(SKKN 2022) mô tả bằng hình ảnh và diễn giải chi tiết để học sinh không nhầm lẫn các đặc điểm tính chất của sóng điện từ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI MÔ TẢ BẰNG HÌNH ẢNH VÀ DIỄN GIẢI CHI TIẾT ĐỂ HỌC SINH KHƠNG NHẦM LẪN CÁC ĐẶC ĐIỂM − TÍNH CHẤT CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ Người thực hiện: Nguyễn Thái Quyết Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Vật lí THANH HỐ NĂM 2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Chủ đề "Sóng điện từ" khơng phải chủ đề khó chương trình Vật lý 12, nhiên trình hình dạy học ơn tập chương cho học sinh, nhận thấy câu hỏi ôn tập đề thi thử trường thường kết hợp nội dung sách giáo khoa nâng cao sách giáo khoa Việc làm cho học sinh cảm thấy lúng túng, khó xác định sai nhầm lẫn Vì trình trình giảng dạy, hướng dẫn học sinh ôn tập lý thuyết tập để học sinh hạn chế nhầm lẫn hiểu rõ đặc điểm, tính chất sóng điện từ, tránh tình trạng điểm số câu hỏi mức độ nhận biết, thông hiểu vận dụng phần kỳ thi 1.2 Mục đích nghiên cứu − Hướng dẫn học sinh tự ôn tập lý thuyết − Hướng dẫn học sinh hiểu rõ đặc điểm, tính chất loại sóng điện từ − Hướng dẫn học sinh làm tập dựa đặc điểm, tính chất chất sóng điện từ − Hạn chế tình trạng học sinh điểm câu đặc điểm, tính chất sóng vơ tuyến nói riêng sóng điện từ nói chung 1.3 Đối tượng nghiên cứu Trong đề tài, nghiên cứu: − Cách nhận biết, phân biệt đặc điểm, tính chất chung song điện từ loại sóng vơ tuyến qua lý thuyết hình ảnh − Cách xếp tập theo đặc điểm, tính chất sóng điện từ 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lí thuyết dựa trên: + Chương trình Vật lí trung học phổ thơng + SGK Vật lí 12 Cơ ; SGK Vật lí 12 Nâng cao + Đề thi THPTQG, đề thi THTHPT, đề thi tham khảo Sở GD trường phổ thông tỉnh + Tổng hợp lý thuyết từ SGK nguồn tài liệu SGK − Phương pháp thực nghiệm giáo dục NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm a) Sóng điện từ: Sóng điện từ điện từ trường lan truyền không gian b) đặc điểm sóng điện từ 1) Sóng điện từ lan truyền chân khơng với tốc độ lớn c ≈ 3.108m/s Sóng điện từ lan truyền điện môi, tốc độ sóng điện từ điện mơi phụ thuộc vào số điện môi r r r E ⊥ B⊥c 2) Sóng điện từ sóng ngang: tạo thành tam diện thuận 3) Trong sóng điện từ dao động điện trường từ trường điểm ln ln đồng pha với 4) Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách hai mơi trường bị phản xạ khúc xạ ánh sáng 5) Sóng điện từ mang lượng 6) Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet dùng thông tin liên lạc vô tuyến gọi sóng vơ tuyến: + Sóng cực ngắn (0,01 − 10 m) + Sóng ngắn (10 − 100 m) + Sóng trung (100 − 1000 m) + Sóng dài (trên 1000 m) c) Sự truyền sóng vơ tuyến khí - Khơng khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung sóng cực ngắn - Khơng khí hấp thụ mạnh sóng ngắn Tuy nhiên, số vùng tương đối hẹp, sóng có bước sóng ngắn khơng bị hấp thụ Các vùng gọi dải sóng vơ tuyến d) Sự phản xạ sóng ngắn tầng điện li - Sóng ngắn phản xạ tốt tầng điện li mặt đất mặt nước biển ánh sáng (Trích SGK Vật lí 12 Cơ − NXBGD) 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm − Học sinh thường băn khoăn tính chất chồng chéo, tổng quát, số câu hỏi lại riêng biệt loại sóng điện từ − Khảo sát học sinh kiểm tra chủ đề "Sóng điện từ" học sinh lớp trực tiếp giảng dạy + Số câu: 32 (NB: 10 ; TH: 10 ; VD: 10; VDC: 2) + Thời gian: 45 phút − Kết khảo sát sau: Lớp 12C1 12C2 12C7 Giỏi Khá Trung bình 49,01% 39,21% 11,87% 41,30% 47,82% 10,88% 52,78% 43,67% 3,55% Bảng kết khảo sát trước áp dụng SKKN Yếu−Kém 0 − Có thể thấy, ba mức độ, câu hỏi mà học sinh khơng có phương án trả lời Các câu rơi vào đặc điểm tính chất sóng điện từ 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Hướng dẫn học sinh có nhìn tồn cảnh chương "Dao động sóng điện từ" − Để học sinh có mạch tư dy tốt hơn, tơi dùng sơ đồ sau: Hình 1: Tồn cảnh chương "Dao động sóng điện từ" − Về bản, sóng điện từ có tương đồng với sóng học Để học đầy đủ sóng học bao gồm: + Nguồn sóng + Bản chất sóng điện từ + Đặc điểm, tính chất sóng điện từ + Mơi trường truyền sóng + Ứng dụng Mỗi bài, phần SGK trình bày nội dung tương ứng 2.3.2 Hướng dẫn học sinh tự viết lại nội dung theo sơ đồ − Sau học sinh có nhìn tồn cảnh chương "Dao động sóng điện từ, cần hướng dẫn học sinh tự tóm lược nội dung phần Nội dung hướng dẫn học sinh tự tóm lược Hình (trang 4) − Sau học sinh hồn thành tóm lược, cần kiểm tra, bổ sung sửa chữa nội dung viết Các nội dung mà học sinh cần hồn thành gồm: a) Nguồn sóng: nhiều nguồn khác nhau, điển hình mạch LC: − Cấu tạo chính: gồm cuộn dây mắc với tụ điện thành mạch kín − Các cơng thức tính tốn: liên hệ giá trị cực đại, pha giá trị hiệu dụng đại lượng u, i, q: + Q0 = CU0 + I0 = ωQ0 π + u pha q ; u q trễ pha so với i − Các công thức lượng để xây dựng nhanh công thức  CU 02   Cu    Q0   2C q Li  = +   2C Q U  0    qu  LI    b) Điện từ trường: − Từ trường biến thiên sinh điện trường xoáy biến thiên ngược lại − Điện trường từ trường hai thành phần liên quan đến trường điện từ Hình − Sơ đồ hướng dẫn học sinh tự tóm lược lý thuyết c) đặc điểm tính chất sóng điện từ − Đặc điểm tốc độ mơi trường truyền sóng: Sóng điện từ lan truyền chân không với tốc độ lớn c ≈ 3.108m/s Sóng điện từ lan truyền điện mơi, tốc độ sóng điện từ điện mơi phụ thuộc vào số điện môi r r r E ⊥B⊥c − Đặc điểm kiểu − loại sóng: Sóng điện từ sóng ngang: tạo thành tam diện thuận − Đặc điểm pha: Trong sóng điện từ dao động điện trường từ trường điểm luôn đồng pha với − Đặc điểm ánh sáng: Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách hai mơi trường bị phản xạ khúc xạ ánh sáng − Đặc điểm lượng: Sóng điện từ mang lượng − Đặc điểm ứng dụng: Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet dùng thơng tin liên lạc vơ tuyến gọi sóng vơ tuyến: + Sóng cực ngắn (0,01 − 10 m) + Sóng ngắn (10 − 100 m) + Sóng trung (100 − 1000 m) + Sóng dài (trên 1000 m) d) Ứng dụng sóng vơ tuyến: − Truyền thơng tin − Mơi trường sử dụng: khơng khí, chân khơng, điện mơi, điện ly − Đặc điểm truyền sóng điện từ môi trường 2.3.3 So sánh tương đồng với sóng học ánh sáng − Để học sinh dễ nhớ đặc điểm sóng điện từ, hướng dẫn suy từ đặc điểm sóng học ánh sáng theo sơ đồ: 2.3.4 Làm rõ truyền sóng vơ tuyến mơi trường a) Trong chân khơng: vai trị loại sóng vơ tuyến b) Trong điện mơi: qng đường truyền sóng điện từ tùy thuộc bước sóng số điện mơi Tốc độ sóng điện từ phụ thuộc số điện môi c) Trong khơng khí: − Mỗi bước sóng sóng dài, sóng trung, sóng ngắn hay cực ngắn truyền khơng khí qng đường dài ngắn khác (vài kilomet đến vài chục kilomet) hấp thụ khơng khí bước sóng khác khác − Riêng số bước sóng vùng sóng ngắn (16 m ; 19m ; 25m….) khơng bị khơng khí hấp thụ, lượng nên truyền xa khơng khí = 1100 km Sóng dài = 1001000 m Sóng trung = 10100 m = 16 m ; 19 m ; 25m… Sóng ngắn = 1001000 m Sóng cực ngắn Hình − So sánh tương đối qng đường khơng khí sóng vơ tuyến 2.3.5 Làm rõ phản xạ sóng vơ tuyến tầng điện ly − Sóng ngắn, sóng trung sóng dài bị phản xạ tầng điện ly − Sóng trung sóng dài phản xạ mặt đất mặt nước (biển) − Sóng ngắn phản xạ tốt tầng điện ly, mặt đất mặt nước phản xạ nhiều lần truyền xa mặt đất − Sóng cực ngắn khơng bị phản xạ tầng điện ly mà truyền thẳng, xuyên qua tầng điện ly, thường dùng liên lạc vệ tinh 2.3.6 Một số tập lý thuyết sóng điện từ: Câu 1: Sóng điện từ A biến thiên điện trường từ trường môi trường vật chất B lan truyền điện trường từ trường khơng gian C biến thiên tuần hồn điện trường theo thời gian D biến thiên tuần hoàn từ trường theo thời gian Câu 2: Sóng điện từ A điện từ trường lan truyền không gian B điện từ trường đứng yên không gian C điện từ trường dao động không gian D điện từ trường biến đổi qua lại không gian Câu 3: Phát biểu sau tính chất sóng điện từ khơng đúng? A Sóng điện từ truyền môi trường vật chất kể chân khơng B Sóng điện từ mang lượng C Sóng điện từ phản xạ, khúc xạ, giao thoa D Sóng điện từ sóng ngang, trình truyền véctơ B E song song với vng góc với phương truyền sóng Câu 4: Phát biểu sau tính chất sóng điện từ khơng đúng? A Nguồn phát sóng điện từ đa dạng, vật tạo điện trường từ trường biến thiên B Sóng điện từ mang lượng 10 C Sóng điện từ bị phản xạ, khúc xạ, giao thoa D Tốc độ lan truyền sóng điện từ chân không vận tốc ánh sáng Câu 5: Phát biểu sau nói sóng điện từ ? A Sóng điện từ điện từ trường lan truyền khơng gian B Điện tích dao động khơng thể xạ sóng điện từ C Tốc độ sóng điện từ chân khơng nhỏ nhiều lần so với tốc độ ánh sáng chân không D Tần số sóng điện từ nửa tần số điện tích dao động Câu 6: Trong trình lan truyền sóng điện từ, dao động từ trường điện trường điểm A trùng phương vng góc với phương truyền sóng B biến