Boi duong sinh gioi phan tu truong va cam ung dien tu

Vì lẽ đó, khi bồi dưỡng học sinh giỏi ta không thể chỉ sử dụng những bài tập thông thường như khi dạy học trên lớp mà cần có hệ thống bài tập có độ khó phù hợp với năng lực các em.. Tron

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Mục đích nghiên cứu 3

1.3 Đối tượng nghiên cứu 3

1.4 Đối tượng khảo sát thực nghiệm 3

1.5 Phương pháp nghiên cứu 3

1.6 Phạm vi và thời gian nghiên cứu của đề tài 3

2 NỘI DUNG 4

2.1 Những nội dung lý luận có liên quan trực tiếp đến đề tài nghiên cứu 4

2.1.1 Một số vấn đề về lý luận dạy học trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi 4

2.1.1.1 Thế nào là học sinh giỏi ? 4

2.1.1.2 Những phẩm chất và năng lực cần có của một học sinh giỏi môn Vật lí 4

2.1.1.3 Dấu hiệu nhận biết học sinh giỏi 4

2.1.2 Bài tập Vật Lí 5

2.1.2.1 Khái niệm 5

2.1.2.2 Phân loại 5

2.1.2.3 Phương pháp giải bài tập Vật lý 5

2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu 6

2.2.1 Thực trạng về cơ sở vật chất, điều kiện dạy học 6

2.2.2 Thực trạng về đội ngũ giáo viên 6

2.3 Giải pháp của đề tài 7

2.3.1 Tính mới của giải pháp 7

2.3.2 Nội dung giải pháp 8

I Lý thuyết và bài tập từ trường của dòng điện trong chân không 8

II Lý thuyết và bài tập lực từ 14

III Lý thuyết và bài tập định luật cảm ứng điện từ-Định luật Len-xơ 28

2.4 Kết quả thực hiện 41

3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý do chọn đề tài

Hiền tài là nguyên khí của quốc gia, do vậy, việc đào tạo và bồi dưỡng học sinh giỏi (tiền đề cho hiền tài của đất nước) luôn là nhiệm vụ được coi trọng của ngành giáo dục

Học sinh giỏi là những học sinh có khả năng vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo kiến thức, kỹ năng đã có để giải quyết các vấn đề, các tình huống Vì lẽ đó, khi bồi dưỡng học sinh giỏi ta không thể chỉ sử dụng những bài tập thông thường như khi dạy học trên lớp mà cần

có hệ thống bài tập có độ khó phù hợp với năng lực các em Có như vậy mới giúp các em rèn luyện kỹ năng, phát triển tư duy một cách tối đa như các tố chất các em sẵn có

Qua quá trình dạy học Vật lí ở trường THPT không chuyên chúng tôi nhận thấy Hệ thống lý thuyết Vật lí tương đối trừu tượng, các kiến thức khái niệm lại mang tính logic, có sự

kế thừa và phát triển rất cao trong khi thời gian và trình độ phổ thông có hạn nên rất nhiều kiến thức Vật lí đưa vào chương trình phổ thông có tính áp đặt, không đầy đủ Chính vì thế trong quá trình dạy giáo viên không có cơ sở để giải quyết, gây lúng túng cho giáo viên và gây nhầm lẫn cho học sinh đặc biệt đối với học sinh giỏi các em cảm thấy rất khó khăn vì phải lĩnh hội kiến thức một cách bị động Trong khi đó, thời gian phân phối để dạy bồi dưỡng học sinh giỏi

ở các trường THPT không chuyên lại không nhiều nên việc xác định chuẩn kiến thức, kỹ năng của từng chương, từng phần từ đó lựa chọn hệ thống lí thuyết, bài tập để củng cố, mở rộng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, rèn thao tác tư duy cho học sinh với nhiều giáo viên thực sự rất khó khăn

Xuất phát từ những nhu cầu và thực trạng trên tôi chọn đề tài: “tuyển chọn và xây dựng

hệ thống lí thuyết và bài tập phần từ trường và cảm ứng từ nhằm nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THPT” Với mong muốn giúp học sinh khá giỏi tự học, tự rèn

kỹ năng giải bài tập trắc nghiệm và tự luận, thông qua đó giúp học sinh đánh giá trình độ bản thân và phục vụ trong các kì thi học sinh giỏi Mặt khác, giúp giáo viên phát hiện, bồi dưỡng, rèn luyện tư duy Vật lí cho học sinh giỏi ở trường THPT, đáp ứng mục tiêu giáo dục và đổi mới phương pháp dạy học hiện nay

