XÂY DỰNG CHUYÊN đề bồi DƯỠNG học SINH GIỎI THPT môn vật lý 11 PHẦN cảm ỨNG điện từ

MỤC LỤC Đề mục Trang Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Những điểm SKKN 2 Nội dung 2.1 Cơ sở lý luận vấn đề 2.2 Thực trạng vấn đề 2.3 Giải vấn đề 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm 19 Kết luận kiến nghị 20 3.1 Kết luận 20 3.2 Kiến nghị 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Từ xưa đến vấn đề phát hiện, đào tạo, bồi dưỡng, trọng dụng nhân tài mối quan tâm thời đại, quốc gia Đảng ta xác định nhiệm vụ giáo dục đào tạo “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài” Nghị số 29-NQ/TW đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo nêu rõ “Đối với giáo dục phố thơng, tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, lực cơng dân, phát bồi dưỡng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh ” Vì việc bồi dưỡng HSG trường THPT đáp ứng yêu cầu phát bồi dưỡng khiếu cho học sinh trường THPT, hướng tới mục tiêu đào tạo nhân tài cho đất nước Hiện công tác bồi dưỡng HSG cấp quản lí giáo dục trường THPT quan tâm mức Đối với xã hội lực lượng HSG trường phổ thơng đóng vai trị lớn cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành, đặc biệt lĩnh vực khoa học Việc bồi dưỡng HSG nhằm phát học sinh có khiếu để bồi dưỡng, động viên khích lệ học sinh học tập, đồng thời động lực để giáo viên dạy giỏi góp phần nâng cao chất lượng q trình dạy học Để thực tốt cơng tác bồi dưỡng HSG ngồi yếu tố cơng tác đạo, giáo viên giảng dạy đóng vai trò quan trọng Trong việc bồi dưỡng HSG việc sử dụng tài liệu tham khảo, giáo viên giảng dạy cần chủ động nghiên cứu xây dựng hệ thống tập phù hợp nhằm làm tăng hiệu giảng dạy Trong năm qua việc thi THPT Quốc gia môn Vật lý môn trắc nghiệm học sinh chủ yếu lựa chọn phương pháp giải nhanh, phù hợp với toán trắc nghiệm mà không hiểu rõ chất Vật lý vấn đề Cấu trúc đề thi THPT Quốc gia môn Vật lý hàng năm chủ yếu tập trung lớp 12 câu hỏi thuộc chương trình lớp 10 11 chủ yếu mức độ nhận biết thơng hiểu học sinh không tập trung nhiều việc học nội dung chương trình lớp 10 11 Do đó, việc hệ thống lại kiến thức, sử dụng phân loại tốn Vật lý tự luận q trình ôn thi HSG vấn đề tương đối khó khăn học sinh giáo viên kinh nghiệm Từ năm học 2017-2018 Sở GD&ĐT Thanh Hóa tổ chức thi HSG cấp tỉnh cho học sinh lớp 11 nhiều giáo viên ôn thi HSG trước ôn luyện thi THPT Quốc gia lâu năm phải bắt đầu nghiên cứu lại xây dựng lại hệ thống tập dùng cho thi HSG lớp 11 Cấu trúc phần thi HSG Vật lý 11 hàng năm phần từ cảm ứng từ có nội dung đề thi nhiên q trình dạy học ơn thi nhiều giáo viên không quan tâm đến phần kiến thức phần Nguyên nhân nguồn tài liệu chưa phong phú kiến thức phần khó nên học sinh khó tiếp cận Từ lí chọn đề tài: “Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG THPT môn Vật lý 11 phần Cảm ứng điện từ” nhằm phục vụ công tác bồi dưỡng HSG hàng năm Qua giúp học sinh nâng cao kiến thức, kỹ phần cảm ứng từ, từ hiểu sâu chất tượng vật lý, giúp học sinh có thái độ học tập tích cực u thích mơn Vật lý Đồng thời giúp cho thân người dạy đồng nghiệp bổ sung thêm số phương pháp dạy ơn thi HSG hàng năm 1.2 Mục đích nghiên cứu - Đối với hoc sinh: Nâng cao kiến thức phần cảm ứng điện từ, hình thành kỹ năng, phát triển tư bồi dưỡng niềm yêu thích vật lý cho học sinh, từ góp phần nâng cao thành tích bồi dưỡng HSG Vật lý cấp trung học phổ thông - Đối với giáo viên: Cung cấp nguồn tư liệu bổ ích cơng tác bồi dưỡng HSG; bổ sung thêm số phương pháp dạy ôn thi HSG hàng năm 1.3 Đối tượng nghiên cứu + Học sinh giỏi Vật lý trung học phổ thông + Bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý phần cảm ứng điện từ trung học phổ thông 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lí luận - Phương pháp quan sát - điều tra - Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm dạy học 1.5 Những điểm SKKN Hệ thống kiến thức tập phần cảm ứng từ công tác bồi dưỡng HSG cách khoa học, hệ thống đồng thời đưa phương pháp giải, cách tiếp cận vấn đề cách tối ưu NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận vấn đề - Hiện tượng cảm ứng điện từ tượng xuất suất điện động cảm ứng mạch điện kín có biến đổi từ thông qua mạch - Trường