Máy tĩnh điện Van De Graaff trong dạy học vật lí

Trong dạy học Vật lí, các thiết bị thí nghiệm có vai trò rất quan trọng trong việc góp phần phát triển kĩ năng thực nghiệm, tư duy sáng tạo của học sinh. Đặc biệt là các thí nghiệm tự tạo. Thí nghiệm tự chế gọn nhẹ, nguyên tắc hoạt động đơn giản vẫn cho kết quả chính xác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Máy tĩnh điện Van De Graaff trong dạy học vật líJOURNAL OF SCIENCE OF HNUEEducational Sci., 2016, Vol. 61, No. 8B, pp. 165-169This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vnDOI: 10.18173/2354-1075.2016-0171MÁY TĨNH ĐIỆN VAN DE GRAAFF TRONG DẠY HỌC VẬT LÍNguyễn Ngọc Hưng1 , Nguyễn Minh Thuần21 Khoa1 TrườngVật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà NộiTrung học Phổ thông Tháp Mười, Đồng ThápTóm tắt. Trong dạy học Vật lí, các thiết bị thí nghiệm có vai trò rất quan trọng trong việcgóp phần phát triển kĩ năng thực nghiệm, tư duy sáng tạo của học sinh. Đặc biệt là các thínghiệm tự tạo [5]. Thí nghiệm tự chế gọn nhẹ, nguyên tắc hoạt động đơn giản vẫn cho kếtquả chính xác. Do đó, giáo viên nên tổ chức cho học sinh tự chế tạo máy tĩnh điện và sửdụng thiết bị để mô tả hoặc giải thích các hiện tượng tĩnh điện trong chương trình vật lí 11như: sự nhiễm điện của các vật, sự phân bố điện tích trên bề mặt vật dẫn, kiểm chứng độlớn lực tương tác giữa hai điện tích [9]. Các hoạt động sẽ góp phần kích thích hứng thú họctập của học sinh.Từ khóa: Chế tạo và sử dụng máy tĩnh điện.1.Mở đầuSự cần thiết phải chế tạo máy tĩnh điện: Hiện tượng tĩnh điện thường xuyên xuất hiện trongtự nhiên. Nó ảnh hưởng đến đời sống và sức khỏe con người. Do đó, việc dạy cho học sinh (HS)các kiến thức về tĩnh điện có vai trò rất quan trọng, nhưng hiện nay các trường phổ thông chỉ đượctrang bị máy phát hưởng ứng tĩnh điện (Wimshurst machine) và máy phát tia lửa điện kiểu tự cảm(Induction coil). Các thiết bị (TB) này có nhiều ưu điểm như gọn nhẹ, dễ thực hiện trong điều kiệnkhí hậu ẩm[6], nhưng vẫn còn một số hạn chế như: tạo ra điện thế chưa cao, điện thế không ổnđịnh,nguyên tắc hoạt động phức tạp, dễ rò rỉ điện tích, thực hiện được rất ít thí nghiệm (TN) liênquan đến tĩnh điện mà giá thành lại cao. Ngoài ra còn có máy tĩnh điện (MTĐ) dùng mạch nắndòng bội áp, MTĐ dùng bộ tụ điện mắc nối tiếp của tác giả Trần Ngọc Chất, TB tạo ra điện áp lớnvà có tính ổn định nhưng giá thành lại cao [6]. Trên những cơ sở đó, chúng tôi đã tổ chức cho HShoạt động ngoại khóa chế tạo MTĐ từ những vật liệu rẻ tiền nhưng tạo ra điện thế cao và sử dụngMTĐ để thực hiện một số TN liên quan đến tĩnh điện, nhằm phát triển kĩ năng thực nghiệm và tưduy sáng tạo của HS.2.2.1.Nội dung nghiên cứuCấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy tĩnh điện Van de Graaffa. Máy tĩnh điệnVan de graaff 1 trục lăn [9]Cấu tạo:+ Hai quả cầu bằng kim loại (inox) có đường kính 30cm và 7cm.Ngày nhận bài: 25/7/2016. Ngày nhận đăng: 23/9/2016.Liên hệ: Nguyễn Minh Thuần, e-mail: nminhthuan9999@gmail.com165Nguyễn Ngọc Hưng, Nguyễn Minh Thuần+ Hai con lăn+ Băng tải bằng nhựa+ 1 mô tơ sử dụng điện 1 chiều 24V+ 1 bộ nguồn 24V+ Hệ thống bánh răng quay bằng tay+ Một hộp nhựa bọc bên ngoài+ Hai chổi quét đặt gần hai con lăn+ Đế bằng gỗHình 1. Máy tĩnh điện Van de graaff 1 trục lănb. Máy tĩnh điện 5 trục lănHình 2. Máy tĩnh điện Van de graaff 5 trục lăn+ Hai vỏ kim loại bằng lon bia+ Hai con lăn+ 5 băng tải bằng nhựa+ 1 mô tơ sử dụng điện xoay chiều 220V+ 5 chổi quét đặt gần con lăn 2166Máy tĩnh điện Van de Graaff trong dạy học Vật lí+ Đế bằng kim loạic. Nguyên tắc hoạt động của máy tĩnh điệnKhi máy tĩnh điện Van de graaff hoạt động do ma sát giữa 2 con lăn và băng tải, nên trênbăng tải và 2 con lăn xuất hiện điện tích. Phần băng tải đi xuống tích điện âm, và điện tích âm theochổi quét 2 đi ra ngoài. Phần băng tải đi lên tích điện dương nên electron ở quả cầu kim loại theochổi quét 1 đi xuống băng tải làm quả cầu kim loại tích điện dương. Nếu băng tải tiếp tục chuyểnđộng quả cầu kim loại sẽ tạo ra điện thế rất cao tới vài nghìn vôn. Nếu vật dẫn để gần sẽ xảy rahiện tượng phóng điện trong không khí, tạo ra tia lửa điện [7-9].Ngoài tính năng hoạt động với nguồn điện 0-24V, máy Van de graaff còn có thể hoạt độngbằng cơ thông qua hệ thống bánh răng. Tốc độ quay bằng tay gần bằng tốc độ của thiết bị hoạtđộng với nguồn điện 9V.Máy tĩnh điện Van de graaff gồm 5 trục lăn có thể điều chỉnh tốc độ quay, điện thế ổn địnhvà tạo ra điện thế cao hơn máy tĩnh điện Van de graaff 1 trục lăn. Ngoài ra nếu cho 2 máy tĩnhđiện hoạt động trong điều kiện chân không thì độ lớn điện thế của quả cầu là không đổi, có thểtiến hành nhiều TN tĩnh điện trong chương trình vật lí 11 phổ thông.2.2.Tổ chức hoạt động ngoại khóa chế tạo máy tĩnh điệnTrong dạy học Vật lí (VL), GV ngoài việcsử dụng dụng cụ TN để dạy kiến thức vật lí mà cònphải biết tổ chức cho HS chế tạo các dụng cụ TN.Qua đó, góp phần phát triển năng lực sáng tạo choHS. Có thể tổ chức cho HS chế tạo máy phát tĩnhđiện thông qua hoạt động ngoại khóa. Giáo viên(GV) có thể chia lớp học ra thành nhiều nhóm vàtạo ra nhiều tình huống học tập. Hay yêu cầu cácnhóm đề xuất phương án thiết kế chế tạo một máyphát tĩnh điện đơn giản từ những vật liệu có sẵn[4]. Từ những nhiệm vụ đó, GV cho HS tìm hiểuvề máy phát tĩnh điện qua internet. GV có thể t ...