Chế tạo một số thiết bn thí nghiệm dùng cho dạy học phần “điện tích, điện trường” - Vật lý 11 - Phùng Mạnh Thường

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008 45 CHẾ TẠO MỘT SỐ THIẾT BN THÍ NGHIỆM DÙNG CHO DẠY HỌC PHẦN “ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG” - VẬT LÝ 11 Phùng Mạnh Thường (Trường Phổ thông Vùng cao Việt Bắc) 1. Đặt vấn đề Quá trình dạy học là quá trình hoạt động được tổ chức ở mức độ cao, trong đó thiết bị dạy học là yếu tố không thể thiếu. Nhưng thực trạng hiện nay cho thấy thiết bị dạy học ở hầu hết các trường THPT còn thiếu, nhất là đối với bộ môn Vật lý. Thiết bị thí nghiệm (TN) mới chỉ để giáo viên thực hiện TN biểu diễn và một số ít bài thực hành cho HS. Còn thiết bị TN phục vụ cho TN trực diện (TN đồng loạt) đều không có đủ. Hơn nữa, chương trình SGK mới hầu hết được viết theo tinh thần phương pháp thực nghiệm, do vậy một yêu cầu mới đặt ra là cần phải rèn luyện cho HS khả năng tự làm TN. Trong định hướng đổi mới phương pháp dạy học có điểm nhấn mạnh: “Cần kết hợp giữa những nỗ lực trang bị của nhà nước với những cố gắng sưu tầm và tự chế tạo các thiết bị TN vật lý bằng những vật liệu và thiết bị dễ kiếm, rẻ tiền của giáo viên và học sinh” [1]. Hưởng ứng chủ trương này và qua thực tế năm đầu dạy phân ban lớp 11, chúng tôi đã gặp phải một số khó khăn khi dạy phần “Điện tích, điện trường”, từ đó, chúng tôi đề xuất chế tạo một số thiết bị TN với những vật liệu dễ kiếm, tiết kiệm được chi phí mà vẫn đảm bảo kết quả của quá trình TN. 2. Kết quả nghiên cứu 2.1. TN kiểm chứng về sự nhiễm điện do hưởng ứng và do tiếp xúc : 2.1.1. Một số hạn chế của bộ TN “Điện tích, điện trường” được trang bị cho các trường THPT năm học 2007-2008: Trong hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng, khi cho một vật đã nhiễm điện (vật cảm) lại gần một vật trung hoà điện (vật ứng) thì vật đang trung hoà về điện sẽ bị nhiễm điện. Nhưng không kiểm chứng được là với vật ứng đầu gần vật cảm sẽ nhiễm điện trái dấu với vật cảm, đầu kia nhiễm điện cùng dấu với vật cảm. Với hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc cũng không kiểm chứng được rằng sau khi nhiễm điện vật ứng nhiễm điện cùng dấu với vật cảm. Trong phụ lục sách giáo viên vật lý 11 nâng cao có trình bày phương án cho GV và HS tự chế tạoTN chứng minh về hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng và do tiếp xúc. TN này mới chỉ ra được có sự nhiễm điện khi cho một vật đã nhiễm điện lại gần hoặc tiếp xúc với một vật trung hoà điện, còn vật ứng bị nhiễm điện như thế nào so với vật cảm thì chưa kiểm chứng được. Hơn nữa hầu hết các trường mới chỉ được trang bị môt vài bộ TN chỉ đủ cho giáo viên làm TN biểu diễn mà không đủ để thực hiện TN trực diện. 2.1.2. Đề xuất phương án TN: 2.1.2.1.Chu3n bị dụng cụ: Trong TN này ta cần có một thước nhựa dẹt dài 30cm, một mảnh nilon; một ống kim loại nhẹ dài 30cm, có thể quay trên một trục quay thẳng đứng; một quả cầu được treo trên một sợi dây. Để làm trục quay cách đơn giản ta dùng một cái chai có nắp nhựa, một cái đinh 3cm cắm xuyên qua nắp nhựa của chai. Đậy nắp nhựa vào chai tạo thành trục quay. Ống kim loại có thể dùng ống chấn tử anten một đầu buộc tua len ( Hình 1). T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008 