(SKKN 2022) hướng dẫn học sinh khá, giỏi phương pháp giải các bài toán về chuyển động của hạt mang điện tích trong điện trường đều

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong q trình giảng dạy giáo viên mơn vật lí lớp, việc truyền đạt cho đa số học sinh hiểu nắm vững kiến thức khó, việc làm cho học sinh vận dụng kiến thức vào để giải tập khó Do việc vận dụng kiến thức học vào để giải tập vật lí khó khăn, lượng học sinh tự tìm phương pháp giải tốn cho Mặt khác số lượng tập cho dạng toán sách giáo khoa sách tập mơn vật lí chưa nhiều (mỗi dạng có từ đến bài), không đủ tập học sinh rèn luyện cách làm cho dạng tập Trong chương trình vật lí lớp 11, tốn chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều tốn khó trừu tượng Để giải tốt tốn học sinh phải nắm vững kiến thức phương pháp giải tập vật lí mà cịn phải biết vận dụng linh hoạt phương pháp giải, phối hợp nhiều kiến thức vật lí tổng hợp phức tạp như: vận dụng phương pháp động lực học, vận dụng phương pháp định lí biến thiên động năng, vận dụng phương pháp tọa độ… Mặt khác toán chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều toán nằm chương trình thi học sinh giỏi thi tốt nghiệp THPT Học sinh học đến phần lúng túng phần lớn giải khơng Xuất phát từ thực trạng mạnh dạn đề xuất đề tài “Hướng dẫn học sinh khá, giỏi phương pháp giải toán chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều” nhằm góp ích vào nâng cao hiệu giảng dạy cho môn học 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.2.1 Đối với giáo viên Nhằm xây dựng chuyên đề chuyên sâu, chi tiết làm tài liệu tham khảo cho đồng nghiệp ôn thi tốt nghiệp THPT ôn thi học sinh giỏi 1.2.2 Đối với học sinh Đề tài nhằm giúp học sinh khá, giỏi khắc sâu kiến thức lí thuyết, có hệ thống tập phương pháp giải chúng, giúp em nắm cách giải từ chủ động vận dụng phương pháp làm tập có liên quan Từ học sinh có thêm kỹ cách giải tập Vật lí, nhanh chóng giải tốn trắc nghiệm chuyển động hạt mang điện tích điện trường phong phú đa dạng 1.3 Đối tượng nghiên cứu Tôi thực dạy đề tài lớp 11A3 năm học 2021 – 2022, so sánh với lớp 11A2 đối tượng Trong lớp chọn nhóm đối tượng gồm 20 em học sinh khá, giỏi Nhóm (lớp 11A2): Nhóm đối chứng (Nhóm tham gia làm kiểm tra) Nhóm (lớp 11A3): Nhóm thực nghiệm (Nhóm tham dự học thử nghiệm tham gia làm kiểm tra) 1.4 Phương pháp nghiên cứu Trong trình nghiên cứu sử dụng số phương pháp sau : - Nghiên cứu lí thuyết chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều, kiến thức vật lí có liên quan (đã học chương trình vật lí lớp 10), cơng cụ tốn học sâu vào phần tập chuyển động hạt mang điện tích điện trường chương trình vật lí lớp 11, từ xây dựng sở lí thuyết cho loại tập - Phân tích giải tập phần chuyển động hạt mang điện tích điện trường - Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm động não dạy tập phần cho học sinh - Phương pháp khảo sát thực tế thu thập thông tin NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Đối với mơn vật lí trường phổ thơng, tập vật lí đóng vai trị quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm tập vật lí hoạt động dạy học, cơng việc khó khăn, bộc lộ rõ trình độ người giáo viên vật lí việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ học sinh, địi hỏi người giáo viên học sinh phải học tập lao động khơng