Sử dụng các dụng cụ hiện có thiết kế một số thí nghiệm dùng để dạy học chương từ trường trong chương trình vật lí lóp 11

Sáng kiến kinh nghiệm

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
MÔ TẢ SÁNG KIẾN
Mã số: … … … …
1. Tên sáng kiến: Sử dụng các dụng cụ hiện có thiết kế một số thí nghiệm dùng
để dạy học chương từ trường trong chương trình vật lí lóp 11.
2. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Chuyên môn môn Vật lý.
3. Mô tả bản chất của sáng kiến:
3.1. Tình trạng giải pháp đã biết:
- Thí nghiệm Vật lí học một trong những khâu quan trọng của quá trình đổi
mới phương pháp dạy học Vật lí là phải tăng cường các hoạt động thực nghiệm của
học sinh trong quá trình học tập. Vì vậy, việc đưa thí nghiệm vào dạy học để học
sinh tiếp cận với con đường nghiên cứu khoa học và hiểu sâu sắc các kiến thức Vật
lí là hết sức cần thiết và có ý nghĩa vô cùng to lớn. Bởi thông qua thí nghiệm, học
sinh sẽ được rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, giáo dục tổng hợp, hình thành tư duy sáng
tạo và tinh thần làm việc tập thể.
- Hiện nay, các trường trung học phổ thông đều được trang bị các dụng cụ
thí nghiệm tối thiểu cho việc dạy học chương này, gồm có bộ thí nghiệm về xác
định lực từ, bộ thí nghiệm xác định thành phần nằm ngang của trái đất và một số
dụng cụ thí nghiệm khác. Nhìn chung, các dụng cụ thí nghiệm phục vụ cho việc
dạy học chương này còn rất thiếu. Ngoài hai bộ thí nghiệm trên thì các trường
cũng chỉ có một số thanh nam châm thẳng, chữ U và kim nam châm, các mạt sắt.
- Nhiều thí nghiệm quan trọng như: thí nghiệm tương tác giữa hai dòng điện
thẳng song song cùng chiều và ngược chiều, tương tác giữa nam châm và dòng
điện... thì hầu hết các trường đều không được trang bị.
- Từ việc phân tích, đánh giá tình trạng thiết bị thí nghiệm trên, chúng tôi
nhận thấy rằng, để giảng dạy chương này tốt hơn, hấp dẫn và đạt hiệu quả hơn thì
chúng ta cần thiết kế, chế tạo thêm một số dụng cụ thí nghiệm biểu diễn khác như
thí nghiệm tác dụng của nam châm lên dòng điện, thí nghiệm tương tác giữa hai

1


Sáng kiến kinh nghiệm

dòng điện thẳng...Chính vì vậy, chúng tôi đề xuất phương án để thiết kế, chế tạo
một số dụng cụ thí nghiệm từ những vật liệu đơn giản, rẻ tiền, dễ tìm trong đời
sống nhằm giảng dạy hiệu quả hơn. Với mong muốn góp phần vào việc đổi mới,
nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học môn Vật lí ở trường phổ thông, tôi chọn
đề tài: “Sử dụng các dụng cụ hiện có thiết kế một số thí nghiệm dùng để dạy học
chương từ trường trong chương trình vật lí lóp 11”.
3.2. Nội dung giải pháp đề nghị công nhận là sáng kiến:
I. Thí nghiệm tác dụng dòng điện lên kim nam châm
- Mục đích thí nghiệm:
Kiểm nghiệm sự tác dụng của dòng điện lên kim nam châm.
- Chế tạo dụng cụ và bố trí thí nghiệm:
Bước 1: Cắt bỏ phần đáy của chai nhựa 1,5l và lấy phần còn lại của chai.
Dùng khoan để khoan hai lỗ trên đường kính của chai, hai lỗ này cách mép chỗ cắt
đi khoảng 1cm.
Bước 2:

Luồn sợi dây đồng

khoảng 50cm vào hai lỗ trên, bẻ phần hai
bên sợi dây đồng dọc theo thân chai và
dùng băng dính cố định lại. Hai đầu sợi
dây được nối với hai dây dẫn qua máy
biến thế (cắm vào nguồn một chiều).
Bước 3: Cắt hai miếng xốp thành
hình chữ V và đặt chai nhựa lên hai khối

