MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN TRƯƠNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VÀ TRƯƠNG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG TRONG TRƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI - Nghiên cứu một số hình thức phổ biến trong đo lường đánh giá, các vấn đề của kỹ thuật trắc ngiệm - Xây dựng hệ thống 50 câu trắc nghiệm khách quan nhiều lựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh tháng 05/2009

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG

LUẬN VĂN

VIẾT ĐẦY ĐỦ VIẾT TẮT

Áp dụng Biết Hiểu Phân tích trước khảo sát Phân tích sau khảo sát Sinh viên Trắc nghiệm Trắc nghiệm khách quan Trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn

Thành phố Hồ Chí Minh

AD

B

H PTTKS PTSKS

SV

TN TNKQ TNKQNLC

TP HCM

Với sự dạy dỗ tận tình của quý thầy cô giáo trong khoa Vật

lí nói riêng và quý thầy cô trong trường ĐHSP nói chung,

em đã tiếp thu và tích lũy được những kiến thức và kĩ năng quí báu để chuẩn bị cho nghề nghiệp tương lai của mình

Vì vây em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:

Các thầy các cô trong Trường Sư phạm đã tạo mọi

điều kiện thuận lợi và giúp đỡ cho em học tập trong thời gian qua

Thầy Trương Đình Tòa đã tận tình hướng dẫn em

hoàn thành đề tài này

Thầy Nguyễn Thanh Tú đã cung cấp, hướng dẫn em

sử dụng phần mềm thống kê Test, mcmix và hỗ trợ em thực hiện đề tài này

Tập thể SV Lí II đã tích cực tham gia các đợt khảo

sát

Tập thể SV lớp Lí 4 cùng những bạn thân đã nhiệt tình giúp đỡ và tham gia đóng góp ý kiến.

Xin chân thành cảm ơn!

PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay nước ta đang ở thời kì hội nhập quốc tế toàn diện về mọi mặt trong đó giáo dục là lĩnh vực được chú trọng đưa lên hàng đầu Ngành giáo dục nước nhà đang tiến hành cải cách về mọi mặt nhằm thực hiện mục tiêu cung cấp nguồn nhân lực có trình độ cho công cuộc xây dựng đất nước, bồi dưỡng nhân tài, xây dựng con người mới trong nền kinh tế tri thức Bên cạnh việc đổi mới về chương trình phương pháp dạy và học, việc đổi mới hình thức kiểm tra đánh giá cũng đóng vai trò hết sức quan trọng Bởi chỉ

có thông qua hình thức kiểm tra đánh giá chúng ta mới đối chiếu các hoạt động đang triển khai với mục đích đã định, hoặc thẩm định các kết quả đã làm để từ đó cải tiến, nâng cao chất lượng, hiệu quả công viêc

Từ trước đến nay, trong giáo dục đã có những hình thức kiểm tra đánh giá kết quả học tập như vấn đáp, quan sát, viết… Mỗi hình thức đều có những ưu, nhược điểm riêng

Do nhiều lí do khác nhau mà hình thức kiểm tra đánh giá bằng luận đề được sử dụng hầu hết mặc dù trong quá trình áp dụng, hình thức này đã bộc lộ những mặt hạn chế như: kết quả phản hồi chậm, nội dung kiểm tra không bao quát, điểm số còn phụ thuộc chủ quan người chấm, dễ nảy sinh tiêu cực trong thi cử (quay cóp, mang tài liệu), thí sinh có thói quen học tủ, học vẹt…Trong khi đó hình thức kiểm tra đánh giá bằng trắc nghiệm khách quan lại tỏ ra có nhiều ưu điểm như: kết quả phản hồi nhanh, khả năng bao quát kiến thức rộng, điểm số khách quan, có thể ngăn ngừa nạn học tủ học vẹt, gian lận trong thi cử…Chính vì vậy hình thức trắc nghiệm đang được ngành giáo dục đưa vào áp dụng thử nghiệm và trong thời gian tới trắc nghiệm khách quan sẽ được áp dụng rộng rãi Chính

vì vậy mà huấn luyện cách soạn thảo câu trắc nghiệm và các vấn đề liên quan cho sinh viên khi còn học tại trường sư phạm là rất cần thiết

Nhiều năm qua, kĩ năng “kiểm tra đánh giá thành quả học tập của học sinh” chưa được quan tâm đúng mức Trong trường Đại học Sư phạm nói chung và khoa Vật Lí nói riêng, việc kiểm tra đánh giá bằng trắc nghiệm chưa phổ biến, chỉ áp dụng ở một số môn Chủ yếu là áp dụng trong đợt kiểm tra giữa học phần cho nên kinh nghiệm vế việc

kiến thức và những kĩ năng về trắc nghiệm để phục vụ cho công tác giảng dạy trong

tương lai Đó cũng là lí do em chọn đề tài “ Một số câu hỏi trắc nghiệm khách quan chương Cảm ứng điện từ và chương Trường điện từ trong chương trình vật lí đại cương”

2 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu một số hình thức phổ biến trong đo lường đánh giá, các vấn đề của kỹ thuật trắc ngiệm

- Xây dựng hệ thống 50 câu trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn trong chương “ Cảm ứng điện từ” và chương “Trường điện từ”

- Phân tích đánh giá kết quả KS trên cơ sở đó nhận xét trình độ kiến thức của lớp KS

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Hệ thống các câu trắc nghiệm trong chương “ Cảm ứng điện từ” và chương “Trường điện từ” dùng để khảo sát sinh viên khoa lý

- Trình độ kiến thức và các kĩ năng đạt được và chưa đạt được của sinh viên thông qua bài kiểm tra

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Đề tài chỉ giới hạn nghiên cứu phương pháp trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn , nhằm soạn thảo đánh giá kết quả học tập của sinh viên trong 2 chương chương “ Cảm ứng điện từ” và chương “Trường điện từ”