ngừng Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu qui luật vật lí, tượng vật lí Thơng qua tập dạng khác tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt kiến thức để tự lực giải thành cơng tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc hoàn thiện trở thành vốn riêng học sinh Trong trình giải vấn đề, tình cụ thể tập đề học sinh phải vận dụng thao tác tư so sánh, phân tích, tổng hợp khái qt hố để giải vấn đề, từ giúp phát triển tư sáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập suy nghĩ, suy luận Nên tập Vật lí gây hứng thú học tập cho học sinh Đối với phần kiến thức “chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều” tơi thấy việc phân dạng, rõ điểm mấu chốt vấn đề giúp học sinh, đặc biệt học sinh giỏi không nắm vững kiến thức phần học mà vận dụng sáng tạo vào giải tốt toán tương tự 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.2.1 Thuận lợi Trường THPT Sầm Sơn trường THPT địa bàn thành phố Sầm Sơn có chất lượng đầu vào tốt, đặc biệt năm gần Ban giám hiệu tập thể giáo viên nhà trường đề cao chất lượng giáo dục môn học, đặc biệt kết thi học sinh giỏi kết thi tốt nghiệp THPT 2.2.2 Khó khăn Kết thi học sinh giỏi trường THPT Sầm Sơn chưa có nhiều đột phá, đặc biệt mơn vật lí Lượng học sinh mũi nhọn môn tự nhiên ngày thuyên giảm, hai lí do: + Do học sinh học tốt thi vào chuyên Lam Sơn + Do thay đổi hình thức xét tuyển vào trường đại học (sự đa dạng tổ hợp môn xét tuyển), nên số lượng học sinh theo khối A A1 ngày thu hẹp lại Vả lại đặc thù môn vật lí mơn khó Để học sinh ham mê học địi hỏi người giáo viên phải nổ lực không ngừng Qua thực tế giảng dạy nhận thấy đa số học sinh học đến phần chuyển động hạt mang điện tích điện trường tỏ khơng hứng thú, nhiều em thiếu tự tin vào thân tham gia phát biểu ý kiến xây dựng Khi làm đề kiểm tra mà gặp câu hỏi phần em thường bỏ qua, đánh bừa đáp án Từ dẫn đến kết việc dạy học phần không cao Bằng khảo sát nhỏ thu thập ý kiến đánh giá em phần sau: Ý kiến Lớp 11A2 11A3 Khó 79% 80% Vừa 21% 20% Dễ 0% 0% 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Từ thực tế đề số giải pháp khắc phục sau: 2.3.1 Các yêu cầu chung Trước giảng dạy phần tập chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều, tơi yêu cầu học sinh phải ôn lại kiến thức vật lí lớp 10 có liên quan như: Động học chất điểm, định luật Niu – tơn, định lí biến thiên động năng, chuyển động vật bị ném; ôn lại kiến thức lực điện trường, công lực điện… Mặt khác tiến hành nghiên cứu, phân loại dạng tập chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều, thiết lập số công thức tổng quát; đồng thời yêu cầu học sinh thiết lập cơng thức hệ cho loại tốn qua học sinh nắm vững chất loại toán 2.3.2 Biện pháp phân dạng tập thiết lập công thức tổng quát theo dạng Để học sinh nắm vững phần kiến thức cần tiếp nhận tơi thực theo quy trình sau: Bước 1: Hệ thống lại kiến thức phần lực điện, điện trường, công lực điện trường Bước 2: Ôn lại số kiến thức bổ trợ cho việc giải tập phần này: Động học chất điểm, định lí biến thiên động năng, phương pháp tọa độ … chương trình vật lí lớp 10 Bước 3: Phân loại dạng tập chuyển động hạt mang điện tích điện trường (nêu rõ phương pháp giải cho dạng toán) Bước 4: Hướng dẫn học sinh làm số tập ví dụ cụ thể dạng tốn (với tập đưa ra, cần định hướng cho học sinh cách lựa chọn