Ôn tập chủ đề khúc xạ ánh sáng (vật lý 11) có đáp án chi tiết

Phân loại và xây dựng một cách thích hợp hệ thống bài tập phần “ Từ trường ” trong chương trình Vật lý phổ thông từ đó đưa ra phương pháp giải nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và sáng

Mục lục Trang

Phần mở đầu

1 Lí do chọn đề tài 2

2 Mục đích nghiên cứu 3 3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3 4 Giả thuyết khoa học 3 5 Đối tượng nghiên cứu 4 6 Phương pháp nghiên cứu 4 Phần nội dung: Chương 1: Lí luận về bài tập Vật lí 4

Chương 2: Xây dựng và sử dụng hệ thống

bài tập phần Từ trường lớp 11 THPT trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi 15

Chủ đề 1: Xác định cảm ứng từ của 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

Để đáp ứng mục tiêu này, trong những năm qua, nền giáo dục nước ta có nhiều đổi mới: từ đổi mới chương trình, đổi mới sách giáo khoa, đến đổi mới phương pháp giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng giáo dục

Trong dạy học vật lí, có thể nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS bằng nhiều biện pháp, phương pháp khác nhau Thuộc số

đó, phương pháp tư duy giải bài tập vật lí (BTVL) là một phương pháp dạy học có tác dụng tích cực đến việc giáo dục và phát triển HS, đồng thời cũng là thước đo đánh giá thực chất sự nắm vững kiến thức, kĩ năng vật lí của họ

Mặt khác, số lượng bài tập trong sách giáo khoa và trong các sách bài tập, tài liệu nâng cao là rất nhiều Điều này gây khó khăn cho nhiều GV trong việc lựa chọn bài tập ra cho HS Vì vậy, cần phải có một sự lựa chọn, phân loại, sắp xếp lại các bài tập theo một hệ thống tối ưu phù hợp với chương trình cải cách giáo dục mới và thời gian dành cho HS ở lớp học cũng như ở nhà

Hơn nữa, trong các công trình đã có về BTVL gần như chưa có công trình nào nghiên cứu việc xây dựng phương pháp giải hệ thống bài tập nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi trong các kì thi HSG tỉnh, HSG Quốc gia và ôn thi đại học – cao đẳng Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài :

cao chất lượng dạy và học phần Từ trường trong chương trình vật lý THPT ’’

nhằm giúp HS nắm vững kiến thức cơ bản và phát triển năng lực tư duy vật lý để chủ

động, tự lực giải quyết vấn đề

2 Mục đích nghiên cứu

Phân loại và xây dựng một cách thích hợp hệ thống bài tập phần “ Từ trường ”

trong chương trình Vật lý phổ thông từ đó đưa ra phương pháp giải nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi đại học – cao đẳng

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

3.1 Nghiên cứu hoạt động tư duy của HS trong quá trình giải BTVL, từ đó sử dụng cách phân loại BTVL từ đơn giản đến phức tạp, theo các cấp độ : Bài tập cơ bản, bài tập dành cho học sinh khá, giỏi, bài tập dành cho học sinh giỏi; chia làm nhiều dạng : loại bài tập về Cơ – Từ, Điện - Từ, bài tập thực nghiệm và cách hướng dẫn HS tìm lời giải BTVL có hiệu quả

3.2 Điều tra cơ bản tình hình dạy học về bài tập phần từ trường ở lớp 11 THPT 3.3 Xác định một hệ thống bài tập phần từ trường giúp HS thông qua giải nó mà nắm vững kiến thức cơ bản, rèn luyện được kĩ năng, kĩ xảo giải BTVL và phát triển được năng lực giải quyết vấn đề

3.4 Đề ra cách sử dụng hệ thống bài tập phần từ trường trong hai loại tiết học phổ biến về vật lí: nghiên cứu tài liệu mới, luyện tập giải bài tập

3.5 Thực nghiệm sư phạm nghiên cứu hiệu quả của nội dung hệ thống bài tập, của những đề xuất về việc sử dụng nó và của việc hướng dẫn HS giải BTVL theo các sơ

đồ định hướng trong quá trình dạy học phần từ trường Đối chiếu kết qủa thực nghiệm với kết quả điều tra ban đầu, rút ra kết luận khả năng sử dụng hệ thống bài tập trong việc bồi dưỡpg học sinh giỏi ở các trường THPT

4 Giả thuyết khoa học

Khi dạy học phần từ trường lớp 11 THPT, nếu GV lựa chọn được hệ thống bài tập thích hợp, đưa ra được phương pháp giải chung, khái quát và coi trọng việc hướng dẫn HS tự lực, tích cực hoạt động tư duy trong quá trình giải BTVL thì chất lượng

nắm vững kiến thức cơ bản của HS được nâng cao, đồng thời góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho họ

5 Đối tượng nghiên cứu

5.1 Hoạt động của HS khá, giỏi trong khi giải BTVL, của GV trong việc hướng dẫn hoạt động ấy

5.2 Hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập phần từ trường lớp 11 THPT

6 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng là phân tích lí luận, nghiên cứu thực tiễn (điều tra, phỏng vấn), thực nghiệm sư phạm kết hợp các phương pháp khác, như điều tra cơ bản bằng kiểm tra viết, quan sát, trò chuyện

Để đưa ra cách phân loại BTVL dựa vào hoạt động tư duy của HS trong quá trình tự lực giải quyết vấn đề và cách GV hướng dẫn họ giải bài tập, đề tài đã

tiễn

- Hình thành kiến thức mới (kể cả cung cấp các kiến thức thực tiễn)

- Phát triển tư duy vật lí

- Kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo; đặc biệt là giúp phát triển trình độ phát triển trí tuệ, làm bộc lộ những khó khăn và khắc phục các sai lầm đó

- Giáo dục tư tưởng, đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp

2 Phân loại BTVL

2.1 Phân loại BTVL trong các tài liệu phương pháp giảng dạy

vững kiến thức của HS, xem xét t h ực tiễn sử dụng bài tập của GV, việc giải bài tập của HS mà đ ề xuất hệ thống bài tập phần từ trường và nêu ra cách sử dụng nó, cách

h ư ớng dẫn giải từng loại BTVL, rồi tiến hành thực nghiệm s ư phạm nghiên cứu hiệu quả thực tế của nó

sử dụng trong các tiết học theo các mục đ ích khác nhau:

- Ôn tập những kiến thức đ ã học, củng cố, mở rộng, đào sâu những kiến thức c ơ bản của b ài giảng

