Cơ chế hoạt động của mạch dao động điện từ và một số bài tập áp dụng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT NGA SƠN SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT NGA SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH DAO Người thực hiện: Dương Trọng ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP Quý DỤNG Chức vụ: Giáo viên -Tổ trưởng chuyên môn SKKN thuộc môn: Vật lý Người thực hiện: Dương Trọng Quý Chức vụ: Giáo viên -Tổ trưởng chuyên môn SKKN thuộc mơn: Vật lý THANH HỐ NĂM 2018 THANH HỐ NĂM 2018 Mục lục Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài…………………………………………… …Trang 1.2 Mục đích nghiên cứu……………………………………… Trang 1.3 Đối tượng nghiên cứu……………………………………… …Trang 1.4 Phương pháp nghiên cứu…………………………………… Trang 1.5 Những điểm SKKN………………………………… Trang 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm……………………….Trang 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm….Trang 2.3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề…………………… Trang 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường…………………… Trang 11 Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận…………………………………………………… Trang 12 3.2 Kiến nghị………………………………………………………Trang 12 Tài liệu tham khảo…………………………………………………… Trang 13 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài - Mạch dao động điện từ phần kiến thức thiếu chương trình vật lý phổ thơng, có đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh đề thi THPT QG Bộ GD ĐT tổ chức - Trong trình giảng dạy nhiều năm lớp Từ học sinh học theo chương trình học sinh theo ban khoa học tự nhiên, phần kiến thức chương mạch dao động điện từ hay chương dịng điện xoay chiều Đại đa số học sinh ln băn khoăn thường đặt câu hỏi cho giáo viên “ Tại tụ điên khơng cho dịng chiều qua mà lại cho dòng xoay chiều qua nó?” - Có nhiều sách tham khảo, tài liệu mạng internet viết chủ đề thường dạng hệ thống tập cách máy móc, sử dụng cơng cụ tốn học cách cồng kềnh Không giúp học sinh hiểu rõ chất vật lý vấn đề - Để có cách nhìn tổng qt, nắm rõ chất vật lý vấn đề Giúp em học sinh giải đáp thắc mắc vận dụng làm tập, giải câu đề thi HSG, THPT QG Vì lí Tôi mạnh dạn chọn đề tài đưa giải pháp giải 1.2 Mục đích nghiên cứu - Đối với học sinh: Giúp em học sinh hiểu rõ chất vật lí hoạt động mạch dao động điện từ - Đối với giáo viên: Làm tài liệu tham khảo hữu ích để việc giảng dạy lớp tốt 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Học sinh lớp 12 giáo viên mơn vật lí 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận dạy học vật lí - Lựa chọn dạng tập có nội dung, kiến thức liên quan đến đề tài 1.5 Những điểm SKKN - Các sáng kiến kinh nghiệm tác giá khác chủ đề năm trước chưa làm rõ chất vật lí hoạt động dao động điện từ mạch dao động - Đề tài Tôi xây dựng giúp em giải nhanh xác tập liên quan đến vấn đề Đặc biệt tập định tính đề thi THPT QG Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm: Đề tài sang kiến Tôi dựa kiến thức, định luật vật lí chương trình phổ thơng: - Hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông qua mạch kín biến thiên mạch xuất dòng điện cảm ứng - Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ xảy mạch có dịng điện mà biến thiên từ thông qua mạch gây biến thiên cùa cường độ dòng điện mạch - Định luật ôm cho loại đoạn mạch 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm - Trong trình dạy học sinh lớp 12, đặc biệt học sinh ôn thi THPT Quốc gia, nhận thấy em làm tập định tính định lượng phần này, có cảm thấy khó khăn đặc biệt tốn liên quan đến chất vật lí Dẫn đến việc giải thích tượng khơng kết thường bị sai Làm cho em giảm hứng thú mơn vật lý nói chung ngại học mơn - Trong kì thi THPT QG số lượng câu hỏi chương Tuy nhiên xu hỏi thường liên qua đến chất vật lí, giáo viên khơng có phương pháp để làm học sinh hiểu rõ chất vấn đề làm gặp nhiều khó kkăn 2.3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Dao động điện từ mạch LC a Cấu tạo công dụng: - Cấu tạo: gồm cuộn dây cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C - Công dụng: dụng cụ tạo dao động điện từ, để phát thu song điện từ b.Phân loại: * Mạch dao động LC kín: Hai cực tụ điện song song đối Đặc điểm: - Điện trường tập trung lòng tụ điện, từ trường tập trung lòng cuộn dây.Điện từ trường không truyền xa, dùng để tạo dao động điện từ cao tần - Năng lượng hao phí tỏa nhiệt điện trở dây nối cuộn cảm * Mạch dao động LC hở: Hai tụ điện không song song song đối diện nhau, mạch hở có hai hướng hai phía ngược Đặc điểm: - Điện trường lan truyền tụ điện, từ trường lan truyền ống dây, điện từ trường lan truyền xa không gian, dùng để phát thu sóng điện từ - Năng lượng bị hao phí tỏa nhiệt điện trở xạ khơng gian 2.3.2.Kích thích dao động cho mạch LC (cách làm cho mạch LC hoạt động) a Cách một:Tích điện cho tụ trước cách nối với a b nguồn điện chiều K + Lúc đầu đóng khóa K vào chốt a, tụ tích điện đến điện cực đại Q0 =C.E=C.U0 E,r C + chuyển khóa K từ chốt a sang b, tụ phóng điện qua cuộn cảm mạch hoạt động L b Cách hai : Cung cấp dòng điện cho cuộn cảm trước cách nối với nguồn điện chiều + Khi K đóng dịng điện qua cuộn cảm tăng từ đến giá trị cực đại I0 = E R+r a b K C E,r +Khi K chuyển từ chốt a sang b mạch có dao động điện từ 2.3.3.Hoạt động mạch LC lí tưởng (Đây phần trọng tâm đề tài) a Nghiên cứu hoạt động định tính mạch LC sau kích thích cách - Thời điểm t=0 tụ tích điện cực đại Q0 =C.E=C.U Tụ chưa phóng điện nên chưa có dịng điện qua qua cuộn cảm hay i=0 - Tại thời điểm < t < T Tụ phóng điện qua cuộn cảm, điện tích tức thời q tụ giảm,cường độ dịng điện i mạch( qua cuộn cảm) tăng -Tại thời điểm t= T Tụ phóng hết điện nên điện tích tức thời tụ q=0, cường độ dịng điện qua cuộn cảm tăng lên đến giá trị cực đại imax= I0 - Tại thời điểm T T < t < Do tượng tự cảm nên dòng điện giảm từ từ tiếp tục chạy từ A sang B làm cho e chạy từ B sang A, B mang điện dương A mang điện âm -Đến t = A L B T dòng điện qua cuộn cảm khơng( i=0), A tích điện âm lớn nhất, B tích điện dương, điện tích tụ q=- Q0, điện tích tụ cực đại - Tại thời điểm T 3T LC = 10-6 = � I0 = =  = (A) LC 2C 10 E = I0 r = (V) � C VD4: Mạch dao động hình vẽ, tụ điện có điện dung a b C, cuộn dây cảm L, Suất điện động nguồn K E= 1,2V điện trở r=2  Ban đầu K chốt a, sau chuyển khố K sang chốt b Cường độ dòng E,r C điện mạch thời điểm điện tích tụ nửa giá trị điện tích cực tụ A 0,3 A B 0,6 A C 0,2 A D 0,4 A VD5 Mạch dao đ ộng li tưởng có L= 0,2H, tụ điện có C=5 F , Thời điểm ban đầu tụ tích điện cực đại Thời gian ngắn kể từ lúc t=0 đến lúc WL=3WC lần thứ A  s 750 B  s 1000 C  s 250 D  s 550 VD6 Cho mạch LC lí tưởng, gồm hai tụ mắc nt C1=C2=C lúc đầu hiệu hiệu điện cực đại U0 Khi WC=WL người ta