- Đối tượng KS là các sinh viên năm 2

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp điều tra phỏng vấn

- Phương pháp thống kê toán học

- Phương pháp bổ trợ (phần mềm xử lí thống kê Test và phần mềm đảo đề)

PHẦN NỘI DUNG

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BẰNG

TRẮC NGHIỆM KHÁCH

1 TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG

1.1 Nhu cầu đo lường trong giáo dục

- Trong cuộc sống hàng ngày, nhu cầu đo lường đánh giá chiếm một tỉ lệ lớn Con người phải đối chiếu các hoạt động đang triển khai với mục đích đã định, hoặc thẩm định các kết quả đã làm để từ đó cải tiến

- Muốn đánh giá chính xác thì phải đo lường trước Không có số đo thì không thể đưa ra những nhận xét hữu ích

- Trong giáo dục, việc đo lường đánh giá cũng hết sức quan trọng Nhờ đo lường đánh giá

mà giáo viên biết được trình độ học sinh từ đó có phương pháp, hình thức hợp lí, nâng cao hiệu quả dạy học

1.2 Các dụng cụ đo lường

- Trong giáo dục các dụng cụ đo lường chính là các hình thức kiểm tra đánh giá học sinh, gọi chung là trắc nghiệm Một dụng cụ đo lường tốt cần có trước hết những đặc điểm: tính tin cậy và tính giá trị

- Trắc nghiệm có các hình thức thông dụng như sau:

Trắc nghiệm

nghiệm khá hCâu 2 lựa

chọn

Câu điền khuyết

Tiểu luận Báo cáo

khoa học

Câu nhiều lựa chọn

Câu ghép cặp

1.3 So sánh giữa hình thức luận đề và trắc nghiệm khách quan

1.3.1 Sự giống nhau giữa luận đề và trắc nghiệm:

- Có thể đo lường mọi thành quả học tập quan trọng

- Có thể dùng để thuyết trình học sinh học tập nhằm đạt các mục tiêu: hiểu biết các nguyên

lý, tổ chức và phối hợp các ý tưởng, vận dụng kiến thức trong việc giải quyết các vấn đề

- Đều đòi hỏi sự vận dụng phán đoán chủ quan

- Giá trị của chúng tuỳ thuộc vào tính khách quan và đáng tin cậy của chúng

1.3.2 Sự khác nhau giữa luận đề và trắc nghiệm:

Luận đề Trắc nghiệm khách quan

- Thí sinh phải tự mình soạn câu trả lời

và diễn đạt bằng ngôn ngữ của chính

mình

- Số câu hỏi trong một bài tương đối ít,

tính tổng quát không cao

- Thí sinh bỏ ra phần lớn thời gian để

suy nghĩ và viết

- Điểm số một phần phụ thuộc chủ quan

người chấm bài

- Chất lượng bài không những phụ thuộc

vào bài làm của thí sinh mà còn phụ

thuộc kĩ năng người chấm bài

- Bài thi tương đối dễ soạn, khó chấm,

khó cho điểm chính xác

- Người chấm thấy được lối tư duy, khả

năng diễn đạt của thí sinh

- Người chấm có thể kiểm soát sự phân

kĩ năng người soạn thảo bài trắc nghiệm

- Bài thi khó soạn, dễ chấm, điểm số chính xác

- Hạn chế khả năng diễn đạt tổng hợp vấn đề bằng lời một cách logic

- Sự phân bố điểm số hầu như hoàn toàn quyết định do bài trắc nghiệm

1.3.3 Các trường hợp sử dụng luận đề và trắc nghiệm

Luận đề Trắc nghiệm khách quan

- Khi nhóm thí sinh dự thi hay kiểm tra

không quá đông và đề thi chỉ được sử

dụng một lần, không dùng lại nữa

- Khi thầy giáo cố gắng tìm mọi cách có

thể được khuyến khích sự phát triển kỹ

năng diễn tả bằng văn viết của thí sinh

- Khi thầy giáo muốn thăm dò thái độ

hay tìm hiểu tư tưởng của thí sinh về một

vấn đề nào đó hơn là khảo sát thành quả

học tập của họ

- Khi thầy giáo tin tưởng vào tài năng

phê phán và chấm bài luận đề một cách vô

tư và chính xác hơn là khả năng soạn thảo

những câu trắc nghiệm tốt

- Khi không có nhiều thời gian soạn

thảo và khảo sát nhưng lại có thời gian

chấm bài

- Khi ta cần khảo sát thành quả học tập của một số đông học sinh, hay muốn bài có thể sử dụng lại vào một lúc khác

- Khi ta muốn có những điểm số đáng tin cậy, không phụ thuộc vào chủ quan của người chấm bài

- Khi các yếu tố công bằng vô tư, chính xác là những yếu tố quan trọng nhất của việc thi cử

- Khi ta có nhiều câu trắc nghiệm tốt

đã được dự trữ sẵn để có thể lựa chọn

và soạn lại một bài trắc nghiệm mới và muốn chấm nhanh để sớm công bố kết quả

- Khi ta muốn ngăn ngừa nạn học tủ, học vẹt và gian lận trong thi cử

2 CÁC BƯỚC SOẠN THẢO MỘT BÀI TRẮC NGHIỆM

Để soạn thảo một bài trắc nghiệm cần thực hiện 6 bước sau:

- Xác định mục đích bài kiểm tra

- Phân tích nội dung, lập bảng phân tích nội dung

- Xác định mục tiêu học tập

- Thiết kế dàn bài trắc nghiệm

- Lựa chọn câu hỏi cho bài trắc nghiệm

- Trình bày bài kiểm tra

2.1 Xác định mục đích bài kiểm tra

Trắc nghiệm có thể phục vụ nhiều mục đích khác nhau Tùy từng mục đích mà bài trắc nghiệm sẽ có nội dung, mức độ khó, dễ, số lượng câu và thời gian làm bài khác nhau

2.2 Phân tích nội dung, lập bảng phân tích nội dung

Tiến trình phân tích nội dung:

- Tìm ra những ý tưởng chính yếu của nội dung cần kiểm tra

- Tìm ra những khái niệm quan trọng để đem ra khảo sát ( chọn những từ, nhóm chữ,

ký hiệu mà học sinh cần giải nghĩa)

- Phân loại thông tin: có hai loại

+ Những thông tin nhằm lí giải minh họa

+ Những khái niệm quan trọng

- Lựa chọn một số thông tin và ý tưởng đòi hỏi học sinh phải có khả năng ứng dụng

để giải quyết vấn đề trong một tình huống mới

2.3 Xác định mục tiêu học tập

- Xây dựng mục tiêu có nghĩa là xác định những tiêu chí, kĩ năng, kiến thức mà học viên cần đạt được khi kết thúc chương trình đào tạo Sau đó xây dựng quy trình công cụ đo lường nhằm đánh giá xem học sinh có đạt được các tiêu chí đó không

- Mục tiêu phải cụ thể, có thể đo, được có thể đạt được, phải hướng vào kết quả, phải giới hạn thời gian

* Phân loại mục tiêu giảng dạy

- Theo Bloom mục tiêu thuộc lĩnh vực nhận thức có 6 mức độ từ thấp đến cao như sau: biết, thông hiểu, áp dụng, phân tích, tổng hợp và đánh giá

- Dưới đây là các từ động từ hành động ứng với 6 mức độ nhận thức đó:

Kiến thức

Lựa chọn Tìm kiếm Tìm ra cái phù hợp Kể lại

Thông hiểu

Giải thích Cắt nghĩa So sánh Đối chiếu

Cho ví dụ Chỉ rõ Phân biệt Tóm tắt

Trình bày Đọc

Áp dụng

Giải quyết Ghi lại Chứng minh Hoàn thiện

Ước tính Sắp xếp thứ tự Điều khiển

Phân tích

Phân biệt Phân cách Đối chiếu Lập giả thuyết

Lập sơ đồ Tách bạch Phân chia Chọn lọc

Tổng hợp

Đánh giá

2.4 Thiết kế dàn bài trắc nghiệm

Khi thiết kế dàn bài cần chú ý những vấn đề sau:

- Tầm quan trọng thuộc phần nào ứng với những mục tiêu nào

- Cần trình bày câu hỏi dưới hình thức nào để hiệu quả

- Xác định mức độ khó dễ của bài trắc nghiệm

Thiết kế dàn bài nhằm quy định số câu trắc nghiệm cho mỗi phần và lập thành bảng

quy định hai chiều để thể hiện số câu và tỉ lệ phần trăm cho từng nội dung

* Minh hoạ lập dàn bài trắc nghiệm

- Loại câu điền khuyết

có vẻ đúng và hấp dẫn (mồi nhử)

- Phổ biến hiện nay

- Độ may rủi thấp (25% đối với câu 4 lựa chon và 20% với câu 5 lựa chọn)

- Càng nhiều lựa chọn tính chính xác càng cao

- Phần lựa chọn ( cột 2): cũng gồm những câu ngắn, chữ, số…

- Số câu ở hai cột không bằng nhau

- Các lựa chọn quá dài làm mất thời gian của thí sinh

- Chỗ để trống điền vào là duy nhất đúng

- Thường thể hiện ở mục tiêu nhận thức thấp

3.2 Ưu nhược điểm của câu nhiều lựa chọn

3.2.1 Ưu điểm:

- Độ may rủi thấp (25% đối với câu 4 lựa chon và 20% với câu 5 lựa chọn) giảm bớt yếu

tố đoán mò

- Có thể kiểm tra, đánh giá những mục tiêu giảng dạy và học tập khác nhau

- Kết quả có tính tin cậy và tính giá trị cao

- Có thể phân tích được tính chất của mỗi câu hỏi, xác định được câu nào là quá dễ, quá khó hay không có giá trị

- Tính chất giá trị tốt hơn các loại câu hỏi khác có thể dùng đo lường mức độ đạt được nhiều mục tiêu giáo dục

- Tính chất khách quan khi chấm bài

3.2.2 Nhược điểm

- Khó soạn câu hỏi cần đầu tư nhiều thời gian

- Không kiểm tra được khả năng diễn đạt, lối tư duy của học sinh

- Đôi khi câu hỏi đặt ra tối nghĩa, câu trả lời được cho là đúng thật sự là sai, các mồi nhử được cho là sai thực ra lại đúng

*Luận văn này sử dụng loại câu trắc nghiệm 4 lựa chọn do có nhiều ưu điểm và là loại câu được sử dụng phổ biến trong các kì thi hiện nay

4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ BÀI TRẮC NGHIỆM

4.1 Phân tích câu trắc nghiệm

4.1.1 Mục đích của việc phân tích

Phân tích câu trắc nghiệm giúp ta:

- Biết được độ khó, độ phân cách của mỗi câu =>biết được câu nào quá khó câu nào quá

dễ

- Lựa ra được câu có độ phân cách cao nên phân biệt được học sinh giỏi và kém

- Biết được giá trị của đáp án và mồi nhử => lý do vì sao câu trắc nghiệm không đạt được hiệu quả như mong muốn

- Đánh giá câu trắc nghiệm và ra quyết định chọn, sửa hay bỏ câu trắc nghiệm đó

- Làm gia tăng tính tin cậy của bài trắc nghiệm

4.1.2 Các bước phân tích câu trắc nghiệm

- Thẩm định độ khó của từng câu trắc nghiệm

- Xác định độ khó của từng câu trắc nghiệm

- Phân tích các mồi nhử Từ đó đưa ra kết luận chung (sửa chửa hay bỏ )

4.1.3 Độ khó của câu trắc nghiệm

* Công thức tính:

Loại câu đúng sai tỉ lệ may rủi là 50%

Lọai câu 5 lựa chọn tỉ lệ may rủi : 20%

Loại câu 4 lựa chọn tỉ lệ may rủi : 25%

 Đối với câu trắc nghiệm 4 lựa chọn 100% 25% 62,5% 0,625

2



DKVP

* Đánh giá câu trắc nghiệm dựa vào độ khó

Để đánh giá câu trắc nghiệm ta so sánh độ khó của câu( ĐKC) với độ khó vừa phải (ĐKVP)

- ĐKC> ĐKVP => câu trắc nghiệm dễ so với trình độ học sinh

- ĐKC< ĐKVP => câu trắc nghiệm khó so với trình độ học sinh

- ĐKC ĐKVP => câu trắc nghiệm vừa sức với trình độ học sinh

4.1.4 Độ phân cách câu trắc nghiệm

* Công thức tính

Sau khi đã chấm và cộng tổng điểm của từng bài TN, ta thực hiện các bước sau để tính độ phân cách:

- Bước 1: xếp các bài của học sinh theo thứ tự từ điểm thấp đến điểm cao

- Bước 2: lấy 27% của tổng số bài làm có điểm từ bài cao nhất trở xuống xếp vào nhóm CAO và 27% tổng số bài làm có điểm từ điểm từ bài thấp nhất trở lên xếp vào nhóm THẤP

- Bước 3: đếm số người làm đúng trong mỗi nhóm, gọi là Đúng (CAO) và Đúng (THẤP)

- Bước 4: tính độ phân cách theo công thức:

* Đánh giá câu trắc nghiệm dựa vào độ phân cách

Độ phân cách của một câu TN nằm trong khoảng giới hạn từ -1.00 đến +1.00

Để kết luận về câu TN ta căn cứ vào quy định sau:

- D0,40: câu TN có độ phân cách rất tốt

- 0.30  D 0.39: câu TN có độ phân cách khá tốt nhưng có thể làm cho tốt hơn

- 0.20  D 0.29: câu TN có độ phân cách tạm được, cần phải điều chỉnh

- D 0.19: câu TN có độ phân cách kém cần phải loại bỏ hay phải gia công sữa chửa

Đề tài này sử dụng phần mềm Test để tính độ phân cách Trong đó độ phân cách (D) được thay bằng hệ số tương quan điểm nhị phân (R.point-biserial correlation, viết tắt là Rpbis) để phân tích hệ số tương quan cặp Pearson giữa câu trắc nghiệm và tổng điểm trên toàn bài trắc nghiệm

Câu trắc nghiệm khó

ĐKVP

Mp: trung bình điểm của các bài làm đúng câu i

Mq:trung bình điểm của các bài làm sai câu i

p: tỉ lệ học viên làm đúng câu i

q: tỉ lệ học viên làm sai câu i

 :độ lệch tiêu chuẩn của bài trắc nghiệm

4.1.6 Một số tiêu chuẩn chọn câu trắc nghiệm tốt

- Những câu TN có độ khó quá thấp hay quá cao, đồng thời độ phân cách quá âm hoặc quá thấp là những câu kém cần phải xem lại để loại đi hay sửa chữa cho tốt hơn

- Với đáp án câu TN, số người nhóm CAO chọn phải nhiều hơn số người nhóm THẤP

- Với các mồi nhử, số người trong nhóm CAO chọn phải ít hơn số người trong nhóm THẤP

4.2 Phân tích bài trắc nghiệm

4.2.1 Đánh giá bài trắc nghiệm dựa vào điểm số trung bình

Để biết một bài trắc nghiệm là dễ, vừa sức hay khó so với trình độ hiện tại của học sinh ta đối chiếu điểm trung bình bài làm của học sinh với điểm trung bình lí thuyết

- Điểm trung bình (Mean) : được tính bằng cách cộng tất cả các điểm số ( của bài

làm học sinh và sau đó chia cho tổng số bài (hay số học sinh có bài làm)

1



 N i i

X Mean

N

+ Đối với câu TN 4 lựa chọn điểm may rủi = điểm tối đa x 25%

+ Đánh giá bài trắc nghiệm

o Nếu Mean > Mean LT: bài TN là dễ đối với học sinh

o Nếu Mean  Mean LT: bài TN là vừa sức đối với học sinh

o Nếu Mean < Mean LT: bài TN là khó đối với học sinh

+ Để chính xác hơn ta xác định các giá trị biên trên và biên dưới bằng thống kê Giá trị biên dưới = Mean -Z S

N

Giá trị biên trên=Mean +Z S

N

N: số học sinh S: độ lệch tiêu chuẩn Z: trị số phụ thuộc vào xác suất tin cậy định trước ( thường chọn Z=1.96 hoặc Z=2.58)

+ Cách đánh giá được minh hoạ bằng trục số:

Xi: tổng số bài trắc nghiệm câu i

N tổng số người làm bài trắc nghiệm

- Ý nghĩa của độ lệch tiêu chuẩn: độ lệch tiêu chuẩn cho biết các điểm số trong một phân

bố đã lệch đi so với trung bình là bao nhiêu

+ Nếu  là nhỏ : các điểm số tập trung quanh trung bình

+ Nếu  là nhỏ : các điểm số lệch xa trung bình

4.3 Các loại điểm số trắc nghiệm

4.3.1 Điểm thô:

là tổng cổng các điểm số của từng câu TN

4.3.2 Điểm tiêu chuẩn:

- Ý nghĩa: Điểm phần trăm đúng so sánh điểm của học sinh này với điểm số tối đa có thể

- Ý nghĩa: điểm Z cho biết vị trí của một học sinh có điểm thô X so với trung bình của

nhóm học sinh cùng làm bài trắc nghiệm

4.3.2.3 Điểm tiêu chuẩn V

Căn bản giống điểm Z, nhưng quy về phân bố bình thường có trung bình bằng 5 và độ lệch tiêu chuẩn là 2 Hệ thống điểm từ 0->10

- Công thức : Điểm V= 2Z + 5

* Đề tài này quy đổi điểm thô sang điểm tiêu chuẩn V bằng phần mềm Test

Chương 2: TÓM TẮC NỘI DUNG CHƯƠNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