1.2 Mục đích nghiên cứu

Tuyển chọn và xây dựng hệ thống lý thuyết và bài tập Vật lí phần Từ trường và cảm ứng từ với mục đích giúp cho giáo viên bồi dưỡng kịp thời học sinh giỏi Vật lí ở lớp 11 Dựa

vào tài liệu này còn giúp cho học sinh có thể tự học và tự đánh giá trình độ của mình

Bên cạnh đó, thực hiện đề tài này là cơ hội tốt giúp chúng tôi bồi dưỡng thêm kiến thức

và để tìm hiểu và thực hành đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực của học sinh

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động bồi dưỡng HSG ở trường THPT trong địa bàn Thị xã An Nhơn

Hệ thống kiến thức và bài tập nâng cao phần từ trường và cảm ứng từ nhằm bồi dưỡng HSG ở trường THPT

1.4 Đối tượng khảo sát thực nghiệm

Đội HSG lớp 11 của trường THPT số 1 An Nhơn

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp điều tra, phương pháp thực nghiệm sư phạm (TNSP), phương pháp thống kê toán học

1.6 Phạm vi và thời gian nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu nội dung kiến thức bồi dưỡng học sinh giỏi bồi dưỡng học sinh giỏi phần

Từ trường và cảm ứng từ ở trường THPT không chuyên

- Tuyển chọn và biên soạn hệ thống lí thuyết và bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi phần Từ trường và cảm ứng từ ở trường THPT không chuyên

- Thực nghiệm sư phạm đánh giá chất lượng và hiệu quả của việc sử dụng hệ thống lí thuyết và bài tập đã biên soạn

- Bắt đầu khảo sát trên đội HSG lớp 11 của trường THPT số 1 An Nhơn trong các năm

từ 2014 đến 2018

2 NỘI DUNG 2.1 Những nội dung lý luận có liên quan trực tiếp đến đề tài nghiên cứu

2.1.1 Một số vấn đề về lý luận dạy học trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi

2.1.1.1 Thế nào là học sinh giỏi ?

Theo quan niệm của nhiều quốc gia thì HSG là những HS có năng lực trong các lĩnh

vực trí tuệ, sáng tạo, nghệ thuật và năng lực lãnh đạo hoặc lĩnh vực lí thuyết Như vậy những học sinh này cần có sự phục vụ và những hoạt động không theo những điều kiện thông thường của nhà trường nhằm phát triển đầy đủ các năng lực vừa nêu trên

Có thể nói, hầu như tất cả các nước nói chung và Việt Nam nói riêng đều coi trọng vấn

đề đào tạo và bồi dưỡng học sinh giỏi trong chiến lược phát triển chương trình nội dung giáo dục

2.1.1.2 Những phẩm chất và năng lực cần có của một học sinh giỏi môn Vật lí

Những phẩm chất và năng lực cần có của học sinh giỏi là gì ? Đặt trong phạm vi xem xét với học sinh các trường Trung học phổ thông không chuyên, theo chúng tôi, những phẩm chất và năng lực cần có của một học sinh giỏi môn Vật lí ở phổ thông trong giai đoạn hiện nay bao gồm:

- Có kiến thức Vật lí cơ bản vững vàng, sâu sắc, có hệ thống

- Có trình độ tư duy Vật lí phát triển Để có được phẩm chất này đòi hỏi người học sinh phải có năng lực suy luận logic, năng lực kiểm chứng, năng lực diễn đạt…

- Có khả năng quan sát, nhận thức, nhận xét các hiện tượng tự nhiên

- Có khả năng vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo kiến thức, kỹ năng đã có để giải quyết các vấn đề, các tình huống

2.1.1.3 Dấu hiệu nhận biết học sinh giỏi

+ Khả năng định hướng: Ý thức nhanh chóng và chính xác đối tượng cần lĩnh hội, mục

