Bồi dường học sinh giỏi vật lí 11

Mục lục Trang Phần mở đầu Lí chọn đề tài 2 Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Giả thuyết khoa học Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phần nội dung: Chương 1: Lí luận tập Vật lí Chương 2: Xây dựng sử dụng hệ thống tập phần Từ trường lớp 11 THPT việc bồi dưỡng học sinh giỏi 15 Chủ đề 1: Xác định cảm ứng từ dòng điện 15 Chủ đề 2: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện 40 Chủ đề 3: Lực Lorentz 64 Chủ đề 4: Cảm ứng điện từ 110 Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 174 Phần kết luận 179 Tài liệu tham khảo 181 PHẦN MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nhân loại kỷ XXI - kỷ mà tri thức, kĩ người coi yếu tố định phát triển xã hội Những phẩm chất lực tính tự lực, tính tích cực hoạt động, tư sáng tạo người cần phải rèn luyện bồi dưỡng từ cịn học trường phổ thơng Để đáp ứng mục tiêu này, năm qua, giáo dục nước ta có nhiều đổi mới: từ đổi chương trình, đổi sách giáo khoa, đến đổi phương pháp giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng giáo dục Trong dạy học vật lí, nâng cao chất lượng học tập phát triển lực giải vấn đề HS nhiều biện pháp, phương pháp khác Thuộc số đó, phương pháp tư giải tập vật lí (BTVL) phương pháp dạy học có tác dụng tích cực đến việc giáo dục phát triển HS, đồng thời thước đo đánh giá thực chất nắm vững kiến thức, kĩ vật lí họ Mặt khác, số lượng tập sách giáo khoa sách tập, tài liệu nâng cao nhiều Điều gây khó khăn cho nhiều GV việc lựa chọn tập cho HS Vì vậy, cần phải có lựa chọn, phân loại, xếp lại tập theo hệ thống tối ưu phù hợp với chương trình cải cách giáo dục thời gian dành cho HS lớp học nhà Hơn nữa, cơng trình có BTVL gần chưa có cơng trình nghiên cứu việc xây dựng phương pháp giải hệ thống tập nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi kì thi HSG tỉnh, HSG Quốc gia ơn thi đại học – cao đẳng Xuất phát từ vấn đề trên, chọn đề tài : “ Biên soạn tài liệu bồi dưỡng HSG ôn thi đại học, cao đẳng góp phần nâng cao chất lượng dạy học phần Từ trường chương trình vật lý THPT ’’ nhằm giúp HS nắm vững kiến thức phát triển lực tư vật lý để chủ động, tự lực giải vấn đề Mục đích nghiên cứu Phân loại xây dựng cách thích hợp hệ thống tập phần “Từ trường” chương trình Vật lý phổ thơng từ đưa phương pháp giải nhằm phát huy tính tích cực, tự lực sáng tạo học sinh việc bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi đại học – cao đẳng Nhiệm vụ nghiên cứu 3.1 Nghiên cứu hoạt động tư HS trình giải BTVL, từ sử dụng cách phân loại BTVL từ đơn giản đến phức tạp, theo cấp độ : Bài tập bản, tập dành cho học sinh khá, giỏi, tập dành cho học sinh giỏi; chia làm nhiều dạng : loại tập Cơ – Từ, Điện - Từ, tập thực nghiệm cách hướng dẫn HS tìm lời giải BTVL có hiệu 3.2 Điều tra tình hình dạy học tập phần từ trường lớp 11 THPT 3.3 Xác định hệ thống tập phần từ trường giúp HS thơng qua giải mà nắm vững kiến thức bản, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo giải BTVL phát triển lực giải vấn đề 3.4 Đề cách sử dụng hệ thống tập phần từ trường hai loại tiết học phổ biến vật lí: nghiên cứu tài liệu mới, luyện tập giải tập 3.5 Thực nghiệm sư phạm nghiên cứu hiệu nội dung hệ thống tập, đề xuất việc sử dụng việc hướng dẫn HS giải BTVL theo sơ đồ định hướng trình dạy học phần từ trường Đối chiếu kết qủa thực nghiệm với kết điều tra ban đầu, rút kết luận khả sử dụng hệ thống tập việc bồi dưỡpg học sinh giỏi trường THPT Giả thuyết khoa học Khi dạy học phần từ trường lớp 11 THPT, GV lựa chọn hệ thống tập thích hợp, đưa phương pháp giải chung, khái quát coi trọng việc hướng dẫn HS tự lực, tích cực hoạt động tư trình giải BTVL chất lượng nắm vững kiến thức HS nâng cao, đồng thời góp phần phát triển lực giải vấn đề cho họ Đối tượng nghiên cứu 5.1 Hoạt động HS khá, giỏi giải BTVL, GV việc hướng dẫn hoạt động 5.2 Hệ thống tập phương pháp giải tập phần từ trường lớp 11 THPT Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sử dụng phân tích lí luận, nghiên cứu thực tiễn (điều tra, vấn), thực nghiệm sư phạm kết hợp phương pháp khác, điều tra kiểm tra viết, quan sát, trò chuyện Để đưa cách phân loại BTVL dựa vào hoạt động tư HS trình tự lực giải vấn đề cách GV hướng dẫn họ giải tập, đề tài nghiên cứu sở lí luận BTVL Đồng thời, qua điều tra thực trạng nắm vững kiến thức HS, xem xét thực tiễn sử dụng tập GV, việc giải tập HS mà đề xuất hệ thống tập phần từ trường nêu cách sử dụng