54,20% Ngay sau tiết học đầu tiên 10,15% Sau khi học xong tiết bài tập 16,78% Ngay sau khi học tiết tự chọn 25,38% Sau khi kết thúc chương 31,94% Không vận dụng được sau khi học xong chương 15,75% Không đặt được bàn tay theo đúng cách 70,05% Nhầm lẫn khi biểu diễn các vecto 85,85% Mỏi cổ tay khi xác định nhiều hình vẽ 85,54% Từ 0s đến 1phút 10,35% Từ 1 phút đến 3 phút 20,05% Từ 3 phút trở đi 69,60% Khả năng còn nhớ ở thời điểm hiện tại (khi là HS khối 12) 25,34% Để nghiên cứu tính hiệu quả của đề tài năm 2013 – 2014 tôi chọn hai lớp 11C3 làm nhóm thực nghiệm, lớp 11C2 làm lớp đối chứng. Hai lớp này có nhiều điều kiện tương đồng đặc biệt là về học lực. Ý thức học tập của HS hai lớp: đa số HS đều ngoan, dễ tác động và điều khiển theo ý muốn. Bên cạnh đó cả hai lớp vẫn còn nhiều HS năng lực tư duy hạn chế, trầm, ít tham gia các hoạt động chung của lớp. Dùng kết quả chương I (điện tích – điện trường) và kết quả sau khảo sát khi học xong chương từ trường làm cơ sở nghiên cứu. 4 Bảng 2: Kết quả kiểm tra chương I (điện tích - điện trường) của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng năm học 2013 - 2014. Trung bình chung Thực nghiệm Đối chứng 5,22 5,31 Chênh lệch 0,09 Qua kết quả học tập của hai nhóm lớp không chênh lệch nhau nhiều, và kết quả này còn thấp so với mặt bằng chung của toàn khối 11. Từ thực trạng trên, tôi mong muốn có thể đưa ra được một số giải pháp hỗ trợ quy tắc bàn tay trái và quy tắc nắm bàn tay phải để giúp các em có thể xác định được đúng và chính xác vecto lực từ, lực lorenxo và vecto cảm ứng từ do dây dẫn thẳng dài gây ra tại một điểm, cùng với kiến thức về phương pháp giải của chương I – điện tích, điện trường các em lớp 11C3 có thể nâng cao được kết quả học tập của mình trong chương IV – từ trường. CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Cơ sở lý luận Đề tài được thực hiện trên cơ sở lý luận và phương pháp luận của chủ nghĩa Mác-Lênin, tư tưởng Hồ Chí Minh về giáo dục; các văn kiện Đại hội Đảng. Vai trò và nhiệm vụ của giáo dục và đào tạo đã được thể hiện trong các văn kiện của Đại hội Đảng: “Giáo dục và đào tạo là quốc sách hàng đầu” phát triển giáo dục là nhằm “nâng cao dân trí, bồi dưỡng nhân lực, đào tạo nhân tài”. 2.2. Cơ sở thực tiễn Hiện nay khoa học công nghệ phát triển như vũ bão, tri thức nhân loại được nhân lên gấp bội, sự giao lưu về văn hoá, khoa học công nghệ giữa các nước mở rộng đòi hỏi con người có khả năng thích ứng với cuộc sống, biết hợp tác, có kỹ năng học tập theo yêu cầu mới... 5 2.3. Cơ sở pháp lý Đề tài được thực hiện trên cơ sở các Văn kiện, Nghị quyết của Đảng các cấp từ trung ương đến địa phương; Các Văn bản, chỉ thị của Bộ GD&ĐT như: Luật Giáo dục, Điều lệ trường phổ thông, Chỉ thị năm học...; Các Văn bản của Sở GD&ĐT. CHƯƠNG III: HỖ TRỢ QUY TẮC BÀN TAY TRÁI VÀ QUY TẮC NẮM BÀN TAY PHẢI BẰNG RUỘT BÚT BI Video hướng dẫn: https://www.youtube.com/watch?v=ndaiVPEjGik&list=UUHNmh6JNhR25old3 qFsYVtw 3.1. Những căn cứ để xây dựng giải pháp Dựa trên những quan điểm, đường lối lãnh đạo của Đảng, Nhà nước về công tác giáo dục cùng với chiến lược phát triển con người toàn diện đã được quán triệt trong các văn kiện, các Chỉ thị, Nghị quyết của Ban chấp hành TW Đảng Cộng Sản Việt Nam. Căn cứ vào phân phối chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Căn cứ vào các Quy chế đánh giá, xếp loại HS của Bộ GD&ĐT. Căn cứ vào những kết luận, đánh giá thực trạng dạy, học và vận dụng quy tác bàn tay trái và quy tác nắm bàn tay phải của HS lớp 11C3 Trường THPT Phú Lương - Thái Nguyên. Căn cứ vào những điều kiện nhằm đảm bảo cho việc hướng dẫn HS sử dụng ruột bút bi trong khi giải các bài tập liên quan tới quy tắc bàn tay trái và quy tắc nắm bàn tay phải. 3.2. Các giải pháp hỗ trợ quy tắc bàn tay trái và nắm bàn tay phải cho học sinh lớp 11C3 trường THPT Phú Lương - Thái Nguyên bằng ruột bút bi. Gồm 4 nhóm giải pháp sau: Giải pháp 1: Hướng dẫn HS hiểu quy tắc bàn tay trái & quy tắc nắm bàn tay phải. Giải pháp 2: Hướng dẫn HS tạo tam diện thuận từ ruột bút bi. 6 Giải pháp 3: Hướng dẫn HS sử dụng ruột bút bi hỗ trợ quy tắc bàn tay trái Giải pháp 4: Hướng dẫn HS sử dụng ruột bút bi hỗ trợ quy tắc nắm bàn tay phải. Cụ thể: 3.2.1. Giải pháp 1: Hướng dẫn HS quy tắc bàn tay trái và quy tắc nắm bàn tay phải. 3.2.1.1. Giải pháp 1.1: Quy tắc bàn tay trái xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng dài mang dòng điện đặt trong từ trường đều. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn có chiều dài l và dòng điện I chạy qua đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B có: - Phương vuông góc với I l và B ; - Chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái sao cho đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của dòng điện trong dây dẫn, khi đó chiều ngón cái choãi ra chỉ chiều của lực từ F . 7 - Có độ lớn tính bằng công thức: F = BIlsin (*) Trong đó,  là góc tạo bởi đoạn dây dẫn và đường sức từ; I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn dây. B là cảm ứng từ tại vị trí đặt dây. 3.2.1.2. Giải pháp 1.2: Quy tắc bàn tay trái xác định lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động cắt các đường sức từ. Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ B tác dụng lên một hạt có điện tích q0 chuyển động với vận tốc v : 8 - Có phương vuông góc với v và B ; - Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của v khi q0 > 0 và ngược chiều v khi q0 < 0, khi đó chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra. - Có độ lớn : f  q 0 vB sin  , trong đó  là góc hợp bởi v và B. 3.2.1.3 Giải pháp 1.3: Quy tắc nắm bàn tày phải xác định cảm ứng từ do dây dẫn thẳng dài gây ra tại một điểm. Các đường sức từ của dòng điện thẳng là các đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dòng điện. Tâm của các đường sức từ là giao điểm của mặt phẳng đó và dây dẫn. Chiều của các đường sức từ được xác định theo quy tắc nắm tay phải : Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón là chiều của đường sức từ. Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không được tính bằng công thức : B  2.107 I r Trong đó, I đo bằng ampe (A), r đo bằng mét (m), B đo bằng tesla (T). 