VÀ CHƯƠNG TRƯỜNG ĐIỆN TỪ

1 CHƯƠNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

1.1 Hiện tượng cảm ứng điện từ

1.1.1 Kết luận của Faraday về hiện tượng cảm ứng điện từ

- Mỗi khi từ thông qua mạch kín (khung dây) biến thiên thì trong mạch xuất hiện một dòng điện cảm ứng i c và một suất điện động cảm ứng Đó là hiện tượng cảm ứng điện từ c

- Từ thông biến thiên có thể xảy ra theo hai cách:

+ Mạch kín đứng yên trong một từ trường biến thiên

+ Mạch kín chuyển động trong từ trường

1.1.2 Các định luật của hiện tượng cảm ứng điện từ

1.1.2.1 Định luật Lenxo về chiều của dòng điện cảm ứng

- Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại nguyên nhân sinh ra nó

- Theo nguyên tắc của định luật này, muốn có dòng điện cảm ứngi c và suất điện động cảm ứng ta phải tốn một năng lượng để chuyển năng lượng đó thành năng lượng điện c

1.1.2.2 Định luật Faraday về suất điện động cảm ứng

- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây bằng về độ lớn nhưng ngược về dấu với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch đó

c d

dt



   (1.1)

1.1.3 Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ

- Tạo ra nguồn điện xoay chiều ( sản xuất điện năng) : tất cả các máy phát điện xoay chiều đều có nguyên tắc hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, tức là khi cho từ thông qua khung dây biến thiên thì trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng và cmột dòng điện cảm ứng i c Có nhiều cách làm cho từ thông qua khung dây biến thiên:

+ Cho từ trường không đổi, cuộn dây quay trong từ trường với vận tốc góc

+ Cho các cuộn dây đứng yên, từ trường qua các cuộn dây biến thiên bằng cách cho nam châm làm roto của máy phát điện

- Tạo ra động cơ không đồng bộ: đặt khung dây có thể quay xung quanh một trục rồi cho

từ trường quay biến thiên qua khung dây này Khi từ trường quay qua khung dây biến thiên thì trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng i c Dòng điện cảm ứng lại đặt trong từ trường quay nên xuất hiện lực từ tác dụng lên khung dây sao cho môment từ của dòng điện cảm ứng i c quay theo chiều của từ trường ngoài ( tuân theo định luật Lenxo), nhưng khung dây quay với tốc độ chậm hơn từ trường, ta gọi là động cơ không đồng bộ

- Dòng điện phucô: khi ta đặt vật dẫn trong từ trường biến thiên thì trong vật dẫn xuất hiện những dòng điện cảm ứng khép kín gọi là dòng Fuco Dòng điện phucô có thể gây ra sự đốt nóng vật dẫn

1.2 Hiện tượng tự cảm

1.2.1 Hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch

- Thí nghiệm: Hình 1, khi đóng K thì bóng đèn sáng bình thường

Khi ngắt K, bóng đèn không tắc ngay mà lóe sáng rất mạnh rồi

mới tắt

- Giải thích: khi ngắt K thì dòng điện trong cuộn cảm L giảm rất

nhanh nên từ thông qua cuộn dây giảm rất nhanh Trong cuộn

dây xuất hiện dòng điện cảm ứng i cvà suất điện động cảm ứng c i c có chiều tuân theo định luật Lenxo Vì dòng điện qua cuộn L đang giảm nên để chống lại sự giảm của dòng điện thì i c cùng chiều với dòng điện ban đầu Dòng điện này chạy qua bóng đèn (vì K mở) nên bóng đèn sáng lóe lên rồi mới tắt

- Dòng điện cảm ứng có dạng (hình 2): i I e 0 R L t (1.2) R

L : hằng số thời gian ống dây

R: tổng trở mạch

I0: dòng điện qua cuộn cảm khi bắt đầu ngắt mạch

1.2.2 Hiện tượng tự cảm khi đóng mạch

- Thí ngiệm: ban đầu ngắt K Khi đóng K thì bóng đèn không sáng lên ngay mà sáng lên từ

từ Một lúc sau mới đạt độ sáng cực đại

- Giải thích: khi đóng K thì dòng điện trong cuộn cảm L tăng từ 0 đến giá trị cực đại I0 Từ thông qua cuộn dây tăng nhanh, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng i cvà suất điện động cảm ứng c i c có chiều tuân theo định luật Lenxo- chống lại sự tăng của dòng điện nên i c ngược chiều với dòng điện ban đầu Do đó dòng điện tổng cộng trong mạch giảm Vì vậy bóng đèn sẽ sáng lên từ từ, một lúc sau mới đạt độ sáng cực đại

- Dòng điện cảm ứng có dạng (hình 3): 0(1 )

R t L

i I e (1.3)

I0: dòng điện cực đại qua cuộn cảm khi đóng mạch (ổn định)

1.2.3 Kết luận

- Hiện tượng cảm ứng điện từ xuất hiện trong cuộn dây do chính dòng điện qua cuộn dây

đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm

1.2.4 Hệ số tự cảm của ống dây

- Từ thông qua ống dây có dòng điện i tỉ lệ thuận với i, trong hệ SI, ta viết: Li (1.4) L: hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và bản chất của môi trường từ môi trong ống dây gọi là hệ số tự cảm của ống dây Đơn vị: H (Herry)

1 1

1

Wb H A



- Herry là độ tự cảm của một mạch kín (trong chân không) sao cho khi dòng điện qua nó

có cường độ 1A thì dòng điện này sinh ra một từ thông qua mạch đó là 1Wb

- Độ tự cảm là số đo mức quán tính của mạch đối với sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó

1.3 Năng lượng của từ trường

1.3.1 Năng lượng của từ trường đều

- Trong hiện tượng cảm ứng khi ngắt mạch, bóng đèn sáng lóe lên Ta chỉ có thể giả thiết rằng năng lượng của dòng điện trong mạch làm đèn sáng lên là do năng lượng từ trường của ống dây chuyển thành năng lượng của dòng điện

