(SKKN CHẤT 2020) hệ thống các bài tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG môn vật lí 11 và 12

Bài 2: TT Lờ Bà Bà Bà Bà Ng Bà Bài 17: Về nội dung 7.1 Bài 19: Khả áp dụn 7.2 Bà Bà 10 Đá dụ Bài 26: Bà 10.1 đư Bài 29: Bà 10.2 đư download by : skknchat@gmail.com 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham áp dụng sáng kiến lần đầu BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung, bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí nói riêng cho kỳ thi tuyển học sinh giỏi vấn đề cấp quản lý, giáo viên trực tiếp giảng dạy quan tâm, trăn trở Đây công việc hàng năm, khó khăn thường nhiều thuận lợi có ý nghĩa trường THPT Kết thi học sinh giỏi số lượng chất lượng tiêu chí quan trọng, phản ánh lực, chất lượng dạy học trường, giáo viên học sinh Thực trạng trình độ nhận thức học sinh THPT chưa cao, đặc biệt học sinh vùng nông thôn, trung du phân phối thời gian cho học tập cịn so với lượng kiến thức SGK thiếu thốn sách tham khảo nên việc nhận dạng phân loại, tổng hợp dạng toán để xác định cách giải tốn khó khăn phần lớn học sinh Trong trình dạy học bồi dưỡng HSG vật lý 11,12 dạy phần cảm ứng điện từ nhận thấy em gặp khó khăn làm tập phần Đa số em làm toán đơn giản Đây dạng tốn khó phức tạp Vậy làm để học sinh giải tốn khó cảm ứng điện từ cách dễ dàng đơn giản? Để giải vấn đề bước vào nghiên cứu đề tài “Hệ thống tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG môn Vật Lí 11 12” Để từ giúp em học sinh có nhìn tổng qt tập cảm ứng điện từ khơng cịn cảm thấy khó khăn gặp dạng tốn Tên sáng kiến: “Hệ thống tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG mơn Vật Lí 11 12” Tác giả sáng kiến - Họ tên: Nguyễn Thị Thu Hà - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu, Yên Lạc, Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0988298140 E_mail: nguyenthithuhasp2@gmail.com Chủ đầu tư sáng kiến download by : skknchat@gmail.com - Họ tên: Nguyễn Thị Thu Hà - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu, Yên Lạc, Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0988298140 E_mail: nguyenthithuhasp2@gmail.com Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Ôn tập học sinh giỏi Vật Lí 11, 12 Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử Ngày 01/ 01/ 2017 Mô tả chất sáng kiến Về nội dung sáng kiến 1 Cơ sở lí thuyết 1 Hiện tượng cảm ứng điện từ - Hiện tượng cảm ứng điện từ tượng xuất suất điện động cảm ứng mạch điện kín có biến đổi từ thông qua mạch + Suất điện động cảm ứng Trong mạch kín: Trong mạch điện kín, độ lớn suất điện động cảm ứng xác định định luật Fa-ra-đay; chiều dòng điện cảm ứng xác định định luật Len-xơ: * Điện luật Fa-ra-đay: ( * (3.1) độ biến thiên từ thông thời gian ; N số vòng dây mạch) Định luật Len-xơ: Dịng điện cảm ứng có chiều cho từ thơng mà sinh qua mạch kín chống lại biến thiên từ thơng sinh + Trong đoạn dây có chiều dài l chuyển động với vận tốc v từ trường , chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây xác định quy tắc “Bàn tay phải”: * Độ lớn suất điện động cảm ứng: * Quy tắc “Bàn tay phải”: download by : skknchat@gmail.com Đặt bàn tay phải hứng đường sức từ, ngón tay chỗi hướng theo chiều chuyển động đoạn dây dẫn, chiều từ cổ tay đến ngón cịn lại chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây Chú ý: Có thể coi đoạn dây dẫn nguồn điện chiều từ cổ tay đến ngón cịn lại chiều từ cực âm sang cực dương nguồn điện 1 TỰ CẢM Hiện tượng tự cảm - Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ mạch điện biến đổi dịng điện mạch gây - Hệ số tự cảm: - Suất điện động tự cảm: ( độ biến thiên dòng điện mạch thời gian ; L hệ số tự cảm mạch điện) Năng lượng từ trường - Năng lượng từ trường: - Mật độ lượng từ trường: (3.6) (V thể tích vùng không gian từ trường) Phương pháp giải tập download by : skknchat@gmail.com Với dạng tập tượng cảm ứng điện từ \ - Xác định xem mạch mạch kín hay đọan dây chuyển động - Nếu mạch kín thì: + Độ lớn suất điện động cảm ứng: + Chiều dòng điện cảm ứng: Áp dụng định luật Len-xơ: ; ngược chiều với N số vòng dây mạch chiều với - Nếu đoạn dây chuyển động thì: + Độ lớn suất điện động cảm ứng: + Chiều dòng điện cảm ứng: Áp dụng quy tắc “Bàn tay phải”: tay, đâm vào lịng bàn hướng theo ngón chỗi ra, I chiều với ngón cịn lại - Một số ý: + Từ thơng mạch biến thiên do: biến thiên (do chuyển động tương đối nam châm vòng dây, I mạch biến thiên…); S biến thiên (kéo dãn, bóp méo vịng dây…); + biến thiên (quay vòng dây…) Trường hợp đoạn dây dẫn chuyển động từ trường coi đoạn dây dẫn nguồn điện, áp dụng quy tắc “Bàn tay phải” ngón lại chiều từ cực âm sang cực dương nguồn + Cần kết hợp với công thức định luật Ôm để xác định đại lượng điện l, r…: định luật Niu-tơn để xác định đại lượng học v, a, s… 2 Với dạng tập tượng tự cảm - Sử dụng công thức: + Hệ số tự cảm: + Suất điện động tự cảm: + Năng lượng từ trường: + Mật độ lượng từ trường: download by : skknchat@gmail.com (V thể tích vùng khơng gian từ trường) - Một số ý: + Với ống dây hình trụ * Hệ số tự cảm ống dây: * Năng lượng từ trường ống dây: * Mật độ lượng từ trường ống dây: ( độ từ thẩm môi trường ống dây, khơng khí: : Thể tích ống dây) + Kết hợp số công thức: Bài tập vận dụng có lời giải chi tiết Bài 1: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2008 - 2009) Thanh kim loại CD chiều dài l=20cm khối lượng m=100g đặt vng góc với hai ray song song nằm ngang nối với nguồn điện (hình 1) Hệ thống đặt từ trường B hướng thẳng đứng từ xuống B=0,2T Hệ số ma sát CD ray k=0,1 Bỏ qua điện trở ray, điện trở nơi tiếp xúc dòng điện cảm ứng mạch Lấy g=10m/s2 a) Biết CD trượt sang trái với gia tốc a=3m/s2 Xác định chiều độ lớn dòng điện I qua CD b) Nâng hai đầu A, B ray lên để ray hợp với mặt phẳng ngang góc =30o Tìm hướng gia tốc chuyển động thanh, biết bắt đầu chuyển động không vận tốc đầu HƯỚNG DẪN GIẢI a) Các lực tác dụng lên hình vẽ - Do trượt sang trái nên lực F hướng sang trái Theo quy tắc bàn tay trái, dòng điện I qua có chiều từ D đến C download by : skknchat@gmail.com P - Theo định luật II Niutơn ta có: + Phương ngang: F-Fms=ma (*) + Theo phương đứng: -P+N=0 Fms=kN=kmg (*) BIl –kmg=ma Các lực tác dụng lên hình vẽ - Xét phương Oy: b) A - Độ lớn lực ma sát trượt: - Ta có: Px=mgsin =0,5N, Fx=BIlcos = - Vì Px>Fx+Fms nên CD trượt dọc theo ray xuống, lực ma sát lực ma sát trượt hướng dọc theo ray lên - Xét theo phương Ox ta có: Bài 2: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2010 - 2011) Hai kim loại song song, thẳng đứng có điện trở không đáng kể, đầu nối vào điện trở Một đoạn dây dẫn AB, độ dài , khối lượng , điện trở tì vào hai kim loại tự trượt không ma sát xuống A ln vng góc với hai kim loại Toàn hệ thống đặt từ trường có hướng vng góc với mặt phẳng hai kim loại có cảm ứng từ Lấy a) Xác định chiều dòng điện qua R b) R B B Hình Chứng minh lúc đầu AB chuyển động nhanh dần, sau thời gian chuyển động trở thành chuyển động Tính vận tốc chuyển động tính U AB c) Bây đặt hai kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang góc Độ lớn chiều cũ Tính vận tốc v chuyển động AB UAB HƯỚNG DẪN GIẢI download by : skknchat@gmail.com a) Do xuống nên từ thông qua mạch tăng Áp dụng định luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng sinh (Hình vẽ) Áp dụng qui tắc nắm bàn tay phải, I chạy qua R có chiều từ A B Ngay sau bng AB chịu tác dụng trọng lực chuyển động nhanh dần v tăng dần b) nên Đồng thời, sau mạch xuất dịng điện I nên AB chịu thêm tác dụng lực từ có hướng lên - - Mặt khác, suất điện động xuất AB là: nên Cho nên v tăng dần F tăng dần tồn thời điểm mà F=P Khi chuyển động thẳng -Khi chuyển động thì: - Hiệu điện hai đầu là: c) Khi để nghiêng hai kim loại ta có hình vẽ bên: - Hiện tượng xảy tương tự trường hợp b) ta thay P Psin , thay B B1 với B1=Bsin - Lập luận tương tự ta có: Sau ngắt K, tụ điện phóng điện qua cuộn cảm Theo định luật bảo toàn lương cường độ dịng điện qua cuộn cảm hiệu điện hai tụ đạt giá trị cực đại Ta có Bài 20: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2015 -2016 – VỊNG 1) Cho dây dẫn đồng chất uốn thành vịng trịn hình hình số hình 20 M, N điểm tiếp xúc cách điện hai vòng (M trên, N dưới) Vịng bán kính r1, vịng bán kính r2, từ trường có hướng vng góc với mặt phẳng vịng dây có độ lớn tăng theo thời Hình 20 gian (B = B0.t) Nếu gấp vịng vào phía vịng hiệu điện M N tăng lần Cho điện trở đơn vị chiều dài dây dẫn HƯỚNG DẪN GIẢI: - Điện trở vòng , điện trở vòng - Suất điện động vòng là: - Dựa hình vẽ, vịng ngồi dịng điện mạch là: - Tacó : - Khi vịng lồng vào biểu thức dòng điện là: ; 25 download by : skknchat@gmail.com Ta có Vậy Bài 21: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2016 -2017) B= 0,1 T hướng từ hình vẽ đến mắt người đọc Hai đường ray nối với tụ điện có điện dung C = 1,0F, tích điện đến hiệu điện ban đầu U 0=5,0V Bỏ qua độ tự cảm hệ Sau đóng khóa K, kim loại bắt đầu chuyển động sang phải (đi xa tụ điện) Hãy vẽ dấu điện tích tụ điện Tính gia tốc sau khóa K đóng Tìm biểu thức tính vận tốc giới hạn v∞ đường ray dài Với giá trị cảm ứng từ B vận tốc tới hạn đạt giá trị cực đại vmax? Tính giá trị cực đại vmax HƯỚNG DẪN GIẢI Để kim loại chuyển động sang phải, dịng điện phải có chiều hình vẽ Từ ta có dấu bả tụ điện Ngay vừa đóng khóa, hiệu điện hai U0, cường độ dòng điện chạy Lực từ tác dụng lên thanh: Gia tốc : 26 download by : skknchat@gmail.com Viết lại phương trình định luật II niuton dạng : Mặt khác: Khi đạt vận tốc tới hạn , khơng cịn dịng qua nữa, hiệu điện hai tụ điện suất điện động cảm ứng Áp dụng bất đẳng thức cosi để xác định ta có: Dấu xảy khi: Bài 22: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2017 -2018) Thanh dẫn EF có điện trở mét chiều dài , chuyển động với vận tốc v tiếp xúc với dẫn AC, AD tạo thành mạch kính AC hợp với AD góc , hệ thống đặt từ trường có cảm vng góc với mặt phẳng chứa hai th ứng từ hình 22 Cho AC L0 bỏ qua điện trở AD AC Tìm nhiệt lượng tỏa mạch thời gian EF chuyển động từ A đến C theo phương vng góc với AC HƯỚNG DẪN GIẢI Gọi L khoảng cách hai điểm tiếp xúc EF Xét khoảng thời gian t nhỏ diện tích qt được: Từ thơng qua S là: Suất điện động tức thời có độ lớn : A download by : skknchat@gmail.com Điện trở đoạn dây dẫn hai điểm tiếp xúc : Cường độ dịng điện tức thời qua mạch : Cơng suất tỏa nhiệt tức thời : Thời điểm hết đoạn AC : Cơng suất trung bình : Bài 23: ( HSG 12 TỈNH VĨNH PHÚC 2007 -2008) a) Một lắc lò xo khối lượng m (bằng điện môi) độ cứng k treo thẳng đứng Người ta gắn dẫn với m cho dẫn trượt không ma sát hai ray kim loại song