- Phương tiện h ình thành và rèn luyện kĩ n ă ng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực

Bảng 1 Phân loại BTVL trong các tài liệu phương pháp giảng dạy

2.2 Các bước chung nhất khi giải BTVL

2.2.1 Hoạt động của HS khi giải bài tập vận dụng kiến thức

1 Nghiên cứu đầu bài: Đọc đầu bài, tìm hiểu ý nghĩa của các thuật ngữ mới, quan trọng; nắm vững đâu là cái đã cho, cái phải tìm; tóm tắt đầu bài bằng những kí hiệu quen dùng

2 Nhận biết hiện tượng nêu lên trong bài tập thuộc lĩnh vực kiến thức nào đã học

3 Xác định mối quan hệ có thể có giữa cái đã cho và cái phải tìm biểu hiện ở những định nghĩa, quy tắc, định luật, đã biết để giải quyết vấn đề

4 Lựa chọn những mối quan hệ kể trên và phác thảo cách thức

đi từ mối quan hệ đó đến kết quả cần tìm

5 Thực hiện các hành động như lập luận logic, biến đổi toán học, đo lường, đọc đồ thị, tra cứu các bảng số liệu, để thiết lập được mối quan hệ tường minh giữa cái phải tìm và cái

1 Dùng suy luận logic hay biến đổi toán học để đi từ những tính chất, quan hệ bên trong đã biết của sự vật, hiện tượng đến những biểu hiện bên ngoài có thể quan sát, đo lường được trong thiên nhiên Hoặc ngược lại, từ những điều quan sát được suy ra những tính chất, mối quan hệ bên trong của

sự vật, hiện tượng (chủ yếu suy luận thuộc loại quy nạp)

2 Quan sát, đo lường để thu thập tài liệu, tìm lời giải đáp ở thiên nhiên

Muốn vậy, phải biết phân biệt những yếu tố chính, phụ của hiện tượng nghiên cứu Việc xây dựng được chúng là kết quả nghệ thuật sư phạm của GV, ở chỗ đề ra một hay một hệ thống bài tập làm cho HS:

- Thực sự cảm thấy có vướng mắc nào đó về lí thuyết hay thực tiễn

- Hiểu rõ vấn đề chủ yếu do GV nêu ra hay diễn giải được vấn đề ấy

- Mong muốn giải quyết vấn đề đó và có khả năng giải quyết được

2.3 Một cách phân loại BTVL dựa vào mức độ phức tạp của hoạt động

tư duy của HS trong quá trình tìm kiếm lời giải Khái niệm bài tập

- Theo mục đích nhận thức của bài tập, có thể phân nó thành hai loại: Vận dụng kiến thức đã biết; tìm kiếm thông tin ở tự nhiên Dựa vào đặc điểm hoạt động tư duy của HS, lại có thể chia từng loại BTCB thành nhiều kiểu, phân kiểu khác nhau:

1 BTCB vận dụng kiến thức đã học bao gồm hai kiểu bài tập

dự đoán hiện tượng và giải thích hiện tượng Hai kiểu này lại được chia thành các phân kiểu khác: Lập luận logic; Thực hiện các phép biến đổi toán học; Sử dụng đồ thị; Đo lường các đại lượng vật lí; Có nội dung lí thuyết; Có nội dung thực tế

2 BTCB tìm kiếm thông tin ở tự nhiên - Quan sát;

- Phân tích một hiện tượng phức tạp ra những hiện tượng đơn giản;

- Tác động vào tự nhiên để tìm những điều kiện chi phối hiện tượng và khống chế nó;

- Tìm những mối quan hệ giữa những cái đo được, quan sát được để xác lập những tính chất, những mối quan hệ bên trong của sự vật, hiện tượng biểu thị bằng các đại lượng, quy tắc, định luật vật lí;

- Xác lập mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng, đại lượng vật lí

Để giải BTPH, cần sử dụng một chuỗi lập luận logic, nhiều công thức và biểu thức toán học, nhiều phương tiện khác nhau (thí nghiệm, tính toán, đồ thị suy luận, ) Vì thế có thể quy một BTPH về các kiểu, phân kiểu BTCB trên Bất kì loại BTVL nào - dù là BTCB hay BTPH - khi giải cũng phải phân tích hiện tượng nêu lên trong bài tập Nghĩa là phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của đầu bài mà vận dụng kiến thức đã biết để xem xét hiện tượng ấy thuộc loại hiện tượng nào đã học, tuân theo những quy luật nào đã biết Nói cách khác, người giải phải sử dụng lập luận logic để tìm ra quy tắc, định luật, công thức, phương trình để sau đó mới tính toán, đo lường, Như vậy trong mỗi bài tập theo hình thức logic đều có yêu cầu hoặc là dự đoán hiện tượng (từ những tiền đề khái quát- quy tắc, định luật,

đã biết, rút ra kết luận trong những điều kiện cụ thể của bài tập), hoặc giải thích hiện tượng (chỉ ra nguyên nhân của hiện tượng nêu trong bài tập ở các quy tắc, định luật vật lí, đã học)

3 Mối quan hệ giữa nắm vững kiến thức và giải BTVL

3.1 Khái niệm về kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo vật lí

Kĩ năng bao giờ cũng xuất phát từ kiến thức, dựa trên kiến thức Còn kĩ xảo là hành động mà những phần hợp thành của nó do luyện tập mà trở thành tự động hoá Kĩ xảo là mức độ cao của sự nắm vững kĩ năng

Những kiến thức vật lí có thể được chia làm các 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 trong sản xuất, đời sống

Những kĩ năng cơ bản về vật lí được chia thành các nhóm:

1) Quan sát, đo lường, sử dụng các dụng cụ và máy đo phổ biến;

2) Giải BTVL;

3)Vận dụng các kiến thức vật lí để giải thích những hiện tượng đơn giản, những ứng dụng phổ biến của vật lí trong sản xuất và đời sống;

4) Sử dụng các thao tác tư suy logic và các phương pháp nhận thức vật lí

Những kĩ xảo chủ yếu đối với vật lí chia làm hai nhóm:

Sự nắm vững kiến thức có thể phân biệt ở ba mức độ: biết, hiểu, vận dụng được

- Biết một kiến thức nào đó nghĩa là nhận ra được nó, phân biệt được

nó với các kiến thức khác Đây là mức độ tối thiểu HS cần đạt trong học tập

- Hiểu một kiến thức là gắn được kiến thức ấy vào những kiến thức đã biết, đưa được nó vào trong hệ thống vốn kinh nghiệm của bản thân Xác lập được mối quan hệ giữa nó với hệ thống kiến thức khác và vận dụng được trực tiếp kiến thức ấy vào những tình huống quan thuộc dẫn đến có khả năng vận dụng nó một cách linh hoạt, sáng tạo

