Tiểu luận: Phân tích và triển khai chương trình Vật lý phổ thông

Tiểu luận: Phân tích và triển khai chương trình Vật lý phổ thông trình bày về nhiệm vụ nghiên cứu của chương từ trường, lịch sử phát triển khoa học nghiêm cứu về kiến thức từ học, sơ đồ logic (graph) kiến thức chương từ trường, chuẩn kiến thức kĩ năng chương từ trường, phân tích cấu trúc và nội dung kiến thức chương từ trường. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TIỂU LUẬN PHÂN TÍCH VÀ TRIỂN KHAI CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THÔNG Học viên: Vương Thị Huế Lớp: QH – 2015 – S LL& PP giảng dạy Vật lí Giảng viên: TS Lê Thị Thu Hiền Hà Nội 10/2016 PHẦN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ĐIỂM Bằng số Bằng chữ Hà Nội, ngày … tháng … Năm 2016 Giảng viên TS Lê Thị Thu Hiền MỤC LỤC I Nhiệm vụ nghiên cứu chương từ trường…………………………… II Lịch sử phát triển khoa học nghiêm cứu kiến thức từ học III Sơ đồ logic (graph) kiến thức chương từ trường IV Chuẩn kiến thức, kĩ chương từ trường V Phân tích cấu trúc nội dung kiến thức chương từ trường Nhìn lại kiến thức THCS Phân tích mạch logic kiến thức, cấu trúc chương từ trường Xác định khó khăn dạy học chương từ trường Đề xuất lưu ý việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh; đề xuất phương pháp hình thức dạy học kiến thức chương từ trường VI Kết luận V Tài liệu tham khảo TỪ TRƯỜNG I Nhiệm vụ chương từ trường Từ trường phần Điện từ học, nghiên cứu từ trường phương diện tác dụng lực Cụ thể, chương trình bày vấn đề lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện thẳng, từ trường tác dụng lên hạt mang diện chuyển động, qui tắc xác định chiều lực từ, từ trường dòng điện thẳng, dòng điện tròn Phần kiến thức chƣơng " Từ trường" nghiên cứu vấn đề từ trường hạt điện tích chuyển động nam châm gây ra, cụ thể: Từ trƣờng nam châm, từ trường dòng điện, từ trường Trái đất, tác dụng từ trường lên dây dẫn có dịng điện, tác dụng từ trường lên hạt điện tích chuyển động II Lịch sử phát triển khoa học nghiên cứu từ học Từ học ngành ứng dụng sống người từ sớm mà Trung Hoa Hy Lạp cổ đại Ở Hy Lạp, lịch sử ghi nhận đối thoại từ học Aristotle Thales từ năm 625 đến 545 trước công nguyên song song với việc sử dụng nam châm vĩnh cửu (là đá thiên nhiên) cho số mục đích khác nhau[1] Ở phương Đơng, Trung Hoa nơi sớm sử dụng đá nam châm làm kim nam để phương Nam-Bắc từ thời đại Chu Công (thời đại nhà Chu, 1122 - 256 trước Cơng ngun), sách thức ghi lại việc sử dụng đá nam châm Quỷ Cốc tử (thầy dạy Tôn Tẫn) vào kỷ thứ trước công nguyên Alexander Neckham người châu Âu mô tả la bàn việc sử dụng la bàn cho việc định hướng vào năm 1187 Vào năm 1269, Peter Peregrinus de Maricourt viết Epistola de magnete, coi luận thuyết nam châm la bàn Năm 1282, tính chất nam châm la bàn khô thảo luận Al-Ashraf, nhà vật lý, thiên văn, địa lý người Yemeni Cuốn sách khảo cứu chi tiết tượng DeMagnete,MagneticisqueCorporibus, et de Magno Magnete Tellure (On the Magnet and Magnetic Bodies, and on the Great