thiên tuần hồn theo khơng gian, khơng tuần hồn theo thời gian C dao động ngược pha D dao động pha Câu 7: Trong q trình lan truyền sóng điện từ, vecto cảm ứng từ vecto cường độ điện trường ln ln A trùng phương vng góc với phương truyền sóng B biến thiên tuần hồn theo khơng gian, khơng tuần hồn theo thời gian C vng góc với trùng phương truyền sóng D vng góc với vng góc với phương truyền sóng Câu 8: Sóng điện từ sau có khả xuyên qua tầng điện li? A sóng dài B sóng trung C sóng ngắn D sóng cực ngắn Câu 9: Sóng điện từ sau dùng việc truyền thơng tin nước? A Sóng dài B Sóng trung C Sóng ngắn D Sóng cực ngắn Câu 10: Sóng điện từ A sóng dọc B sóng ngang C sóng dọc sóng ngang D sóng âm Câu 11: Phát biểu sau đúng? A Cũng giống sóng âm sóng điện từ sóng ngang sóng dọc B Vận tốc truyền sóng điện từ c = 3.108 m/s, khơng phụ thuộc vào mơi trường truyền sóng C Sóng điện từ ln sóng ngang lan truyền mơi trường vật chất lẫn chân khơng D Sóng điện từ lan truyền môi trường vật chất Câu 12: Khi nói sóng điện từ điều sau khơng đúng? A Q trình truyền sóng điện từ q trình truyền lượng B Trong chân khơng bước sóng sóng điện từ tỉ lệ nghịch với tần số sóng C Trong q trình truyền sóng điện trường từ trường ln dao động vng pha với 11 D Trong q trình truyền sóng véc tơ cường độ điện trường vecsto cảm ứng từ ln vng góc với phương truyền sóng Câu 13: Sóng điện từ có tần số 10MHz nằm vùng sóng nào? A Sóng ngắn B Sóng cực ngắn C Sóng dài D Sóng trung Câu 14: Phát biêt sau đúng: A Vận tốc lan truyền sóng điện từ vận tốc ánh sáng chân khơng, khơng phụ thuộc vào mơi trường truyền sóng B Sóng điện từ lan truyền mơi trường vật chất đàn hồi C Sóng điện từ sóng ngang sóng dọc D Sóng điện từ ln sóng ngang lan truyền môi trường vật chất chân không Câu 15: Đặc điểm giống sóng sóng điện từ A truyền nhờ lực liên kết phần tử môi trường B gồm sóng ngang sóng dọc C truyền chân khơng D q trình truyền sóng q trình truyền lượng Câu 16: Trong chân khơng, sóng điện từ truyền với tốc độ A 3.108 m/s B 3.108 km/s C 3.106 m/s D 3.108 cm/s Câu 17: Kí hiệu loại sóng điện từ sau: (1) sóng dài (2) sóng trung (3) sóng ngắn (4) sóng cực ngắn Các sóng điện từ kể bị tầng điện li phản xạ với mức độ khác A (1) B (2) (3) C (3), (4) D (1), (2), (3) Câu 18: Để truyền thông tin vũ trụ , người ta sử dụng A sóng cực ngắn khơng bị tầng điện li phản xạ hấp thụ B sóng ngắn có khả truyền xa C sóng dài sóng dài có bước sóng lớn D sóng trung sóng trung có khả truyền xa ĐÁP ÁN 1.B 11.C 2.A 12.D 3.D 13.B 4.D 14.D 5.A 15.D 6.D 16.A 7.D 17.D 8.D 18.A 9.A 10.B 2.3.7 Một số tập tính tốn sóng điện từ: − Để tăng hứng thú cho học sinh, tơi xây dựng tập dạng 4x4 (4 ví dụ, mức độ khó) ; học sinh làm theo hàng dọc, hàng ngang đường chéo từ xuống − Học sinh chuẩn bị trước nhà chủ động làm bài, trình bày đáp số Tơi hướng dẫn học sinh hồn thành ô mà học sinh chưa giải 12 Đặc điểm Sóng điện từ truyền