- Công của dòng điện trong thời giam dt: dAc idt, (i i c)

AdA Lidi LI ,I: dòng điện khi chưa ngắt mạch

- Năng lượng của từ trường trong ống dây đã chuyển toàn bộ thành công của dòng điện trong mạch nên năng lượng từ trường trong ống dây:

1.3.2 Năng lượng của từ trường tổng hợp bất kì

- Giả sử ta có một từ trường tổng hợp bất kì, trong từ trường đó ta lấy một phần tử vi phân

dV đủ nhỏ sao cho từ trường trong đó có thể coi là đều

Khi đó, mật độ năng lượng từ trường: 1

2 CHƯƠNG TRƯỜNG ĐIỆN TỪ

2.1 Luận điểm thứ nhất của Maxwell- hệ phương trình Maxwell- Farraday

- Mỗi khi trong không gian có một từ trường biến thiên theo thời gian thì trong không gian

đó xuất hiện một điện trường xoáy biến thiên Đây là luận điểm thứ nhất của Maxwell

Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây: c d

 : phương trình Maxwell- Farraday (2.1)

- Ý nghĩa: Lưu số của vecto cường độ điện trường xoáy dọc theo đường cong kín bất kì bằng về trị số nhưng trái về dấu với tốc độ biến thiên theo thời gian của từ thông qua diện tích giới hạn bời đường cong đó

- Hệ phương trình Maxwell- Farraday:

2.2 Luận điểm thứ hai của Maxwell- hệ phương trình Maxwell- Ampe

2.2.1 Dòng điện dịch

- Xét một mạch dao động điện từ đang có dao động điện từ Giả sử ở thời

điểm ban đầu một bản tụ tích điện +Q, bản kia tích điện –Q Do đó, vecto

cường độ điện trường E có chiều từ dương sang âm (hình 4) và trong dây

dẫn đang có dòng điện Maxwell gọi là dòng điện dẫn i d(giữa hai bản tụ

không có i d)

Cảm ứng điện: D, ( là mật độ điện mặt của tụ điện, q

S

  ) Hình 4 Suy ra: dD d 1 dq i d

ngược chiều với Evà D

Suy ra J cùng chiều với i dvà có độ lớn d

Chứng tỏ mật độ dòng điện J giữa hai bản tụ điện đã khép kín dòng điện dẫn trong

mạch và được gọi là dòng điện dịch, dich D

- Dòng điện dịch không phải là sự chuyển dời có hướng của các điện tích mà sự biến thiên

của điện trường giữa hai bản tụ điện tương đương như một dòng điện gọi là dòng điện

dịch, nó khép kín dòng điện dẫn trong mạch Nó cũng gây ra trong không gian một từ

trường

2.2.2 Luận điểm thứ hai của Maxwell

- Mỗi khi trong không gian có điện trường biến thiên theo thời gian thì trong không gian

đó xuất hiện một từ trường biến thiên

2.2.3 Hệ phương trình Maxwell- Ampe

- Lưu số của vecto cường độ từ trường H dọc theo đường cong kín bất kì bằng tổng đại số các dòng điện qua đường cong đó, nên:

 : phương trình Maxwell- Ampe (2.4)

- Ý nghĩa: Lưu số của vecto cường độ từ trường H dọc theo đường cong kín bất kì trong không gian bằng dòng điện toàn phần chạy qua diện tích giới hạn bởi đường cong đó (i d+

và từ trường biến thiên chuyển hóa cho nhau và lan truyền trong không gian dưới một trường duy nhất gọi là trường điện từ

Về mặt định lượng, để nghiên cứu điện trường và từ trường biến thiên ta có thể giải hệ phương trình Maxwell (2.2) và (2.5) dưới dạng vi phân hoặc tích phân:

00

B rot E

t divB

d D rot H J

t divD

B rot E

t divB

D rot H

t divD

- Vận tốc lan truyền sóng điện từ trong chân không bằng vận tốc ánh sáng

- Trong môi trường có hằng số điện môi và độ từ thẩm  thì vận tốc truyền sóng điện từ là: v c

n

 , với n  : chiết suất của môi trường (2.9)

- Những tính chất của sóng điện từ:

+ Lan truyền được cả trong môi trường vật chất và trong chân không

+ Là sóng ngang có E vuông góc với B và vuông góc với vận tốc v, ba vecto

+ Đối với sóng điện từ phẳng, đơn sắc thì:  0 E   0 H (2.10)

2.4.2 Năng lượng sóng điện từ

- Năng lượng sóng điện từ chính là năng lượng trường điện từ lan truyền trong không gian Mật độ năng lượng trường điện từ trong không gian là:

Chương 3: QUY HOẠCH BÀI TRẮC NGHIỆM

Phần 2: Hiện tượng tự cảm khi ngắt và đóng mạch- hệ số tự cảm của ống dây

Phần 3: Năng lượng của từ trường

Các phần trong chương có quan hệ rất chặt chẽ với nhau, phần sau tiếp nối phần trước Phần 1 đã tìm hiểu các vấn đề xung quanh hiện tượng cảm ứng điện từ, các thí nghiệm xuất hiện dòng điện cảm ứng, định nghĩa, các định luật có liên quan cũng như ứng dụng của nó Sang phần 2, ta tiếp tục nghiên cứu trường hợp đặc biệt hơn của hiện tượng cảm ứng điện từ- hiện tượng tự cảm trong mạch có ống dây Từ đó khảo sát hệ

số tự cảm của ống dây Cuối cùng, từ các hiện tượng quan sát được ở phần 2, phần 3 đi đến kết luận về năng lượng của từ trường, ý nghĩa và tìm ra công thức của năng lượng

từ trường thông qua công thức hệ số tự cảm của ống dây Ngoài ra, phần này còn tìm hiểu một khái niệm mới liên quan đến năng lượng của từ trường là mật độ năng lượng của từ trường