đích phải đạt được và những con đường tối ưu đạt được mục đích đó

+ Bề rộng: Có khả năng vận dụng nghiên cứu các đối tượng khác

+ Độ sâu: Nắm vững ngày càng sâu sắc hơn bản chất của sự vật, hiện tượng

+ Tính linh hoạt: Nhạy bén trong việc vận dụng những tri thức và cách thức hành động

vào những tình huống khác nhau một cách sáng tạo

+ Tính mềm dẻo: Thể hiện ở hoạt động tư duy được tiến hành theo các hướng xuôi và

ngược chiều

+ Tính độc lập: Thể hiện ở chỗ tự mình phát hiện ra vấn đề, đề xuất cách giải quyết và

tự giải quyết được vấn đề

+ Tính khái quát: Khi giải quyết một loại vấn đề nào đó sẽ đưa ra được mô hình khái

quát, trên cơ sở đó để có thể vận dụng giải quyết các vấn đề tương tự, cùng loại

2.1.2 Bài tập Vật Lí

2.1.2.1 Khái niệm

Có thể hiểu bài tập là hình thức luyện tập trong đó người học được cung cấp một số thông tin xác định bao gồm những điều kiện và yêu cầu đặt ra đòi hỏi người học phải giải đáp bằng cách vận dụng những kiến thức đã học

2.1.2.2 Phân loại

2.1.2.3 Phương pháp giải bài tập Vật lý

Phương pháp chung để giải BTVL có thể được tóm tắt như sơ đồ

XỬ LÍ THÔNG TIN

-Tóm tắt đề: bằng lời

và bằng hình vẽ -Xác lập các mối liên

hệ cơ bản giữa “dữ liệu xuất phát” và “cái phải tìm” bằng phương pháp suy luận phân tích và tổng hợp

VẬN DỤNG THÔNG TIN

-Tính toán, suy luận -Kiểm tra, đối chiếu

THU THẬP THÔNG TIN

-Đọc, xác định “dữ

liệu xuất phát” và “cái

cần tìm”

-Thu thập thông tin

liên quan đến nội

dung BT

BÀI TẬP VẬT LÝ

Theo

độ khó

Theo tính chất

Theo đặc điểm của hoạt động nhận thức

BT cơ

bản

BT nâng cao

BT định tính,

BT tính toán (định lượng)

BT lí thuyết,

BT thực hành

BT tình huống,

BT nhận thức

BT tái hiện

BT sáng tạo

Theo phương thức giải hay phương thức cho điều kiện

Bằng lời

Tính toán

Đồ thị

Thực nghiệm

Theo hình thức lập luận logic

Dự đoán hiện tượng

Giải thích hiện tượng

2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu

Để đảm bảo tính khả thi của đề tài nghiên cứu, tức là biên soạn tài tiệu bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý phần từ trường và cảm ứng từ để góp phần hình thành một số phẩm chất và năng lực cho học sinh giỏi Vật lí phù hợp với điều kiện thực tế các trường THPT không chuyên trên địa bàn các tỉnh Bình Định Do đó vấn đề cần thiết đầu tiên là phải điều tra, khảo sát và đánh giá thực trạng về vấn đề này

2.2.1 Thực trạng về cơ sở vật chất, điều kiện dạy học

- Cơ sở vật chất phục vụ dạy học môn Vật lí của các trường tương đối đầy đủ

- Quỹ thời gian dành cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường không nhiều Khối lượng công việc của giáo viên nhiều nên thời gian dành cho việc nghiên cứu, tự bồi dưỡng còn hạn chế

- Giáo viên không xác định được giới hạn kiến thức cần bồi dưỡng cho học sinh Việc tổ chức các chuyên đề về bồi dưỡng học sinh giỏi trong phạm vi toàn tỉnh chưa được triển khai

- Học sinh phần đông là con gia đình lao động, kinh tế, quỹ thời gian, điều kiện học tập của các em còn khó khăn Đa phần những học sinh giỏi, có năng lực học tập tốt đã nhập học ở trường chuyên

2.2.2 Thực trạng về đội ngũ giáo viên

Qua điều tra chúng tôi thấy điểm mạnh về đội ngũ giáo viên Lí ở các trường THPT là