- Vận dụng kiến thức ấy vào việc giải quyết các nhiệm vụ của thực tiễn nghĩa là phải tìm được kiến thức thích hợp trong vốn kiến thức đã có

để giải quyết một nhiệm vụ mới Chính trong lúc vận dụng, quá trình nắm vững kiến thức thêm sâu sắc, càng làm cho những nét bản chất, mới của kiến thức được bộc lộ; càng làm cho quá trình nắm kiến thức thêm tự giác, sáng tạo; làm cho giữa kiến thức lí thuyết và kiến thức thực tiễn có mối liên hệ bên trong sâu sắc Ngoài ra trong khi vận dụng kiến thức, những thao tác tư duy được trau dồi, củng cố và một số kĩ năng, kĩ xảo được hình thành, hứng thú học tập của HS được nâng cao

3.3 Mối quan hệ giữa nắm vững kiến thức và giải BTVL

Chất lượng nắm vững từng kiến thức bước đầu thể hiện ở chất lượng giải các BTCB về một đề tài, chương, phần của chương trình phản ánh chất lượng nắm

vững những kiến thức và các mối quan hệ của chúng trong đề tài, chương, phần

đó với nhau và vận dụng chúng trong những tình huống phức tạp, mới

4 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong hoạt động giải bài tập của HS

4.1 Khái niệm về năng lực

4.2 Mối quan hệ giữa phát triển năng lực và nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo

4.3 Tiêu chuẩn phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong khi giải BTVL

Năng lực giải quyết vấn đề của HS được hình thành và phát triển trong hoạt động giải BTVL Để đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS trong khi giải BTVL, chúng tôi dựa vào các tiểu chuẩn sau:

1) Xác định chính xác vấn đề cần giải quyết, những cái đã cho và cái phải tìm;

2) Nhanh chóng phát hiện ra cái quen thuộc đã biết, cái mới phải tìm trong khi giải mỗi BTVL

3) Phác thảo, dự kiến những con đường chung (giải pháp) có thể

có từ đầu đến cuối trước khi tính toán, xây dựng lập luận cụ thể;

4) Hoàn thành công việc theo từng giải pháp đã dự kiến trong một thời gian ngắn, chọn lựa trong số đó giải pháp tối ưu;

5) Nhanh chóng qua một số ít bài, tự rút ra một sơ đồ định hướng giải các bài tập cùng loại;

6) Chuyển tải được sơ đồ định hướng hành động giải các BTPH thuộc loại nào đó sang sơ đồ định hướng giải các kiểu, phân kiểu BTPH khác

5 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 các giai đoạn (bước) và

yêu cầu khi giải bất kì BTVL nào Trên cơ sở xem xét chúng, có thể đưa ra một trong những phương án khả dĩ của sơ đồ này bao gồm những giai đoạn, hành động sau:

1) Nghiên cứu đầu bài:

- Đọc kĩ đầu bài;

- Mã hoá đầu bài bằng những kí hiệu quen thuộc;

- Đổi đơn vị của các đại lượng trong cùng một hệ thống thống nhất (thường là trong hệ SI);

- Vẽ hình hoặc sơ đồ

2) Phân tích hiện tượng, quá trình vật lí và lập kế hoạch giải:

- Mô tả hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra trong tình huống nêu lên trong đầu bài;

- Vạch ra các quy tắc, định luật chi phối hiện tượng, quá trình ấy;

- Dự kiến lập luận, biến đổi toán học cần thực hiện nhằm xác lập được mối quan hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm

3) Trình bày lời giải:

- Viết phương trình của các định luật và giải hệ phương trình có được

để tìm ẩn số dưới dạng tổng quát, biểu diễn các đại lượng cần tìm qua các đại lượng đã cho;

- Thay giá trị bằng số của các đại lượng đã cho để tìm ẩn số, thực hiện các phép tính với độ chính xác cho phép

4) Kiểm tra và biện luận kết quả

Cần tạo cho HS có thói quen giải tất cả các BTVL theo SĐĐH này, điều này càng đặc biệt quan trọng khi giải các bài tập không theo một SĐĐH cụ thể nào 5.2.1 SĐĐH hành động là một bản chỉ dẫn về việc hoàn thành những hành động cần thiết (có thể không cần sắp xếp theo một trật tự chặt chẽ) nhằm giải một loại BTVL nào đó để có triển vọng thu được kết quả

Các SĐĐH hành động chính là sự cụ thể hoá của SĐĐH khái quát đối với mỗi đề tài, chương, phần của giáo trình vật lí

5.3.1 Algorit thao tác xuất hiện đầu tiên trong toán học Nó được hiểu là một bản chỉ dẫn bao gồm các thao tác được xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, trong đó chỉ rõ cần thực hiện những thao tác nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả

5.2 Tác dụng của giải bài tập theo SĐĐH trong dạy học

5.2.1 Đa số các SĐĐH được sử dụng trong dạy học vật lí là SĐĐH

hành động.Trong loại này, những chỉ dẫn là những phương hướng chung tìm kiếm lời giải bài tập, do vậy tạo điều kiện cho

HS có thói quen xác định phương hướng và cách thức hành động trước khi bắt tay vào hành động cụ thể

5.2.2 Việc giải bài tập theo SĐĐH (cả BTCB lẫn BTPH) chuẩn bị cho

giải bài tập sáng tạo Bởi lẽ trong quá trình giải các bài tập mẫu theo nó, những thao tác tư duy và kĩ năng giải bài tập của HS được hình thành, đồng thời họ sẽ thực hiện các thao tác ấy ở mức

tự động hoá khi chuyển từ việc giải bài tập mẫu sang giải bài tập sáng tạo

5.2.3 Giải bài tập theo SĐĐH làm giảm bớt khó khăn trong quá trình

nắm vững kĩ năng giải bài tập và cho phép dạy mọi đối tượng

HS (chứ không chỉ riêng HS chọn) giải từng loại, kiểu bài tập 5.2.4 Giải bài tập theo SĐĐH tạo cho HS có thói quen lập luận và

hành động chặt chẽ, chính xác

Tuy nhiên, không thể coi việc giải bài tập theo các loại SĐĐH là vạn năng, mà chỉ là bước đầu tiên hình thành kĩ năng giải BTVL nói chung để dần chuyển sang giải các bài tập sáng tạo (không theo mẫu) Trong khi giải các bài tập có phần sáng tạo, HS vẫn sử dụng những SĐĐH, nhưng điều đó được thực hiện một cách tự động hoá