hợp mạch kín: + Định luật Fa-ra-đây: Trong mạch điện kín, độ lớn suất điện động cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông mạch ec   N  t ( độ biến thiên từ thơng thời gian t; N số vịng dây mạch) + Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng có chiều cho từ trường sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh - Trường hợp đoạn dây có chiều dài l chuyển động với vận tốc v từ ur trường B : ur r B, v � + Độ lớn suất điện động cảm ứng: ec  Blv sin  ,   � � � + Chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây xác định quy tắc “Bàn tay phải”: Đặt bàn tay phải hứng đường sức từ, ngón tay chỗi 900 hướng theo chiều chuyển động đoạn dây, đoạn dây dẫn đóng vai trị nguồn điện, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều từ cực âm sang cực dương nguồn điện 2.2 Thực trạng vấn đề Hiện chương trình thi THPT QG chủ yếu tập trung chương trình Vật lý 12 đặc biệt câu “chốt” q trình ơn luyện cho học sinh đa số thầy cô bỏ qua không tập trung nhiều kiến thức nâng cao phần Vật lý lớp 10 lớp 11 Chính học sinh học phần thường qua loa, học sinh giỏi không hiểu rõ chất vật lý vấn đề nên áp dụng giải toán thường hay nhầm lẫn Cách thi THPT QG chuyển sang hình thức trắc nghiệm nên nhiều vấn đề học sinh áp dụng máy móc theo kiểu ghi nhớ cơng thức giải để thay số liệu vào cho kết mà khơng hiểu chất vật lý toán Đặc biệt kiến thức vật lý chương trình lớp 10 11 Phần cảm ứng từ phần hay khó học sinh Nguồn tài liệu nâng cao để ôn thi học sinh giỏi phần chưa phong phú chưa phân loại cách hệ thống Đa số thầy cô ôn thi sưu tầm, lượn lặt số đề thi trước Vì mà gây khó khăn q trình ơn thi cho học sinh Bản thân người nhiều trực tiếp phụ trách công tác ôn thi học sinh giỏi môn Vật lý nhà trường nhiều năm có kết định Trong năm qua với đồng nghiệp đơn vị bạn trao phương pháp giảng dạy, chia sẻ tài liệu ôn thi cho nhằm nâng cao hiệu ôn thi học sinh giỏi Với kinh nghiệm thân, qua trao đổi chia sẻ đồng nghiệp sưu tầm, hệ thống, phân loại dạng tập ôn thi học sinh giỏi để tạo nguồn tài liệu tốt cho thân, đồng thời giúp đỡ đồng nghiệp việc ôn thi học sinh giỏi năm tới 2.3 Giải vấn đề Khi giải tập tượng cảm ứng điện từ trước hết cần xác định xem toán thuộc dạng mạch mạch kín hay đoạn dây chuyển động * Nếu mạch kín thì: Δ với N số vòng dây mạch Δt uur ur - Chiều dòng điện cảm ứng: Áp dụng định luật Len-xơ: Bc chiều với B uur ur   ; Bc ngược chiều với B   - Độ lớn suất điện động cảm ứng: ec   N * Nếu đoạn dây chuyển động thì: ur r B, v � - Độ lớn suất điện động cảm ứng: ec  Blv sin ,   � � � - Chiều dòng điện cảm ứng: Áp dụng quy tắc “Bàn tay phải” * Một số ý: ur - Từ thơng mạch biến thiên do: B biến thiên (do chuyển động tương đối nam châm vòng dây, I mạch biến thiên…); S biến thiên (kéo dãn, bóp méo vòng dây…);  biến thiên (quay vòng dây…) - Khi áp dụng định luật Len-xơ để xác định chiều dòng điện cần ý trường hợp cụ thể: Nếu  tăng, dòng điện cảm ứng mạch I c tạo từ trường uur ur Bc ngược chiều với từ trường ban đầu B để chống lại tăng ;  giảm, uur dòng điện cảm ứng mạch I c tạo từ trường Bc chiều với từ trường ur ban đầu B để chống lại giảm  Từ đó, cách xác định chiều Ic sau: ur + Xác định chiều B : Đề cho, đặc điểm từ trường nam châm, ur quy tắc ”Cái đinh ốc” xác định chiều B + Xác định xem  tăng hay giảm: Dựa vào biểu thức   BS cos  uur + Xác định chiều Bc : Dựa vào tăng, giảm  + Xác định chiều I c: Theo quy tắc “Cái đinh ốc” (hoặc quy tắc “Nắm tay phải”) - Trường hợp đoạn dây dẫn chuyển động từ trường coi đoạn dây dẫn nguồn điện, áp dụng quy tắc “Bàn tay phải” ngón cịn lại chiều từ cực âm sang cực dương nguồn - Cần kết hợp với cơng thức định luật Ơm để xác định đại lượng điện l, r…: định luật Niu-tơn để xác định đại lượng học v, a, s… ur Dạng 1: Mạch kín có cảm ứng từ B thay đổi Bài 1: Vòng dây đồng    1, 75.10 x .m  đường kính d = 20 cm, tiết diện S = ur mm2 đặt vng góc với B từ trường Tính độ biến thiên ΔB cảm ứng Δt từ dòng điện cảm ứng vòng dây I = A [6] Hướng dẫn giải Δ Δ  BS  ΔB d ΔB  S  - Suất điện động cảm ứng: e  Δt Δt Δt Δt S - Điện trở vòng dây: R     d S d ΔB e Δt  dS ΔB - Cường độ dòng điện cảm ứng qua vòng dây: I   d R 4 Δt  S ΔB 1.4 2.4.1, 75.108 �    0,14T / s Δt