đủ về số lượng; 100% có trình độ chuẩn và trên chuẩn, nhiệt tình trong giảng dạy Bên cạnh

đó, có mặt hạn chế là tỷ lệ giáo viên giỏi (GVG), giáo viên có trình độ trên chuẩn còn thấp

2.3 Giải pháp của đề tài

2.3.1 Tính mới của giải pháp

Theo tôi một trong những biện pháp nâng cao hiệu quả việc dạy học cũng như công tác

bồi dưỡng học sinh giỏi lý là tuyển chọn và xây dựng hệ thống lí thuyết và bài tập bổ trợ phù hợp, vừa sức với các em học sinh ở trường THPT không chuyên Với tài liệu này các em tự học và nghiên cứu trước ở nhà, sau đó đến lớp học sinh sẽ trao đổi các vướng mắc với giáo viên để hoàn thiện kiến thức Như vậy, học sinh sẽ lĩnh hội kiến thức một cách chủ động, sáng tạo và quan trọng hơn đây là cơ hội để các em phát triển tư duy và hình thành kĩ năng giải quyết vấn đề một cách độc lập Hơn nữa với cách học như vậy còn giải quyết được bài toán thời gian trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường THPT không chuyên như hiện nay

Ứng với mỗi phần lí thuyết đều có phần bài tập vận dụng kèm theo (đây là các dạng bài tập thường xuất hiện trong các kì thi học sinh giỏi các cấp) có trình bày cách giải cụ thể (phần phụ lục) Với hệ thống bài tập này có thể sử dụng để:

- Phát hiện học sinh có năng lực để trở thành học sinh giỏi Đây là việc làm có ý nghĩa hết sức quan trọng cho công tác bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung và học sinh giỏi môn Vật lí nói riêng ở bậc học phổ thông Đánh giá đúng năng lực thực chất của học sinh, phát hiện được

ở các em những điểm mạnh, điểm yếu có tác dụng lớn trong việc xác định nội dung, mục tiêu cần đạt trong quá trình bồi dưỡng Có nhiều cách thức, nhiều phương pháp để giúp giáo viên đánh giá, phát hiện, trong đó sử dụng bài tập Vật lí là một phương tiện cho kết quả tốt Các bài tập giáo viên sử dụng để kiểm tra, đánh giá học sinh cần hướng tới kiểm tra việc biết, hiểu, vận dụng kiến thức cơ bản, năng lực suy luận logic, khả năng diễn đạt, năng lực sáng tạo, linh hoạt của học sinh

- Sử dụng bài tập này để hình thành một số phẩm chất và năng lực cho học sinh giỏi Trong đó phát triển tư duy vật lí là một trong những yêu cầu cơ bản, quan trọng nhất của quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi Để đạt được yêu cầu này trong quá trình dạy học đòi hỏi người giáo viên luôn phải chú ý tìm cách để rèn trí thông minh cho học sinh Khi chúng ta rèn luyện khả năng suy luận logic, năng lực lập luận, diễn đạt cũng đã góp phần rèn trí thông minh cho học sinh

Bài tập vật lí giữ vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kĩ năng nhưng việc nắm vững lí thuyết mới là chìa khoá giải quyết vấn đề Do vậy khi bồi dưỡng học sinh giỏi chúng ta

nên để học sinh nghiên cứu lí thuyết kĩ càng sau đó giải bài tập Việc giải bài tập sẽ giúp các

em nhìn rõ được mức độ lĩnh hội kiến thức của mình Tuy nhiên, không phải một bài tập “hay” thì luôn có tác dụng tích cực Vấn đề phụ thuộc chủ yếu là người sử dụng nó, phải biết trao đúng đối tượng, phải biết cách khai thác triệt để mọi khía cạnh có thể có của bài toán nhưng không giải thay cho học sinh, phải để học sinh tự mình tìm ra cách giải, lúc đó bài tập vật lí mới thật sự có ý nghĩa trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi Không phải chỉ dạy học để giải bài toán mà dạy học bằng giải bài toán