thẳng, phản xạ Phần chung: Một mạch thu, phát sóng điện từ gồm cuộn cảm L = / π µH C = / π µF ; tụ điện có điện dung Ban đầu tụ điện tích điện hiệu điện thế không đổi 10 V 2.1) Mạch mày 3.1) Khi sóng điện 4.1) Nếu coi Trái 1.1) Tìm tần phát sóng từ lan truyền qua đất hình cầu, mạch số, chu kỳ dao điện từ với bước điểm M dao động nói động mạch sóng khơng gian, M đặt sát mặt chân vectơ cường độ đất A Một khơng điện trường E người thẳng đứng hướng tòa nhà cao xuống, vectơ cảm 200 m ứng từ B nằm thu sóng điện ngang hướng từ mạch sang phải phát Tìm người quan sát khoảng cách nhỏ Hỏi sóng điện từ mạch hướng phía dao động tịa người này? nhà nhà (đo theo ĐS: 2400m ĐS: phía người mặt đất) quan sát ĐS: 1578,6 km Nguồn phát sóng điện từ Đặc điểm pha, hướng E, B, v ĐS: 8.10-6s ; 0,125.106Hz 1.2) Tìm cường độ dịng điện cực đại chạy qua cuộn dây điện tích 2.2) Khi sóng điện từ truyền từ khơng khí vào nước, bước sóng điện từ tăng hay giảm 3.2) Biết khoảng cách hai tụ mm Tìm thành phần cường độ điện trường cực đại sóng điện 4.2) Sóng điện từ từ mạch truyền phía hộp sắt, phía trước hộp có lỗ trống; đáy hộp 13 từ cực đại tụ điện có máy thu sóng điện từ Hỏi máy thu sóng điện từ mạch phát hay khơng ? ĐS: có ĐS: giảm ĐS: 104 V/m ĐS: 20 A ; 8.10-5/π C 1.3) Tại thời điểm cường độ dòng điện mạch nửa giá trị cực đại, hiệu điện hai đầu cuộn dây có giá trị ĐS: ±5 V 2.3) Để mạch phát sóng điện từ vùng sóng ngắn, điện dung tụ điện phải thỏa mãn điều kiện ? 3.3) Biết thành phần từ trường hình sóng điện từ có cảm ứng từ 10−3 cực đại T Tại thời điểm cường độ điện trường có giá trị 5.103 V/m tăng thì cảm ứng từ giá tri bao nhiêu, tăng hay giảm ? ĐS: 4,42.10-11F ≤ C ≤ 4,42.10ĐS: 0,5.10-3T tăng F 4.3) Radar mạch thu phát sóng điện từ, thường đặt trục thẳng đứng Radar phát sóng điện từ theo hướng thu theo nhiều hướng Để phát theo nhiều hướng, trục làm quay với tốc độ n Dùng radar để đo khoảng cách tới vật n = 20000 vòng/s, radar ghi nhận sóng phản xạ sau 1/4 vịng quay Tìm khoảng cách ĐS: 1875m 14 1.4) Tìm lượng điện từ mạch, lượng biến đổi nào mạch ? ĐS: 4.10-4/π J 2.4) Để mạch phát sóng điện từ có bước sóng cực ngắn điện dung tụ điện không đổi, độ tự cảm của cuộn cảm phải thỏa mãn giá trị ? 3.4) Mạch dao động nói đặt vệ tinh tầm cao, cách bề mặt trái đất đất khoảng 38000 km.Vệ tinh phát sóng điện từ phía bề mặt Trái Đất thu sóng phản xạ từ Tìm khoảng thời gian ngắn nhất hai lần thu -17 ĐS: 1,1.10 H ≤ phát ĐS: 19/75s L ≤ 1,1.10-11H 4.4) Mạch phát sóng nói đặt vệ tinh độ cao 500 km so với mặt đất Tìm vùng trái đất nhận tín hiệu vệ tinh Biết bán kính Trái Đất R = 6400 km, coi Trái Đất hình cầu ĐS: 21056' 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường − Khảo sát học sinh sau hướng dẫn học sinh hoàn thành nội dung nói đồng thời mở rộng cho toàn chương lớp trực tiếp giảng dạy − Nội dung: chủ đề "Sóng điện từ" − Số lượng câu hỏi: 10 