nó, cách hướng dẫn giải loại BTVL, tiến hành thực nghiệm sư phạm nghiên cứu hiệu thực tế PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: LÍ LUẬN VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ Tác dụng BTVL Giải BTVL hình thức luyện tập chủ yếu tiến hành nhiều Do BTVL có tác dụng quan trọng việc hình thành, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng tìm tịi kiến thức cho HS Chúng sử dụng tiết học theo mục đích khác nhau: - Ơn tập kiến thức học, củng cố, mở rộng, đào sâu kiến thức giảng - Phương tiện hình thành rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn - Hình thành kiến thức (kể cung cấp kiến thức thực tiễn) - Phát triển tư vật lí - Kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ kĩ xảo; đặc biệt giúp phát triển trình độ phát triển trí tuệ, làm bộc lộ khó khăn khắc phục sai lầm - Giáo dục tư tưởng, đạo đức, kĩ thuật tổng hợp hướng nghiệp Phân loại BTVL 2.1 Phân loại BTVL tài liệu phương pháp giảng dạy Bảng Phân loại BTVL tài liệu phương pháp giảng dạy BÀI TẬP VẬT LÍ Theo nội dung Tài Cụ KT Lịch liệu thể tổng sử vật trừu hợp lí tg Theo mục đích dạy học Theo mức độ khó dễ Theo đặc điểm PPNC vấn đề Ltập Sáng Kiểm Đơn Phức Phối tạo tra giản tạp hợp Nghiên Thiết cứu (tại kế (làm sao?) nào?) Theo P.thức giải hay P.thức cho điều kiện Định tính Bằng Tính Thực Đồ lời tốn ngh thị Phức tạp Đơn giản Định lượng Tập dượt Tổng hợp Theo hình thức lập luận logic Dự đoán tg Giải Tổng thích hợp tg Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học 2.2 Các bước chung giải BTVL 2.2.1 Hoạt động HS giải tập vận dụng kiến thức Nghiên cứu đầu bài: Đọc đầu bài, tìm hiểu ý nghĩa thuật ngữ mới, quan trọng; nắm vững đâu cho, phải tìm; tóm tắt đầu kí hiệu quen dùng Nhận biết tượng nêu lên tập thuộc lĩnh vực kiến thức học Xác định mối quan hệ có cho phải tìm biểu định nghĩa, quy tắc, định luật, biết để giải vấn đề Lựa chọn mối quan hệ kể phác thảo cách thức từ mối quan hệ đến kết cần tìm Thực hành động lập luận logic, biến đổi toán học, đo lường, đọc đồ thị, tra cứu bảng số liệu, để thiết lập mối quan hệ tường minh phải tìm cho Trình bày lời giải tức trình bày lập luận theo trình tự tối ưu (chặt chẽ, hợp lí, gắn gọn) 2.2.2 Hoạt động HS giải tập hình thành kiến thức Trong nghiên cứu tính chất, mối quan hệ vật tượng cần phải áp dụng phương pháp nhận thức khoa học, phương pháp nghiên cứu vật lí thực nghiệm, mơ hình, tương tự, suy diễn lí thuyết Trong trình nghiên cứu HS chứa đựng hai hoạt động sau: Dùng suy luận logic hay biến đổi tốn học để từ tính chất, quan hệ bên biết vật, tượng đến biểu bên ngồi quan sát, đo lường thiên nhiên Hoặc ngược lại, từ điều quan sát suy tính chất, mối quan hệ bên vật, tượng (chủ yếu suy luận thuộc loại quy nạp) Quan sát, đo lường để thu thập tài liệu, tìm lời giải đáp thiên nhiên Muốn vậy, phải biết phân biệt yếu tố chính, phụ tượng nghiên cứu Việc xây dựng chúng kết nghệ thuật sư phạm GV, chỗ đề hay hệ thống tập làm cho HS: - Thực cảm thấy có vướng mắc lí thuyết hay thực tiễn - Hiểu rõ vấn đề chủ yếu GV nêu hay diễn giải vấn đề - Mong muốn giải vấn đề có khả giải Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang -6- Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học 2.3 Một cách phân loại BTVL dựa vào mức độ phức tạp hoạt động tư HS trình tìm kiếm lời giải Khái niệm tập (BTCB), tập phức hợp (BTPH) 2.3.1 Một cách phân loại khác BTVL 2.3.2 Đặc điểm BTCB BTPH - BTCB khái niệm tương kiến thức vật lí mà HS học Khi nói đến BTCB kiến thức nói đến yếu tố cần vận dụng việc giải tập mà trước học kiến thức - Theo mục đích nhận thức tập, phân thành hai loại: Vận dụng kiến thức biết; tìm kiếm thơng tin tự nhiên Dựa vào đặc điểm hoạt động tư HS, lại chia loại BTCB thành nhiều kiểu, phân kiểu khác nhau: BTCB vận dụng kiến thức học bao gồm hai kiểu tập dự đốn tượng giải thích tượng Hai kiểu lại chia thành phân kiểu khác: Lập luận logic; Thực phép biến đổi toán học; Sử dụng đồ thị; Đo lường đại lượng vật lí; Có nội dung lí thuyết; Có nội dung thực tế BTCB tìm kiếm thơng tin tự nhiên - Quan sát; - Phân tích tượng phức tạp tượng đơn giản; - Tác động vào tự nhiên để tìm điều kiện chi phối tượng khống chế nó; - Tìm mối quan hệ đo được, quan sát để xác lập tính chất, mối quan hệ bên vật, tượng biểu thị đại lượng, quy tắc, định luật vật lí; - Xác lập mối quan hệ nhân tượng, đại lượng vật lí Để giải BTPH, cần sử dụng chuỗi lập luận logic, nhiều công thức biểu thức toán học, nhiều phương tiện khác (thí nghiệm, tính tốn, đồ thị suy luận, ) Vì quy BTPH kiểu, phân kiểu BTCB Bất kì loại BTVL - dù BTCB hay BTPH - giải phải phân tích tượng nêu lên tập Nghĩa phải vào điều kiện cụ thể đầu mà vận dụng kiến thức biết để xem xét tượng thuộc loại tượng học, tuân theo quy luật biết Nói cách khác, người giải phải sử dụng lập luận logic để tìm quy tắc, định luật, cơng thức, phương Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang -7- Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ơn thi đại học trình để sau tính tốn, đo lường, Như tập theo hình thức logic có u cầu dự đoán tượng (từ tiền đề khái quát- quy tắc, định luật, biết, rút kết luận điều kiện cụ thể tập), giải thích tượng (chỉ nguyên nhân tượng nêu tập quy tắc, định luật vật lí, học) Mối quan hệ nắm vững kiến thức giải BTVL 3.1 Khái niệm kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo vật lí Kĩ xuất phát từ kiến thức, dựa kiến thức Còn kĩ xảo hành động mà phần hợp thành luyện tập mà trở thành tự động hố Kĩ xảo mức độ cao nắm vững kĩ Những kiến thức vật lí chia làm nhóm: 1) Khái niệm (hiện tượng, đại lượng vật lí); 2) Định luật, nguyên lí; 3) Thuyết; 4) Phương pháp nghiên cứu; 5) Ứng dụng sản xuất, đời sống Những kĩ vật lí chia thành nhóm: 1) Quan sát, đo lường, sử dụng dụng cụ máy đo phổ biến; 2) Giải BTVL; 3)Vận dụng kiến thức vật lí để giải thích tượng đơn giản, ứng dụng phổ biến vật lí sản xuất đời sống; 4) Sử dụng thao tác tư suy logic phương pháp nhận thức vật lí Những kĩ xảo chủ yếu vật lí chia làm hai nhóm: 1) Thực nghiệm; 2) Áp dụng phương pháp toán học phương tiện phụ trợ 3.2 Các mức độ nắm kiến thức 3.2.1 Khái niệm nắm vững kiến thức 3.2.2 Các mức độ nắm vững kiến thức Sự nắm vững kiến thức phân biệt ba mức độ: biết, hiểu, vận dụng - Biết kiến thức nghĩa nhận nó, phân biệt với kiến thức khác Đây mức độ tối thiểu HS cần đạt học tập Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang -8- Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học - Hiểu kiến thức gắn kiến thức vào kiến thức biết, đưa vào hệ thống vốn kinh nghiệm thân Xác lập mối quan hệ với hệ thống kiến thức khác vận dụng trực tiếp kiến thức vào tình quan thuộc dẫn đến có khả vận dụng cách linh hoạt, sáng tạo - Vận dụng kiến thức vào việc giải nhiệm vụ thực tiễn nghĩa phải tìm kiến thức thích hợp vốn kiến thức có để giải nhiệm vụ Chính lúc vận dụng, q trình nắm vững kiến thức thêm sâu sắc, làm cho nét chất, kiến thức bộc lộ; làm cho trình nắm kiến thức thêm tự giác, sáng tạo; làm cho kiến thức lí thuyết kiến thức thực tiễn có mối liên hệ bên sâu sắc Ngoài vận dụng kiến thức, thao tác tư trau dồi, củng cố số kĩ năng, kĩ xảo hình thành, hứng thú học tập HS nâng cao 3.3 Mối quan hệ nắm vững kiến thức giải BTVL Chất lượng nắm vững kiến thức bước đầu thể chất lượng giải BTCB đề tài, chương, phần chương trình phản ánh chất lượng nắm vững kiến thức mối quan hệ chúng đề tài, chương, phần với vận dụng chúng tình phức tạp, Phát triển lực giải vấn đề hoạt động giải tập HS 4.1 Khái niệm lực 4.2 Mối quan hệ phát triển lực nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo 4.3 Tiêu chuẩn phát triển lực giải vấn đề giải BTVL Năng lực giải vấn đề HS hình thành phát triển hoạt động giải BTVL Để đánh giá phát triển lực giải vấn đề HS giải BTVL, dựa vào tiểu chuẩn sau: 1) Xác định xác vấn đề cần giải quyết, cho phải tìm; 2) Nhanh chóng phát quen thuộc biết, phải tìm giải BTVL Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang -9- Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học 3) Phác thảo, dự kiến đường chung (giải pháp) có từ đầu đến cuối trước tính tốn, xây dựng lập luận cụ thể; 4) Hồn thành công việc theo giải pháp dự kiến thời gian ngắn, chọn lựa số giải pháp tối ưu; 5) Nhanh chóng qua số bài, tự rút sơ đồ định hướng giải tập loại; 6) Chuyển tải sơ đồ định hướng hành động giải BTPH thuộc loại sang sơ đồ định hướng giải kiểu, phân kiểu BTPH khác Sơ đồ định hướng giải BTVL 5.1 Các loại sơ đồ định hướng (SĐĐH) giải BTVL 5.1.1 SĐĐH khái quát giải BTVL bao gồm giai đoạn (bước) yêu cầu giải BTVL Trên sở xem xét chúng, đưa phương án sơ đồ bao gồm giai đoạn, hành động sau: 1) Nghiên cứu đầu bài: - Đọc kĩ đầu bài; - Mã hố đầu kí hiệu quen thuộc; - Đổi đơn vị đại lượng hệ thống thống (thường hệ SI); - Vẽ hình sơ đồ 2) Phân tích tượng, q trình vật lí lập kế hoạch giải: - Mơ tả tượng, q trình vật lí xảy tình nêu lên đầu bài; - Vạch quy tắc, định luật chi