5.3 Yêu cầu của các algorit thao tác và SĐĐH giải BTVL

5.4 Xây dựng và đưa SĐĐH hành động giải BTVL vào dạy học

6 Hướng dẫn HS suy nghĩ tìm kiếm lời giải BTVL

Căn cứ vào hoạt động tư duy của HS trong quá trình giải BTVL và cách phân loại mới về BTVL, có thể đưa ra các SĐĐH hành động chủ yếu hướng dẫn

HS tự lực suy nghĩ tìm kiếm lời giải mỗi BTVL, đặc biệt là BTCB mà họ mới gặp lần đầu

6.1 Giải BTCB

6.1.1 Giải BTCB nhằm vận dụng kiến thức

6.1.1.1 Giải BTCB có nội dung lí thuyết:

6.1.1.2 Giải BTCB có nội dung thực tế

6.1.2 Giải BTCB tìm kiếm thông tin ở tự nhiên trong khi hình thành

kiến thức mới

6.2 Giải BTPH

Tư tưởng chủ đạo của việc giải BTPH đối với đại đa số HS là tìm cách quy nó về các BTCB đã biết, đã được giải thành thạo và giải phối hợp chúng Việc hướng dẫn HS giải loại BTVL này trải qua các giai đoạn chủ yếu sau:

1) Nghiên cứu đầu bài để xác định loại hiện tượng đề cập trong đầu bài (thuộc lĩnh vực kiến thức nào đã học? diễn biến ra sao? có yếu tố nào quen thuộc, mới lạ? ) Có hai khả năng:

- Hiện tượng gồm nhiều giai đoạn hay nhiều hiện tượng thành phần đơn giản xảy ra nối tiếp nhau (hoặc đầu bài cho rõ ràng các giai đoạn, hoặc do khi mô tả lại hiện tượng, người giải phát hiện ra) Mỗi một giai đoạn, hiện tượng đơn giản tuân theo một hay nhiều quy tắc, định luật xác định

- Hiện tượng cùng một lúc bị chi phối bởi nhiều nguyên nhân, tuân theo nhiều quy tắc, định luật vật lí

2) Áp dụng SĐĐH hành động để xác định những hành động cần thực hiện

(liên tưởng tới các định nghĩa, quy tắc, định luật chi phối diễn biến hiện tượng)

3) Thực hiện các hành động theo SĐĐH hành động để chuyển về các BTCB và giải chúng (theo những SĐĐH đã được luyện tập trong qúa trình giải các BTCB) để thu được đáp số

Cần lưu ý rằng BTPH được hướng dẫn giải nói trên là BTPH vận dụng kiến thức

và SĐĐH hành động giải nó đã được rút ra Khi giải các BTPH cùng loại, kiểu, người giải tự rút ra nhận xét về yếu tố mới lạ trong đó để áp dụng cho các bài tương tự; Còn với BTPH thuộc một loại, kiểu nào đó mới gặp lần đầu, người giải buộc phải áp dụng SĐĐH khái quát để giải nó, sau đó tự khái quát để rút ra SĐĐH hành động giải các bài cùng loại, kiểu

6.3 Tác dụng của cách phân loại mới về BTVL

Cách phân BTVL làm BTCB và BTPH là một cách phân loại chú ý đúng mức đến mức độ phức tạp của hoạt động tư duy của HS trong quá trình giải BTVL Nó giúp

HS ngay từ đầu định hướng cách suy nghĩ của mình trong quá trình tìm kiếm lời giải mỗi BTVL, đồng thời định hướng GV lựa chọn và hướng dẫn HS giải các BTVL về từng đề tài cụ thể

7 Sử dụng bài tập trong các tiết học vật lí

Giải BTVL là một bộ phận hợp thành của đa số các tiết học như nghiên cứu tài

liệu mới (NCTLM), luyện tập, ôn tập, kiểm tra Nó có thể chiếm một phần hoặc toàn bộ tiết học Đồng thời, nó không những được sử dụng trong các tiết học trên lớp mà cả trong chương trình ngoại khoá Trong các hình thức ấy, BTVL được sử dụng nhiều hơn cả hai loại tiết học phổ biến là NCTLM và luyện tập giải bài tập

7.1 Tiết học NCTLM

7.1.1 Bài tập đề xuất vấn đề

7.1.2 Bài tập giải quyết vấn đề

a) Giải thích - minh họa; b) Tái hiện; c) Trình bày nêu vấn đề; d)Tìm tòi từng phần (ơrixtic); e)Nghiên cứu Chúng lại được phân làm hai nhóm: Tái hiện; Sáng tạo Tìm tòi từng phần thuộc nhóm sáng tạo, là PPDH trong đó giáo viên tổ chức cho học sinh tham gia giải quyết từng bước tìm tòi xây dựng bài làm, chia nó thành những bài tập phụ, vạch ra các bước tìm tòi, còn học sinh thì thực hiện các bước ấy PPDH được thể hiện dưới ba hình thức:

1) Đưa HS tuần tự tiến tới việc giải quyết tự lực các vấn đề bằng cách sơ bộ dạy cho họ hoàn thành từng bước việc giải quyết, từng giai đoạn nghiên cứu, hình thành cho em các kĩ năng;

2) Chia BTPH thành một loạt các bài tập bộ phận, BTCB Mỗi bài tập ấy giúp tiến dần một cách dễ dàng tới việc giải quyết BTPH ban đầu; 3) Tổ chức đàm thoại ơrixtic, bao gồm một loạt câu hỏi liên hệ lẫn nhau, mỗi câu hỏi là một bước trên con đường dẫn tới việc giải quyết vấn đề

7.1.3 Bài tập củng cố

7.2 Tiết học luyện tập giải bài tập

Trong tiết học này, có hai hình thức chủ yếu tổ chức làm việc của lớp: GV hay một HS giải bài tập trên bảng để toàn lớp theo dõi; HS tự lực giải bài tập Hình thức đầu được áp dụng khi GV hướng dẫn giải các bài tập loại mới gặp lần đầu, hoặc khi cần giới thiệu SĐĐH giải loại bài tập mới GV phải trình bày cho các em hiểu rõ từng thao tác, hành động và trật tự của chúng để tạo điều kiện giải các bài tập cùng loại