dS 0, 2.5.106 Độ biến thiên cảm ứng từ đơn vị thời gian ΔB  0,14T / s Δt 8 Bài 2: Cuộn dây kim loại    2.10  .m   , N = 1000 vịng, đường kính d = 10 ur cm, tiết diện dây S = 0,2 mm có trục song song với B từ trường Tốc độ biến thiên ΔB  0, 2(T / s) Cho  �3, Δt a) Nối hay đầu cuộn dây với tụ điện C  1F Tính điện tích tụ điện b) Nối hai đầu cuộn dây với Tính cường độ dịng cảm ứng công suất nhiệt cuộn dây [3] Hướng dẫn giải Suất điện động cảm ứng: E  Δ ΔB d ΔB 1000..0,12  NS  N  0,  1, 6V Δt Δt Δt a) Điện tích tụ điện: Q  CU  CE  1.1,  1,6C b) Cường độ dịng cảm ứng cơng suất nhiệt cuộn dây S - Điện trở cuộn dây: R     N .d .0,1.1000  2.108  32 S 0, 2.106 - Cường độ dòng cảm ứng qua cuộn dây: I  E 1,   0, 05 A R 32 - Công suất nhiệt cuộn dây: P  RI  32.0, 052  0, 08W Bài (Đề thi HSG Thanh Hóa 2018-2019): Một sợi dây dẫn đồng chất, tiết diện ngang S = mm2, điện trở suất ρ = 2.10-8 Ω.m, uốn thành vịng trịn kín, bán kính r = 25 cm Đặt vịng dây nói từ trường cho đường sức từ vuông góc với mặt phẳng vịng dây (như hình) Cho cảm ứng từ từ trường biến thiên với thời gian theo quy luật B = k.t (với t đo s k = 0,1 T/s) M V N a) Xác định chiều độ lớn dòng điện cảm ứng vòng dây ? b) Nối vào hai điểm M N vịng dây vơn kế (có điện trở lớn) dây dẫn thẳng dài MN = r Tìm số vơn kế ? [5] Hướng dẫn giải   ( BS ) r  (kt )    k r a) Suất điện động cảm ứng vòng dây: E = t t t - Điện trở vòng dây: l 2r R =  S   S 0 krS0 E k r I    0, 625 A  r R  2 - Cường độ dòng điện cảm ứng: S0 b) - Sợi dây nối vôn kế M N chia diện tích vịng dây thành hai phần S r2 r2  S1    (  1) ; 2 r2  3  S  S  S1  .r  (  1)  S1 2 2 - Suất điện động điện trở cung l1 l2 có độ lớn tương ứng E1 = 3r 1  3   kS1 E2 =  kS = E1 ; r2 = 3r1 = R  S0 t t 2 - Áp dụng định luật Ơm cho đoạn mạch MN ta có 3  E1  U MN E2  U MN E1.r1  3.E1.r1 E2 r1  E1r2 E1    I=  U MN =   r1 r2 r1  r2 4r1 2 Hay UMN = kr = 3,125.10-3 V Bài tập củng cố Bài 1: Khung dây dẫn tiết diện có dạng hai nửa đường trịn hình vẽ, đường kính d = 40 cm, điện trở đơn vị chiều dài dây R  0,5   / m  Khung dây đặt ur từ trường có B vng góc với mặt phẳng khung Một ampe kế  R A   mắc nối tiếp mạch hình vẽ Tính số ampe kế B thay đổi theo thời gian theo quy luật B = Kt, H = (T/s) [5] + A Đáp số: 0,1A Bài 2: Khung dây dẫn kích thước hình ur vẽ, đặt vng góc với B từ trường đều, B = Kt, điện trở đơn vị chiều dài khung dây e Tính cường độ dịng điện qua phần khung dây [6] Đáp số: Nhánh trái: I1  I BAC  nhánh giữa: I  I CB  Ka ; 22r Ka 3Ka ; nhánh phải: I  I CEB  22r 11r Bài 3: Một vịng dây dẫn trịn bán kính R có dẫn đặt dọc theo đường kính chia đơi vịng dây nửa vịng dây có tụ điện, điện dung ur C1 , C2 Vịng dây đặt từ trường có B vng góc với mặt phẳng vịng dây, B thay đổi theo quy luật B  t   Kt , K số Tại thời điểm người ta lấy dẫn sau giữ cho từ trường khơng đổi Tìm diện tích tụ sau [4] Đáp số: Q1  R KC1 C2  C1 R KC2 C2  C1 ; Q2  C1  C2 C1  C2 Bài 4: Một vịng có đường kính d, khối lượng m điện trở R rơi vào ur từ trường từ độ cao lớn Mặt phẳng vịng ln nằm ngang vng góc với B Tìm vận tốc rơi vịng B thay đổi theo độ cao h theo quy luật B  B0    h  Coi gia tốc trọng trường g không đổi bỏ qua sức cản môi trường [4] 16mgR Đáp số: v  2 d B  Bài 5: Một khung dây dẫn hình vng cạnh a, khối lượng m, điện trở R truyền vận tốc ban đầu theo phương ngang Khung chuyển động mặt phẳng thẳng đứng từ trường vuông góc với mặt khung Cảm ứng từ B thay đổi theo quy luật B  y   B0  kv, k  const Sau thời gian khung đạt vận tốc khơng đổi v Tìm vận tốc ban đầu truyền cho khung Coi gia tốc trọng trường g không đổi bỏ qua lực cản môi trường [6] mgR � Đáp số: v0  v � �2 � �k a � Dạng 2: Mạch kín có góc  thay đổi diện tích S thay đổi Bài 1: Vịng dây dẫn diện tích S = 100cm2, điện trở R = 0,01  quay từ trường B = 0,05T, trục quay đường kính vịng dây vng góc với ur B Tìm cường độ trung bình vòng điện lượng qua tiết diện vòng dây r ur thời gian Δt  0,5s , góc    n, B  thay đổi từ 60�đến 90� Hướng dẫn giải - Suất điện động cảm ứng xuất vòng dây: E BS  cos 90� cos 60�   0, 05.100.104.cos 60� 5.104V Δ  Δt Δt 0,5 E 5.104  0, 05 A - Cường độ trung bình vịng dây: I   R 0, 01 - Điện lượng qua tiết diện vòng dây: q  It  0, 05.0,5  0, 025C Bài 2: Khung dây dẫn hình chữ nhật ACC’A’ đặt thẳng đứng phần khung nằm từ trường có đường cảm ứng vng góc với mặt phẳng khung Từ trường coi  B  1T  khoảng MNPQ khoảng Cho AC  l  10cm , khung có điện trở R  0, 2 khối lượng m  20 g Khung di chuyển thẳng đứng xuống với vận tốc v = (m/s) a) Tính cường độ dòng điện cảm ứng khung nhiệt lượng khung tỏa dịch chuyển đoạn 10cm b) Tính lực ngồi cần tác dụng để khung chuyển động với vận tốc [3] Hướng dẫn giải a) - Suất điện động cảm ứng xuất khung: Ec  Δ Δ  BS  B.