phối tượng, trình ấy; - Dự kiến lập luận, biến đổi toán học cần thực nhằm xác lập mối quan hệ cho phải tìm 3) Trình bày lời giải: - Viết phương trình định luật giải hệ phương trình có để tìm ẩn số dạng tổng quát, biểu diễn đại lượng cần tìm qua đại lượng cho; - Thay giá trị số đại lượng cho để tìm ẩn số, thực phép tính với độ xác cho phép 4) Kiểm tra biện luận kết Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 10 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Hướng dẫn giải a) Giả sử có dịng điện I chạy qua ống dây C1, tìm từ thơng C1 gửi qua C Cảm ứng từ C1 gây tâm O2 C : B02  0nI (cos 1  cos 2 ) 1 = (vì ống dây C1 bán vơ hạn)  cos 1  , cos 2 = d a1  d2  a  1 1 d 1 a1 2d a1 = d , suy : B 02  0 nI a1 2d2 Vì a2 = d nên cảm ứng từ C1 gây điểm mặt giới hạn C có thành phần trục O2x có độ lớn xấp xỉ B02 Do từ thơng C1 gửi qua C2 :   B 02 a2 Từ hệ số hỗ cảm : M 2  0 n a1 a  I d2 (1) b) Trong thời gian thiết lập dòng điện I1 C1, từ thông C1 gửi qua C2 biến thiên, C2 xuất suất điện động hỗ cảm, I2 biến thiên nên C2 lại xuất suất điện động tự cảm : Áp dụng định luật Ơm ta có : di di M  L  Ri  Ri2dt  Mdi1  Ldi2  Rdq (2) dt dt Với dq = i2dt điện lượng chạy qua tiết diện dây dẫn C thời gian dt - Khi cường độ dòng điện C2 đạt đến trị số i2 (xem t   ) từ thơng C1 gửi qua C2 khơng cịn biến thiên nữa, từ C khơng cịn suất điện động hỗ cảm, suất điện động tự cảm khơng cịn có điện lượng chạy qua tiết diện dây dẫn C2 Kí hiệu Q điện lượng tổng cộng chạy qua tiết diện dây dẫn C Từ (2) ta có : RQ  M.i1  L.i2 : i2  i2 (t  )  i2 (t  0)    i1  i1 (t  )  i1 (t  0)    Suy : Q    na1 a Mi 2i  R 4Rd Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 167 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Dấu trừ biểu thức Q liên quan đến chiều dòng điện C C2, chứng tỏ : dịng điện cảm ứng C2 có xu hướng chống lại biến thiên từ thông mà ống dây C1 gây Bài số 27 (Dao động điện từ) Cho mạch dao động điện từ gồm tụ C mắc với cuộn cảm có độ tự cảm L1, L2 Ban đầu tụ tích điện, K mở Khi UC = U2, K đóng sau khoảng thời gian tụ phóng hết điện tích q Tìm điện lượng q1, q2 qua cuộn cảm Sau đóng K có dịng chạy qua cuộn cảm đạt cực đại dòng cực đại qua L1 I01 Tìm điện tích đầu tụ Giải  Ta có : Dùng định luật ơm ta có : L1i1  L2i2 A   L1i1  L2i2  L1i1  L2i2  C - Tại t = lúc đóng K : i01  i02   C  i2 i1 L2 L1 C L  i  i  L1.i1dt  L2 i dt  dq1  dq 2 L1 + Tích phân vế : q1  q Hình 4.62 L2 L1 - ĐLBT điện tích A : q1 + q2 = q  q  q2  L1  L2 q L1 U C.L1 U C.L qL1 ; q1   L1  L2 L1  L2 L1  L2 Ta có : Khi i1 = I01  etc =  UC =  L1I01 = L2I02  I02  L1I01 L2 2 L1I01 L2 I02 q   - ĐLBTNL : 2 2C  2  q   L1I01   L  L  L2  C.I01 L1  L1  L2  C L2  I01  C  1 I01  q0  L2  L2 L2 Vậy X = - E cos 0t  uc(t) = E (1 - cos 0t ) Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang K - 168 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Bài số 28 (Dao động điện từ) Trong mạch điện hình (Hình vẽ 4.63) tụ có điện dung C nạp điện tới hiệu điện đó, cịn khố K ngắt Sau đóng khóa K, mạch diễn dao động tự do, biên độ dịng điện cuộn cảm L2 Hình 4.63 I0 Khi dịng điện cuộn cảm L1 đạt giá trị cực đại người ta rút nhanh lõi sắt (trong thời gian ngắn so với chu kì dao động), khiến độ tự cảm giảm k lần Bài giải Ta có : uc = L2i2' (1) L1i1' = L2i2'  L1i1 = L2i2 (2) i = i + i2 (3) i = - CuC' (4) L L Rút phương trình : i2'' + i2 = CL L Giải nghiệm : i1 = L2 I0 sin  t, i2 = I0 sin  t L1 (với 0  L1  L2 ) CL1 L2 Hình 4.64 - Áp dụng định luật bảo toàn lượng : Năng lượng mạch sau rút lõi thép : Wt = L1 (i11 )2 L2 (i21 ) L1 kL2 L2 I   ( I0 )  2 2k L1 Chứng minh : Wsau = Wc = CU m = kL L2 I (1  ) L1 suy : Um = I0 L2 ( L1  kL2 ) CL1 Bài số 29 (Dao động điện từ) Bốn kim loại phẳng đặt song song nhau, khoảng cách hai cạnh d, diện tích S (d có trị số nhỏ so với kích thước bản) Các nối với nguồn điện có suất điện động ξ khơng đổi qua khóa K Các nối với quan cuộn cảm với độ tự cảm L (Hình 4.65) Đóng khóa K Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 169 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ơn thi đại học Tìm biểu thức mô tả phụ thuộc thời gian điện tích K cường độ dịng điện qua cuộn cảm Chọn t = lúc đóng K Xác định điện tích thời điểm dòng điện qua cuộn cảm đạt giá trị cực đại Xác định dấu độ lớn điện tích mặt Xác định giá trị cực đại dòng điện qua cuộn cảm Hướng dẫn giải L Trước đóng khóa K, chưa tích điện dịng điện qua cuộn cảm khơng Sau đóng khóa K, kim loại có