câu nhận biết; 10 câu thông hiểu; 10 câu vận dụng; câu vận dụng cao − Thời gian: 45 phút − Kết quả: Số lượng câu trung bình học sinh làm Lớp 12C1 12C2 12C7 Giỏi 88,24% 82,61% 94,00% Khá 11,76% 17,39% 6,00% Trung bình Yếu − Kém 0 0 0 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận − Sau thực đề tài lớp 12C1 ; 12C2 12C7 trường THPT Hàm Rồng, lớp mà học sinh dùng điểm mơn Vật lí xét tuyển trường ĐH−CĐ, kết khảo sát sau cho thấy học sinh lựa chọn tốt câu hỏi lý thuyết, tỉ lệ tăng lên đáng kể, khơng cịn học sinh sai sót nhiều − Với giải pháp thân giảng dạy phần thu kết tốt như: Phần đông học sinh nắm tổng quan nội dung 15 chương, tạo thành mạch kiến thức liên tục áp dụng tốt vào thi cử để đạt kết cao 3.2 Kiến nghị − Đối với Sở ĐG - ĐT: + Xây dựng kho tư liệu âm − hình ảnh − video phục vụ tiết học, chủ đề cách trực quan, đê giáo viên tồn tỉnh lựa chọn, học tập từn đồng nghiệp nhằm xây dụng dạy hiệu cao nhất, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục toàn tỉnh + Xây dựng kho tư liệu SKKN đạt giải cấp tỉnh bổ sung hàng năm để giáo viên học tập, vận dụng kinh nhgiệm quý báu đồng nghiệp vào giáo dục học sinh, giảng dạy quản lí − Đối với nhà trường tổ chuyên môn: tăng cường trao đổi, thảo luận phương pháp giảng dạy, đa dạng hóa hình thức ghi chép học sinh (hình ảnh thay chữ, sơ đồ thay gạch đầu dòng…), để học sinh tìm hiểu kiến thức tốt + Đối với học sinh: khuyến khích, động viên học sinh tự đọc sách, ghi chép linh hoạt, tìm hiểu kiến thức từ internet, tài liệu khác…để có hiệu cao 16 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 18 tháng năm 2022 CAM KẾT KHÔNG COPY (Tác giả ký ghi rõ họ tên) Tôi xin cam kết SKKN tự viết, không copy Nguyễn Thái Quyết 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao – NXBGD Sách giáo khoa Vật lý 12 – NXBGD Tham khảo số tài liệu mạng internet − Nguồn: http://wikipedia.com.vn − Đề thi khảo sát chất lượng Sở GD trường THPT DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Nguyễn Thái Quyết Chức vụ đơn vị công tác: Trường THPT Hàm Rồng TT Tên đề tài SKKN Sự thiếu ổn định kết thực hành đo hệ số ma sát - nguyên nhân - giải pháp phương án đề xuất Kết Cấp đánh đánh giá giá xếp loại xếp loại (Phòng, Sở, (A, B, Tỉnh ) C) Sở B Năm học đánh giá xếp loại 2010−2011 ... điểm, tính chất loại sóng điện từ − Hướng dẫn học sinh làm tập dựa đặc điểm, tính chất chất sóng điện từ − Hạn chế tình trạng học sinh điểm câu đặc điểm, tính chất sóng vơ tuyến nói riêng sóng điện. .. khơng, điện mơi, điện ly − Đặc điểm truyền sóng điện từ mơi trường 2.3.3 So sánh tương đồng với sóng học ánh sáng − Để học sinh dễ nhớ đặc điểm sóng điện từ, tơi hướng dẫn suy từ đặc điểm sóng học. .. truyền sóng B Sóng điện từ lan truyền môi trường vật chất đàn hồi C Sóng điện từ sóng ngang sóng dọc D Sóng điện từ ln sóng ngang lan truyền môi trường vật chất chân không Câu 15: Đặc điểm giống sóng