Đây là chương gồm những kiến thức rất cơ bản của chương trình điện đại cương Nhìn chung chương này có đủ cả lí thuyết lẫn bài tâp Tuy nhiên bài tập tương đối đơn giản, sinh viên chỉ áp dụng các công thức để tính toán, mặc dù vậy sinh viên phải thật hiểu lí thuyết mới phân tích được hiện tượng Để học tốt chương này, sinh viên phải nắm vững các kiến thức có liên quan như từ thông, cảm ứng từ, công của dòng điên…

1.2 Ý tưởng dự định khảo sát sinh viên

1.2.1 Hiện tượng cảm ứng điện từ- các định luật của hiện tượng cảm ứng điện

từ- ứng dụng

- Định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ

- Định luật Lenxo- áp dụng xác định chiều dòng điện cảm ứng

- Định luật Faraday- áp dụng tính độ lớn suất điện động cảm ứng

- Các ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ

1.2.2 Hiện tượng tự cảm khi ngắt và đóng mạch- hệ số tự cảm của ống dây

- Định nghĩa hiện tượng tự cảm

- Giải thích được hiện tượng hiện tượng tự cảm khi ngắt và đóng mạch

- Biểu thức dòng điện trong mạch- đồ thị

- Định nghĩa độ tự cảm- hiểu được độ tự cảm là số đo mức quán tính của mạch đối với

sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó

- Hệ số tự cảm phụ thuộc những yếu tố nào

- Định nghĩa Henrry

- Áp dụng công thức độ tự cảm để giải các bài tập nhỏ

1.2.3 Năng lượng của từ trường

- Cách thiết lập biểu thức tính năng lượng của từ trường đều

- Các dạng khác nhau của biểu thức năng lượng của từ trường

- Mật độ năng lượng từ trường- ý nghĩa

- Năng lượng của từ trường tổng hợp bất kỳ

1.3 Bảng phân tích nội dung

Hiện tượng cảm ứng điện

từ

- Khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện một dòng điện cảm ứng i c và một suất điện động cảm ứng c

Cách làm phát sinh dòng điện cảm ứng

- Mạch kín đứng yên trong một từ trường biến thiên

- Mạch kín chuyển động trong từ trường

- Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại nguyên nhân sinh ra nó

Định luật Faraday

- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây bằng về độ lớn nhưng ngược về dấu với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch đó c d

- Nguyên tắc tạo ra nguồn điện xoay chiều

- Nguyên tắc tạo ra động cơ không đồng bộ

- Dòng điện phucô: khi đặt vật dẫn trong từ trường biến thiên thì trong vật dẫn xuất hiện những dòng điện cảm ứng khép kín

Định nghĩa hiện tượng

- Hiện tượng cảm ứng điện từ xuất hiện trong cuộn dây

do chính dòng điện qua cuộn dây đó gây ra

Biểu thức dòng điện khi ngắt mạch

0

R t L

0(1 )

R t L

- phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và bản chất của môi trường từ môi trong ống dây

- là số đo mức quán tính của mạch đối với sự biến đổi

của dòng điện trong mạch đó

- Đơn vị: H (Herry)- độ tự cảm của một mạch kín ( trong chân không) sao cho khi dòng điện qua nó có cường độ 1A thì dòng điện này sinh ra một từ thông qua mạch đó là 1Wb 1 1

1

Wb H A

 với l : chiều dài ống dây, N: số vòng dây Biểu thức tính

năng lượng của

12

kỳ

1 2

cảm ứng A 12 : Nhận biết hiện tượng cảm ứng điện từ B

điện từ A 13 : Chỉ ra nguyên nhân xuất hiện suất điện động

cảm ứng trong thanh dây dẫn chuyển động trong từ

trường

H

A 21 : Giải thích nguyên nhân gây ra dòng điện cảm

ứng khi một khung dây dẫn đứng yên trong từ trường biến thiên

H

A 22 : Giải thích sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng

khi mạch kín chuyển động trong từ trường

H

A 2

Cách làm phát sinh dòng điện cảm ứng

A 23 : Nhận biết muốn có dòng điện cảm ứng ta phải

tốn một năng lượng để chuyển năng lượng đó thành năng lượng điện

B

A 32 : Vận dụng hai định luật xác định độ lớn suất

điện động cảm ứng và chiều dòng điện cảm ứng

- Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động

B 12 : Nhận biết hiện tượng tự cảm khi đóng mạch B

B 13 : Vận dụng biểu thức tính dòng điện tự cảm khi

B 14 : Giải thích hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch H

B 15 : Vận dụng biểu thức tính dòng điện tự cảm khi

ngắt mạch

AD

B 16 : Chỉ ra độ lớn của dòng điện trong mạch không

ảnh hưởng đến độ lớn của suất điện động cảm ứng

H

B 17 : Chỉ ra năng lượng của dòng điện trong mạch

làm đèn lóe sáng lên trong hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch là do năng lượng của từ trường của ống dây

Năng lượng của từ

trường (W) C 12 : Vận dụng biểu thức tính mật độ năng lượng từ

1.5.2 Dàn bài chi tiết

Phần 1: Luận điểm thứ nhất của Maxwell- hệ phương trình Maxwell- Farraday

Phần 2: Dòng điện dịch- Luận điểm thứ hai của Maxwell- hệ phương trình Maxwell-

Ampe

Phần 3: Trường điện từ

Các phần trong chương thống nhất với nhau một cách liền mạch, chặt chẽ Ở phần

1 nói đến luận điểm thứ nhất của Maxwell, khi trong không gian có một từ trường biến thiên theo thời gian thì trong không gian đó xuất hiện một điện trường xoáy biến thiên,

từ đó đi đến hệ phương trình Maxwell- Farraday biểu diễn mối quan hệ giữa từ trường

và điện trường biến thiên Sang phần 2- trên cơ sở xây dựng khái niện mới là dòng điện dịch, ta tiếp tục tìm hiểu luận điểm thứ hai của Maxwell, khi trong không gian có điện trường biến thiên theo thời gian thì trong không gian đó xuất hiện một từ trường biến thiên, và cũng đi đến thành lập hệ phương trình Maxwell- Ampe biểu diễn mối quan hệ giữa điện trường và từ trường biến thiên Tổng hợp kiến thức của hai phần, phần 3 khái quát: điện trường và từ trường biến thiên chuyển hóa cho nhau và lan truyền trong không gian dưới một trường duy nhất gọi là trường điện từ Tiếp đến phần 4 nghiên cứu sự lan truyền của điện trường và từ trường trong không gian- sóng điện từ Ta đặc biệt khảo sát các tính chất của sóng điện từ tự do và năng lượng của sóng điện từ