điện tích có dịng điện chạy qua cuộn cảm Hình 4.65 - Giả sử thời điểm bất kì, có điện tích với độ lớn q1, có điện tích q qua cuộn cảm có dịng điện I Dấu   điện tích, chiều vectơ cường độ điện trường E1 , E2 chiều dịng điện hình vẽ - Định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn điện có dạng : E = 2q1d  q2 d 0S (1) 0S -Tương tự đoạn mạch chứa cuộn cảm ta có: L dI q1d 2q2 d   dt  S  S (2) - Mặt khác : I  q" (3) - Từ (1), (2) (3) ta có phương trình : q"  3d q2  E 2 SL 2L (4) Nghiệm phương trình : q2 (t )  sin t  B cos t   SE 3d , với   3d 2 0EL ' - Theo đề bài, lúc t = 0, q 2(0) = q = 0; từ A = 0; B = - Do ta có : q2 (t )   SE 3d (1- cosωt) - Thay (5) vào (1) tìm : q2 (t )  Ta có : I(t) = - q '2 = -  SE 3d  SE 3d (5)  SE 6d (4 – cosωt) sinωt Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang (6) (7) - 170 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Dòng điện đạt cực đại thời điểm : t     m (với m = 0, 1, 2, 3…) Khi : q1m = 2 SE (trên 3) (8) 3d q2m=  SE (trên 4) (9) 3d Để xác định dầu độ lớn điện tích hai mặt a va b ta lập luận sau: Khi cường độ dòng đienẹ đặt cực đại, suất điện động tự cảm không nghĩa có điện Tại thời điểm ta có sơ đồ tương đương hình vẽ, với 2a, 2b 3a, 3b tương ứng hai mặt Điện dung ba tụ D =  S Điện dung d 2b 3a 2a + + - 3b Hình 4.66 hệ ba tụ : Cb  2C  2 S 3d - Điện tích bằng: q 1m = 2 SE 3d - Điện tích tổng cộng 3a 3b q 3m = 2 SE mặt mặt 3d : q3a = q3b =  SE (10) 3d - Điện tích (xem tụ điện thứ ba) : q 4m =  SE 3d - Điện tích mặt 2a (xem tụ điện thứ nhất) : Q 2bm =  SE 3d Do đó, tổng diện tích :  SE  SE q2m = q2am = q2bm = - 2 SE + = - (độ lớn trùng với kết (9) 3d 3d 3d Bài tập củng cố Một ống dây gồm n vòng quay từ trường đều, có cảm ứng từ B ống dây quay xung quanh trục vng góc với trục ống với phương từ trường Chu kì quay T, diện tích tiết diện ống S R Tìm suất điện động cảm ứng cực đại ống dây quay Cho hệ thống hình 4.67, AB có chiều dài l, khối lượng m trượt thẳng đứng hai ray, hệ thống B B A đặt vào từ trường B nằm ngang Dưới tác Hình 4.67 Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 171 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học dụng trọng lực lực điện từ, AB trượt với vận tốc v a) Tính độ lớn vận tốc v, chiều độ lớn cường độ dòng điện cảm ứng b) Khi ray hợp với mặt phẳng ngang góc , AB trượt với vận tốc bao nhiêu, dòng điện cảm ứng IC lúc ? Một dây dẫn MN = l trượt không ma sát hai kim loại cố định, khoảng cách hai d nghiêng góc  so với phương ngang Hai kim loại nối với điện trở R, điện trở không đáng kể Cả hệ đặt từ trường B hướng thẳng đứng lên (Hình 4.68) Người ta thả cho chuyển động không vận tốc ban đầu B R d  Hình 4.68 a) Mơ tả tượng xảy giải thích vận tốc v MN tăng tới giá trị vmax (coi hai song song có độ dài đủ lớn) b) Thay điện trở tụ điện có điện dung C Chứng minh lực cản chuyển động tỉ lệ với gia tốc a Tính gia tốc đó, cho biết gia tốc trọng trường g C Cho hệ thống hình 4.69, MN có chiều dài L trượt thẳng đứng khơng ma sát hai ray từ B trường B nằm ngang, C tụ điện chưa tích điện Bỏ qua điẹn trở mạch Tính gia tốc chuyển động AC BD hai kim loại thẳng, dài đặt song song với mặt phẳng nằm ngang, hai đầu A B nối với qua tụ điện có điện dung C, điện trở không đáng kể, MN = L kim A loại khối lượng m tựa hai AC BD (Hình 4.70) Hệ nói đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ B hướng thẳng đứng, chiều từ xuống Tác dụng lực F theo phương nằm ngang cho MN chuyển động tịnh tiến với gia tốc khơng N M Hình 4.69 B M C C B N D Hình 4.70 đổi a Biết hệ số ma sát MN hai AC, BD μ Tìm độ lớn lực F Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 172 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Một trượt kim loại có khối lượng m, trượt khơng ma sát dọc theo hai ray kim loại đặt song song nghiêng với phương ngang góc , B hai ray đặt cách khoảng r Hai đầu ray nối tụ điện chưa tích điện, có điện dung C Tồn hệ đặt vào M s từ trường có vectơ cảm ứng từ B hướng thẳng đứng (Hình 4.71) Tại thời điểm ban đầu, giữ cách tụ điện khoảng s Hỏi sau từ lúc bng trượt tới tụ điện Tính vận tốc Bỏ qua điện trở dây dẫn Một khung dây dẫn hình vng cạnh a, điện trở R kéo với vận tốc v qua khe nam châm điện (hình 4.72) Từ trường khe đều, có cảm ứng từ B vng góc với mặt phẳng khung Hãy xác định lượng nhiệt toả khung Coi kích thước khung nhỏ kích thước ngang b kích thước dọc l khe nam châm Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang N L  