phương pháp giải phù hợp) Bước 5: Sau dạng toán rút lưu ý cho học sinh cần ghi nhớ chỗ mà học sinh thường hay mắc phải nhầm lẫn (nếu có) Bước 6: Đưa toán để học sinh tự rèn luyện thêm nhằm nâng cao kĩ giải toán a Kiến thức lực điện trường công lực điện trường tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động điện trường a.1 Điện trường - Điện trường điện trường có vectơ cường độ điện trường điểm có: phương, độ lớn chiều - Điện trường có đường sức điện đường thẳng song song cách - Điện trường hai tụ phẳng điện trường có đường sức có chiều khỏi dương vào âm [2] a.2 Lực điện trường   - Biểu thức: F = qE - Lực điện trường tác dụng lên điện tích điện trường có: * Điểm đặt: Tại điện tích.  * Hướng: Nếu q > F ↑↑ E   Nếu q < F ↑↓ E * Độ lớn: F = q E Lưu ý: Với điện trường đường sức điện đường thẳng song song cách Khi lực điện trường có chiều độ lớn khơng đổi [2] a.3 Cơng lực điện trường A = qEd [2] b Ôn lại kiến thức động học chất điểm b.1 Chuyển động thẳng Độ lớn vận tốc: v = không đổi Gia tốc: a = Quãng đường: s = v.t Phương trình chuyển động : x = x0 + v.t b.2 Chuyển động thẳng biến đổi Cơng thức tính vận tốc: v = v0 + at Cơng thức tính gia tốc: a = v − v0 t Cơng thức tính qng đường: S = v0 t + at = v − v 02 2a Phương trình chuyển động: x = x0 + v0 t + at Đối với chuyển động thẳng nhanh dần đều: a.v > Đối với chuyển động thẳng chậm dần đều: a.v < [2] c Ôn lại kiến thức định luật Niu - Tơn * Định luật I Niu Tơn: Một vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực có hợp lực khơng vật đứng n tiếp tục đứng yên, chuyển động tiếp tục chuyển động thẳng   * Định luật II Niu Tơn: Fhl = ma [2] d Định lí biến thiên động Wđ2 – Wđ1 = A12 [2] e Các dạng tốn ví dụ cụ thể Dạng 1: Chuyển động hạt mang điện tích theo phương đường sức * Phương pháp 1: Sử dụng phương pháp động lực học chất điểm - Bài toán thuận: Biết lực tác dụng lên chất điểm, tìm tính chất chuyển động chất điểm + Bước 1: Chọn trục tọa độ thích hợp + Bước 2: Xác định lực tác dụng lên chất điểm + Bước 3: Áp dụng định luật II Niu – Tơn   Fhl = ma    ⇒ F1 + F2 + = ma (1) + Bước 4: Chiếu phương trình (1) lên trục tọa độ để tìm gia tốc thành phần + Bước 5: Áp dụng công thức động học chất điểm để xác định vận tốc, quãng đường, thời gian chuyển động - Bài toán ngược: Biết tính chất chuyển động chất điểm, tìm lực chưa biết + Bước 1: Chọn trục tọa độ thích hợp + Bước 2: Áp dụng cơng thức động học chất điểm để tìm gia tốc a + Bước 3: Xác định lực tác dụng lên chất điểm + Bước 4: Áp dụng định luật II Niu – Tơn   Fhl = ma    ⇒ F1 + F2 + = ma (2) + Bước 5: Chiếu phương trình (2) lên trục tọa độ + Bước 6: Xác định lực đại lương liên quan tới lực cần phải tìm * Phương pháp 2: Sử dụng định lí biến thiên động - Bước 1: Xác định lực tác dụng lên hạt mang điện tích - Bước 2: Áp dụng định lí biến thiên động cho chuyển động hạt mang điện tích điện trường Wđ2 – Wđ1 = A Cần lưu ý thêm cho học sinh số vấn đề: - Đối với toán chuyển động hạt electron điện trường trọng lực electron nhỏ so với lực điện trường nên thường bỏ qua trọng lực - Bỏ qua lực cản khơng khí tác dụng lên hạt mang điện tích Ví dụ Một electron bắt đầu bay vào điện trường có cường độ điện trường E = 910 V/m với vận tốc ban đầu vo = 3,2.106 m/s chiều đường sức điện trường Biết điện tích electron q = -1,6.10-19 C, khối lượng