ΔS Bl Δx 1.0,1.0,1     Δt Δt Δt Δt Δt - Thời gian khung dịch chuyển: Δt  0,1.0,1 Δx 0,1  0, 2V   0, 05s � EC  0, 05 v - Cường độ dòng điện cảm ứng: I C  EC 0,   1A R 0, - Nhiệt lượng tỏa khung: Q  RI t  0, 2.12.0, 05  0, 01J ur b) Giả sử cảm ứng từ B có chiều từ trước sau mặt phẳng hình vẽ uur ur - Khi khung chuyển động xuống dưới, từ thông qua khung giảm, BC chiều � A� với B , dòng điện cảm ứng I C có chiều A � C � C � - Lực từ tác dụng lên cạnh AB có chiều hướng lên trên, lực từ tác dụng lên cạnh AA’ CC’ cân nhau: Ta có: P  mg  0, 02.10  0, N ; F  BIl sin   1.1.0,1  0,1N - Để chuyển động với vận tốc v = (m/s) cần tác dụng lực ngoài: F�  P  F  0,  0,1  0,1N theo chiều hướng lên (do P > F) Bài 3: Một vịng trịn dây dẫn bán kính r = 10 cm đặt từ trường vng góc với mặt phẳng vòng, B  102 T Vòng nối với tâm kim loại: OA cố định, OB quay quanh O với vận tốc góc    rad / s  không đổi Điện trở đơn vị chiều dài vòng R0  1  / m  Tính cường độ dịng điện qua cung vòng tròn theo thời gian [4] Hướng dẫn giải r B..Δt.r  Độ biến thiên từ thông thời gian ∆t: Δ  B.ΔS  B 2 Suất điện động cảm ứng OB: EC  Δ Br  Δt Ta có: RAOB  ROA  ROB  2rR0 ; RA1B  rR0  rtR0 ; � RN  RA B   2    rR0   2  t  rR0 rtR0  2  t  rR0 rt  2  t  rR0 RA1B RA B   RA1B  RA B rtR0   2  t  rR0 2r Br EC �I   rt  2  t  rR0 RAOB  RN 2rR0  2r 102.4.101 103   4t � � 2t � 42 t �  t  R0 �  t  2.1  t  � � �  2 � 2 � � � Br �I  Cường độ dòng điện qua nhánh A1B là: I1  I rt  2  t  rR0 10 2r  4t rtR0  2t   3 RN RA1B � I1  103  2t  4t   2  t  2 103    2t  2  4t   4t 2 � 4t �  2t   t   � �   � � 103 Cường độ dòng điện qua nhánh A2B là: I2  I RN RA B rt  2  t  r 10 2r  4t 2   t  r   2t   3 103 t 103.2t � I2   4t 2 � 4t �  2t   t   � �   � � Bài (Đề thi HSG tỉnh Nghệ An 2017-2018):Một dây dẫn đồng chất có tiết diện ngang S, điện trở suất ρ uốn thành nửa vòng tròn APQ có bán kính OQ = r (hình) Hai đoạn dây OQ B P OP loại với dây trên, OQ cố định, OP quay quanh O Q cho P ln tiếp xúc với cung trịn Hệ thống đặt A O từ trường vng góc với mặt phẳng khung dây, hướng từ vào, độ lớn B Tại thời điểm t= 0, OP trùng OQ Đoạn OP quay quanh O với tốc độ góc khơng đổi ω Xác định chiều độ lớn cường độ dịng điện chạy mạch kín OPQ thời điểm t Đoạn OP quay quanh O cho góc quét (góc tâm tạo hai đoạn OP OQ) thay đổi theo quy luật φ= kt2 (rad) với k số Sau 0,5 giây kể từ thời điểm a) Hãy chứng minh chuyển động MN chuyển động thẳng nhanh dần tìm gia tốc b) Hãy tìm thời gian trượt MN tụ điện bị đánh thủng [5] Hướng dẫn giải a) Vì R = nên suất điện động cảm ứng MN hiệu điện hai tụ Tụ tích điện q = CU = CBvl Cường độ dịng điện mạch khoảng thời gian t: Theo định luật Lenxo, lực từ tác dụng lên ngược chiều chuyển động có độ lớn: F = Bil = CB2l2a Áp dụng định luật II Niuton cho chuyển động MN Chứng tỏ MN chuyển động nhanh dần b) Thanh MN trượt nhanh dần với vận tốc Khi U = UT tụ bị đánh thủng, vận tốc Suy thời gian trượt tụ bị đánh thủng là: Bài 7: Cho hệ thống hình vẽ, kim loại ur AB  l  20cm, khối lượng m 10g, B vng góc với khung dây dẫn  B  0,1T  nguồn có suất điện động điện trở E  1,2V; r  0,5 Do lực điện từ ma sát, AB trượt với vận tốc v  10m/ s Bỏ qua điện trở ray nơi tiếp xúc a) Tính độ lớn chiều dịng điện mạch, hệ số ma sát AB ray b) Muốn dòng điện AB chạy từ B đến A, cường độ 1,8A phải kéo AB trượt theo chiều nào, vận tốc lực kéo bao nhiêu? [4] Hướng dẫn giải a) Độ lớn chiều dòng điện mạch, hệ số ma sát AB ray 16 Dưới tác dụng lực từ, AB chuyển động sang phải, AB xuất suất điện động cảm ứng: EC  B / v  0,1.0,2.10  0,2V - Cường độ dòng điện mạch: I E  EC 1,2  0,2   2A r 0,5 - Vì trượt nên: F  Fms � BIl   mg BIl 0,1.2.0,2   0,4 mg 0,01.10 �  b) Chiều, vận tốc độ lớn lực kéo - Để