nối tắt tụ Hiệu điện cực đại tụ C1 A U0 B U0 C U0 VD7: Một mạch dao động gồm cuộn cảm L hai tụ C giống mắc nối tiếp, khóa K mắc hai đầu tụ C (hình D U0 L vẽ) Mạch hoạt động ta đóng khóa K thời điểm lượng điện trường lượng từ trường mạch Năng lượng tồn phần mạch sau A giảm cịn ¾ B giảm cịn ¼ C khơng đổi D giảm cịn ½ VD8 Mạch dao động điện từ gồm L=6mH Bộ tụ gồm tụ C1 2F C 3F mắc nt Mạch hoạt động với lượng 2,4.10-6J Người ta đóng khố K để nối tắt tụ C1 vào thời điểm dòng điện qua cuộn cảm đạt giá trị cực đại hiệu điện cực đại mạch sau đóng khóa K A 0,4 V B 2V; C 2,5V; D 0,5V VD9 Mạch dao động điện từ gồm L=6mH Bộ tụ gồm tụ C1 2F C 3F mắc nt Mạch hoạt động với lượng 2,4.10-6J Người ta đóng khoá K để nối tắt tụ C1 vào thời điểm dịng điện qua cuộn cảm có giá trị nửa giá trị cực đại hiệu điện cực đại mạch sau đóng khóa K A 0,94V B 3V C 1,5V; D 2V VD10 Cho mạch hình vẽ, L=2 H , C1=C2= E,r 2.10-10F Suất điên động nguồn E=100V, Lúc K2 đầu, K1 chốt sau chuyển K1 sang chốt đồng thời đóng K2 Cường độ dòng điện K1 cực đại qua cuộn dây A A C 2 A B A D 2A Dạng Viết phương trình điện tích, cường độ dịng điện mạch dao động VD1: Mạch LC gồm cuộn dây có L=1mH tụ điện có điện dung C=0,1 F thực dao động điện từ Khi i=6.10 -3A điện tích tụ q=8.10-8C lúc t=0 lượng điện trường lượng từ trường điện tích tụ dương giảm Biểu thức điện tích tụ   C q 10  cos(10 t  )C A q 10  cos(10 t  )C  )C 3 D q 10  cos(10 t  )C B q 10  cos(10 t  VD2 Mạch LC gồm L=10-4H C= 10nF.Lúc đầu tụ nối với nguồn chiều E=4V sau tụ tích điện cực đại, vào thời điểm t=0 nối tụ với cuộn cảm ngắt khỏi nguồn Biểu thức điện tích tụ A q 4.10  cos(10 t )C B q 4.10  cos(10 t   / 2)C C q 4.10  cos(10 t   / 2)C D q 4.10  cos(10 t   / 4)C VD3 Mạch LC lí tưởng gồm tụ C cuộn cảm L hoạt động Thời gian ngắn để lượng điện truờng giảm từ giá trị cực đại xuống nửa giá 10 trị cực đại 0,5.10-4s Chọn t=0 lúc lượng điện trường lần lượng từ trường Biểu thức điện tích tụ điện   C q Q0 cos(5000t  )C A q Q0 cos(5000t  )C  )C  D q Q0 cos(5000t  )C B q Q0 cos(5000t  VD4 Mạch LC lí tưởng gồm tụ C cuộn cảm L hoạt động Khi i=10 -3A điện tích tụ q=2.10 -8C Chọn t=0 lúc cường độ dịng điện có giá trị cực đại Cường độ dịng điện tức thời có độ lớn nửa cường độ dòng điện cực đại lần thứ 2012 thời điểm 0,063156s Phương trình dao động địên tích   C q 2 10  cos(5.10 t  )   D q 2 10  cos(5.10 t  ) A q 2 10  cos(5.10 t  ) B q 2 10  cos(5.10 t  ) VD5 Mạch điện hình vẽ C=100pF L=3,6mH, E=1,2V, r=2  Lúc t=0 khoá K chuyển từ a sang b biểu thức dao động hiệu điện tụ A u 3600 cos( C u 3600 cos( 5.10  t  )V 5.10  t  )V 3 B u 3600 cos( D u 3600 cos( 5.10  t  )V a b K E,r C 5.10  t  )V 3 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 11 Sáng kiến kinh nghiệm áp dụng thí điểm năm học 2016-2017 vào dạy thực nghiệm đối tượng lớp 12E trường THPT Nga Sơn so sánh với lớp đối chứng 12G trường THPT Nga Sơn có lực học tương đương điều kiện dạy ơn tập bình thường khơng áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Kết cho thấy: Trên lớp thực tế học sinh học sôi hơn, học sinh tự tin giải toán mạch ao động, đặc biệt học sinh giải số lượng công việc nhiều hẳn so với lớp đối chứng khoảng thời gian a Bảng thống kê kết kiểm tra: Lớp Sĩ số Điểm 10 Thực nghiệm 41 0 0 10 (12E) Đối chứng 40 0 0 10 (12G) b Đánh giá kết - Điểm trung bình cộng lớp thực nghiệm (là 