electron m = 9,1.10−31 kg Bỏ qua trọng lực hạt electron a Tính gia tốc electron điện trường b Tính quãng đường S thời gian t mà electron dừng lại Cho điện trường đủ rộng c Nếu điện trường tồn khoảng ℓ = 3cm dọc theo đường electron, electron chuyển động với vận tốc khỏi điện trường [1] Lời giải Chọn trục Ox, có gốc tọa độ O vị trí mà electron bắt đầu bay vào điện trường, chiều dương trùng với chiều chuyển động (như hình vẽ 1) + Khi bay điện trường electron chịu tác dụng lực điện trường   + Định luật II Niu Tơn: F = ma    (3)  F O x + Vì q < nên F ↑↓ E , mà v0 hướng   với E nên F ngược chiều dương  E (Hình vẽ 1) + Chiếu (3) lên trục Ox ta có: - F = ma ⇔ − q E = ma ⇒a=− qE m =− − 1,6.10 −19 910 9,1.10 − 31 = −1,6.1014 (m/s2) + Vậy electron chuyển động chậm dần với gia tốc a = - 1,6.1014 (m/s2) b Thời gian chuyển động electron điện trường là: t= v − v 0 − 3,2.10 = = 2.10 ( s ) 14 a − 1,6.10 Quãng đường electron: ( ) v −v 02 − 3,2.10 = = 32.10 −3 (m) S= 14 2a 2.(−1,6.10 ) c Ta có: v − v02 = 2aS ⇒ v = v02 + 2a = ( 3,2.10 ) + 2.(−1,6.1014 ).0,03 = 8.10 (m / s) Ví dụ Một electron chuyển động dọc theo đường sức điện trường có cường độ điện trường 364 V/m Electron xuất phát từ điểm M với vận tốc 3,2.106 m/s Véctơ vận tốc electron hướng với đường sức điện Bỏ qua trọng lực hạt electron a Electron quãng đường dài vận tốc khơng b Sau kể từ lúc xuất phát, electron lại trở điểm M [2] Lời giải a Gọi N vị trí mà electron dừng lại Theo định lí động ta có: WđN – WđM = A ⇔ − mv02 = qEd ( ) mv 9,1.10 −31 3,2.10 ⇒d =− =− = 0,08( m ) = 8( cm ) 2qE − 1,6.10 −19 364 ( ) Nhận xét: Với câu a nhiều học sinh làm theo phương pháp động lực học chất điểm (Áp dụng định luật II Niu – tơn để tìm gia tốc a sau áp dụng công thức động học chất điểm để tìm quãng đường), cách giải trở nên cồng kềnh Chính q trình dạy giáo viên phải khéo léo để định hướng cho học sinh cách lựa chọn phương pháp giải thật linh hoạt, tránh nhiều thời gian b Gia tốc electron chuyển động điện trường: ( v − v 02 − 3,2.10 = Áp dụng công thức: v − v = 2aS ⇒ a = 2S 2.0,08 2 ) ( = −6,4.1013 m / s ) Sau electron chuyển động quãng đường cm dừng lại Vì lúc electron điện trường nên chịu tác dụng lực điện trường, kết lực điện trường làm cho electron chuyển động quay ngược lại chỗ xuất phát, nên thời gian kể từ xuất phát đến M gấp lần từ M đến dừng lại + Thời gian kể từ lúc xuất phát đến dừng lại là: t= − v 3,2.10 = = 5.10 −8 ( s ) 13 a 6,4.10 + Vậy thời gian kể từ xuất phát đến trở M là: ∆t = 2t = 10 −7 ( s ) Ví dụ Dưới tác dụng lực điện trường hai hạt bụi mang điện tích trái dấu lại gặp Biết tỉ số độ lớn điện tích khối lượng hạt bụi q1 m1 =  C  q2 C   ; =   Hai hạt bụi lúc đầu cách d = 5cm với hiệu 50  kg  m2 50  kg  điện U = 100V Hai hạt bụi bắt đầu chuyển động lúc với vận tốc đầu không Coi trọng lực hạt bụi nhỏ so với lực điện trường Xác định thời gian để hai hạt bụi gặp [2] Lời giải  + Chọn chiều dương trục Ox chiều vectơ E + Giả sử q1 > q2 < 0, hạt mang điện tích q1 chuyển động theo chiều đường sức, hạt mang điện tích q2 chuyển động ngược chiều đường sức    F1 = m1 a1 ( 4) + Biểu thức định luật II Niu - Tơn cho hạt:    F2 = m2 a (5)  F1 = m1 a1 − F2 = m2 a + Chiếu (4) (5) lên chiều dương trục Ox ta có:   q E q U F1 100 = = = = 40 m / s a1 = m1 m1 m1 d 50 0,05  ⇒ a = − F2 = − q E = − q U = − 