Hình thức sau thường được dùng để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo và kiểm tra kết quả học tập của HS Tính độc lập, tích cực của họ phụ thuộc rất nhiều vào mức độ phức tạp của bài tập Vì thế, những bài tập đề ra phải vừa sức, đủ phức tạp và gây hứng thú cho từng HS - nghĩa là ra bài tập phân hoá, theo hai cách:

Phân hoá về mặt chất lượng; Phân hoá về mặt số lượng

Kết luận chương I

Giải BTVL là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và được tiến hành nhiều nhất Do vậy các BTVL có tác dụng cực kì quan trọng trong việc hình thành, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng và tìm tòi kiến thức cho HS Chúng được

sử dụng trong các tiết học theo các mục đích khác nhau

Cách phân BTVL làm BTCB và BTPH là một cách phân loại chú ý đúng mức đến mức độ phức tạp của hoạt động tư duy của HS trong quá trình giải

BTVL

Để giải BTPH, cần sử dụng một chuỗi lập luận logic, nhiều công thức và biểu thức toán học, nhiều phương tiện khác nhau (thí nghiệm, tính toán, đồ thị suy luận, ) Vì thế có thể quy một BTPH về các kiểu, phân kiểu BTCB trên Bất kì loại BTVL nào - dù là BTCB hay BTPH - khi giải cũng phải phân tích hiện tượng nêu lên trong bài tập Đa số các SĐĐH được sử dụng trong dạy học vật lí là SĐĐH hành động Việc giải bài tập theo SĐĐH (cả BTCB lẫn BTPH) chuẩn bị cho giải bài tập sáng tạo Vì trong quá trình giải các bài tập mẫu, những thao tác tư duy và

kĩ năng giải bài tập của HS được hình thành, đồng thời HS sẽ thực hiện các thao tác ấy ở mức tự động hoá khi chuyển từ việc giải bài tập mẫu sang giải bài tập sáng tạo Nhưng không thể coi việc giải bài tập theo các loại SĐĐH là vạn năng, mà chỉ

là bước đầu tiên hình thành kĩ năng giải BTVL nói chung để dần chuyển sang giải các bài tập sáng tạo

Chính trong lúc hiểu và vận dụng để giải các bài tập nâng cao, những thao tác tư duy được trau dồi, củng cố và một số kĩ năng, kĩ xảo được hình thành, quá trình nắm vững kiến thức thêm sâu sắc, càng làm bộc lộ những nét bản chất của kiến thức; hình thành quá trình nắm kiến thức của HS một cách tự giác, sáng tạo

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG II X Y D NG VÀ S D NG H TH NG BÀI TẬP PHẦN T

T Ư NG L P 11 THPT T ONG VI C B I DƯ NG HỌC SINH GI I

CHỦ ĐỀ 1: XÁC ĐỊNH CẢM ỨNG T CỦA DÒNG ĐI N

I Kiến thức cơ bản

I.1 Định nghĩa: Véc tơ cảm ứng từ dBdo một phần tử dòng điện Idl gây ra tại điểm

M, cách phần tử một khoảng r là một véc tơ là một véc tơ được xác định:

dB o (Idl

3 r) (1.1)

4 r

+ Gốc đặt tại điểm M

+ Phương vuông góc với mặt phẳng dựng bởi hai véc tơ (Idl ; r)

+ Chiều, sao cho theo thứ tự dl,r,dB lập thành một tam diện thuận

+ Độ lớn cảm ứng từ dB : dB o Idl.sin 2 (1.2)

+ o= 4 10 7(H/m) là hằng số từ

+ μ là độ từ thẩm của môi trường

(với chân không μ = 1, không khí μ 1)

+ Đơn vị (T): đọc là tesla

Hoặc có thể xác định chiều của véc tơ dB

theo quy tắc cái định ốc: “ Cho đinh ốc

quay theo chiều của sự biến đổi định

hướng

từ Idl sang r , thì chiều tiến của cái đinh ốc

là chiều của véc tơ cảm ứng từ dB”

I.2 Các trường hợp cụ thể Hình 1.1

1.2.1 Cảm ứng từ do dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô

hạn gây ra tại điểm cách dây một khoảng r :

Trong đó: I là cường độ dòng điện trong dây dẫn (A)

r là khoảng cách từ điểm xét đến dây dẫn (m)

I là cường độ dòng điện trong khung dây dẫn (A)

R là bán kính của khung dây (m)

B là cảm ứng từ tại tâm của khung dây (T)

N là số vòng dây của khung

I.2.3 Cảm ứng từ do dòng điện trong ống dây rất dài: B 0nI 4 10 7 nI

Trong đó:

I là cường độ dòng điện trong ống dây (A) n là số vòng dây trên đơn vị chiều dài (vòng/m)

B là cảm ứng từ trong ống dây (T)

Chú ý: Từ trường trong ống dây là từ trường đều

I.2.4.Cảm ứng từ gây bởi dòng điện trong đoạn dây dẫn

thẳng gây ra tại điểm cách dây một khoảng R:

B M 0 I

(cos 1 cos 2 ) (1.5)

4 R

I.2.5.Cảm ứng từ gây bởi dòng điện trong dây dẫn tròn

gây ra tại điểm trên trục vòng dây, cách tâm vòng dây

B

r H

r

M h

Với P m I.S I.S.n là véc tơ mômen từ, S S.n là véc

tơ diện tích, n là véc tơ pháp tuyến của khung (có

hướng cùng với chiều dòng điện theo qui tắc đinh ốc)

I.2.6 Nguyên lý chồng chất từ trường Hình I 1.3

- Véc tơ cảm ứng từ gây bởi nhiều dòng điện :

II.1 Các dạng bài tập cơ bản

Bài số 1 Hai dây dẫn dài, đặt song song trong không khí, cách nhau d = 20 cm, có dòng điện cùng chiều, cường độ I = 2 A chạy qua Tính cảm ứng từ tại điểm : a)

M cách đều mỗi dây 10 cm

I.2.7 Từ thông Định lí Ôx trôgratxki - Gauxơ đối với từ trường

- Từ thông gửi qua mặt S :

I.2.8 Định lí Ampe về dòng điện toàn phần:

n

1

) C (

I l d

H (1 11 )

II Phương pháp giải bài tập

a) Căn cứ vào chiều của dòng điện và vị trí của điểm khảo sát, xác định phương, chiều của vectơ cảm ứng từ B

c) Nếu có nhiều dòng điện thì lần lượt tìm cảm ứng từ (phương, chiều, độ lớn)