C Hình 4.71 v B l a b Hình 4.72 - 173 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học CHƯƠNG III TH C NGHI M SƯ PHẠM Mục tiêu nhiệm vụ Hoạt động thực nghiệm sư phạm tiến hành nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học đề ra: Nếu xây dựng hệ thống tập phù hợp với mục tiêu dạy học thời gian dành cho chủ đề kiến thức vật lí, đồng thời tổ chức hoạt động dạy giải tập theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh phát huy hết tác dụng tập vật lí dạy học vật lí, góp phần vào việc giúp học sinh khơng nắm vững kiến thức mà cịn phát huy tính tích cực, tự chủ lực sáng tạo Để đạt mục tiêu đó, hoạt động thực nghiệm sư phạm cần giải số vấn đề sau: + Trong q trình dạy kiến thức phần Từ trường – lớp 11 THPT, tiến hành thực nghiệm hướng dẫn hoạt động giải tập đề dựa phương pháp, sơ đồ luận giải số lượng tập lựa chọn, phân loại đề tài + So sánh, đối chiếu kết học tập với lớp đối chứng để sơ đánh giá hiệu phương án nghiên cứu đề Đối tượng thực nghiệm sư phạm + Đối tượng thực nghiệm sư phạm học sinh lớp 11 trường THPT Ngô Sĩ Liên lớp 11 chuyên Hoá, 11 chuyên Lý trường THPT Chuyên Bắc Giang - Thành phố Bắc Giang - Tỉnh Bắc Giang + Lớp thực nghiệm 11A9 với số lượng học sinh 40 + Lớp đối chứng 11A810 với số lượng học sinh 40 + Lớp thực nghiệm 11 chuyên Hoá với số lượng học sinh 35 + Lớp đối chứng 11 chuyên Toán với số lượng học sinh 32 + Lớp thực nghiệm 11 chuyên Lý với số lượng học sinh 31 (khơng có lớp đối chứng) + Đặc điểm hai lớp thực nghiệm đối chứng: hai lớp kết tuyển sinh vào lớp 10 THPT nhau, kết học tập mơn Vật lí lớp tương đương + Giáo viên giảng dạy: Cô giáo Nguyễn Thu Hương (11A10 – THPT NSL), thầy giáo Vũ Tiến Thành (11A9 – THPT NSL) giáo viên trường THPT Ngô Sĩ Liên; thầy giáo Nguyễn Văn Đoá (11 chuyên Toán – THPT Chuyên), thầy giáo Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 174 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Đỗ Minh Tuệ (11 chuyên Hoá, 11 chuyên Lý – THPT Chuyên) giáo viên THPT Chuyên Bắc Giang Tiến trình thực nghiệm sư phạm + Trao đổi với giáo viên giảng dạy mơn Vật lí lớp thực nghiệm đối chứng + Soạn thảo kiểm tra 45 phút + Giao cho giáo viên giảng dạy Vật lí lớp thực nghiệm kế hoạch nội dung thực nghiệm sư phạm + Ở lớp thực nghiệm, giáo viên tiến hành giảng dạy theo nội dung đề ra, lớp đối chứng, giáo viên tiến hành giảng dạy bình thường + Tiến hành dự giờ, quan sát, ghi chép hoạt động dạy hai lớp thực nghiệm đối chứng Sau dự giờ, tổ chức trao đổi, rút kinh nghiệm với giáo viên thực nghiệm định hướng cho dạy + Tiến hành kiểm tra bốn lớp để lấy kết phân tích, đánh giá * Thời gian tiến hành kiểm tra lấy kết lần thứ nhất: 18 /4 / 2011 trường THPT Ngô Sĩ Liên 8/4/2011 trường THPT Chuyên Bắc Giang * Thời gian tiến hành kiểm tra lấy kết lần thứ hai: sau tiến hành phân tích sơ kết Dựa sở kết đợt kiểm tra lần thứ nhất, thực việc chỉnh sửa tập hệ thống tập soạn thảo tiến hành kiểm tra lần hai để lấy kết để phân tích đánh giá Dựa kết trình thực nghiệm, kết phân tích đánh giá, chúng tơi đưa hệ thống tập trình bày chương II đề tài Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sư phạm + Chúng tiến hành soạn kiểm tra 45 phút để lấy kết phân tích, đánh giá kết trình thực nghiệm sư phạm Đề kiểm tra bao gồm câu hỏi với yêu cầu kiến thức, kỹ mà học sinh cần nắm vững vận dụng mức độ khác + Nội dung đề kiểm tra có tác dụng kiểm tra phù hợp hệ thống tập hoạt động hướng dẫn giải tập vật lí mà đưa ra, đồng thời kiểm tra tính tích cực, tự chủ sáng tạo học sinh Bên cạnh đó, kiểm tra cịn có tác dụng giúp kiểm tra lại kết luận khó khăn sai lầm học sinh thường mắc phải đề cập Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 175 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Lớp SốHS Bảng kết điểm kiểm tra 45’ TN 75 0 15 22 15 6.8 ĐC 72 12 18 20 5.97 10 ĐTB Bảng 3.1 Phân tích số liệu thu Để so sánh kết làm học sinh lớp thực nghiệm lớp đối chứng, chúng tơi lập bảng phân phối tích lũy, vẽ đường tích lũy tính tham số đặc trưng cho phân phối Từ số liệu ta vẽ đồ thị phân bố tần suất điểm đồ thị phân bố tần suất tích lũy (hội tụ tiến) lớp thực nghiệm lớp đối chứng 45 40 Tần suất (%) 35 30 25 Lớp TN 20 Lớp ĐC 15 10 5 10 Điểm (xi) Đồ thị phân bố tần suất điểm (hình 3.1) Tần suất tích lũy (%) 120 100 80 Lớp TN 60 Lớp ĐC 40 20 10 Điểm (xi) Đồ thị phân bố tần suất tích lũy (hội tụ tiến) (hình 3.2) Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 176 