Chế tạo một số thiết bị thí nghiệm dùng cho dạy học phần điện tích, điện trường Vật lý 11

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