song thẳng đứng cách khoảng L Dùng dây dẫn nối tụ C với hai ray để tạo thành mạch kín Tồn hệ thống đặt từ trường B (Hình 23) Tìm chu kì dao động hệ Bỏ qua điện trở dẫn, kim loại, dây nối khối lượng dẫn, lò xo b) Một kim loại MN chiều dài ℓ, khối lượng m, treo nằm ngang hai lò xo nhẹ chất điện môi, giống Hệ số đàn hồi lò xo k, hệ đặt từ trường (Hình 23a) Khi đứng cân bằng, người ta phóng vào dịng điện có cường độ I, chiều từ N đến M thời gian τ ngắn *) Hỏi MN rời khỏi vị trí cân đoạn A lớn bao nhiêu? (bỏ qua dịch chuyển thời gian phóng điện τ) 28 download by : skknchat@gmail.com *) Ngay sau phóng điện vào MN, người ta làm triệt tiêu từ trường bắt đầu dao động điều hồ Biết q trình dao động vật, đồ thị phụ thuộc vận tốc theo thời gian biểu diễn (Hình 23b), khối lượng m = 300g Xác định độ cứng k lò xo V0 V0/2 -V0 Hình 23b HƯỚNG DẪN GIẢI: độ lệch y, vật có vận tốc v, suất điện động cảm ứng mạch: E=BLv Điện tích tụ điện: q=C.U=C.E=CBLv a) - Cường độ dòng điện mạch: I dv dq dt CBL dt Khi dẫn xuống, lực từ tác dụng lên dẫn hướng lên có độ lớn: Ftừ=BIL=CB2 L2 dv - dt Theo định luật II Niutơn: dv d y mg ky CB2 L2 dt m dt mg Đặt u y k , ta có: d 2u dt b) Độ dãn lò xo MN vị trí cân xác định bởi: mg 2kx0 x0 luật II Newtơn: mv F BIl v m (1) Vì bỏ qua dịch chuyển thời gian , nên bỏ qua tác dụng dòng cảm ứng thời gian Thanh xuống tới vị trí thấp nhất, cách vị trí cân đoạn A Chọn mốc tính trọng trường vị trí thấp - - áp dụng định luật bảo tồn lượng ta có: k mg mv2 2 Từ (1) (2) A - Vì vật dao động điều hoà, nên download by : skknchat@gmail.com v - Từ đồ thị, ta thấy: Lúc t = v 20 chứng tỏ vật chuyển động theo chiều dương trục toạ độ Liền sau vận tốc có độ lớn tăng chứng tỏ vật chuyển động vị trí cân x0 < Asin sin cos t Khi v = Vì t > k = 0, 1, 2…Lần v = ứng với kmin = t 25 Từ (1) (2) Bài 24: ( HSG 12 TỈNH VĨNH PHÚC 2013 -2014) Một bi kim loại, nhỏ khối lượng m gắn vào than kim loại mảnh nhẹ dài L Thanh treo cố định O quay dễ dàng quanh O Trong q trình chuyển động hịn bi ln tiếp xúc với vòng tròn kim loại Hệ thống mắc với tụ điện C tạo thành mạch kín đặt từ trường có véc tơ cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng mạch điện Bỏ qua ma sát điện trở dây nối Đưa kim loại đến vị trí lệch khỏi phương đứng góc nhỏ thả nhẹ Tìm chu kì dao động điều hòa bi HƯỚNG DÃN GIẢI Xét li độ , tốc độ góc Bảo tồn lượng: Đạo hàm hai vế theo thời gian: 30 download by : skknchat@gmail.com Khả áp dụng sáng kiến Áp dụng buổi dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí lớp 11,12 trường THPT Đồng Đậu Kết học sinh nắm vững kiến thức kĩ năng, có khả vận dụng vào linh hoạt giải kết thi học sinh giỏi đạt kết cao năm học 2016 – 2017, 2017-2018, 2019-2020 - Sáng kiến áp dụng q trình dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 11, 12 khối trung học phổ thơng nước - Kết luận: Để đạt hiệu cao công tác dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 11,12 , gây hứng thú cho học sinh học mơn Vật Lí lớp 11,12 giáo viên phải thường xuyên nâng cao trình độ chuyên môn, nghiệp vụ Để nâng cao chuyên môn, nghiệp vụ người giáo viên phải không ngừng học hỏi, tự học, tự bồi dưỡng nâng cao kiến thức trình độ hiểu biết xã hội mình, trình giảng dạy đổi phương pháp giảng dạy, kiểm tra, đánh giá, thường xuyên Những thông tin cần bảo mật (nếu có): khơng Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến - Giáo viên giảng dạy mơn Vật Lí lớp 11 trường THPT toàn quốc Học sinh học giỏi học sinh u thích mơn Vật Lí lớp 11,12 