Magnet the Earth) William Gilbert xuất năm 1600 Anh Quốc Cuốn sách thảo luận nhiều thí nghiệm điện từ ông xây dựng, đồng thời giả thiết từ trường Trái Đất, nguyên nhân gây định hướng Nam-Bắc la bàn Tương tác dòng điện từ trường lần phát mô tả Hans Christian Oersted, giáo sư Đại học Copenhagen (Đan Mạch) Ông phát việc kim la bàn bị lệch hướng đặt gần dây dẫn mang dịng điện Thí nghiệm coi bước ngoặt lịch sử ngành từ học, đặt tên Thí nghiệm Oersted Sau Oersted, hàng loạt nhà khoa học tiến hành thí nghiệm cơng trình nghiên cứu mối quan hệ điện từ trường André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday dẫn đến việc hình thành kiến thức từ học từ trường James Clerk Maxwell tổng hợp lý thuyết từ trường, điện trường, quang học để phát triển thành lý thuyết tổng quát trường điện từ Vào năm 1905, Albert Einstein sử dụng định luật để xây dựng lý thuyết tương đối hẹp Thế kỷ 20 kỷ mà từ học phát triển mạnh mẽ từ việc tạo vật liệu từ đa chức năng, xây dựng lý thuyết vi mô tượng từ dựa lý thuyết học lượng tử vật lý chất rắn lý thuyết vi từ học, lý thuyết đômen từ, vách đômen, vật liệu sắt từ, tương tác trao đổi, phản sắt từ, Đi kèm với phát triển nhiều kỹ thuật chụp ảnh cấu trúc từ đo đạc tính chất từ vật liệu Cuối kỷ 20, đầu kỷ 21, ngành spintronics đời dựa thành tựu từ học điện tử học III Sơ đồ kiến thức chương từ trường Từ trường Lực từ Từ trường Khái niệm từ trường Đường cảm ứng từ IV Cảm ứng từ Từ trường dịng điện chạy dây dẫn có hình dạng đặc biệt Tương tác từ Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện Lực Lorentz Chuẩn kiến thức, kĩ Kiến thức - Nêu từ trường tồn đâu có tính chất - Nêu đặc điểm đường sức từ nam châm thẳng, nam châm chữ U, dịng điện thẳng dài, ống dây có dịng điện chạy qua - Phát biểu định nghĩa nêu phương, chiều cảm ứng từ điểm từ trường Nêu đơn vị đo cảm ứng từ - Viết cơng thức tính cảm ứng từ điểm từ trường gây dòng điện thẳng dài vô hạn điểm lịng ống dây có dịng điện chạy qua - Viết cơng thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dịng điện chạy qua đặt từ trường - Nêu lực Lo-ren-xơ viết cơng thức tính lực Kĩ - Vẽ đường sức từ biểu diễn từ trường nam châm thẳng, Ứng dụng lục từ dịng điện thẳng dài, ống dây có dịng điện chạy qua từ trường - Xác định độ lớn, phương, chiều vectơ cảm ứng từ điểm từ trường gây dòng điện thẳng dài điểm lòng ống dây có dịng điện chạy qua - Xác định vectơ lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng có dịng điện chạy qua đặt từ trường - Xác định cường độ, phương, chiều lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích q chuyển động với vận tốc mặt phẳng vng góc với đường sức từ trường V Phân tích cấu trúc nội dung kiến thức chương từ trường Nhìn lại kiến thức THCS Phân tích mạch logic kiến thức, cấu trúc chương từ trường Chương “Từ trường” gồm hai nhóm kiến thức chính: khái niệm, đại lượng đặc trưng từ trường dạng lực từ, vận dụng chúng để giải toán Để xây dựng khái niệm từ trường, ta làm số thí nghiệm đơn giản lớp để HS quan sát