Hình 1: Thí nghiệm dòng điện
xốp này theo hướng Bắc - Nam, đảm bảo tác dụng lên kim nam châm
chai ở vị trí nằm ngang cố định. Đặt kim nam châm nằm song song phía dưới dây
dẫn sao cho cách dây khoảng 1cm.
- Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm:
Bật công tắc của biến thế nguồn DC, quan sát thí nghiệm ta thấy kim nam
châm bị lệch khỏi vị trí ban đầu. Nếu tăng cường độ dòng điện lên thì góc lệch của
kim nam châm càng lớn. Nếu đổi chiều dòng điện thì kim sẽ lệch theo chiều ngược

2


Sáng kiến kinh nghiệm

lại. Vậy, dòng điện qua dây dẫn đã tác dụng lực lên kim nam châm làm kim nam
châm bị lệch khỏi vị trí ban đầu.
- Giải thích kết quả thí nghiệm:
Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì xung quanh dây dẫn sẽ có một từ
trường. Từ trường của dòng điện xung quanh dây dẫn đã tác dụng lên kim nam
châm, lực tương tác từ này đã làm kim nam châm bị lệch đi khỏi vị trí ban đầu.
Kim nam châm sẽ định hướng theo hướng của từ trường tổng hợp giữa từ trường
của dòng điện và từ trường trái đất. Khi dòng điện càng lớn thì lực tương tác từ lớn
nên góc lệch càng lớn. Nếu đổi chiều dòng điện thì chiều từ trường dòng điện cũng
thay đổi, dẫn đến hướng lực tác dụng lên nam châm cũng thay đổi theo, điều này
làm cho kim nam châm sẽ quay theo chiều ngược lại.
- Lưu ý:
Do dây dẫn có điện trở nhỏ nên trong quá trình làm thí nghiệm không nên để
dòng điện qua dây trong thời gian dài.
II. Thí nghiệm tác dụng của nam châm lên dòng điện

- Mục đích thí nghiệm:
Kiểm nghiệm sự tác dụng của nam châm lên dòng điện.
- Chế tạo dụng cụ và bố trí thí nghiệm:
Bước 1: Đục một lỗ trên nắp chai
nhựa và luồn qua nó đoạn dây đồng dài
10cm. Đoạn dây đồng phía trong nắp chai
nhựa bẻ lại thành vòng tròn nhỏ, đầu còn
lại nối với dây dẫn qua biến thế nguồn. Lấy
một đoạn dây đồng dài khoảng 20cm, một
đầu để tự do đầu còn lại móc vào vòng tròn
trên và cũng uốn thành vòng tròn để nó có
thể chuyển động tự do trên vòng tròn thứ
nhất.
Bước 2: Trên chai nhựa này, đục một

3

Hình 2: Thí nghiệm nam châm
tác dụng lên dòng điện trong
dung dịch CuSO4


Sáng kiến kinh nghiệm

lỗ cách đáy chai nhựa khoảng 7cm. Luồn một đoạn dây đồng vào bên trong lỗ này
dài khoảng 5cm, sau đó bẻ cong phần dây còn nằm ngoài chai và nối nó với dây
dẫn qua máy biến thế.
- Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm:
Cho 250ml dung dịch

CuSO4

vào chai nhựa sao cho nó ngập hai đoạn dây đồng

trên. Bật công tắc nguồn điện và cho dòng điện qua dây dẫn, quan sát thấy: nếu
không đưa nam châm lại gần dây dẫn thì dây dẫn vẫn nằm yên, còn nếu cho nam
châm chuyển động lại gần hoặc đưa ra xa dòng điện thì thấy dây dẫn cũng chuyển
động bên trong dung dịch. Vậy, nam châm đã tác dụng lực lên dòng điện làm cho
dây dẫn chuyển động qua lại bên trong chai nhựa.
- Giải thích kết quả thí nghiệm:
Khi đóng mạch điện thì có một dòng điện chạy qua sợi dây đồng, dòng điện
này đặt trong từ trường của nam châm (khi đưa nam châm lại gần dây dẫn). Chính
vì vậy, dòng điện sẽ chịu tác dụng của lực từ làm cho dây dẫn chuyển động qua lại
(một đầu sợi dây đồng để tự do).
- Lưu ý:
- Có thể thay nam châm loa bằng thanh nam châm thẳng.
- Từ trường nam châm phải mạnh mới có thể làm dây dẫn chuyển động.
III. Thí nghiệm tạo từ phổ trong không gian của thanh nam châm
thẳng
- Mục đích thí nghiệm:
Minh họa hình ảnh từ phổ của thanh nam châm thẳng trong không gian ba
chiều.
- Chế tạo dụng cụ và bố trí thí nghiệm:

4


Sáng kiến kinh nghiệm

Bước 1: Cho 1g mạt sắt vào trong chai

nhựa, sau đó cho 0,5l dầu ăn vào trong chai
(không đổ dầu ăn đầy chai nhựa mà chiếm
khoảng 80% thể tích của chai).
Bước 2: Lồng thanh nam châm vào
trong ống nhựa và đưa ống nhựa vào trong
chai. Ở đầu trên của ống nhựa dùng cây kim
xỏ qua đường kính ống nhựa để giữ cho ống
nhựa ở vị trí thẳng đứng cách đáy chai Hình 3: Hình ảnh từ phổ
trong không gian
khoảng 5 cm.
- Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm:
Lắc nhẹ chai nhựa để cho các mạt sắt chuyển động bên trong chai. Quan sát
các mạt sắt thấy chúng sắp xếp thành những đường cong bên trong chai. Ở hai đầu
thanh nam châm các mạt sắt định xứ là nhiều nhất, còn ở giữa thanh nam châm là ít
nhất. Sự sắp xếp của các hạt mạt sắt như trên gọi là hình ảnh từ phổ của thanh nam
châm thẳng trong không gian.
- Giải thích kết quả thí nghiệm:
Khi các hạt mạt sắt đặt trong từ trường thì dưới tác dụng của từ trường các
mạt sắt bị từ hóa và chúng biến thành những nam châm nhỏ. Các nam châm này sẽ
định hướng dọc theo các đường sức từ của thanh nam châm. Sự sắp xếp của các
mạt sắt cho ta biết hình ảnh đường sức từ của thanh nam châm. Hình ảnh đó gọi là
từ phổ.
- Lưu ý:
+ Có thể thay dầu ăn bằng glycerin.
+ Nếu không có thanh nam châm ta có thể dùng các viên nam châm, rồi
ghép lại với nhau.
IV. Thí nghiệm tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song
- Mục đích thí nghiệm:

5

Sáng kiến kinh nghiệm

Kiểm nghiệm sự tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song với tính
chất: hai dòng điện thẳng song song cùng chiều thì hút nhau, hai dòng điện thẳng
song song ngược chiều thì đẩy nhau.
 Phương án 1: Tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song được tạo ra từ
hai nguồn điện
- Chế tạo dụng cụ và bố trí thí nghiệm:
Bước 1: Dùng dùi sắt có đường kính
1mm đã nung đỏ để dùi vào mỗi chai nhựa 4
lỗ, 2 lỗ ở gần miệng chai và 2 lỗ ở gần đáy
chai sao cho khoảng cách giữa chúng khoảng
20cm và đường nối 2 lỗ vuông góc với chai.
Đổ hạt ngô vào bên trong chai để chai luôn ở
vị trí thẳng đứng.
Bước 2: Cắt dây điện từ thành 4 đoạn,
mỗi đoạn dài khoảng 30cm, cạo bỏ lớp cách Hình 4: Thí nghiệm tương tác
giữa hai dòng điện thẳng song
điện ở đầu mỗi đoạn, tiếp tục tạo 2 đoạn dây
song (phương án 1)
điện nhỏ dài khoảng 30cm. Sau đó, ta nối 6 đoạn dây trên thành 2 dây dẫn theo thứ
tự: dây điện từ - dây điện – dây điện từ.
Bước 3: Luồn 2 dây dẫn trên vào 4 lỗ của mỗi chai nhựa.
- Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm:
+ Sau khi luồn hai dây dẫn vào hai chai nhựa, ta sẽ điều chỉnh dây dẫn để tạo
ra một đoạn dây dẫn dài 30cm song song với trục chai nhựa và cách trục của chai
khoảng 7cm. Hai đầu của dây được nối với máy biến thế, ta cũng làm tương tự đối
với chai nhựa còn lại.