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Từ hai đồ thị, nhận thấy đường phân bố tần suất đường phân bố tần suất tích lũy lớp thực nghiệm nằm bên phải so với lớp đối chứng, điều chứng tỏ chất lượng nắm vững kiến thức lớp thực nghiệm tốt lớp đối chứng Vậy, qua kết kiểm định thống kê toán học với số liệu thu từ kiểm tra học sinh sau trình thực nghiệm sư phạm bước đầu nhận định hệ thống tập đưa hoạt động hướng dẫn giải tập phần Từ trường – lớp 11 THPT mà chúng tơi đưa góp phần vào việc giúp học sinh khơng nắm vững kiến thức mà cịn phát huy tính tích cực, tự chủ lực sáng tạo việc bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi đại học, cao đẳng Đánh giá định tính việc nắm vững kiến thức bồi dưỡng, phát huy tính tích cực, tự chủ lực sáng tạo Qua trình thực nghiệm sư phạm hệ thống tập soạn thảo có áp dụng hoạt động hướng dẫn tổ chức hoạt động dạy giải tập theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh giúp cho học sinh nắm vững kiến thức mà cịn góp phần phát huy tính tích cực, lực tự chủ, lực sáng tạo Thông qua phương pháp quan sát hoạt động học sinh dạy thực nghiệm, thu số kết sau: *Lớp thực nghiệm: + Học sinh giải hệ thống tập theo mức độ tư từ dễ đến khó giúp hình thành thói quen tư phương pháp giải tập tương tự Học sinh tích cực tham gia, tự lực giải tập + Từ hệ thống tập theo yêu cầu giáo viên, học sinh phải tự phân tích tìm kiến thức cần vận dụng Điều góp phần rèn luyện cho học sinh biết vận dụng kiến thức học tình cụ thể từ có vận dụng tình sáng tạo + Việc tổ chức, hướng dẫn hoạt động giải tập hướng tới giúp học sinh tự lực, vận dụng linh hoạt kiến thức học Trong tập đa số học sinh tham gia tích cực vào hoạt động giải tập Tuy nhiên, có khoảng 1/3 số học sinh thụ động, khơng tham gia tích cực vào hoạt động giải tập *Lớp đối chứng: + Mức độ tích cực học sinh tham gia vào hoạt động giải tập không rõ rệt Số lượng tập mà giáo viên đưa học sinh thường không giải hết Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 177 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học + Học sinh vận dụng kiến thức máy móc thường lúng túng tình biến đổi u cầu sáng tạo Tóm lại, phân tích thể tính hiệu bước đầu việc lựa chọn hệ thống tập hoạt động hướng dẫn dạy giải tập theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh giúp cho học sinh nắm vững kiến thức góp phần phát huy tính tích cực, lực tự chủ, lực sáng tạo Trên kết bước đầu hạn chế thời gian thực nghiệm sư phạm, học sinh rèn luyện thường xuyên hiệu chắn cao KẾT LUẬN CHƯƠNG III Thông qua quan sát phân tích diễn biến dạy thực nghiệm, điều tra, xử lý định tính định lượng kết kiểm tra trình thực nghiệm sư phạm khẳng định giả thuyết khoa học đề tài đắn Các kết thu chứng tỏ rằng: + Hệ thống tập soạn thảo có tính khả thi + Hệ thống tập soạn thảo với hoạt động hướng dẫn giải tập theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh có tác dụng giúp học sinh nắm vững kiến thức, đem lại hiệu rõ rệt dạy phần Từ trường – lớp 11 THPT Bên cạnh đó, hệ thống tập lựa chọn cịn góp phần vào việc bước tích cực hóa hoạt động học sinh việc bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi đại học, cao đẳng Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 178 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học PHẦN KẾT LUẬN Bồi dưỡng học sinh giỏi, luyện thi đại học cao đẳng nhiệm vụ quan trọng trường THPT Đối với mơn Vật lý chun đề “ Từ trường” chuyên đề khó, việc giải tập nâng cao địi hỏi phải có kiên trì, óc tư sáng tạo đồng thời phải có phương pháp phân tích, lập luận tư lơgic, khoa học giải triệt để toán Học sinh học chuyên vật lý thời gian ngắn phải nắm lượng kiến thức đồ sộ, sâu tồn chương trình vật lý phổ thơng để có đủ khả tham dự vào kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia, Olimpic Quốc tế khu vực Trước tình hình đó, để giúp học sinh bớt khó khăn q trình học tập, sáng tạo, tự nghiên cứu có hiệu việc giải tốn vật lý thiết bị thí nghiệm nhà trường cịn hạn chế, kiến thức tốn học học sinh cịn non Chúng tơi công tác trường THPT chuyên Bắc Giang, tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi, luyện thi đại học nhiều năm có nhiều kinh nghiệm gặt hái thành công định Chúng tơi tìm hiểu ngun nhân học sinh thường khó học khơng có kết cao học phần từ trường, sai lầm học sinh thường mắc phải học phần Chính vậy, chúng tơi sâu vào nghiên cứu lí luận, nội dung chương trình, đưa phương pháp đồng thời trực tiếp giảng dạy phần từ trường