Giáo án Bài 15. Tác dụng của dòng điện xoay chiều

Huy động hiểu biết ban đầu của HS về tác dụng của dòng điện; xác định vấn đề cần giải quyết: vì sao bếp điện nóng dù chiều dòng luân phiên.

GV nêu tình huống: “Bếp điện đun nước rất nóng, nhưng dòng điện trong ổ cắm đổi chiều liên tục. Vậy dòng điện đổi chiều có làm bếp nóng không?”
GV hỏi thêm: “Theo em, dòng điện có thể tác dụng lên vật bằng những cách nào? Dòng xoay chiều có khác dòng một chiều ở điểm nào?”
HS ghi dự đoán cá nhân vào vở trong 1 phút rồi chia sẻ với bạn bên cạnh.

Các dự đoán ban đầu của HS, ví dụ: “Dòng điện làm vật nóng lên”, “Dòng điện tạo từ trường”, “Có lẽ dòng đổi chiều thì không nóng nữa”. GV ghi các dự đoán lên bảng để đối chiếu cuối tiết. Vấn đề cần giải quyết: giải thích tác dụng nhiệt, tác dụng từ và an toàn điện của dòng xoay chiều.

Nêu được dòng xoay chiều qua điện trở vẫn tỏa nhiệt; giải thích được cơ sở bằng nhiệt tỉ lệ với $i^2$ luôn dương.

HS làm việc theo cặp với mô phỏng “Dây nung 6 Ω quấn lò xo trên hai trụ sứ” mắc nối tiếp với nguồn xoay chiều 12 V (có thể làm chậm còn 1 Hz).
Nhiệm vụ 1: Quan sát và ghi lại trạng thái dây nung khi dòng đổi chiều.
Nhiệm vụ 2: Tính công suất tỏa nhiệt của dây nung theo công thức $P = \dfrac{U^2}{R}$ với $U = 12\,\mathrm{V}$, $R = 6\,\Omega$.
Nhiệm vụ 3: Hoàn thành Phiếu học tập số 1 (phần tác dụng nhiệt).
Câu hỏi GV đặt ra: “Khi dòng đổi chiều, dây nung có ngừng nóng không? Vì sao?”

Dây nung nóng đỏ ở cả hai chiều dòng điện; $P = \dfrac{12^2}{6} = 24\,\mathrm{W}$.
Giải thích: nhiệt lượng tỏa ra tỉ lệ với $i^2$ luôn dương nên không phụ thuộc chiều dòng.
Kết luận HS rút ra: Tác dụng nhiệt: dòng xoay chiều qua điện trở vẫn có thể tỏa nhiệt.
Vận dụng cho bếp điện: năng lượng điện chuyển thành nhiệt trong điện trở ở cả hai chiều dòng.

Nêu được từ trường và tương tác từ có thể thay đổi theo dòng; phân biệt được tác dụng từ của dòng xoay chiều và dòng một chiều qua hiện tượng quan sát.

HS làm việc theo nhóm 4 với mô phỏng “Nam châm điện có tấm thép trên tay đòn” và “la bàn” mắc nối tiếp trong cùng mạch nguồn xoay chiều 12 V.
Nhiệm vụ 1: Quan sát nam châm điện hút tấm thép ở cả hai chiều dòng.
Nhiệm vụ 2: Quan sát kim la bàn khi dòng xoay chiều ở tần số 1 Hz và khi chuyển sang 50 Hz.
Nhiệm vụ 3: So sánh với trường hợp dòng một chiều (ghi vào Phiếu học tập số 1, phần tác dụng từ).
Câu hỏi GV đặt ra: “Vì sao nam châm điện vẫn hút tấm thép khi dòng đổi chiều?”

Nam châm điện luôn hút tấm thép ở cả hai chiều dòng.
Kim la bàn lắc qua lại theo chiều dòng khi tần số 1 Hz; ở 50 Hz chỉ rung nhẹ; với dòng một chiều thì lệch hẳn một phía.
Kết luận HS rút ra: Tác dụng từ: từ trường và tương tác có thể thay đổi theo dòng.

Nêu được điện lưới nguy hiểm, chỉ dùng mô hình thấp áp được duyệt; giải thích được vì sao không dùng người làm vật thử tác dụng sinh lí của điện; phân biệt được tác dụng nhiệt, tác dụng từ và an toàn điện.

HS làm việc theo cặp đôi, hoàn thành Phiếu học tập số 2 (phân biệt ba khái niệm và nhận định về an toàn).
Nhiệm vụ 1: Xem mô phỏng “Nguồn điện thấp áp 12 V” và đọc phần kết luận về an toàn điện trong trang bài học.
Nhiệm vụ 2: Trả lời câu hỏi “Vì sao không dùng người làm vật thử tác dụng sinh lí của điện?”
Nhiệm vụ 3: Nhận xét nhận định: “Dòng xoay chiều đổi chiều nên không thể gây điện giật.”
Câu hỏi GV đặt ra: “Tác dụng sinh lí của điện có khác tác dụng nhiệt, tác dụng từ ở điểm nào?”