46 Quả cầu kim loại là vật khó kiếm, ở đây ta thay quả cầu bằng một đoạn ống nhôm cắt từ ống chấn tử anten dài 1cm. 2.1.2.2.Tiến hành TN: - Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng: + Để tích điện cho thước nhựa ta cọ xát thước nhựa vào miếng nilon . + Đưa đầu thước T đã nhiễm điện lại cạnh đầu M của ống anten (đầu không có tua len) ta thấy đầu M của ống anten bị hút về phía thước nhựa. Chứng tỏ đầu M của ống anten đã bị nhiễm điện trái dấu với thước. Dịch chuyển thước T theo quỹ đạo là vòng tròn đường kính MN thì ống anten quay theo, có thể điều khiển cho ống quay vài vòng hoặc nhiều hơn, việc này phụ thuộc vào độ Nm của không khí (Hình 2). + Đưa nhanh đầu thước nhựa đã nhiễm điện lại gần đầu N của ống anten (đầu có tua len) thấy tua len bị đNy lệch ra xa thước nhựa. Hiện tượng này chứng tỏ đầu N bị nhiệm điện cùng dấu với thước. Chú ý rằng, sau khi đưa thước nhựa lại gần đầu N của ống anten thì thời gian tua len bị đNy rất ngắn, tuy nhiên cũng đủ để quan sát hiện tượng. - Hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc: + Dùng luôn ống anten đặt trên trục quay của TN nói trên làm giá rồi treo mNu nhôm lên giá bằng sợi chỉ khâu (hình 3). Hình 3 Hình 4 T Hình 2 M N Hình 1 Ống chấn tử Nắp chai bằng nhựa Chai Tua len Các điện cực phẳng Lỗ tròn trên nắp bể Dầu biến thế T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008 47 + Tích điện cho thước nhựa T, cho tiếp xúc với mNu nhôm treo trên giá. Sau đó tách thước ra xa mNu nhôm, rồi lại đưa thước lại gần mNu nhôm, thấy mNu nhôm bị đNy ra xa thước. Chứng tỏ mNu nhôm đã bị nhiễm điện cùng dấu với thước. Ngoài việc kiểm chứng các hiện tượng nhiễm nói trên bộ thí nghiêm này còn có thể dùng để khảo sát các hiện tượng nhiễm điện khác. Ví dụ: Cho hai thước nhựa tích điện cùng dấu, đặt một thước trên trục quay, đưa thước kia lại gần thước trên trục quay thì thấy chúng đNy nhau, 2.2. Thí nghiệm khảo sát đường sức điện trường: 2.2.1. Một số hạn chế của bộ TN J-JD14 nhập từ Trung Quốc vào những năm đầu của thí điểm chuyên ban: Khi thực hiện TN, để cả lớp quan sát được kết quả thì cần có máy chiếu vật thể hoặc máy chiếu qua đầu hỗ trợ. Do vậy TN này chỉ đạt được hiệu quả cao khi tiến hành một cách trực diện. Hơn nữa bộ TN này để lâu chất cách điện đã bị bay hơi gần hết, làm giảm độ linh động của các hạt cách điện. Ở Việt Nam, chúng ta chưa sản xuất được bộ thiết bị TN này. 2.2.2. Đề xuất phương án TN: 2.2.2.1.Chu3n bị dụng cụ: - Một bể nhỏ hình hộp chữ nhật trong suốt : Ở đây ta có thể dùng hộp vỏ đĩa CD, bỏ phần lõi cài đĩa, gia công thêm một chút thành khay đựng được dầu cách điện có nắp, trên nắp khoét hai lỗ để lắp các điện cực (Hình 4). - Các điện cực: + Hai qua cầu kim loại có gắn trụ kim loại ( Hình 5). Hai điện cực này có thể dùng hai đinh vít có mũ tròn hoặc hai van xe đạp. + Hai bản kim loại phẳng có gắn trụ kim loại ( Hình 6). - Dầu cách điện: Dùng dầu biến thế. - Mạt cách điện: Dùng tóc cắt ngắn cỡ 1mm. 2.2.2.2.Tiến hành TN: - Lắp điện cực có gắn bi kim loại vào một trong hai lỗ tròn trên nắp bể, điều chỉnh sao cho khi đóng nắp bể thì bi chạm đáy bể. Đổ dầu cách điện và mạt cách điện vào bể rồi khuấy đều. Nối điện cực với một trong hai cực của máy Uyn-sớt rồi quay