9 Vectơ cảm ứng từ B có hướng trùng với hướng của đường sức tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài. 3.2.2. Giải pháp 2: Hướng dẫn HS tam diện thuận từ ruột bút bi. Ta chia ruột bút thành ba phần như hình vẽ - Tay phải cầm ruột bút theo phương ngang, ngòi bút hướng về tay trái. - Dùng tay trái bẻ phần đầu chứa ngòi về phía trước (nên bẻ tại đốt bút) - Dùng tay phải bẻ phần cuối xuống dưới (dài hơn phần đầu) - Cắm thêm một ngòi bút vào đầu ruột bút chưa có ngòi. - Dùng một chiếc bút khác để chọc xiên phần nối giữa phần cuối và phần giữa để tạo ra một lỗ nhỏ rồi cắm một cái ngòi khác vào phần giữa của bút. Như vậy ta đã có một tam diện thuận với các chiều được chỉ rõ bằng các ngòi bút. 10 3.2.3. Giải pháp 3: Hướng dẫn HS dùng ruột bút bi hỗ trợ quy tắc bàn tay trái. 3.2.3.1. Giải pháp 3.1: Hướng dẫn HS sử dụng ruột bút bi để xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng dài mang dòng điện. Hướng dẫn + Phần cuối của ruột bút là B (chiều B theo chiều của ngòi bút của phần này) + Phần đầu của ruột bút là F (chiều của F theo chiều của ngòi bút của phần này) + Phần giữa của bút là phần tử dòng điện (chiều dòng điện theo chiều của ngòi bút của phần này) 11 12 Ví dụ  Ví dụ 1: Xác định chiều lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường Hính a, S Hướng dẫn  Dòng điện biểu diễn bằng dấu chấm tức là dòng điện có dạng thẳng và có chiều hướng ra ngoài trang giấy  Phần giữa của bút đặt vuông góc với mặt phẳng trang I giấy và ngòi bút của phần này hướng ra ngoài.  Các đường sức từ có chiều từ dưới lên trên (từ cực N bắc tới cực nam)  Phần cuối của bút hướng từ dưới lên trên (phần cuối bút hướng từ cực bắc tới cực nam)  Khi đó ta thấy phần đầu của bút có chiều hướng từ phải sang trái. Đó cũng chính là chiều của lực từ. Hình b. Hướng dẫn  Dòng điện có dạng thẳng và có chiều hướng từ trái qua phải  Phần giữa của bút đặt song song với dòng điện và có ngòi bút hướng sang phải. 13  Các đường sức từ biểu diễn bằng dấu cộng tức là có phương vuông góc với mặt phẳng trang giấy và có chiều từ ngoài vào trong mặt phẳng trang giấy  Phần cuối của bút đặt vuông góc với mặt phẳng trang giấy và có ngòi bút hướng vào trong.  Khi đó ta thấy phần đầu của bút hướng thẳng đứng từ dưới lên. Đó cũng chính là chiều của lực từ. Hình c, Hướng dẫn  Dòng điện có dạng thẳng và có chiều hướng từ dưới lên trên  Phần giữa của bút đặt song song với dòng điện và có ngòi bút hướng lên trên.  Các đường sức từ (biểu diễn bằng dấu chấm) tức là từ trường vuông góc với trang giấy và hướng ra  Phần cuối của bút đặt vuông góc với mặt phẳng trang giấy và có ngòi bút hướng ra.  Khi đó ta thấy phần đầu của bút nằm ngang và hướng từ trái qua phải. Đó cũng chính là chiều của lực từ. 14 Hình d, Hướng dẫn  Dòng điện có dạng thẳng và có chiều N S hướng từ dưới lên trên  Phần giữa của bút đặt song song với dòng điện và có ngòi bút hướng lên trên.  Các đường sức từ có dạng thẳng nằm ngang hướng từ trái qua phải (từ cực bắc tới cực nam)  Phần cuối của bút đặt nằm ngang có ngòi bút hướng sang phải (ngòi hướng về cực nam)  Khi đó ta thấy phần đầu của bút hướng từ ngoài vào trong mặt phẳng trang giấy. Đó cũng chính là chiều của lực từ.  Ví dụ 2: Xác định chiều dòng điện chạy trong dây dẫn: HÌnh a, Hướng dẫn  Lực từ có chiều hướng từ trên xuống  I Phần cuối của bút đặt song song với lực F và có ngòi hướng xuống. F  Các đường sức từ (biểu diễn bằng dấu chấm) tức là từ trường vuông góc với trang giấy và hướng ra Phần cuối của bút đặt vuông góc với mặt phẳng trang giấy và có ngòi bút hướng ra.  