việc bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi đại học, đúc rút kinh nghiệm phương pháp giảng dạy từ biên soạn tài liệu nhằm góp phần nâng cao việc bồi dưỡng lực sáng tạo, tư cho học sinh thông qua việc giải tập Trong trình thực đề tài nghiên cứu, khai thác làm rõ sở lý luận quan niệm bồi dưỡng lực, sáng tạo học sinh lĩnh vực giải tập vật lý Trên sở kiến thức lý thuyết bản, ví dụ điển hình, tượng thực tế sở lý luận dạy học bước giúp cho học sinh có phương pháp tư lôgic, khoa học, kỹ giải tập đặc biệt niềm say mê u thích mơn vật lý nói chung, chuyên đề từ trường nói riêng Trong đề tài đưa phương pháp chung, tổng quát cho việc giải tập vật lý Từ kiến thức mà học sinh cần phải nắm, hiểu; đến dạng tập điển hình từ dễ đến khó, thể mục đích, u cầu kiến thức, kỹ vận dụng sáng tạo Việc sưu tầm tuyển chọn tập, phân dạng việc làm ngẫu nhiên Các tập nằm chương trình bắt buộc kỳ thi chọn Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 179 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học học sinh giỏi quốc gia kỳ thi Olimpic Quốc tế Các dạng tập xếp theo trình tự kiến thức chương trình, cấp độ từ đơn giản đến phức tạp tuân theo quy luật nhận thức Đa số có nội dung liên kết nhiều kiến thức vật lý phần từ trường chứa đựng ý nghĩa vật lý sâu xa Chính vậy, phải có phương pháp tư vật lý, giải tập phải có hiểu biết sâu sắc chất tượng nội dung xác định luật vật lý Nếu áp dụng máy móc cơng thức biết thường khơng thu kết theo yêu cầu Các tập tuyển chọn từ chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi, tạp chí vật lý phổ thơng, đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia, Olimpic vật lý nước, Olimpic vật lý Quốc tế Trong tập có hướng dẫn giải, phân tích tượng vật lý, lập luận lơgic khoa học xun suốt tồn kiến thức liên quan, có dẫn dắt theo cơng thức tính tốn để học sinh nắm bắt chất tượng định luật vật lý Đề tài tích luỹ giảng, kinh nghiệm mà sử dụng để dạy cho học sinh lớp chuyên, bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi năm qua gặt hái thành công định Hy vọng đề tài đáp ứng phần đòi hỏi tài liệu tham khảo, phương pháp giải với hệ thống tập phân loại từ đơn giản đến phức tạp, chia thành dạng tương ứng với cấp độ cho học sinh giúp cho bạn đồng nghiệp việc bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi đại học học sinh chuyên, học sinh yêu thích mơn Vật lý Rất mong góp ý bạn đọc để đề tài hoàn thiện hơn, giúp cho công tác giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi ngày hiệu Xin trân trọng cảm ơn! Bắc Giang, ngày 18/10/2011 Thay mặt nhóm tác giả Chủ nhiệm đề tài Lưu Văn Xuân Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 180 - Phương pháp giải tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học Tài liệu tham khảo Dương Trọng Bái – Cao Ngọc Viễn Các thi quốc gia chọn học sinh giỏi THPT NXB ĐHQGHN 2002 Dương Trọng Bái – Cao Ngọc Viễn Bài thi Vật lí Quốc tế tập NXBGD 1996 Dương Trọng Bái – Đàm Trung Đồn Bài thi Vật lí Quốc tế tập NXBGD 2000 Tô Giang – Nguyễn Tiến Bính – Nguyễn Ngọc Luân – Lưu Văn Xuân Bài tập Vật lí 11 NXBGD Việt nam 2011 Nguyễn Ngọc Long - Bạch Thành Công Olimpic Vật lí châu Á NXBGD 2005 Bùi Quang Hân – Đào Văn Cư – Phạm Ngọc Tiến – Nguyễn Thành Tương Giải tốn Vật lí 11 – Tập một, Điện Từ NXBGD 1996 Nguyễn Quang Hậu Bài tập Vật lí đại cương tập NXB ĐHQGHN 2008 Vũ Thanh Khiết – Vũ Đình Tuý Tuyển tập đề thi Olimpic Vật lí nước tập 1, NXBGD 2006 Vũ Thanh Khiết – Vũ Đình Tuý Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí tập 2, điện học NXBGD 2001 10 Trần Văn Nhạc Tuyển tập câu hỏi tập Vật lí đại cương NXBGD 1996 11 I.E.Irôđôp, I.V.Xaveliep, O.I.Damsa Tuyển tập tập Vật lí đại cương NXB Matxcơva 1980 12 Yung-Kuo Lim Bài tập lời giải điện từ NXBGD 2009 Lưu Hải An – Lưu Văn Xuân THPT Chuyên Bắc giang - 181 - ... dụng kiến thức vật lí để giải thích tượng đơn giản, ứng dụng phổ biến vật lí sản xuất đời sống; 4) Sử dụng thao tác tư suy logic phương pháp nhận thức vật lí Những kĩ xảo chủ yếu vật lí chia làm... thơng từ đưa phương pháp giải nhằm phát huy tính tích cực, tự lực sáng tạo học sinh việc bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi đại học – cao đẳng Nhiệm vụ nghiên cứu 3.1 Nghiên cứu hoạt động tư HS q trình... cho học sinh khá, giỏi, tập dành cho học sinh giỏi; chia làm nhiều dạng : loại tập Cơ – Từ, Điện - Từ, tập thực nghiệm cách hướng dẫn HS tìm lời giải BTVL có hiệu 3.2 Điều tra tình hình dạy học