Hình 1 4

b) N cách đều mỗi dây 20 cm

Hướng dẫn giải

Bài số 3 Một dây dẫn có vỏ bọc cách điện, dài L = 300 m, được quấn đều thành

ống dây có độ dài l = 80 cm, đường kính d = 20 cm Cường độ dòng điện qua ống

dây là 0,5 A Tính cảm ứng từ trong ống dây Hướng dẫn giải

Trong ống dây, từ trường của dòng điện là từ trường đều có cảm ứng từ :

b) Cảm ứng từ tại N bằng 10-6T Tính khoảng cách từ N đến dòng điện

2 Một ống dây thẳng (xôlênôit) chiều dài 20cm, đường kính 2cm Một dây dẫn có vỏ bọc cách điện dài 300m được quấn đều theo chiều dài ống Ống dây không có lõi và đặt trong không khí Cường độ dòng điện đi qua ống dây dẫn là 0,5A

Tính cảm ứng từ trong ống dây

ĐS: 0,015T

3 Một dây dẫn đường kính tiết diện d = 0,5mm được bọc bằng một lớp cách điện mỏng và quấn thành một ống dây (xôlênôit) Các vòng của ống dây được quấn sát nhau Cho dòng điện có cường độ I = 0,4A đi qua ống dây Tính cảm ứng

từ trong ống dây

ĐS: 0,001T II.2 Các dạng bài tập dành cho học sinh khá Bài số 1 Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song với nhau trong không khí,

cách nhau một khoảng d = 10cm Hai dòng điện chạy trong hai dây dẫn cùng chiều

có cường độ dòng điện I1 = I2 = I = 2,4A Tính cảm ứng từ tại điểm M cách hai dây các khoảng tương ứng là r1 = 8cm, r2 = 6cm Hướng dẫn giải

- Gọi B1 và B2 lần lượt là cảm ứng từ của từ trường do dòng điện I1, I2 gây ra tại điểm M Áp dụng quy tắc đinh ốc, ta xác định được chiều của các vec tơ cảm ứng từ như hình 1.8

Áp dụng công thức tính cảm ứng từ gây ra bởi dây

Bài số 2 Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song với nhau, cách nhau khoảng

d = 8cm, có các dòng điện I1 = 2A; I2 = 3A chạy qua, ngược chiều nhau Xác định

Nhận xét: Trong từ trường do hai dây dẫn thẳng song song có dòng điện chạy qua,

tập hợp những điểm có cảm ứng từ tổng hợp bằng không là một đường thẳng song song với hai dây dẫn và:

+ nằm trong khoảng giữa hai dây dẫn nếu hai dòng điện cùng chiều;

+ nằm ngoài khoảng giữa hai dây dẫn nếu hai dòng điện ngược chiều

Bài số 3 Một vòng dây dẫn hình tròn được đặt thẳng đứng song song với cảm

ứng từ B0 của Trái đất Tai tâm vòng dây có một kim nam châm nhỏ quay tự do quanh trục thẳng đứng qua tâm vòng dây Khi cho dòng điện cường độ I qua vòng dây thì kim nam châm quay góc α = 30o Phải quay vòng dây quanh trục thẳng đứng qua tâm góc β bao nhiêu để kim nam châm lại nằm trong mặt phẳng của vòng dây

Hướng dẫn giải

Các hình 1.10, 1.11 dưới đây được vẽ nhìn từ trên

xuống theo mặt phẳng thẳng đứng của vòng dây

dây tạo từ trường B I vuông Hình 1.10 Hình 1.11

góc với mặt phẳng của nó Kim nam châm quay và có

vị trí cân bằng hướng theo từ trường tổng hợp:

B B0 B I (hình vẽ 1.10)

Ta có: B I B0 tan B0

3

- Sau khi quay vòng dây góc β, nếu vị trí cân bằng

mới của kim nam châm nằm

trong mặt phẳng của vòng dây thì từ trường tổng hợp B B0 B I bây giờ có phương nằm trong mặt phẳng vòng dây

Ta suy ra: B I B0 sin sin B I 1 Do đó: β ≈ 35,5o

Bài số 4 Ba dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song với nhau và cách đều nhau

một đoạn a = 10 cm, có các dòng điện cùng chiều chạy qua với cường độ : I1 = I2

= I3 = I = 10 A

a) Xác định lực tác dụng lên một đoạn dây dài 1 m của mỗi dây dẫn

b) Phải đặt một dây dẫn thẳng dài thứ tư ở đâu và dòng điện chạy qua nó phải có chiều và cường độ như thế nào để bốn dây dẫn đó nằm cân bằng khi không giữ chúng ? Bỏ qua tác dụng của trọng lực

Hướng dẫn giải

a) Áp dụng công thức tính lực tương tác giữa hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn mang dòng điện Xét bài toán trong mặt phẳng vuông góc với ba dây dẫn như trên hình 1.12 Ta thấy mỗi dây dẫn trong số ba dây dẫn đó, dây dẫn mang

dòng điện I3 chẳng hạn chịu tác dụng của các lực hút (vì các dòng điện cùng ur ur

chiều) F 1 , F 2 của hai dây dẫn kia (mang dòngI1, I2) Cụ ur ur

thể là F 1 , F 2 có phương AC và BC, có chiều hướng về A và

Tương tự, lực tác dụng lên dây dẫn thứ nhất có độ lớn bằng F12, có phương AO và

có chiều hướng về O; lực tác dụng lên dây thứ hai có độ lớn bằng F12, có phương

BO và có chiều hướng về O

b) Muốn cho cả bốn dây dẫn nằm cân bằng thì trước hết dây dẫn thứ tư phải song song với ba dây ban đầu và phải đi qua O để ba lực do ba dây I1, I2, I3 tác dụng lên dây thứ tư mang dòng điện I4 cân bằng nhau (ba lực đó có phương OA, OB, OC

có độ lớn bằng nhau và có chiều hướng về phía A, B, C hoặc hướng ngược lại, tuỳ thuộc vào chiều của dòng I4) Bây giờ ta chỉ cần xét điều kiện cân bằng của một trong bốn dây I1, I2, I3, dây mang dòng điên I3 chẳng hạn, do tác

dụng của ba dây dẫn còn lại (dây mang dòng I1, I2, I4) Khác với trường hợp câu ur

Như vậy muốn cho bốn dây dẫn nằm cân bằng thì dây

dẫn thứ tư phải đặt song song với ba dây trên, đi qua Hình 1.13 tâm O của

tam giác ABC, mang dòng điện I4 ngược chiều với các dòng I1, I2, I3và có

độ lớn : I 4 I 1 I 2 I 3 10 A

Bài số 5 Cho hai dòng điện cùng cường độ I1 = I2 = 4 A chạy trong hai dây dẫn thẳng dài vô hạn, chéo nhau và vuông góc với nhau trong chân không ; khoảng cách đường vuông góc chung MN = 2 cm Xác định cảm ứng từ tại trung điểm của đường vuông góc chung ấy