Điện lưới nguy hiểm; chỉ dùng mô hình thấp áp được duyệt, không tự tháo ổ điện.
Dòng qua cơ thể có thể gây tử vong, không thể thử an toàn bằng cảm giác.
Nhận định “đổi chiều nên không gây điện giật” là sai, vì tác dụng sinh lí vẫn nguy hiểm; không có liên hệ an toàn như vậy.
Kết luận HS rút ra: An toàn điện: điện lưới nguy hiểm, chỉ dùng mô hình thấp áp được duyệt.

Vận dụng kiến thức để trả lời đúng các câu hỏi trắc nghiệm và ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng.

HS làm nhanh các bài tập 1 đến 5 trong bài học (trắc nghiệm và ghép đôi), có thể dùng phần bài tập tương tác trên trang NeoEdu.
Câu 1: Đặc điểm của tác dụng nhiệt là: A. dòng xoay chiều qua điện trở vẫn có thể tỏa nhiệt; B. đổi chiều nên không tỏa nhiệt; C. chỉ có ở pin.
Câu 2: Đặc điểm của tác dụng từ là: A. chỉ vật đứng yên mới có từ; B. từ trường và tương tác có thể thay đổi theo dòng; C. dòng xoay chiều không tạo từ trường.
Câu 3: Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng.
Câu 4: Nhận định “Dòng xoay chiều đổi chiều nên không thể gây điện giật” đúng hay sai?
Câu 5: Điền thuật ngữ phù hợp cho mô tả “điện lưới nguy hiểm, chỉ dùng mô hình thấp áp được duyệt”.

Câu 1: A.
Câu 2: B.
Câu 3: Tác dụng nhiệt – dòng xoay chiều qua điện trở vẫn có thể tỏa nhiệt; Tác dụng từ – từ trường và tương tác có thể thay đổi theo dòng; An toàn điện – điện lưới nguy hiểm, chỉ dùng mô hình thấp áp được duyệt.
Câu 4: Sai. Tác dụng sinh lí vẫn nguy hiểm; không có liên hệ an toàn như vậy.
Câu 5: An toàn điện.

Giải thích được vì sao bếp điện nóng dù dòng đổi chiều; bác bỏ được nhận định sai về điện giật và nêu được hệ quả.

HS làm việc theo nhóm 2–4, hoàn thành hai tình huống:
Tình huống 1: Vì sao bếp điện có thể nóng dù chiều dòng luân phiên?
Tình huống 2: Một bạn khẳng định: “Dòng xoay chiều đổi chiều nên không thể gây điện giật.” Hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.
Câu hỏi GV đặt ra: “Ở tình huống 1, năng lượng đi đâu khi dòng qua điện trở?” ; “Ở tình huống 2, cơ thể người có an toàn khi có dòng đi qua không?”

Tình huống 1: Năng lượng chuyển thành nhiệt trong điện trở ở cả hai chiều; không lấy đổi chiều để kết luận tổng tác dụng bằng 0.
Tình huống 2: Lí do: Tác dụng sinh lí vẫn nguy hiểm; không có liên hệ an toàn như vậy. Hệ quả: Em có thể chạm điện lưới vì tưởng đổi chiều là an toàn, gây tai nạn nghiêm trọng. Phát biểu sửa đúng: Dòng xoay chiều vẫn có thể gây điện giật nên chỉ được dùng nguồn thấp áp đã được duyệt.
Gợi ý chấm: 40% xác định đúng dữ kiện và quan hệ khoa học; 40% suy luận; 20% kết luận và điều kiện an toàn.

Vận dụng kiến thức về tác dụng nhiệt, tác dụng từ và an toàn điện để đề xuất thông điệp phòng tránh tai nạn điện trong đời sống.

GV giao nhiệm vụ: Mỗi HS viết 3 câu khuyến cáo an toàn điện cho em nhỏ trong gia đình, dựa trên kiến thức của bài. Mỗi câu phải có căn cứ khoa học (nêu được tác dụng nhiệt, tác dụng từ hoặc an toàn điện).
Câu hỏi GV đặt ra: “Vì sao em không được tự ý chạm vào ổ điện dù dòng đổi chiều?”

Ba câu khuyến cáo, ví dụ: “Không chạm tay vào ổ điện hoặc dây điện, vì dòng điện lưới có thể gây nguy hiểm dù đổi chiều.”; “Bếp điện nóng vì điện năng chuyển thành nhiệt ở cả hai chiều, nên không được để vật dễ cháy gần bếp.”; “Chỉ thực hành với mô hình thấp áp khi thầy cô hướng dẫn.”