2.3.2 Nội dung giải pháp

I Lý thuyết và bài tập từ trường của dòng điện trong chân không

1 Lý thuyết từ trường của dòng điện trong chân không

1.1 Định luật Bi-ô-Xa-va

a Phần tử dòng điện

Thực nghiệm cho thấy, từ trường của các dòng điện trong các dây dẫn có hình dạng khác nhau thì khác nhau Vì vậy, ta chỉ có thể lập công thức tính cảm ứng từ của từ trường do

một phần tử dòng điện gây ra tại một điểm trong không gian

Phần tử dòng điện là một đoạn dây dẫn rất nhỏ (tiết diện ngang và chiều dài l rất nhỏ

so với khoảng cách từ nó đến điểm khảo sát) mang dòng điện (cường độ I) Mỗi phần tử dòng điện được đặc trưng bằng I l

một khoảng r, kí hiệu r là vectơ có độ dài r, chiều

hướng từ phần tử dòng điện đến điểm M

Theo định luật Bi-ô-Xa-va, vectơ cảm ứng

từ B do phần tử dòng điện I l gây ra tại M là

- Phương  mp (P) chứa phần tử dòng điện I l và M;

- Chiều xác định theo qui tắc nắm tay phải: nắm tay phải sao cho các ngón tay chỉ chiều quay từ I l đến r thì ngón cái chỉ chiều của B

1.2 Nguyên lý chồng chất từ trường

Vectơ cảm ứng từ B tại M do cả dòng điện gây ra bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do tất cả

các phần tử dòng điện của dòng điện đó gây ra tại M:

Mỗi phần tử dòng điện tròn gây ra tại M một vectơ cảm ứng từ B có độ lớn:

Với B n  Bcos ( là

góc giữa OM và B1)

Do đó:

7 2 ( )

cos 10



 = chu vi dòng điện tròn = 2R,

Cảm ứng từ do một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I gây ra

tại điểm M cách đoạn dây một khoảng R ( H 1.4) được tính theo công

Nếu dây dẫn rất dài (xem như dây dẫn thẳng dài vô hạn) thì   1 0; 2   , từ đó suy ra:

72.10 I

B

R



c) Ống dây dẫn thẳng (xôlênôit) mang dòng điện

Xét ống dây thẳng gồm các vòng dây quấn xít nhau trên một khung hình trụ tròn, thường được gọi là xôlênôit

Trên Hình 4 là thiết diện của một xôlênôit ABCD, x’x là trục ống Cảm ứng từ do dòng điện I chạy qua ống gây ra tại M nằm trên trục x'x của ống có biểu thức:

Nếu độ dài của ống khá lớn so với bán kính tiết diện của nó (bán kính các vòng dây) thì

có thể xem ống dây là dài vô hạn, khi đó ta có 2  0 và 1   , do đó cảm ứng từ của ống dây,

Một dây dẫn ABCD mang dòng điện I = 10A, gồm hai

đoạn thẳng dài BA và CD, đoạn uốn cong thành một cung

BC

I r

B  

Cảm ứng từ tổng hợp tại O là:

r (T)

Bài số 2:

Một đoạn dây dẫn được uốn thành mạch điện kín ABc như

trên hình bên trong đó, AB là đoạn thẳng, còn AcB là ba phần tư

đường tròn bán kính a=2cm Cho dòng điện cường độ I=10A chạy

trong mạch Xác định cảm ứng từ tại tâm O

Hướng dẫn giải

Cảm ứng từ do dòng điện chạy qua đoạn thẳng AB và ¾

đường tròn (AcB) gây ra tại O dều có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và chiều hướng ra Với độ lớn

72.10

AB

I a

2 10

BcA

I B

a

 



7(2.10

Cảm ứng từ do đoạn CA gây ra tại O bằng không Cảm ứng từ do đoạn AB gây ra tại

O có phương vuông góc với mặt phẳng chứa mạch điện (mặt giấy) hướng ra phía sau mặt giấy

và có độ lớn (áp dụng định luật Bi-ô-xa-va)

7.10

AB

B   I

R (độ dài của cung AB bằng 1/6 chu vi đường tròn) Cảm ứng từ do đoạn BC gây ra tại O

có phương vuông góc với mặt giấy, hướng ra phía trước mặt giấy và có độ lớn:

710

O BC AB

B B B   T

Bài số 4:

Một đoạn dây dẫn được uốn thành hình chữ nhật có các cạnh a = 16cm, b= 30 cm, trong

đó có dòng điện cường độ I= 6A chạy qua Xác định cảm ứng từ tại tâm hình chữ nhật

Hướng dẫn giải

Vectơ B có phương vuông góc với mặt phẳng mạch điện, có

chiều tuỳ thuộc vào chiều của dòng điện trong mạch, có độ lớn:

78.10

Một dây dẫn được uốn thành một hình thang cân có dòng điện I=3,14A chạy qua chỉ số chiều dài hai đáy ED/BC = 2 với BC = l = 40cm và khoảng cách từ A (giao điểm của các đường chéo dài của hai cạnh EB và DC) đến BC là b = 10cm Xác định cảm ứng từ tại A trong không khí

Hướng dẫn giải

Cảm ứng từ do các cạnh BE và CD gây ra tại A bằng không Do đó cảm ứng từ do toàn

bộ khung dây BCED gây ra tại A là: BB1 B2; với B1 và B2 là vectơ cảm ứng từ do hai đáy

Cảm ứng từ B do cả đa giác gây ra tại tâm O có phương vuông góc với mặt phẳng chứa

đa giác, có chiều hướng vào mặt phẳng hình vẽ nếu dòng điện chạy cùng chiều kim đồng hồ và

có độ lớn:

B=nBo=n

72.10

Bài số 7:

Cho dòng điện cường độ I chạy trên

đoạn mạch MNPQ có dạng như trên hình bên,

trong đó MN và PQ là hai đoạn thẳng dài MN

= PQ = a, còn NAP là một cung tròn tâm O,

bán kính a, còn NAP là cung tròn tâm O, bán kính a, góc chắn cung NOP 2 Xác định cảm ứng từ do đoạn mạch đó gây ra tại O Xét trường hợp các đoạn NM và PQ rất dài

Hướng dẫn giải

Cảm ứng từ B do cả đa giác gây ra tại tâm O có phương vuông góc với mặt phẳng chứa

đa giác, có chiều hướng vào mặt phẳng hình vẽ nếu dòng điện chạy cùng chiều kim đồng hồ và

- Lực từ do từ trường có vectơ cảm ứng từ B tác dụng lên phần tử dòng điện I l cùng

đặt trong chân không là một véc tơ F được xác định như sau:

+ Gốc: tại trung điểm của đoạn dòng điện I l

+ Phương: vuông góc với mặt phẳng hợp bởi vectơ B và vectơ I l

+ Chiều: xác định theo qui tắc bàn tay trái hoặc qui tắc nắm tay phải

* Qui tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho B xuyên vào lòng bàn tay chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện, ngón cái choãi ra 90o chỉ chiều của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện I l

* Qui tắc nắm tay phải: Nắm tay phải sao cho các ngón tay chỉ chiều quay từ vectơ I l

đến vectơ B thì ngón cái chỉ chiều của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện I l

1.2 Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều

+ Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn dây

+ Phương: Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện có

phương vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện và

cảm ứng từ tại điểm khảo sát

+ Chiều lực từ: Quy tắc bàn tay trái

Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để

các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay và chiều từ cổ

tay đến ngón tay trùng với chiều dòng điện Khi đó ngón tay

cái choãi ra 90 chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn

+ Độ lớn (Định luật Am-pe) Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện cường độ I, có chiều

dài l hợp với từ trường đều B một góc α là: F=BIlsinα

Trong đó, B là độ lớn của cảm ứng từ Trong hệ SI, đơn vị của cảm ứng từ là tesla, kí

hiệu là T

1.3 Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động (Lực Lo-ren-xơ)

Một điện tích q chuyển động với vận tốc v trong từ trường đều có cảm ứng từ B được xác định có