dòng điện AB chạy từ B đến A theo quy tắc “Bàn tay trái”, AB phải trượt sang phải: Từ I  E  EC E  Blv E  Ir 1,2  1,8.0,5  � v   15 m/ s r r BI 01.0,2 - Lực kéo tác dụng lên AB : Fk  F  Fms  � Fk  Fms  F   mg  BIl  0,4.0,01.10 0,1.1,8.0,2  4.103 N Bài tập củng cố u r Bài (HSG Vĩnh Phúc 2011-2012): B Hai ray có điện trở không đáng kể ghép song song với nhau, cách khoảng l mặt phẳng nằm ngang Hai đầu r hai nối với điện trở R Một R v l kim loại có chiều dài l, khối lượng m, điện trở r, đặt vng góc tiếp xúc với hai Hệ thống đặt từ trường Hình ur B có phương thẳng đứng (hình) Kéo cho chuyển động với vận tốc v a) Tìm cường độ dòng điện qua hiệu điện hai đầu b) Tìm lực kéo hệ số ma sát với ray μ Ban đầu đứng yên Bỏ qua điện trở ma sát với ray Thay điện trở R tụ điện C tích điện đến hiệu điện U Thả cho tự do, tụ phóng điện làm chuyển động nhanh dần Sau thời gian, tốc độ đạt đến giá trị ổn định v gh Tìm vgh? Coi lượng hệ bảo tồn [5] Đáp số: 1) a) I  Blv BlvR ; U=I.R= Rr Rr vgh = U b) F = Ft + Fms = B 2l v + μmg Rr C CB l  m 2 17 Bài 2: Hai kim loại song song, có điện trở không đáng kể, đầu nối vào điện trở R = 1,5  Một đoạn dây dẫn AB, độ dài ℓ= 20 cm, khối lượng m = g, điện trở r = 0,5  tì vào hai kim loại tự trượt không ma sát xuống ln ln vng góc với hai kim loại Tồn hệ thống đặt mặt phẳng nghiêng từ trường có hướng vng góc với AB nằm ngang với cảm ứng từ B = 0,5 T Lấy g = 9,8 m , góc nghiêng α = 600 Tính vận tốc v chuyển s2 động AB UAB [4] Đáp số: v= (R+r)mg m �9,05 ; 2 B l sinα s U AB = I.R = Bl vsinα R  0,393 V R+r Bài 3: Thanh kimC loại CD chiều dài 20cm, khối lượng 100 g đặt vng góc với hai ray song song nằm ngang nối với nguồn điện U thống đặt từ trường  hướng hình Hệ B thẳng đứng từ xuống B = 0,2T Hệ số ma sát CD ray làD0,1 Bỏ qua điện trở ray, điện trở nơi tiếp xúc dòng điện cảm ứng mạch a) Biết CD trượt sang trái với gia tốc m/s Xác định chiều độ lớn dòng điện qua CD b) Nâng hai đầu ray lên để hợp với mặt ngang góc  = 300 Tìm hướng gia tốc chuyển động CD Biết bắt đầu chuyển động không vận tốc đầu [6] Đáp số: a) I = 10 A b) a = 0,47 m/s2 Bài (HSG Quảng Bình 2017-2018): Thanh dây dẫn EF có điện trở suất  chuyển động với vận tốc v tiếp xúc với hai AC AD tạo với góc  hình vẽ Hệ thống đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ hướng vng góc với mặt phẳng chứa Tìm nhiệt lượng tỏa mạch thời gian EF chuyển động từ A đến C Bỏ qua điện trở r AD AC Cho AC  l0 v  EF [5] B2vl02 tan Đáp số: Q  2 Bài 5: Thanh kim loại AB kéo trượt hai ray mặt phẳng nằm ngang với vận tốc v  10  m / s  Hai ray cách đoạn l  0,5m đặt từ trường thẳng đứng, cảm ứng từ B Mắc hai tụ điện C1 , C2 (với C2  1,5C1 ) nối tiếp vào đầu hai ray Biết hiệu điện hai đầu tụ C2 0,5V Tính B [4] 18 Đáp số: B = 0,25 T Bài 6: Một trượt kim loại có khối lượng m, trượt không ma sát dọc theo hai đường ray kim loại đặt song song, nghiêng với phương ngang góc  cách đoạn L Các đường ray nối kín bên tụ chưa tích điện, có điện dung C Toàn thể hệ đặt ur từ trường có vectơ cảm ứng từ B thẳng đứng Vào thời điểm ban đầu, trượt giữ khoảng cách d đến đáy cạnh Hỏi sau từ lúc bng trượt đến cạnh đáy ? Tính vận tốc đó? Bỏ qua điện trở dây dẫn [3] Đáp số: t   2d m B2L2c cos2  mgsin ; v 2dmgsin m CL2B2 cos2  Bài 7: Trong hình vẽ mn xy hai kim loại đặt vuông góc với mặt phẳng hình vẽ song song với nhau, chiều dài lớn Trong khoảng hai có từ trường B  0,8T vng góc với mặt phẳng hình vẽ hướng vào Thanh kim loại nhẹ ab có chiều dài L  0,2m, điện trở R0  0,1 tiếp xúc với hai kim loại chuyển động khơng ma sát mặt phẳng hình vẽ R1 R2 hai điện trở có giá trị R1  R2  3,9 a) Khi ab chuyển động sang bên phải với vận tốc v  2 m/ s ngoại lực tác dụng lên có chiều nào, độ lớn bao nhiêu? b) Nếu lúc chuyển động ab dừng lại lúc lực từ tác dụng vào ab có chiều nào, độ lớn bao nhiêu? [4]  0,012N Đáp số: a) F  0,0128N b) F � 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Từ năm học 2009-2010 đến nhà trường phân công bồi dưỡng HSG Bằng kiến thức kinh nghiệm thân tích lũy qua năm qua đẫ vận dụng công tác ôn thi HSG hiệu đạt kết định Qua năm thân có tổng 71 HS đạt giải HSG cấp tỉnh, có giải nhất, giải nhì, 28 giải ba 30 giải khuyến khích Đặc biệt năm gần Sở GD chuyển