Đồng thời GV đưa hình ảnh trực quan sinh động từ Website thiết kế sẵn Đặc biệt phần này, có minh hoạ hình ảnh electron chuyển động dây dẫn kim loại chịu tác dụng lực Lorentz Từ trường Lớp Khái niệm - Không gian xung quanh nam châm, dịng điện Tính chất: Tác dụng lực từ lên kim nam châm Hình ảnh trực quan từ trường Từ phổ Cho phép biểu diễn từ trường Đường sức từ Cách vẽ :dùng bút chì tơ dọc theo đường mạt sắt Chều : từ cực Nam sang cực Bắc xuyên dọc theo kim nam châm đặt cân đường sức Sự nhiễm từ sắt, thép, nam châm điện Đặc điểm: từ trường mạnh vẽ đường sức từ dày, từ trường yếu vẽ đường sức từ thưa Dạng đường sức từ: đường cong khép kín Quy tắc xác định chiều đường sức từ: Quy tắc nắm tay phải Lớp 11 Khái niệm Khơng gian xung quanh điện tích chuyển động Tác dụng lực từ lên nam châm, dòng điện Từ phổ Hình ảnh trực quan từ trường Đặc trưng cho từ trường mặt gây lực từ Cảm ứng từ Phương, chiều: quy tắc bàn tay trái Độ lớn: B = F/(I.l.sin α) Đường sức từ Định nghĩa: đường cong cho hướng tiếp tuyến điểm đường trùng với hướng véc tơ cảm ứng từ điểm Từ trường Tính chất: tính chất Từ trường số dòng Là từ trường mà đặc tính giống điểm, đường sức từ điện có dạng đơn giản đường thẳng song song cách Dòng điện thẳng, dòng điện trịn, ống dây Ngun lí chồng chất từ trường B = B1 + B2 + …+ Bn Năng lượng từ trường Xác định nhữ Năng lượng cuộn cảm W = ½ Li2 Lớp 12 Từ trường biến thiên TỪ TRƯỜNG Tương tác từ Các tượng liên quan tới tương tác từ loài người sớm phát Người ta nhận thấy số mẫu quặng có khả hút vật nhỏ sắt Khơng vậy, mẫu quặng cịn hút đẩy lẩn Ban đầu chúng gọi "đá nam châm'', thực chất nam châm tự nhiên mà ngày biết Sự tương tác nam châm gọi tương tác từ Năm 1600, nhà bác học Gin-bơt (William Gillbert, 1540 – 1603) trình bày sở ban đầu điện học từ học Gin-bơt chế tạo nam châm mà ông gọi “terralla” nghiên cứu tác dụng kim nam châm với “terralla” Ơng thấy có tác dụng từ chúng Gin-bớt nghiên cứu tượng điện cách có hệ thống Khi khảo sát tượng điện từ, ông đến kết luận chúng khác liên quan với Như vậy, Gin-bơt thấy tương tác điện tương tác từ hai loại tương tác khác nhau, song ông chưa thấy mối quan hệ tượng điện từ 1820, nhà vật lý người Đan Mạch Ơ-xtét (Han Christian Oersted, 1777-1851) phát dịng điện nam châm có tương tác với Ông thấy đặt dây dẫn cạnh kim nam châm cho dòng diện chạy qua dây dẫn kim nam châm quay lệch Khi đổi chiều dòng điện chạy qua, kim nam châm lệch theo chiều ngược lại Như vậy, thực nghiệm cho thấy có tương tác dịng điện với nam châm, hai dòng điện với nhau, nam châm, tương tác gọi chung tương tác từ Một điều lưu ý tượng điện từ có mối liên hệ với tương tác từ có chất khác với tương tác điện Tương tác điện xuất có điện tích phụ thuộc vào vị trí, độ lớn điện tích Tương tác từ xuất có dịng điện phụ thuộc vào dịng điện Chính xác hơn, tương tác từ xuất điện tích chuyển động phụ thuộc vào tính chất chuyển động Giữa dịng điện có tương tác từ dịng điện dịng điện tích chuyển động Giữa nam châm với dịng điện có tương