+ Điểm đặt: trên điện tích chuyển động

+ Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa v và B

+ Chiều lực từ: xác định theo quy tắc bàn tay trái

Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để các đường

cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay và chiều từ cổ tay đến ngón tay

trùng với chiều của v Khi đó ngón tay cái choãi ra 90 chỉ chiều của

lực từ tác dụng lên điện tích q nếu q>0 và chỉ chiều ngược lại của lực từ

tác dụng lên điện tích q nếu q<0

+ Độ lớn: F=|q|vBsinα

Trong đó, góc α là góc hợp bởi v và B , B là độ lớn của cảm ứng

từ Trong hệ SI, đơn vị của cảm ứng từ là tesla, kí hiệu là T

1.4 Chuyển động của điện tích trong từ trường

* Trường hợp 1: Một hạt tích điện q>0 có khối lượng m bay vào một từ trường đều có

cảm ứng từ B với vận tốc v hướng vuông góc với đường sức từ Khi đó điện tích chịu tác

dụng của lực Lorent f , lực này có độ lớn không đổi f = qvB và có hướng

luôn vuông góc vớiv (hình vẽ)

Như vậy, hạt trong bài toán đang xét chuyển động tròn và lực Lorentz truyền cho nó

một gia tốc hướng tâm: mv2 qvB

Chú ý: Chu kỳ quay của hạt không phụ thuộc vào vận tốc của hạt

* Trường hợp 2: Một hạt có khối lượng m và điện

tích q bay vào một từ trường đều có cảm ứng từ B



Góc giữa véctơ vận tốc v



và véctơ cảm ứng từ B



là α Trong trường hợp này hạt sẽ chuyển động như thế nào?

Bán kính của mặt trụ được xác định bởi phương trình: 12

1

mv

qv B

R (Lực lorentz chỉ tác dụng lên thành phần vận tốc v1

f

Chu kì quay của hạt:

qB

2 Bài tập lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn nằm trong từ trường đều

Bài số 1: Một dây dẫn thẳng MN chiều dài l, khối lượng

của một đơn vị dài của dây là D = 0,04kg/m Dây được

treo bằng hai dây dẫn nhẹ thẳng đứng và đặt trong từ

trường đều có B vuông góc với mặt phẳng chứa MN và

dây treo, B = 0,04T (Hình vẽ) Cho dòng điện I qua dây

a) Định chiều và độ lớn của I để lực căng của các

dây treo bằng không?

b) Cho MN = 25cm, I = 16A có chiều từ N đến M Tính lực căng của mỗi dây

Đáp số: a) Từ M đến N: 10A; b) 0,13N

Bài số 2: Một dây dẫn mảnh, cứng MN là một cung tròn tâm O, bán kính R có góc MON =α, cường độ dòng điện chạy qua dây là I (hình vẽ)

a) Tính cảm ứng từ Bd do dòng điện I gây ra tại tâm O

b) Nếu dây MN có dòng điện I đặt trong từ trường ngoài B không đổi ( B vuông góc

với mặt phẳng chứa dây dẫn) Tính lực từ do cảm ứng từ tác dụng lên dây MN

Hướng dẫn giải:

a) dB tại O do các phần tử dl cùng phương chiều,

vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, nên:

Bd=B= 2

4

o I l R







 = 4 2 4

Bài số 3: Một dây dẫn là nửa đường tròn bán kính 10cm có dòng điện I=5A đi qua Dây đặt

trong mặt phẳng vuông góc với B của một từ trường đều, B=0,1T Tìm lực từ F tác dụng lên

dây

Đáp số: 0,1N

Bài số 4: Đoạn dây dẫn AB có chiều dài lo=20cm khối lượng m=10g được treo nằm ngang

trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ thẳng đứng Hai dây treo thẳng đứng, mảnh và nhẹ, chiều dài mỗi dây l=40 cm Cho dòng điện I=2A qua dây AB, AB bị đẩy lệch sang một bên và có vị trí cân bằng khi dây treo lệch góc α=30o Tính độ lớn cảm ứng từ B và vận tốc của

AB ở vị trí cân bằng Bỏ qua mọi ma sát và lực cản của môi trường

Áp dụng định lí biến thiên động năng cho chuyển động của

thanh từ vị trí dây treo thẳng đứng đến vi trí cân bằng:

Bài số 5: Một thanh dẫn điện được treo nằm ngang trên hai dây dẫn điện thẳng đứng Thanh

đặt trong một từ trường đều, vectơ cảm ứng từ thẳng đứng hướng xuống và có độ lớn B = 1T Thanh có chiều dài l = 0,2m, khối lượng m = 10g, dây dẫn có chiều dài l1 = 0,1m