100 = −120 m / s  m2 m2 m2 d 50 0,05  ( ) ( )  S = a1t = 20t  + Quãng đường hạt đến gặp nhau:  S = a t = 60t  2 + Khi hai hạt gặp thì: d = S1 + S2 ⇒ 80t = 0,05 ⇒ t = 0,025( s ) Ví dụ Một hạt bụi có khối lượng m = 10 -7g mang điện tích âm, nằm lơ lửng điện trường tạo hai kim loại tích điện trái dấu, đặt song song nằm ngang Khoảng cách hai kim loại hiệu điện hai kim loại d = 0,5 cm U = 31,25 V Lấy g = 10 m/s Biết điện tích hạt electron q = -1,6.10-19 C a Tính số hạt electron thừa hạt bụi b Nếu hạt bụi nửa số electron thừa hạt bụi chuyển động [2] Lời giải   a.Các lực tác dụng lên hạt bụi gồm: Trọng lực P lực điện trường F (Hình vẽ 2) Áp dụng định luật II Niu- Tơn ta có:    P + F = m a = (6) (Do hạt bụi nằm cân nên a = 0) Chọn chiều dương trục Ox hướng xuống Chiếu phương trình (6) lên chiều dương trục Ox ta có: P − F = ⇒ P = F ⇒ mg = ⇒ q =   F  qU d mgd 10 −7.10.0,5.10 −2 = = 1,6.10 −10 ( C ) U 31,25 Số hạt electron dư thừa hạt bụi là: n =  F   + + ả+ + + +  P q 1,6.10 −19 = 10  E - - - - -  (Hình vẽ 2)   10 b Khi hạt bụi bị bớt nửa số electron lực điện trường giảm nửa so với trường hợp đầu (như câu a) Gọi lực điện trường lúc F’ thì: F’ = F P = 2 Do P > F’ (Hình vẽ 3), nên hạt bụi chuyển động xuống nhanh dần với gia tốc là: P − F' a= = m P = P = g = m / s2 m 2m P− ( ) Dạng 2: Chuyển động điện tích theo quỹ đạo cong + + + + + + + '     F  P  E - - - - -  (Hình vẽ 3)   Kinh nghiệm cho thấy gặp dạng học sinh thường khơng có nhìn tổng thể dạng tốn, chậm chạp việc lựa chọn cơng thức để áp dụng Chính q trình dạy tơi thường chia trường hợp đưa phương pháp giải điểm mấu chốt cho trường hợp sau: Trường hợp 1: r ur v0 ⊥ E Lúc hạt chuyển động “vật ném ngang” với vận tốc đầu v0 - Bước 1: Chọn hệ trục tọa độ xOy (như hình vẽ 4) có: + Gốc O trùng với vị trí mà điện tích bắt đầu vào điện trường hai kim loại tích điện trái dấu + ur Ox ⊥ E  + Oy song song với E - Bước 2: Phân tích chuyển động điện tích thành thành phần Theo phương Ox Hạt mang điện không chịu tác dụng thành phần lực → tiếp tục chuyển động thẳng (Theo định luật I Niu - tơn) Do ta áp dụng loạt công thức chuyển động thẳng cho thành phần chuyển động theo Theo phương Oy Hạt mang điện chịu tác dụng lực điện trường khơng đổi → chuyển động thẳng biến đổi Do ta áp dụng loạt công thức chuyển động thẳng biến đổi cho thành phần chuyển động 11 phương Ox: theo phương Oy: vox = v0 ax = v x = v0 x = v0 x = v x t = v0 t v0 y = F q E qU = = m m m.d v y = v0 y + a y t = a y t ay = (7) y = v0 y t + 1 a yt = a yt 2 (8) - Bước 3: Tổng hợp hai chuyển động thành phần ta có: + Rút t (7) thay vào (8) ta được: y = x2 ay 2 v0 → quỹ đạo chuyển động điện tích nhánh parabol y + +  + +   + vy  + + r v0 α O x +  v  vx ur E -  -  -  -   - -  - -  (Hình vẽ 4)    a = ax + ay + Gia tốc điện tích điểm quỹ đạo a = a x2 + a y2    v = vx + v y + Vận tốc điện tích điểm quỹ đạo v = v x2 + v y2 tan α = r vy vx ur Trường hợp 2: v0 bay xiên góc với E Lúc hạt chuyển động “ vật ném xiên” góc α - Bước 1: Chọn hệ trục tọa độ xOy (như hình vẽ 5) có: 12 + Gốc O trùng với vị trí mà điện tích bắt đầu vào điện trường hai kim loại tích điện trái dấu ur + Ox ⊥ E  + Oy song song với E - Bước 2: Phân tích chuyển động điện tích thành thành phần Theo phương Ox Hạt mang điện không chịu tác dụng thành phần lực → tiếp tục chuyển động thẳng (Theo