7,0) cao lớp đối chứng (là 6,6) Khẳng định lớp thực nghiệm sau sử dụng sáng kiến cho kết học tập tốt - Hệ số biến thiên giá trị điểm lớp thực nghiệm (là 20,8%) cao lớp đối chứng (là 19,9%) cho thấy độ phân tán điểm số quanh điểm trung bình lớp thực nghiệm lớn có nghĩa phân loại học sinh lớp thực nghiệm tốt lớp đối chứng - Qua kết phân tích định tính định lượng, thấy kết lớp thực nghiệm lớp đối chứng, chứng tỏ chất lượng nắm kiến thức học sinh lớp thực nghiệm cao lớp đối chứng Qua đó, khẳng định học sinh học theo chương trình áp dụng sáng kiến kinh nghiệm cho kết tốt - Đối với GV, thực chuyên đề buổi sinh hoạt chuyên môn GV tổ đánh giá cao tính ứng dụng Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Trong khuôn khổ chuyên đề này, mong muốn giúp cho học sinh hiểu rõ vể chất vật lý vấn đề Giúp em khơng cịn ngại, tự tin gặp làm mạch dao động Trong phạm vi sáng kiến kinh nghiệm, đề tài dừng lại việc xây dựng chặt chẽ sở lý thuyết, hệ thống số dạng tốn vật lí có ứng dụng phương pháp Trong dạng tốn tơi tìm ví dụ điển hình, số câu lấy đề thi Tuyển sinh Đại học năm gần Chuyên đề đựợc ứng dụng hiệu vào thực tiễn, áp dụng rộng rãi cho đối tượng học sinh đại trà, việc bồi dưỡng học sinh chuẩn bị tham gia kỳ thi THPT Quốc gia Nhưng khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất 12 mong nhận ý kiến đóng góp từ phía đồng nghiệp học sinh để chuyên đề ngày hoàn Tôi xin chân thành cảm ơn 3.2 Kiến nghị Đề tài đúc rút từ kinh nghiệm nhiều năm giảng dạy hướng dẫn ôn tập cho học sinh qua thi khác nhau, qua thực tiễn giảng dạy qua thực nghiệm tơi chứng tỏ lợi ích mà sáng kiến mang lại rõ ràng Vì vậy, tơi mong Ban Giám hiệu trường THPT Nga Sơn cấp quản lí quan tâm để sáng kiến phổ biến áp dụng vào thực tế Các đồng nghiệp quan tâm xem xét áp dụng sáng kiến vào thực tế giảng dạy để góp phần nâng cao chất lượng dạy học NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, XẾP Nga sơn, ngày 25 tháng 06 năm 2018 LOẠI CỦA BAN GIÁM HIỆU: Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Dương Trọng Quý TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 1.Mạng internet, http://dethi.violet.vn; http://thuvienvatly.com Email: doanvluong@yahoo.com; doanvluong@gmail.com Tham khảo đề thi THPTQG, Bộ GD & ĐT, Năm 2009-2017 SGK vật lí 12 (nâng cao), Nguyễn Thế Khơi (tổng chủ biên), NXB Giáo dục, Hà Nội 2007 4.Bài tập vật lí 12 (nâng cao), Nguyễn Thế Khơi (tổng chủ biên), NXB Giáo dục, Hà Nội 2007 Sách giáo khoa Vật lý 12 Cơ bản.Tác giả: Lương Duyên Bình (chủ biên), NXB Giáo Dục, tái năm 2011 Bài tập vật lí 12 (cơ bản), Nguyễn Thế Khơi (tổng chủ biên), NXB Giáo dục, Hà Nội 2007 SGK vật lí 10 (nâng cao), Nguyễn Thế Khơi (tổng chủ biên), NXB Giáo dục, Hà Nội 2007 14 ... q=Q0, điện tích tụ cực đại L Kết luận: Khi mạch LC hoạt động, dao động điện từ mạch LC dao động điện tích q, cường độ dịng điện i, hiệu điện hai đầu tụ, lượng điện trường, lượng từ trường b Hoạt động. .. tần số dao động riêng mạch A 50 kHz B 24 kHz C 70 kHz D 10 kHz VD6: Một mạch dao động điện từ LC lí tưởng thực dao động điện từ tự Điện tích cực đại tụ 2.10 -6C, cường độ dòng điện cực đại mạch. .. đề 2.3.1 Dao động điện từ mạch LC a Cấu tạo công dụng: - Cấu tạo: gồm cuộn dây cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C - Công dụng: dụng cụ tạo dao động điện từ, để phát thu song điện từ b.Phân