Mắc vào các điểm giữ các dây dẫn một tụ điện C = 100 µF được tích điện tới hiệu điện thế U = 100 V Cho tụ phóng điện Coi rằng quá trình phóng điện xảy ra trong thời gian rất ngắn, thanh chưa kịp rời vị trí cân bằng mà chỉ nhận được theo phương ngang một động lượng

p nào đó Tính vận tốc thanh khi rời khỏi vị trí cân bằng và góc lệch cực đại của dây khỏi vị

trí cân bằng

Hướng dẫn giải:

Điện tích trên tụ Q=CU

Giả sử thời gian phóng điện là t

Cường độ dòng điện trung bình phóng qua thanh dẫn điện: I= Q

t

 =

CU t

Lực từ tác dụng lên thanh dẫn điện khi có dòng điện phóng qua: F=BIl=BCUl

3 Bài tập lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường

Bài số 1: Một êlectrôn chuyển động trong một từ trường đều có cảm ứng từ B= 5.10-3T, theo hướng hợp với đường cảm ứng từ một góc α = 60o Năng lượng của êlectrôn bằng W =1,64.10-

16J Trong trường hợp này quỹ đạo của êlectrôn là một đường đinh ốc Hãy tìm: vận tốc của êlectrôn; Bán kính của vòng đinh ốc và chu kì quay của êlectrôn trên quỹ đạo, và bước của

đường đinh ốc

Hướng dẫn giải:

Năng lượng của êlectrôn khi chuyển động trong từ trường tồn tại dưới dạng động năng, vận

tốc của êlectrôn được xác định từ phương trình: 2

Bài số 2: Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế U, êlectrôn

được phóng ra theo hướng Ox để rồi sau đó phải bắn trúng vào

điểm M ở cách O khoảng d Hãy tìm dạng quỹ đạo của êlectrôn

và cường độ cảm ứng từ B trong hai trường hợp sau:

TH1: Từ trường có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ

TH2: Từ trường có phương song song với OM

(OM hợp với phương Ox góc α; điện tích êlectrôn là –e, khối lượng là m)

có phương song song với OM

Vận tốc của êlectrôn tai O được phân ra thành hai thành

phần

Thành phần trên OM có độ lớn vcosα, thành phần này

gây ra chuyển động thẳng đều trên OM

Thành phần vuông góc với OM có độ lớn vsinα, thành phần này gây ra chuyển động tròn đều quay quanh truc OM

Phối hợp hai chuyển động thành phần, ta được một quỹ đạo hình xoắn ốc của êlectron quanh OM

Thời gian để êlectrôn tới được M là:

cos

d t

2 /



2 /

không thay đổi nên

độ biến thiên đông lượng cần tìm bằng hiệu các thành phần động lượng của êlectron vuông góc vớiB

Từ tính chất của tam giác cân suy ra: ΔP = 2P1(sinα/2)

với α là góc quay của thành phần vuông góc của động lượng

Về mặt vật lý, ta có tỷ lệ thức

2

l h

Từ đó ta nhận được:

cos

qBl mv

Bài số 4: Một êlectrôn sau khi đi qua hiệu điện thế tăng tốc ∆φ = 40V,

bay vào một vùng từ trường đều có hai mặt biên phẳng song song, bề

dày h = 10cm Vận tốc của êlectrôn vuông góc với cả cảm ứng từ B



lẫn hai biên của vùng Với giá trị nhỏ nhất Bmin của cảm ứng từ bằng bao

nhiêu thì êlectrôn không thể bay xuyên qua vùng đó? Cho biết tỷ số độ

lớn điện tích và khối lượng của êlectrôn là γ = 1,76.1011C/kg

●

h

 B



Bài số 5: Một electron chuyển động theo một quỹ đạo tròn, bán kính R =10cm trong một từ

trường đều có cảm ứng từ B =1T Đưa thêm vào vùng không gian này mọtt điện trường đều có cường độ E =100V/m và có hướng song song với hướng của từ trường Hỏi sau bao lâu vận tốc của electron tăng lên gấp đôi?

(vo

B

), khu vực từ trường có tiết diện ngang là đường (hình) tròn bán kính Ro,