+ Đặt hai chai nhựa trong mặt phẳng thẳng đứng sao cho hai đoạn dây dẫn
song song cách nhau 1cm và hai đoạn dây này cùng đồng phẳng.
+ Bật công tắc nguồn của hai máy biến thế và cho dòng điện vào dây dẫn, ta
có thể điều chỉnh cách cho chiều dòng điện chạy vào dây dẫn và độ lớn dòng điện
mà hai dây dẫn có thể hút nhau hoặc đẩy nhau. Nếu cho chiều dòng điện chạy từ
6


Sáng kiến kinh nghiệm

trên xuống thì thấy hai dòng điện hút nhau, nếu đổi một trong hai chiều dòng điện
thì hai dòng điện đẩy nhau.
- Giải thích kết quả thí nghiệm:
Khi đặt 2 dây dẫn song song nhau rồi
cho dòng điện chạy qua thì mỗi dây dẫn sẽ

ur
F1

tạo ra một từ trường có như hình bên. Dòng
điện này đặt trong từ trường của dòng kiện
kia nên hai dòng điện tương tác với nhau.
Vận dụng quy tắc bàn tay trái xác định lực từ
Hình 5: Minh họa TN sự
tương tác giữa hai dòng điện
thẳng
dòng điện cùng chiều thì lực từ tác dụng lên hai dòng điện sẽ hướng vào nhau hay
tác dụng lên mỗi dòng điện, thấy rằng khi hai

hai dòng điện cùng chiều thì hút nhau. Còn khi hai dòng điện ngược chiều thì lực

từ tác dụng lên mỗi dòng điện hướng ra xa nhau hay hai thì hút nhau.
 Phương án 2: Tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song được tạo ra từ
một nguồn điện
- Chế tạo dụng cụ và bố trí thí nghiệm:
Cách chế tạo DCTN ở phương án
này cũng tương tự như cách chế tạo
DCTN ở phương án 1. Tuy nhiên, Ở
phương án này, vì ta chỉ sử dụng một
nguồn điện nên ta phải nối hai đầu tự do
của dây dẫn ở mỗi chai lại với nhau, sau
đó ta nối với nguồn điện.
- Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí
Hình 6: Thí nghiệm tương tác giữa
hai dòng điện thẳng song song
+ Khi cho dòng điện vào hai dây dẫn thì tùy theo cách nối mà hai dòng điện

nghiệm:

có thể hút nhau hoặc đẩy nhau
- Giải thích kết quả thí nghiệm:

7


Sáng kiến kinh nghiệm

Cách giải thích thí nghiệm ở phương án này cũng tương tự như trong phương
án 1 đã nêu trên.
 Phương án 3: Tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song trong mặt
phẳng nằm ngang

- Chế tạo dụng cụ và bố trí thí nghiệm:
Trong phương án này, ta cũng chỉ sử
dụng một nguồn điện. Ở đây ta sử dụng
một dây dẫn dài khoảng 1m. Vì vậy, cách
nối để tạo thành một dây dẫn theo thứ tự:
dây điện từ - dây diện – dây điện từ - dây
điện – dây điện từ và phải bố trí sao cho
hai đoạn dây diện phải nằm song song cách
Hình 7: Thí nghiệm tương tác
giữa hai dòng điện thẳng song
- Tiến hành TN và kết quả thí nghiệm:
song (phương án 3)
+ Nối hai đầu của dây dẫn trên vào nguồn điện và cho dòng điện tăng dần

nhau 1cm trong mặt phẳng nằm ngang.

lên thì ta thấy hai dòng điện đẩy nhau.
- Giải thích kết quả thí nghiệm:
Cách giải thích thí nghiệm ở phương án này cũng tương tự như trong phương
án 1 đã nêu trên.
- Lưu ý:
+ Do đoạn dây dẫn được chọn làm thí nghiệm ngắn nên điện trở dây rất nhỏ.
Vì vậy, trước khi thực hiện thí nghiệm cần xác định điện trở của dây trước để đảm
bảo dòng điện không làm cháy cầu chì của máy biến thế.
+ Vì thí nghiệm này rất khó quan sát do lực tương tác giữa hai dây dẫn quá
nhỏ (công thức lực tương tác F = 2.10−7