Khi đó ta phần giữa của bút nằm ngang và hướng từ trái qua phải nên dòng điện có chiều từ trái qua phải. 15 HÌnh b, Hướng dẫn F I S  Lực từ có chiều hướng từ dưới lên  N Phần cuối của bút đặt song song với lực F và có ngòi hướng lên.  Các đường sức từ là những đường thẳng nằm ngang hướng từ cực bắc sang cực nam  Phần cuối của bút đặt nằm ngang và có ngòi hướng sang phía cực nam.  Khi đó ta phần giữa của bút nằm vuông góc với trang giấy và có ngòi hướng vào mặt phẳng trang giấy  dòng điện được biểu diễn bằng dấu cộng. Hình c, Hướng dẫn  Lực từ có chiều hướng ra từ trong ra ngoài  Phần cuối S của bút đặt song song với lực F và có ngòi hướng ra ngoài.  Các đường sức từ là những đường thẳng hướng từ cực bắc sang cực nam  Phần cuối của bút đặt song song với đường sức và có ngòi hướng sang phía cực nam.  Khi đó ta phần giữa của bút nằm ngang và có chiều N hướng sang phải đó cũng là chiều của dòng điện. 16  Ví dụ 3 : Xác định chiều đường sức từ ( ghi tên cực của nam châm): Hình a, Hướng dẫn  Lực từ có chiều hướng ra từ trong ra ngoài Phần cuối của bút đặt song song với lực F và có ngòi hướng ra ngoài.  Dòng điện có phương nằm ngang và hướng từ phải sang I F F trái  Phần giữa của bút đặt nằm ngang và có ngòi hướng sang trái.  Khi đó ta thấy phần giữa của bút hướng từ trên xuống dưới chỉ chiều bắc nam. Do đó cực bắc ở trên và cực nam ở dưới. 17 Hình b, Hướng dẫn  Dòng điện biểu diễn bằng dấu cộng tức là F I dòng điện có dạng thẳng và có chiều hướng vào trong trang giấy  Phần giữa của bút đặt vuông góc S N với mặt phẳng trang giấy và ngòi bút của phần này hướng vào trong trang giấy.  Lực từ có chiều hướng từ dưới lên  Phần đầu của bút đặt song song với lực F và có ngòi hướng lên trên.  Khi đó ta thấy phần cuối của bút hướng từ phải sang trái chỉ chiều bắc nam. Do đó cực bắc bên phải và cực nam bên trái. Hình c, Hướng dẫn  Dòng điện có dạng thẳng và có chiều hướng từ trên xuống  Phần giữa của bút đặt song song với dòng điện và có ngòi bút hướng xuống. I  Lực từ nằm ngang và hướng sang phải  Phần đầu của bút đặt nằm ngang và có ngòi hướng sang phải F  Khi đó ta thấy phần cuối của bút hướng từ ngoài vào trong trang giấy chỉ chiều đường sức. Do vậy từ trường được biểu diễn bằng dấu cộng 18 Bài tập vận dụng: Bài 1: Xác định chiều lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện đặt trong từ S N I S I S I N I S N I S N N (H 1) (H 2) (H 3) N . .I . S (H 4) (H 5) trường N + + + I I I + + + (H 12) (H 6) S + + + + N I . I . . . . . (H 7) + (H 11) S. (H 13) + (H 8) I . . . . (H 9) Bài 2 : Xác định chiều dòng điện chạy trong dây dẫn: F + + + + I + + I F . . . . . . (H 2) . . . . . . .I . . . . . (H 3) (H 1) S I F S N F I (H 4) F N (H 5) 19 S N N I F I I F I S S N F F (H 7) N S (H 9) (H 6) (H 8) Bài 3 : Xác định chiều đường sức từ ( ghi tên cực của nam châm): F F I I I (H 3) I F (H 2) I F (H 1) (H 4) F (H 5) 3.2.3.2 Giải pháp 3.2: Hướng dẫn HS sử dụng ruột bút bi để xác định lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động cắt các đường sức trong từ trường đều. Hướng dẫn + Phần cuối của ruột bút là véc tơ cảm ứng từ B (chiều B theo chiều của ngòi bút của phần này) + Phần giữa của ruột bút là vecto vận tốc (chiều của vecto vận tốc theo chiều của ngòi bút của phần này nếu là điện tích dương và ngược lại nếu là điện tích âm) + Phần đầu của bút là lực lorenxo (chiều B theo chiều của ngòi bút của phần này) 20