nhẹ máy Uyn-sớt nạp điện cho quả cầu và gõ nhẹ vào thành bể, ta được điện phổ của một quả cầu tích điện. Ốc để vặn giữ khi lắp vào nắp bể Bản kim loại phẳng Trụ kim loại ф2 Hình 6 Ốc để vặn giữ khi lắp vào nắp bể Bi kim loại R3 Trụ kim loại ф2 Hình 5 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 2/N¨m 2008 48 - Lắp thêm điện cực thứ hai có gắn bi kim loại vào lỗ tròn trên nắp bể, điều chỉnh sao cho khi đóng nắp bể thì bi chạm đáy bể. Nối mỗi điện cực với một cực của máy Uyn-sớt rồi quay nhẹ máy Uyn-sớt nạp điện cho các quả cầu và gõ nhẹ vào thành bể, ta được điện phổ của hai quả cầu tích điện trái dấu. - Thực hiện như cách tạo điện phổ của hai quả cầu tích điện trái dấu, chỉ khác là ta nối cả hai điện cực gắn bi với cùng một cực của máy Uyn-sớt, ta được điện phổ của hai quả cầu tích điện cùng dấu. - Lắp các điện cực có gắn bản kim loại phẳng vào nắp bể, điều chỉnh sao cho khi đóng nắp bể thì hai bản kim loại chạm đáy bể và song song nhau. Nối mỗi điện cực với một cực của máy Uyn-sớt rồi quay nhẹ máy Uyn-sớt nạp điện cho hai bản kim loại và gõ nhẹ vào thành bể, ta được điện phổ của điện trường ở giữa hai tấm kim loại phẳng, rộng, song song tích điện trái dấu có độ lớn bằng nhau. Nếu chụp ảnh các điện phổ trong các thí nghiệm trên ta thu được hình ảnh như các hình 3.5, 3.6a, 3.6b, 3.7 SGK 11 nâng cao. Ngoài ra bộ thí nghiệm này có thể dùng để khảo sát sự phân bố điện tích bằng cách quan sát điện phổ, việc này tuỳ thuộc vào hình dạng của điện cực mà ta chế tạo
3. Kết luận Qua kết quả nghiên cứu có thể kết luận: tất cả các giáo viên vật lý đều có thể tự chế tạo các thiết bị TN khảo sát về các hiện tượng nhiễm điện và TN điện phổ như đã nêu trên. Đồng thời, có thể hướng dẫn HS tự chế tạo mà không mất nhiều thời gian và kinh phí, “tận dụng những vật liệu đơn giản, sẵn có trong cuộc sống hàng ngày, tiết kiệm chi phí cho gia đình và nhà trường, đồng thời giáo dục cho học sinh ý thức tiết kiệm, bảo vệ môi trường” [2]. Thông qua quá trình tự chế tạo thiết bị TN, tự làm TN góp phần tăng cường hứng thú học tập, phát triển tư duy và năng lực sáng tạo cho học sinh, giúp HS nâng cao hiệu quả của quá trình nhận thức. Tóm tắt Bằng các vật liệu đơn giản chế tạo các bộ thiết bị thí nghiệm: 1. Thí nghiệm hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng và do tiếp xúc. 2. Thí nghiệm khảo sát hình ảnh đường sức điện trường của một số điện trường, thay thế cho bộ thí nghiệm J-JD14 của Trung Quốc đã bị lão hoá. Summary Making some experimental device for teaching the part “electric charge, electric field” – the 11th form’s physics Using simple materials makes some experimental device: 1. Experiment of electrified phenomena by response and contact 2. Experiment of picture of electric flux line of electric fields replaces the aged Chinese J-JD14 experiment. Tài liệu tham khảo: [1]. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2002), Chương trình trung học cơ sở môn vật lý (Ban hành kèm theo Quyết định số 03/2002/QĐ-BGD&ĐT ngày 24/01/2002). [2]. Lê Cao Phan (2003), "Sử dụng thiết bị vật lý tự làm", Tạp chí Giáo dục số 58 tháng 5 -2003. [3]. Trần Đức Vượng (2002), "Phương tiện và kỹ thuật dạy học vật lý", Tập bài giảng chuyên đề cao học, ĐHSP Hà Nội – Thái Nguyên.