định luật I Niu - tơn) Do ta áp dụng loạt cơng thức chuyển động thẳng cho thành phần chuyển động theo phương Ox: v ox = v cos α ax = v x = v0 x = v cos α x = v x t = v cos α t Theo phương Oy Hạt mang điện chịu tác dụng lực điện trường không đổi → chuyển động thẳng biến đổi Do ta áp dụng loạt cơng thức chuyển động thẳng biến đổi cho thành phần chuyển động theo phương Oy: v y = v0 sin α F q E qU = = m m m.d v y = v y + a y t = v0 sin α + a y t ay = (9) y = v0 y t + 1 a y t = v0 sin α t + a y t 2 (10) - Bước 3: Tổng hợp hai chuyển động thành phần ta có: + Rút t (1) thay vào (2) ta được: y = x2 ay + x tan α 2 v0 ( cos α ) → quỹ đạo chuyển động điện tích parabol y (Hình vẽ 5)   r v0 y O r v0 α + r v0 x r F + + + +   u r E x 13 + Gia tốc điện tích điểm quỹ đạo + Vận tốc điện tích điểm quỹ đạo    a = ax + a y a = a x2 + a 2y    v = vx + v y v = v x2 + v y2 tan α = vy vx Ví dụ 1: Một electron bắn với vận tốc đầu 4.107 m/s vào điện trường theo phương vng góc với đường sức điện Cường độ điện trường 1000 V/m Bỏ qua trọng lực hạt electron Tính: a Gia tốc electron bay điện trường b Vận tốc electron chuyển động 10 -7 s điện trường [2] Lời giải - Chọn hệ trục tọa độ xOy (như hình vẽ 6) - Phân tích chuyển động electron thành thành phần: + Theo phương Ox:   v O  v ox = v ax = v x = v0 x = v = 4.10 ( m / s ) + Theo phương Oy: v0 y = + F q E 1,6.10 −19.1000 ay = = = ≈ 1,76.1014 m / s − 31 m m 9,1.10 ( ) v y = v y + a y t = + 1,76.1014.2.10 −7 = 3,52.10 ( m / s ) y + + + + +   (Hình vẽ 6) Tổng hợp hai chuyển động thành phần ta có: 14 x     a = ax + a y = a y ( ⇒ a = a y ≈ 1,76.1014 m / s )    v = vx + v y v = v x2 + v 2y = ( 4.10 ) + (3,52.10 ) 7 ≈ 5,3.10 ( m / s ) Ví dụ 2: Cho kim loại phẳng có độ dài ℓ = cm đặt nằm ngang song song với nhau, cách d = cm Hiệu điện 910 V Một hạt electron bay theo phương ngang vào với vận tốc ban đầu v0 = 5.107 m/s Biết electron khỏi điện trường Bỏ qua trọng lực hạt electron a) Tính thời gian e điện trường? Vận tốc điểm bắt đầu khỏi điện trường b) Tính độ lệch e khỏi phương ban đầu khỏi điện trường [2] Lời giải - Chọn hệ trục tọa độ xOy (như hình vẽ 7) - - - - ả- -   v O  - Phân tích chuyển động electron thành thành phần: x h M + Theo phương Ox: v ox = v + + + + +ả + + +    ax = v x = v0 x = v0 = 5.10 ( m / s ) y (Hình vẽ 7) x = v x t = v t + Theo phương Oy: v0 y = F q E q U 1,6.10 −19.910 ay = = = = = 8.1015 m / s −31 m m m.d 9,1.10 0,02 v y = v0 y + a y t = a y t ( y= ) a yt 2 a Gọi M vị trí mà electron bắt đầu khỏi điện trường hai kim loại 15 + x M =  = 0,05 = v0 t x 0,05 M = 10 −9 ( s ) Thời gian electron điện trường là: t = v = 5.10 + Vận tốc electron M là: (5.10 ) + (8.10 2 v M = v xM + v yM = v02 + ( a y t ) = 2 15 10 −9 ) ≈ 5,064.10 ( m / s ) b Gọi h độ lệch electron khỏi phương ban đầu khỏi điện trường h = y M = a y t = 8.1015.