I1.I 2
l ). Vì vậy, khi cường độ dòng điện qua
r

dây nhỏ thì hiện tượng hầu như không xảy ra nên trong quá trình làm thí nghiệm ta
cần phải tăng cường độ dòng điện lên và chính điều này dễ làm cháy cầu chì máy
biến thế. Để hạn chế điều này ta cần mắc thêm ampe kế để theo dõi độ lớn dòng
điện qua máy biến thế.
8


Sáng kiến kinh nghiệm

+ Việc giữ để chai nhựa luôn ở vị trí thẳng đứng có nhiều cách, có thể cố
định vị trí chai, hoặc cho đất hoặc cát biển vào bên trong chai. Trong các thí
nghiệm này, tôi dùng hạt ngô là vì nó sạch và không bị rơi ra ngoài qua các lỗ luồn
dây dẫn.
+ Việc chọn loại dây dẫn để làm thí nghiệm là cực kỳ quan trọng, quyết định
nhất trong thí nghiệm này. Bởi nếu chọn dây không phù hợp thì hiện tượng không
xảy ra. Vì vậy, nên chọn hai loại dây dẫn sao cho đoạn dây được chọn để quan sát
hiện tượng xảy ra phải mảnh và nhẹ (chọn loại dây điện không vỏ ở trong các ruột
dây điện) còn đoạn còn lại thì có thể dùng dây điện từ loại Φ 0,5mm .
+ Khi thao tác với dòng điện lớn thì ta phải thao tác rất nhanh chóng để giảm
thiểu cháy cầu chì của máy biến thế.
3.3. Khả năng áp dụng của giải pháp:
- Giúp giáo viên có một nguồn tài liệu tham khảo về cách thiết kế, chế tạo
thí nghiệm dùng để dạy học vật lí trong chương từ trường.
- Tăng cường các hoạt động thực nghiệm của học sinh trong quá trình học
tập. giúp các em nắm vững kiến thức hơn.
3.4. Hiệu quả, lợi ích thu được do áp dụng sáng kiến:
Qua thực tế dạy học chương từ trường ở lớp 11, chúng tôi nhận thấy rằng
việc đưa thêm những thí nghiệm trên vào dạy học là hết sức khả thi, học sinh thích
thú, sôi nổi và hứng thú hơn. Như vậy có thể khẳng định, chính thí nghiệm là yếu

tố góp phần vào thành công của một tiết dạy, nó giúp học sinh có khả năng phát
huy tính tích cực, sáng tạo và hình thành năng lực nghiên cứu khoa học. Qua đó,
giáo viên có thể tham khảo để thiết kế, chế tạo thí nghiệm phục vụ dạy học cho
trường mình, góp phần hạn chế tình trạng dạy chay mà hiện vẫn còn phổ biến ở
nhiều trường.
Mặc dù đã cố gắng nhiều trong quá trình nghiên cứu đề tài này, nhưng với
năng lực chuyên môn có hạn cũng như sự hạn chế về thời gian. Rất mong nhận
được sự trao đổi, góp ý chân thành từ phía đồng nghiệp và các em học sinh. Hy
vọng sáng kiến kinh nghiệm này sẽ góp phần nâng cao được chất lượng dạy và học
vật lí ở trường THPT hiện nay.
9


Sáng kiến kinh nghiệm

3.5. Tài liệu tham khảo:
1. Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên), Nguyễn Xuân Chi,
Đàm Trung Đồn, Bùi Quang Hân, Đoàn Duy Hinh (2006), Sách giáo khoa Vật
lí 11, NXB Giáo dục, Hà Nội.
2. Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên), Nguyễn Xuân Chi,
Đàm Trung Đồn, Bùi Quang Hân, Đoàn Duy Hinh (2007), Sách giáo viên Vật
lí 11, NXB Giáo dục, Hà Nội.
3. Phạm Đình Cương (2002), Thí nghiệm vật lí ở trường trung học phổ thông,
NXB giáo dục, Hà Nội.
4. Nguyễn Ngọc Hưng (2009), Thí nghiệm vật lí với dụng cụ tự làm từ chai nhựa
và vỏ lon, tập 1,2, NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội.
5. Nguyễn Ngọc Hưng, Thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn
giản trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, Đại học sư phạm – Đại học Quốc
gia Hà Nội.
Bến Tre, ngày 14 tháng 3 năm 2018

10