thi HSG lớp 11 tơi đạt thành tích bật: - Năm học 2017-2018: nhì, khuyến khích - Năm học 2018-2019: nhất, nhì, ba; đồng đội xếp thứ toàn tỉnh - Năm học 2019-2020: Do dịch bệnh covid nên Sở GD&ĐT Thanh Hóa khơng tổ chức thi HSG, q trình ơn thi HSG đơn vị nhận thấy em học sinh hứng thú học tập, hiểu rõ chất vận dụng thành thạo Qua lần kiểm 19 tra, lần thi HSG cấp trường sưu tầm đề thi HSG tỉnh trường bạn cho học sinh làm thấy tất học sinh làm tốt tập phần cảm ứng từ Như việc áp dụng sáng kiến kinh nghiệm thực tế có chuyển biến tích cực nhằm nâng cao chất lượng cho học sinh kỳ thi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận SKKN thể tính hiệu bước đầu việc lựa chọn hệ thống tập hoạt động hướng dẫn dạy giải tập giúp cho học sinh nắm vững kiến thức góp phần phát huy tính tích cực, lực tự chủ, lực sáng tạo SKKN áp dụng cho tất trường THPT đặc biệt lĩnh vực ôn thi HSG lớp 11 hàng năm SKKN cung cấp cho đồng nghiệp HS nguồn tư liệu trình giảng dạy, học tập môn Vật lý cấp THPT đặc biệt q trình ơn thi HSG 11 hàng năm nhằm nâng cao hiệu chất lượng dạy học Đồng thời khích lệ cổ vũ phong trào ơn thi HSG trường THPT tỉnh, tạo hứng thú cho học sinh trình học tập 3.2 Kiến nghị - Đối với Sở GD& ĐT Thanh Hóa: + Tiếp tục đổi khâu đề thi theo hướng kiểm tra lực, đáp ứng đổi toàn diện giáo dục Đề thi HSG nên lựa chọn toán sâu vào chất vật lý để học sinh phát huy khả tư duy, sáng tạo u thích mơn vật lý + Cần mở nhiều chu kỳ bồi dưỡng thường xuyên để giáo viên trao đổi chuyên môn, tiếp cận nhiều phương pháp dạy học đặc biệt dạy ôn HSG để đưa vào thực tế dạy học trường THPT - Đối với nhà trường tổ, nhóm chun mơn: Nhà trường tạo điều kiện để giáo viên học nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ Tăng cường trao đổi chuyên môn tổ nhóm, đặc biệt thành viên tổ nhóm chun mơn tích cực chia sẻ phương pháp dạy học, phương pháp giải tập mới, hiệu để đồng nghiệp trao đổi, đánh giá, hoàn thiện vận dụng vào dạy học XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 10 tháng năm 2020 Tôi xin cam đoan sáng kiến kinh nghiệm viết, khơng chép nội dung người khác Trịnh Ngọc Long 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thế Khôi, SGK Vật lý 11 nâng cao, Nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Thế Khôi - Nguyễn Phúc Thuần, Bài tập Vật lý 11 nâng cao, Nhà xuất Giáo Dục Bùi Quang Hân - Đào Văn Cư - Phạm Ngọc Tiến, Giải toán Vật lý 11, tập 1, Nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Phú Đồng, Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 11, tập 1, Nhà xuất tổng hợp Thành phố Hồ Chí Minh Đề thi HSG Vật lý trường tỉnh Nguồn Internet: http://thuvienvatly.com http://vatlypt.com/ http://www.vatlyphothong.net/ DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đà ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SKKN NGÀNH GD VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Trịnh Ngọc Long Chức vụ đơn vị cơng tác: Phó hiệu trưởng, Trường THPT Sầm Sơn, Thanh Hóa TT Tên đề tài SKKN Cấp đánh giá xếp loại Kết đánh giá xếp loại Năm học đánh giá xếp loại ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS 605 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VỀ HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG Sở GD&ĐT B 2012-2013 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG TRONG ÔN THI HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 12 Sở GD&ĐT B 2014-2015 PHỤ LỤC Hướng dẫn giải tập củng cố Dạng 1: Mạch kín có cảm ứng từ B thay đổi Bài 1: - Điện trở R điện trở đường kính khung: R1  dR0  0, 4.0,5  0, 2 - Điện trở R2 , R3 điện trở nửa đường tròn: d .0, 0,5  0,5  0,1    2 R1 R3 0, 2.0,1. - Điện trở toàn mạch: R  R2  R  R  0,1  0,  0,1  0, 436 R2  R3  - Suất điện động cảm ứng xuất khung: E Δ ΔBS d .0, 42    S    Δt Δt 8 25 E 25 - Cường độ dòng điện qua R2 : I  R  0, 436  0, 288 A AB   0,1.0, 288  0, 035V 25 U 0, 035 - Cường độ dòng điện qua R3 : I  R  0,1 �0,1A - Hiệu điện đầu R1 : U1  E  R2 I  Bài 2: - Xét khung dây ABCD: Suất điện động cảm ứng E1 : E1  Δ1 ΔB  S1  kS1  ka  V  Δt Δt ur Chiều dòng điện cảm ứng I1 : B tăng uur ur nên B0 ngược chiều với B , dòng I1 từ A đến D Với dòng điện I1 , E1 tương đương với nguồn có cực âm nối