trường THPT toàn quốc - Sách giáo khoa sách giáo viên Vật Lí lớp 11 - - Thời gian thực dạy bồi dưỡng học sinh giỏi - Một số tài liệu tham khảo khác 10 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến 10.1 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: 31 download by : skknchat@gmail.com Khi áp dụng sáng kiến q trình soạn, giảng ơn thi học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 11,12, để tìm tập hay, chứng minh đơn giản Tôi thấy thân phải đầu tư cho chuyên môn mình, ln tìm tịi tập mơi để lồng ghép vào giảng - Khi áp dụng sáng kiến vào giảng mơn Vật Lí trình bồi dưỡng học sinh giỏi, trường THPT Đồng Đậu Tôi nhận thấy học sinh học tập hứng thú hơn, sôi bàn luận vấn đề có liên quan đến nội dung học, học sinh chịu khó đọc sách sưu tầm kiến thức để viết thu hoạch - - Đặc biệt năm học 2016 – 2017 bồi dưỡng em học sinh lớp 11 thi giỏi 12 kết cụ thể sau: 01 giải nhì (em Lê Thị Hồi lớp – 11A1), 01 giải ba (em Phạm Thị Hào – Lớp 11A1) +2 em học sinh lớp 11 thi casio 12 kết cụ thể sau:01 giải nhì ( em Lê Thị Hoài lớp 11A1), 01 giải khuyến khích( em Phạm Thị Hào – Lớp 11A1) + em học sinh lớp 11 thi Học sinh giỏi lớp 11 , kết em đạt giải cụ thể sau: 01 giải (Em Phạm Thị Hào – Lớp 11A1), 02 giải nhì (Lê Thị Hồi – Nguyễn Xuân Trường - Lớp 11A1), 02 giải ( Nguyễn Thị Bích Giang – Phạm Văn Long - Lớp 11A1), 01 giải khuyến khích (Cao Quang Thịnh – Lớp 11A1) - Năm 2017 -2018 bồi dưỡng: + +2 em tham gia thi học sinh giỏi 12 theo đề chuyên kết cụ thể sau: hai em Phạm Thị Hào Lê Thị Hoài học sinh lớp 12A1 đạt giải khuyến khích + em tham gia học sinh giỏi 12 cấp tỉnh, kết em giải cụ thể sau: 03 giải nhì( em Phạm Thị Hào, Phạm Văn Long, Nguyễn Xuân Trường ), 03 giải ba ( Lê Thị Hồi, Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Thị Bích Giang), 02 giải Khuyến Khích (Cao Quang Thịnh, Dương Thị Huyền) - Năm 2019 -2020 bồi dưỡng: em tham gia học sinh giỏi vượt cấp lớp 12 đạt giải khuyến khích cụ thể cá em: + Nguyễn Thị Hương lớp 11A1 + Nguyễn Tuấn Anh lớp 11A1 + Chu Lam Sơn lớp 11A1 10.2 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức, cá nhân: Khi áp dụng sáng kiến q trình soạn, giảng ơn thi học sinh giỏi mơn vật lí lớp 11, 12 tất giáo viên nhóm Lí trường THPT Đồng Đậu nhận thấy tăng cường kĩ năng: sưu tầm tài liệu, trau dồi kiến thức, làm việc nhóm - 32 download by : skknchat@gmail.com - Khi áp dụng sáng kiến vào giảng mơn vật lí trường THPT Đồng Đậu Chúng nhận thấy học sinh học tập hứng thú với toán mạch điện chứa tụ 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu Số TT Tên tổ chức/cá nhân Nguyễn Đức Thụ Nguyễn Văn Tuấn Trần Văn Tuấn Phạm Văn Nam Nguyễn Thị Luận download by : skknchat@gmail.com Nguyễn Thị Thu Hà , ngày tháng năm Thủ trưởng đơn vị/ Chính quyền địa phương (Ký tên, đóng dấu) Nguyễn Thị Thu Hà 34 download by : skknchat@gmail.com ... giải vấn đề bước vào nghiên cứu đề tài ? ?Hệ thống tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG mơn Vật Lí 11 12? ?? Để từ giúp em học sinh có nhìn tổng qt tập cảm ứng điện từ không cịn cảm thấy khó khăn... kiến: ? ?Hệ thống tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG môn Vật Lí 11 12? ?? Tác giả sáng kiến - Họ tên: Nguyễn Thị Thu Hà - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu, Yên Lạc, Vĩnh Phúc - Số điện. .. kiến 1 Cơ sở lí thuyết 1 Hiện tượng cảm ứng điện từ - Hiện tượng cảm ứng điện từ tượng xuất suất điện động cảm ứng mạch điện kín có biến đổi từ thông qua mạch + Suất điện động cảm ứng Trong mạch