(10 −9 ) = 4.10 −3 ( m ) 2 Ví dụ Một electron bay vào khoảng khơng hai kim loại tích điện trái dấu với vận tốc vo = 2,5.107 m/s từ phía dương phía âm theo hướng hợp với dương góc 150 Độ dài ℓ = cm khoảng cách hai d = cm Hãy tính hiệu điện hai bản, biết khỏi điện trường vận tốc electron có phương song song với hai Bỏ qua trọng lực hạt electron [2] Lời giải - Chọn hệ trục tọa độ xOy (như hình vẽ 8) - Phân tích chuyển động electron thành thành phần: + Theo phương Ox: y ax = v x = v0 x = v0 cos α x = v x t = v cos α t + Theo phương Oy: v y = v sin α qE qU F =− =− m m m.d v y = v y + a y t = v sin α + a y t ay = − y = v sin α t + - - - - - - -    vv0 v0 y  O α  F 0y  vM M  v0 x  v0 x x + + + + + + +   (Hình vẽ 8) a yt 2 16  v0 y Gọi M vị trí mà electron bắt đầu khỏi điện trường hai kim loại Tại M ta có: 0,05  −9 + x M = v0 cos α t =  ⇒ t = v cos α = 2,5.10 cos15 ≈ 2,07.10 ( s ) + v yM = ⇒ v0 sin α + a y t = ⇒ a y = − Vậy: qU m.d 15 = 3,125.10 v0 sin α 2,5.10 sin 15 =− = −3,125.1015 m / s t 2,07.10 −9 ( ) 3,125.1015.m.d 3,125.1015.9,1.10 −31.0,01 ⇒U = = ≈ 177,73(V ) q 1,6.10 −19  Cần lưu ý cho học sinh: Do F ngược chiều dương với trục Oy nên chiếu lên trục Oy có giá trị âm, suy ay < Ví dụ Điện tử mang lượng 1500 eV bay vào tụ phẳng theo hướng song song với hai Hai dài ℓ = cm, cách d = cm Tính U hai để điện tử bay khỏi tụ theo phương hợp góc 11 Bỏ qua trọng lực điện tử [2] Lời giải - Chọn hệ trục tọa độ xOy (như hình vẽ 9) - Phân tích chuyển động electron thành thành phần: Theo phương Ox v ox = v Theo phương Oy v0 y = ax = F q E qU = = m m md v y = v0 y + a y t = a y t ay = v x = v0 x = v x = v x t = v .t y= a yt 2 Gọi M vị trí mà electron bắt đầu khỏi điện trường hai kim loại Tại M ta có: tan α = v yM v xM = a y t v0 = q U t m.v0 d (11) 17 Với: v0 = 2Wđ = m 2.1500.1,6.10 −19 ≈ 2,3.10 ( m / s ) 9,1.10 −31 x 0,05 t= M = ≈ 2,177.10 −9 ( s ) v0 2,3.10 -O - -  v0 - - x M α  v yM Thay số vào (11) ta tìm U ≈ 116,63(V ) + + + + + +   y  v xM  vM (Hình vẽ 9) f Các tập giao cho học sinh tự luyện Bài tập Giữa hai kim loại đặt song song nằm ngang tích điện trái dấu có hiệu điện U1 = 1000V, khoảng cách hai d = cm Ở hai có giọt thủy ngân nhỏ tích điện dương nằm lơ lửng Đột nhiên hiệu điện giảm xuống U2 = 995 V Hỏi sau giọt thủy ngân rơi xuống dương Bài tập Một electron bay điện trường hai tụ điện tích điện đặt cách cm với vận tốc 3.10 m/s theo phương song song với tụ điện Hiệu điện hai phải để electron lệch 2,5 mm đoạn đường cm điện trường Bỏ qua trọng lực electron Bài tập Sau tăng tốc hiệu điện U = 200V, điện tử bay vào hai tụ theo phương song song hai Hai có chiều dài ℓ = 10 cm, khoảng cách hai d = cm Tìm hiệu điện hai để điện tử không khỏi đuợc tụ điện Bỏ qua trọng lực electron Bài tập Một electron có động 11,375 eV bắt đầu vào điện trường nằm hai tụ theo phương vng góc với đường sức cách hai Bỏ qua trọng lực electron, tính a vận tốc v0 electron lúc bắt đầu vào điện trường hai tụ b thời gian để electron hết ℓ = cm tụ c độ dịch theo phương thẳng đứng electron khỏi điện trường, biết hiệu điện hai tụ 50 V, khoảng cách hai tụ d = 10 cm d động vận tốc electron cuối Bài tập Một electron bay không vận tốc ban đầu từ âm sang dương hai kim loại phẳng đặt song song cách d = cm Biết điện trường hai kim loại có cường độ E = 6.104 V/m Bỏ qua trọng lực electron a Tính thời gian để electron bay từ sang 18  v xM b Tính vận tốc electron chạm dương 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 2.4.1 Đối với học sinh hoạt động giáo dục nhà trường Với cách trình bày trên, nội dung kiến thức logic, phát triển mức độ khó, phương pháp giải cụ thể, rõ ràng, học sinh tập trung hào hứng làm toán chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều, ví dụ cụ thể mức độ khác em hiểu sâu chất dạng tốn Các em tích cực suy nghĩ giải tình