Hướng dẫn giải

Chọn mặt phẳng hình vẽ là mặt phẳng chứa dây dẫn

mang dòng I1 và vuông góc với dây dẫn mang dòng I2

(Hình vẽ 1.14), điểm P là trung điểm của đường vuông Hình 1.14

Vì B 1 B 2 và B1 = B2 nên vectơ cảm ứng từ tổng hợp có phương hợp với B 2 góc 45o

(nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ) và có độ lớn :

B = B 1 2 8 2.10 5 1,13.10 4 T

Bài số 6 Bốn dòng điện cùng cường độ I1 = I2 = I3 = I4 = 5 A chạy trong bốn dây dẫn dài vô hạn đi qua bốn đỉnh của hình vuông ABCD cạnh a = 5 cm và cùng vuông góc với mặt phẳng ABCD Xác định cảm ứng từ tại tâm O của hình vuông ABCD trong ba trường hợp :

a) I1, I2 cùng chiều với nhau và ngược chiều I3, I4

b) I1, I2, I3 ngược chiều với I4

b) Ta có B 1 B 3 0, do đó : B = B24 = B2 + B4 = 4 2.10 5

T ur

c) B 0.

Bài tập củng cố:

1 Hai dây dẫn thẳng dài đặt song song, cách nhau khoảng 2a trong không khí, có

các dòng điện I1 = I2 = I cùng chiều đi qua Mặt phẳng P vuông góc với hai dây và cắt hai dây tại A1, A2 O là trung điểm A1A2 Trục tọa độ Ox nằm trong mặt phẳng

P và vuông góc với A1A2 (Hình 1.15)

a) Xác định vectơ cảm ứng từ tổng hợp tại O

b) Xác định vectơ cảm ứng từ tổng hợp tại M trên Ox với OM = x

c) Xác định vị trí điểm M trên Ox có cảm ứng từ cực đại Tính giá trị cực đại này

I 1 I 2

d) Đặt một dây dẫn thứ ba có dòng điện I3 đi

qua, song song với hai dây trên và đi qua O x

ĐS: 10.10 4T 3

Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách nhau d = 14cm trong không khí Dòng điện chạy trong dây I1 = I2 = I = 1,25A Xác định vectơ cảm ứng từ tại M cách mỗi dây R = 25cm trong trường hợp hai dòng điện: a) Cùng chiều; b)

Ngược chiều

ĐS: a) B//O1O2 ; 1,92.10-6T; b) B O1O2 ; 0,56.10-6T

4 Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách nhau d = 8cm trong không khí Dòng điện chạy trong hai dây là I1 = 10A, I2 = 20A và ngược chiều nhau Tìm cảm ứng từ tại:

a) O cách mỗi dây 4cm b) M cách mỗi dây 5cm

ĐS: a) BO = 15.10-5T; b) BM = 9,9.10-5T

5 Vòng dây tròn có R = 3,14cm có dòng điện I = 0,87A đi qua và đặt song song với các đường cảm ứng của một từ trường đều có B0 = 10-5T Xác định vecto cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây

x

I.

a) I1, I2 cùng chiều b) I1, I2 ngược chiều

ĐS: a) 1,2cm; 4,8cm b) 2cm; 8cm

8 Dây dẫn mảnh, thẳng dài có dòng I = 10A đi qua đặt vuông góc với đường cảm ứng từ của từ trường đều có B0 = 5.10-5T Tìm những điểm có cảm ứng từ tổng hợp bằng không

ĐS: Trên đường thẳng song song với dây, cách dây 4cm, trong mặt phẳng chứa

khoảng dây 1 và 2, cách dây

10 Ba dòng điện thẳng song song như hình 1.16: I1

= I3 = I, I2 = I/2, O1O2 = O2 O3 = a, dòng I2 ngược

chiều với I1, I3 Tìm trên trục O2x vuông góc với mặt

phẳng chứa 3 dây những điểm có B = 0

ĐS: O2 M a 3/3 Hình 1.16

11 Một vòng dây dẫn, bán kính R = 10cm nằm trong mặt phẳng thẳng đứng Ở tâm vòng dây ta đặt một kim nam châm nhỏ có thể quay tự do quanh một trục thẳng đứng trên một mặt chia độ Ban đầu kim nam châm theo phương Nam –

Bắc của từ trường Trái đất, mặt phẳng vòng dây song song

với trục kim (Hình 1.17)

a) Cho dòng điện I = 4A qua dây, kim nam châm quay góc α

= 45º Tìm cảm ứng từ BĐ của từ trường Trái đất tại nơi thí

nghiệm

b) Khi dòng điện I1 qua dây, α1 = 60º Tính I1

12 Một dây dẫn thẳng đặt nằm ngang song song với B0 của Trái Đất, B0 = 2,5.10

-5T Dưới dây là một kim nam châm nhỏ đặt song song với dây cách dây R = 2cm Kim có thể quay quanh trục thẳng đứng Tìm góc quay của kim khi cho

13 Một vòng dây dẫn tròn bán kính R = 10cm có dòng I = 3,2A = 10/π (A) đi

qua Vòng dây đặt thẳng đứng song song với B0 của Trái Đất, B0 = 2.10-5T Tại tâm vòng dây, treo một kim nam châm nhỏ Tìm góc quay của kim nam châm khi ngắt dòng I

ĐS: 45º

14 Một xôlênôit dài l = 20cm gồm N = 100 vòng nằm ngang trong không khí,

trục ống vuông góc với B0 của Trái Đất, B0 = 2.10-5T Trong lòng ống có treo một kim nam châm, khi có dòng I chạy qua xôlênôit, kim lệch góc α = 45º Tìm I Cho

1/ 0,32

ĐS: I = 32mA

15 Vòng dây dẫn tròn đặt thẳng đứng, song song với B0 của Trái Đất Tại tâm vòng dây treo một kim nam châm nhỏ Khi cho dòng I qua vòng dây, kim quay góc α = 30º Hỏi phải quay vòng dây quanh trục thẳng đứng qua tâm một góc β bao nhiêu

để kim nam châm lại nằm trong mặt phẳng vòng dây

II.3 Các dạng bài tập dành cho học sinh giỏi

Bài số 1 Cho dòng điện cường độ I chạy qua dây dẫn được uốn thành một đa giác

đều n cạnh, nội tiếp trong đường tròn bán kính R Xác định cảm ứng từ tại tâm O của đa giác Xét trường hợp n = Cho biết khi x 0 thì tanx 1 x Hướng dẫn giải