với A, cực dương nối với D - Xét khung dây BCEF: Δ ΔB ka  S2  k S  V  Δt Δt ur uur ur Chiều dòng điện cảm ứng I : B tăng nên B0 ngược chiều với B , dòng I từ Suất điện động cảm ứng E2 : E2  E đến F Với dòng điện I , E2 tương đương với nguồn có cực âm nối với E, cực dương nối với F - Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch BC, ta có: U BC   E1  I1 3ar   I ar �  Ka  I1 3ar   I ar U BC  E2  I 2ar   I 3ar �  Ka  I 2ar   I 3ar  1  2  3 I1  I  I - Lấy (1) trừ (2): 3arI1  2arI  1,5 Ka (4) - Thế (3) (1): 3arI1  Ka    I1  I  ar � 4arI1  arI  Ka � 8arI1  2arI  Ka (5) Ka 22r Ka Ka 1,5 Ka  3ar - Thay I1  vào (4): I  22r  3Ka 22r 2ar 11r Ka 3Ka Ka   Thay I1 I vào (3): I  I1  I  22r 11r 22r Ka + Cường độ dòng điện qua nhánh trái: I1  I BAC  22r Ka + Cường độ dòng điện qua nhánh giữa: I  I CB  22r 3Ka + Cường độ dòng điện qua nhánh phải: I  I CEB  11r - Lấy (4) cộng (5): 11arI1  3,5Ka � I1  Bài 3: - Suất điện động cảm ứng xuất vòng dây: Δ ΔB  R2  R2 K E  S  K  Δt Δt 2 - Điện tích tụ: Q1  C1U1  C1 E   R KC1  R KC2 ; Q2  C2U  C2 E  2 - Khi lấy dẫn sau giữ cho từ trường khơng đổi tức ta nối tụ có điện tích khác dấu với nhau, điện tích tụ Q1� , Q2� - Theo định luật bảo tồn điện tích: Q1� Q2� Q2  Q1 Q1� Q2� Q1� Q2� Q2  Q1  R K  C2  C1  � �     - Mặt khác: U1  U � C1 C2 C1  C2 C1  C2  C1  C2  � Q1�  R KC1 C2  C1  R KC2 C2  C1 ; Q2� C1  C2 C1  C2 Bài 4: Khi vòng rơi đều, động vòng khơng đổi nên độ giảm vịng nhiệt lượng vòng tỏa - Suất điện động cảm ứng xuất vòng: EC  Δ Δt � d2 � Δ �B0    h  � Δ  BS  � d2 Δh � � EC    B0 Δt Δt Δt Vì Δh d2  v � EC  B0 v (v vận tốc rơi vòng) Δt - Cường độ dòng điện vòng: I  EC  d B0 v  R 4R - Theo định luật bảo toàn lượng, ta có: mgh  RI t , với h v t �  d B0 v �  d B02 v 16mgR � mgv  RI  R � �v  2 � 16 R  d B0  � 4R � Bài 5: - Chuyển động khung dây tổng hợp cường độ với vận tốc uu r truyền v0 theo phương nằm ngang (theo trục x) chuyển động theo phương thẳng đứng (dọc theo trục z) - Theo phương thẳng đứng, khung chịu tác dụng lực trọng trường lực từ dòng điện cảm ứng khung từ trường Lúc đầu, khung rơi nhanh dần, sau đạt vận tốc không đổi nên: mg  Bil - Cường độ dòng điện khung: I  � mg  ka ec ΔB.S ka   vz R R.Δt R ka mgR vz a � vz  R k a - Vận tốc toàn phần v khung chuyển động đều: v  v02  vz2 �mgR � � v0  v  v  v � � �k a � 2 z Dạng 2: Mạch kín có góc  thay đổi diện tích S thay đổi Bài 1: Độ lớn suất điện động cảm ứng: e  �e Δ NBS  cos   cos 1   Δt Δt 100.0, 2.300.10i  1, 2V 0,5 Bài 2: - Khi quay vịng quét diện tích: S   R - Khi quay phút quét diện tích là: Δ S   S  120 R - Hiệu điện đầu suất điện động cảm ứng: Δ BΔS B.120R U E   Δt Δt Δt a) Khi trục quay qua đầu R  l  1, 2m : U 0, 05.120..1, 22  0, 45V 60 b) Khi trục quay qua điểm cách đầu 10cm thì: R   0,1  1,1m ; U  0, 05.120.1,12  0,38V 60 Bài 3: a) Cường độ dòng điện qua hai qua vòng dây Giả sử OA đứng yên, OB quay với tốc độ  Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất  S B OB đoạn BOA là: ec  t t - Trong thời gian t , quét góc:   t � S   R2 R2t   2 BR2 Bd2 d � ec   (với R  OB  ) Gọi I 1, I cường độ dòng điện chạy qua hai đoạn mạch BCA BDA; I cường độ dòng điện chạy qua hai Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch, ta có: U AB  I 1l1  I 2l2 (1) U AB  ec  I 2R (2) I  I1  I (3) Với BCA  I  Rt; BDA  I  2 R  l1  2 R  Rt; I  I  2 R; R  d (4) - Giải hệ (1), (2), (3) ý đến (4), ta được: I B d � t � t ; I1  � 1 I �I ; I  2 � t � �  � 4 � 2 t  � 2 � � 2 Vậy: Cường độ dòng điện qua hai qua vòng dây là: � t � t I1  � 1 I; I  �I ; I  2 �  � B d �  2t2 � 4 �  t  � 2 � � b) Hiệu điện hai đầu - Khi hai quay, suất điện động xuất hai là: ec1  BR21 BR22 ; ec2  2 Vì 1  2 � ec1  ec2 - Áp dụng quy tắc “Bàn tay phải” ta xác định cực nguồn ec1; ec2 : ec1; cc2 mắc xung đối Do đó, suất điện động AOB là: eb  ec1  ec2  BR2 Bd2       0 - Tương tự câu a, ta được: I B0d ; � 0t � t � 1 02t2 � I  � �I ; I  I 4 �  0t  � 2 � 2 � � 2 � � � - Hiệu điện hai đầu thanh: U1  ec1  d d ; U2  ec2  2 Dạng 3: Dạng tập đoạn dây chuyển động Bài 1: 1) Suất điện động cảm ứng: E = Blv a) Cường độ dòng điện: I  Blv BlvR ; Hiệu điện hai đầu thanh: U=I.R= Rr Rr b) Lực từ cản trở chuyển động: Ft = B.l.I = Lực kéo: F = Ft + Fms = B 2l