giáo viên đưa ra, hăng hái phát biểu ý kiến xây dựng Hầu hết câu hỏi trả lời trọng tâm Ngoài em cịn đặt số câu hỏi, số tình lật ngược vấn đề Sau cách phân loại đưa phương pháp giải giúp cho hầu hết học sinh nắm vững kiến thức áp dụng cách thành thạo mà khơng bị va vấp Đa số học sinh làm tập tích cực hẳn lên Trong năm học 2021 – 2022 tham gia giảng dạy hai lớp 11 (11A2 11A3: hai lớp có khả học tập nhau) Tơi tiến hành thử nghịêm nhóm học sinh khá, giỏi lớp 11A3 kết đạt sau: - Về mặt ý thức học tập: + Nhóm học sinh giỏi lớp 11A2: Hầu hết em tỏ khơng tích cực học, tham gia phát biểu ý kiến xây dựng bài, không mạnh dạn, thiếu tự tin làm tập + Nhóm học sinh giỏi lớp 11A3: Nhìn chung phong trào học lớp sôi hẳn lên, em tích cực xây dựng bài, say mê học hỏi, khơng cịn cảm giác sợ sệt e dè trước - Kết thu từ kiểm tra 15 phút cho hai nhóm học sinh sau: Chất lượng Nhóm lớp 11A3 Điểm loại khá, giỏi 85% Điểm loại trung bình 12% Điểm loại yếu 11A2 30% 30% 40% 3% 2.4.2 Đối với thân Bản thân sau thực sáng kiến việc ôn luyện cho học sinh lớp 11 cảm thấy tự tin hơn, tiết học trở nên sôi động hiệu 2.4.3 Đối với đồng nghiệp Khi đồng nghiệp thực sáng kiến vào việc ôn luyện cho học sinh thấy tiến triển rõ rệt tiết học, thắp sáng lên tia hi vọng cho học sinh 19 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Đề tài “Hướng dẫn học sinh khá, giỏi phương pháp giải toán chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều” đã: - Phân tích khó khăn, nêu thực trạng, sở thực tiễn lí luận đề tài - Tổng quan sở lý thuyết toán chuyển động hạt mang điện điện trường, đưa phương pháp giải vận dụng vào ôn luyện cho học sinh giỏi - Kết việc triển khai đề tài cho thấy tính thực tiễn đề tài cao, phần kiến thức quan trọng trình dạy học trường bồi dưỡng học sinh giỏi, tài liệu giảng dạy cho giáo viên tài liệu tham khảo hữu ích cho học sinh năm học - Kết có nhiều học sinh làm tập phần mà không bị lúng túng 3.2 Kiến nghị Do tính chất thi trắc nghiệm, nên hầu hết học sinh dường tải với việc học Vì trình giảng dạy giáo viên nên người định hướng giúp em học sinh phát vấn đề giải vấn đề hướng dẫn thầy Làm vừa giải tỏa áp lực cho em, vừa tạo hứng thú cho em say mê học tập Qua tìm hiểu, tơi biết ngành giáo dục tỉnh có nhiều thầy giáo có nhiều kinh nghiệm, sáng tạo dạy học, có nhiều đề tài sáng kiến kinh nghiệm có tính thực tiễn cao Tôi mong muốn Sở GD&ĐT tuyển tập đề tài sáng kiến kinh nghiệm hay để tạo thành tập san chun mơn cho tồn thể giáo viên học sinh vận dụng trình dạy học XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày tháng năm 2022 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác (Ký ghi rõ họ tên) Trần Thị Duyên 20 ... cao kĩ giải toán a Kiến thức lực điện trường công lực điện trường tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động điện trường a.1 Điện trường - Điện trường điện trường có vectơ cường độ điện trường. .. tia hi vọng cho học sinh 19 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Đề tài ? ?Hướng dẫn học sinh khá, giỏi phương pháp giải toán chuyển động hạt mang điện tích điện trường đều? ?? đã: - Phân tích khó khăn,... tập chuyển động hạt mang điện tích điện trường (nêu rõ phương pháp giải cho dạng toán) Bước 4: Hướng dẫn học sinh làm số tập ví dụ cụ thể dạng toán (với tập đưa ra, cần định hướng cho học sinh cách