Cảm ứng từ do mỗi cạnh của đa giác gây ra tại tâm O đều có phương vuông góc với mặt phẳng chứa đa giác, có cùng chiều và có cùng độ lớn :

(tức là đúng bằng cảm ứng từ do dòng điện tròn gây ra tại tâm)

Bài số 2 Hai vòng dây dẫn giống nhau có cùng bán kính R được đặt song song, có

trục trùng nhau và 2 tâm O1, O2 cách nhau một đoạn O1O2 = a

1 Cho R = 10cm, a = 20cm Xác định cảm ứng từ tại O1, O2 và tại trung điểm O của O1O2 trong hai trường hợp :

a) Dòng điện chạy trên các vòng dây có cường độ I1 = I2 = 3A và cùng chiều b) Dòng điện chạy trên các vòng dây có cùng cường độ I1 = I2 = 5A và ngược chiều nhau

2 Bây giờ giả sử dòng điện chạy trên các dây có cùng cường độ I và cùng chiều

Mô tả các biến thiên khả dĩ theo tỉ số a của cảm ứng từ B tại một điểm M bất kì

R

trên đoạn O1O2 với OM = x Tỉ số a phải có trị số bằng bao nhiêu để đảm bảo

tan n

2

15 3

3 / 2

Trên hình 5 có chỉ ra 3 loại biến thiên khả dĩ của B theo x :

a) Các vòng dây rất gần nhau : B có một cực đại duy nhất tại O (với x = 0) (Tới giới hạn và với hai vòng dây trùng nhau, B biểu diễn từ trường của chỉ một vòng trên đó có cường độ 2I chạy Khi đó quả thực B có một cực đại tại O (Hình (1.18a)

b) Các vòng dây ở xa nhau : B có 2 cực đại, ở lân cận O1 và O2, còn tại O là một cực tiểu (Tới giới hạn người ta thấy liên tiếp, khi đi dọc theo trục xx' của các vòng dây, lần lượt từ trường của vòng dây này, rồi đến từ trường của vòng dây kia) (Hình 1.18b)

c) Trường hợp trung gian : điểm O là “trung điểm của phần ngang” của đường cong B(x) : ở lân cận điểm x = 0, B biến thiên theo x chỉ với bậc 4 của x ; khi đó

có thể thoả mãn điều kiện “đều” tối đa của B Để tìm tỉ số a thoả

Bài số 3 Trong số những thành công đầu tiên mà Am - pe đã đạt được khi đoán

nhận hiện tượng từ, có việc tính từ trường B sinh ra bởi dây dẫn có dòng điện chạy qua và so sánh nó với cách nhận định của Bi-ô Xa- va Một trường hợp riêng rất lí thú là trường hợp của một sợi dây rất dài có dòng điện chạy qua bị bẻ gập lại thành hai nửa đường thẳng hợp thành chữ “V”, với nửa góc ở đỉnh là (Hình 1.19) Theo cách tính của Am - pe thì độ lớn của từ trường ở một điểm P cho trước nằm trên trục của chữ “V”, và ở phần ngoài của nó, cách đỉnh một khoảng d thì tỉ lệ với

tan Công trình của Am - pe sau này đã nằm trong lí

2

thuyết điện từ của Mác-xoen và được toàn thế giới công nhận Dựa vào những hiểu

biết hiện đại của điện từ học, hãy :

a) Xác định phương và chiều của vectơ cảm ứng r

từ B tại điểm P

b) Biết rằng cảm ứng từ này tỉ lệ nghịch với

c) Tính vectơ cảm ứng từ B tại điểm P' đối xứng đối với P đối với đỉnh O của chữ

“V”, nghĩa là nằm trên trục và cách đỉnh một khoảng d, nhưng ở bên trong chữ

có thể đo được một cách dễ dàng

e) Nếu như để có thể phân biệt được hai dự đoán về từ trường nói trên, thì đối với chu kì dao động T của kim nam châm tại P ta cần phải có sự sai khác ít nhất là 10% nghĩa là T1 > 1, 1T2 (T1 là chu kì tính theo dự đoán của Am-pe, T2 là chu

kì tính theo dự đoán của Bi- ô và -va), hãy chỉ rõ ta phải chọn nửa góc đỉnh của chữ “V” trong khoảng nào để có thể kết luận về sự đúng - sai của hai dự đoán nói trên

Hướng dẫn giải

ur

a) Thành phần của cảm ứng từ B do mỗi nhánh của chữ “V” đóng góp, có cùng chiều với cảm ứng từ của dòng điện thẳng dài vô hạn đặt trùng với nhánh đó Với chiều dòng điện là chiều mũi tên như trên hình 7 theo quy tắc đinh ốc, cảm ứng từ của cả hai nhánh đều vuông góc với mặt xy và hướng theo chiều dương của trục z (Hình 1.20) (mặt phẳng xy chứa chữ “V”) b) Xét trường hợp riêng = 90o, chữ

“V” trở thành một đường thẳng Cảm ứng từ của từ

ur

trường B (P) của dây dẫn thẳng dài vô hạn cho bởi

công thức : B = i 0 , vì tan tan45o 1

ở đây 1 = 0, 2 = , a = dsin Suy ra cảm ứng từ do dây dẫn hình chữ “V” gây

ra : B = 2 0i 1 cos 0i tan Do đó tìm được : K = 0i

c) Cảm ứng từ tại điểm P' cũng tính như trên nhưng góc thay bằng (

ur

và chiều dòng điện đổi ngược Vậy cảm ứng từ B có hướng ngược với trục z và

có độ lớn : B = Ktan Kcot

Có thể tính B theo cách thứ hai trong câu 2 và thu được kết quả tương tự

d) Momen cơ học (lực từ) tác dụng lên kim nam châm đặt tại P tính theo công

r r r r thức : M [ B] trong đó là momen từ của kim nam châm

ur

- Khi cân bằng M = 0, kim nam châm nằm theo phương củaB Nếu đẩy nó ra uur

)

Hình 1.20

khỏi vị trí cân bằng từ một góc nhỏ , momen cơ học M sẽ kéo nó trở lại vị trí cân bằng, ta có : M = - Bsin B

- Áp dụng phương trình chuyển động quay của vật rắn ta có :

TA), và theo công thức tính cảm ứng từ BBX của Biô - Xava (Kí hiệu chu kì này