v Rr B 2l v + μmg Rr Khi chuyển động ổn định gia tốc  cường độ dòng điện mạch  hiệu điện tụ suất điện động cảm ứng: U = E = Blvgh Bảo toàn lượng: vgh = U 1 1 1 2 2 2 CU 02  CU  mv gh hay CU  CB l v gh  mv gh 2 2 2 C CB l  m 2 Bài 2: Ngay sau bng AB chịu tác dụng lực hình vẽ Phương trình động lực học thanh: u r r uur r P + F + N = ma ur P1 - Suất điện động xuất AB là: e= ΔΦ = Bl v sinα Δt B2 l v sinα2 R+r - Khi chuyển động thì: B2 l v sinα2 R+r I  e Bl v sinα = - Cường độ dòng điện I= R+r R+r - Lực từ tác dụng lên thanh: F = uu r N ur F u r B u r P uu r B1  uu r B2  mg sinα - Vận tốc AB: v = (R+r)mg m �9,05 2 B l sinα s - Hiệu điện hai đầu là: U AB = I.R = Bl vsinα R  0,393 V R+r Bài 3:     a) Các lực tác dụng CD P , N , F , Fms      Theo định luật II Niutơn: P + N + F + Fms = m a (1) Chiếu (1) lên phương chuyển động: F – Fms = ma Chiếu lên phương thẳng đứng: N – P =  I.l.B - kmg = ma  I = b) Chiếu (1) lên Oy N – Py – Fy = N = Py + Py = mgcos  + IlBsin  Độ lớn lực ma sát Fms = kN = 0,05 + 0,2 Px = mgsin  = 0,5N Fx = IlBcos  = 0,2 Vì Px> Fx nên CD trượt xuống mg sin   IlB cos   k (mg cos   B sin  a= = 0,47(m/s2) m(a  kg ) = 10A lB Y  F O  P x m Bài 4: Gọi l khoảng cách hai điểm tiếp xúc EF với cịn lại thời điểm t bất kỳ, ta có: l  vt.tan - Xét khoảng thời gian nhỏ t (có thể coi quét hình chữ nhật) diện tích tam giác EAF tăng thêm lượng S  lvt Do đó, từ thơng qua tam giác biến thiên lượng:   BS  Bvl t - Suất điện động cảm ứng xuất mạch thời điểm xét: e   Bvl  Bv2t.tan t - Vì điện trở hai điểm tiếp xúc R   l   vt.tan nên cường độ dòng điện mạch là: I  e Bv  R  - Cơng suất nhiệt giải phóng mạch thời điểm đó: P  I 2R  B2v2 B2v3t  vt tan   tan  2 l v - Thời gian để đến điểm C là: t0  B v t0 tan - Cơng suất trung bình suốt thời gian chuyển động là: P   - Nhiệt lượng tỏa mạch thời điểm t0 là: B2vl02 B v t0 Q  Pt  tan   tan  v2 2 Vậy: Nhiệt lượng tỏa mạch thời gian EF chuyển động từ A đến C Q  B2vl02 tan 2 Bài 5: Suất điện động xuất AB: E  Blv sin   B.0,5.10.1  B Vì C1 nối tiếp C2 nên: U1  U  U , với U1  � U2  Q1 Q  C1 C1 Q2 Q U Q     0,5 � U1  0, 75V U  0,5  0, 75  1, 25V C2 C2 1,5C1 1,5 Ta có: E  U  5B  1, 25 � B  0, 25T Bài 6: - Suất điện động cảm ứng thanh: ec  BvL cos - Cường độ dòng điện qua C : i  e q v  C c  CBL cos  CBL cos a t t t - Lực từ tác dụng lên thanh: F  BiL cos  CB2 L2 cos2  a - Theo định luật II Niu-tơn, phương trình chuyển động là: mgsin  CB2L2 cos2  a  ma � a  mgsin  const m CB2L2 cos2  - Quãng đường chuyển động thanh:  2d m B2L2c cos2  mgsin t2 d  at  �t mgsin m B2L2 cos2     - Vận tốc trượt đến đáy:   2d m B2L2 ccos2  mgsin 2dmgsin v  at  � v 2 mgsin m CB L cos  m CL2B2 cos2  Bài 7: a) Chiều độ lớn ngoại lực - Dùng quy tắc “Bàn tay phải” để xác định dòng điện chạy sau dùng quy tắc “Bàn tay trái” để xác định lực từ tác dụng lên ab Khi lực từ tác dụng lên ab nằm mặt phẳng hình vẽ hướng sang trái ur - Khi ab chuyển động từ trường B , suất điện động cảm ứng là: EC  BLv - Cường độ dòng điện chạy mạch là: I  EC BLv  R0  R1 R0  R1 - Lực từ tác dụng lên ab là: F  BIL  B2L2v 0,82.0,22.2   0,0128N R0  R1 0,1 3,9 b) Chiều độ lớn lực từ đột ngột dừng lại - Khi chuyển động, xuất dòng điện cảm ứng Lúc tụ tích điện đến hiệu điện UC : UC  IR1  BLv 0,8.0,2.2 R1  3,9  0,312V R0  R1 0,1 3,9 - Khi dừng lại đột ngột, lúc dòng điện cảm ứng biến mất, tụ phóng điện trở thành nguồn điện Cường độ dịng điện lúc là: I�  UC 0,312 16   A R0R1 0,1.3,9 205 3,9  R2  0,1 3,9 R0  R1  BI � L  0,8 - Lực từ tác dụng lên ab là: F � 16 0,2  0,012N 205 r F nằm mặt phẳng hình vẽ có chiều hướng sang phải ... chuyên đề bồi dưỡng HSG THPT môn Vật lý 11 phần Cảm ứng điện từ? ?? nhằm phục vụ công tác bồi dưỡng HSG hàng năm Qua giúp học sinh nâng cao kiến thức, kỹ phần cảm ứng từ, từ hiểu sâu chất tượng vật lý, ... sinh: Nâng cao kiến thức phần cảm ứng điện từ, hình thành kỹ năng, phát triển tư bồi dưỡng niềm yêu thích vật lý cho học sinh, từ góp phần nâng cao thành tích bồi dưỡng HSG Vật lý cấp trung học. .. tác bồi dưỡng HSG; bổ sung thêm số phương pháp dạy ôn thi HSG hàng năm 1.3 Đối tượng nghiên cứu + Học sinh giỏi Vật lý trung học phổ thông + Bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý phần cảm ứng điện