Chương này thiên về định tính hơn định lượng Các công thức, hệ công thức trong chương này phức tạp, cồng kềnh, chủ yếu là dùng các công thức giải tích vecto nên khó nhớ đối với sinh viên Do đó hệ thống câu hỏi trong phần này không có bài tập mà chủ yếu là các câu hỏi lí thuyết.Trong chương còn có một số khái niệm mới như: dòng điện dịch, mật độ năng lượng trường điện từ, năng thông sóng điện từ, vecto mật độ dòng năng lượng… Đây là các khái niệm mới, khó nhớ nên đòi hỏi sinh viên phải hiểu để không nhầm lẫn

2.2 Ý tưởng dự định khảo sát sinh viên

2.2.1 Luận điểm thứ nhất của Maxwell- hệ phương trình Maxwell- Farraday

- Luận điểm thứ nhất của Maxwell

- Phương trình Maxwell- Farraday:

- Ý nghĩa phương trình Maxwell- Farraday

- Hệ phương trình Maxwell- Farraday:

2.2.2 Dòng điện dịch- Luận điểm thứ hai của Maxwell- hệ phương trình

Maxwell- Ampe

- Định nghĩa dòng điện dịch

- Hiểu rõ bản chất của dòng điện dịch

- Luận điểm thứ hai của Maxwell

- Phương trình Maxwell- Ampe: ( d )

- Ý nghĩa phương trình Maxwell- Ampe

- Hệ phương trình Maxwell- Ampe

2.2.3 Trường điện từ

- Định nghĩa trường điện từ

- Các tính chất của trường điện từ

2.2.4 Sóng điện từ tự do- Năng lượng sóng điện từ

- Thế nào là sóng điện từ tự do

- Các tính chất của sóng điện từ

- Định nghĩa năng lượng sóng điện từ

- Định nghĩa mật độ năng lượng trường điện từ

- Mật độ năng lượng trường điện từ đối với sóng điện từ phẳng, đơn sắc

- Định nghĩa năng thông sóng điện từ

- Định nghĩa vecto mật độ dòng năng lượng

2.3 Bảng phân tích nội dung

- Mỗi khi trong không gian có một từ trường biến thiên theo thời gian thì trong không gian đó xuất hiện một điện trường xoáy biến thiên

A 2

Phương trình Maxwell-Farraday

Farraday

0

0

l S S

Edl BdS

t BdS

- Dòng điện dịch không phải là sự chuyển dời có hướng của các điện tích

- Dòng điện dịch khép kín dòng điện dẫn trong mạch

- Nó cũng gây ra trong không gian một từ trường

B 2

Luận điểm thứ hai của Maxwell

- Mỗi khi trong không gian có điện trường biến thiên theo thời gian thì trong không gian đó xuất hiện một

từ trường biến thiên

Maxwell- Ampe dọc theo đường cong kín bất kì trong không gian

bằng dòng điện toàn phần chạy qua diện tích giới hạn bởi đường cong đó (i d+ i dich)

B 4

Hệ phương trình Maxwell- Ampe

0

l S S

D

H dl J dS

t DdS q

- Điện trường và từ trường biến thiên chuyển hóa cho nhau và lan truyền trong không gian dưới một trường duy nhất gọi là trường điện từ

- Là môi trường vật chất, lan truyền trong không gian dưới dạng sóng

- Điện từ trường tác dụng lên điện tích đứng yên và điện tích chuyển động

D 1

Sóng điện từ tự do

- Sóng điện từ lan truyền trong không gian không có điện tích, không có dòng điện

- Lan truyền được cả trong môi trường vật chất và trong chân không

- Là sóng ngang có điện trường E vuông góc với cảm ứng từ B và vuông góc với vận tốc v, ba vecto

- Năng lượng sóng điện từ chính là năng lượng trường điện từ lan truyền trong không gian

- Mật độ năng lượng trường điện từ trong không gian

D 3

Năng lượng sóng điện từ

- Vecto mật độ dòng năng lượng là vecto có độ lớn bằng năng thông sóng điện từ, có phương chiều trùng với phương chiều của vận tốc truyền sóng của sóng điện từ.P[ , ]E H 

2.4 Mục tiêu nhận thức đạt được cho từng loại kiến thức

độ

A 11 : Phát biểu luận điểm thứ nhất của Maxwell B

A 13 : Phát biểu ý nghĩa phương trình Maxwell-

A 14 : Nhớ lại hệ phương trình Maxwell- Farraday B

B

Dòng điện dịch-

Luận điểm thứ hai B 13 : Nhớ lại phương trình Maxwell- Ampe B

B 14 : Nhớ lại hệ phương trình Maxwell- Ampe B

của Maxwell -hệ

phương trình

Maxwell- Ampe B 16 : Vận dụng định nghĩa dòng điện dịch AD

C 11 : Chỉ ra tác dụng của trường điện từ lên điện

tích

H

C

Trường điện từ

C 12 : So sánh điện trường xoáy và điện trường tĩnh H

D 13 : Chỉ rõ vị trí của 3 vecto E B v  , , của sóng điện

D 14 : Giải thích đặc điểm E B , dao động cùng pha H

D 21 : Giải thích biểu thức mật độ năng lượng sóng