tác từ nam châm có dịng điện mà Am- pe gọi dòng điện nguyên tố Ngày nay, dòng điện phân tử hiểu dòng điện vận động nội hạt mang điện nguyên tử hạt nhân gây Bản chất quy luật vận động nội làm rõ khn khổ học lượng tử Thơng thường người ta nói "từ trường " ta ngầm hiểu cách gọi tắt, thực phải nói "cảm ứng từ " Ngoài ra, "hướng từ trường" ta hiểu "hướng vec tơ cảm ứng từ" Sau định nghĩa cảm ứng từ, ta viết lại lực tác dụng phần tử dòng điện uuuur uu r I l lên phần tử dòng điện I 1l sau: Biểu thức (2.4.3) cho thấy lực tác dụng lên phần tử uu r uuu r phần từ dòng điện I l gây điểm đặt B I tỉ lệ với cảm ứng từ uuu r B Như vậy, định luật Bi-ô - Sa-va - La-pla-xơ cho ta tính cảm ứng từ phần từ dòng điện gây khơng gian Vậy cảm ứng từ dịng điện hệ nhiều dòng điện gây điểm xác định nào? Khi ta phải sử dụng ngun lí gọi nguyên lí chồng chất từ trường Từ trường điện tích chuyển động Tính tương đối điện trường từ trường Cảm ứng từ dòng điện gây khảo sát mục trước Dòng điện dịng chuyển dời có hướng điện tích, từ trường dịng điện thực chất chồng chất từ trường điện tích chuyển động gây uu r Xét từ trường phần tử dòng điện I l gây ra, theo định luật Bi-ô - Sa-va - Lar uu r pla-xơ, cảm ứng từ điểm M cách I l vec tơ r : uu rr � I  l.r � uuu r � � k = μ0 B = k 4π r với uu r r r r r I  l = S.Δl.i = S.Δl.n e.v Mặt khác , i vec tơ mật độ dịng điện, v vận tốc chuyển động định hướng điện tích, S.Δl.n số hạt mang điện tự có phần tử Δl Vì phần tử Δl bé so với r nên cảm ứng từ điện tích tự gây M rr � v.r � r � B= k.e � r Từ đó, cảm ứng từ hạt mang điện gây M là: (2.4.6) r B Ở cơng thức (2.4.6), hướng cịn phụ thuộc vào dấu điện tích e hạt Kết thu từ việc khảo sát cảm ứng từ đoạn dây dẫn đứng n có dịng điện chạy r qua, đó, vận tốc v vận tốc tương đối hạt mang điện chuyển động với người quan sát [4] Vì vậy, thấy từ trường khái niệm mang tính tương đối, phụ thuộc vào hệ quy chiếu Giữa khái niệm điện trường từ trường có tính tương đối Xung quanh điện tích xác định điện trường hệ quy chiếu từ trường hệ quy chiếu khác Tương tự khái niệm tương tác điện tương tác từ, chúng có tính tương đối Tương tác điện tích hệ quy chiếu điện tích đứng yên tương tác điện hệ quy chiếu mà điện tích chuyển động lại tương tác từ Như vậy, nguồn gốc tính tương đối điện trường từ trường việc chọn hệ quy chiếu gây nên Công thức (2.4.6) áp dụng hạt mang điện chuyển động nhỏ so với vận tốc ánh sáng Trong trường hợp tổng quát, thuyết tương đối chứng minh tính tương đối điện trường từ trường Cụ thể, hệ quy chiếu K hệ quy chiếu gắn với điện tích q, ta ur uur qr uur ur E = k 30 E r r Đối với hệ quy chiếu quán tính K, quan sát điện trường r r v B điện tích q chuyển động với vận tốc theo phương ox, quan sát từ trường , đồng ur thời quan sát điện trường E Các hệ thức liên hệ [3] � � � ur � E 0y E 0z � � E� E x = E 0x ;E y = ;E z = � v2 v2 � � 1- 1- � c c � � ur ur ur B � v.E � c � � r v Trong trường hợp vận tốc nhỏ so với vận tốc ánh sáng c, viết gần ur uur E = E0 , ur ur ur B � v.E � � � c Cảm ứng từ dòng điện mạch có hình dạng đơn giản Để tính cảm ứng từ dịng điện có hình dạng cần vận dụng định luật Bi-ô – Sa-va - la-pla-xơ nguyên lý chồng chất từ trường Theo (2.4.1), phần tử dòng điện gây cảm ứng từ : uu rr � Il.r � uuu r � � B= k r (2.6.1) Cảm ứng từ toàn phần dịng điện gây tính cách sử dụng nguyên lý chồng chất từ trường uuu r r B=ΔB = � k uur r � � IΔl � r� � r3 (2.6.2) 3.1 Cảm ứng từ dòng điện dây dẫn thẳng Xét dây dẫn thẳng dài, có dịng điện cường độ I qua Giả thiết dây dẫn có tiết diện nhỏ chiều dài vô hạn Xác định cảm ứng từ gây dây dẫn điểm P cách dây dẫn khoảng a Chia dòng điện thành phần tử nhỏ chiều dài Δs (trong phép tính tích phân thay r ds) Xét phần tử có tọa độ r , cảm ứng từ gây P uur r  s.r � uuu r μ I� � � B= 4π r  uur r s,r μ I.s.sinθ uuu r B = 4π r2 Vectơ B có độ lớn , phương vng góc với mặt phẳng  , có chiều xác định theo quy tắc vặn nút chai (hoặc tắc nắm tay phải) r uur I  s Mỗi phần tử dịng điện có tọa độ r ln gây cảm ứng từ P phương, chiều với Do phép cộng vec tơ thay phép cộng đại số: B=ΔB= � μ I.sinθ i Δsi = ri2 �.4π i μ 0I sinθ i Δs i � r2 4π i i đó, số i dùng để phân biệt vị trí khác dây dẫn (2.6.3) Việc tính tổng thực tế thay phép tính tích phân Trong phép tính tích phân, phần tử chiều dài dây dẫn Δs thay vi phân chiều dài ds Giá trị biểu thức (2.6.3) tính tích phân sau μ I.sinθ.ds B= � dB= �0 4π r2 x = a.cotgθ; r = Đổi biến số: ds = dx = Từ đó: a sinθ a.dθ sinθ2 π μI μI B = �  -sinθ  dθ = 4πa 2πa (2.6.4) Kết (2.6.4) thu giả thiết dây dài vô hạn nên cận tích phân lấy từ đến π Trong trường hợp dây dài hữu hạn thì: B= μ 0I  cosθ1 - cosθ2  4πa (2.6.5) Vậy từ trường dịng điện thẳng dài vơ hạn gây điểm P cách khoảng a có: B= μ 0I I = 2.10-7 2πa a, - Độ lớn - Phương vng góc với mặt phẳng chứa dây dẫn điểm P, - Chiều tuân theo quy tắc nắm tay phải Trên thực tế, khơng có dịng điện thẳng dài vơ hạn mà dịng điện khép kín hữu hạn Khái niệm dịng điện thẳng dài thực tế vận dụng để tính cảm ứng từ điểm cách dây khoảng nhỏ so với chiều dài đoạn dây dẫn khảo sát Bằng thí nghiệm từ phổ định hướng nam châm thử ta xác định hình dạng chiều đường sức từ từ trường dòng điện thẳng dài gây Hình vẽ cho thấy điều 3.2 Cảm ứng từ dòng điện dây dẫn tròn Xét dịng điện có cường độ I, chạy dây dẫn mảnh hình trịn bán kính R (gọi tắt khung dây tròn) Ta xác định cảm ứng từ gây điểm M trục khung dây tròn, cách tâm vòng tròn khoảng h R r h M μ I.l uu r B= 4π r , phương, chiều biểu tử I l Cảm ứng từ phần tử gây M có độ lớn diễn hình vẽ uu r Ta có nhận xét hai phần tử I l đối xứng qua tâm khung dây có độ lớn Cảm ứng từ tổng hợp cặp phần tử đối xứng có phương nằm trục đối xứng khung Vì vậy, cảm ứng từ tổng hợp khung dây trịn gây M có phương Từ μ I l.cosθ B= �Bn  �B.cosθ  � 4π r2 Vì phần tử dòng điện cách cách điểm M khoảng r khơng đổi, góc θ trục khung dây uuu r cảm ứng từ ΔB phần tử dòng điện gây M nên B= μ I cosθ Δl = � 4π r2 μ I cosθ 2πR 4π r2 (2.6.6) Mặt khác r  R + h2 cosθ = , R R = r R + h2 nên (2.6.6) viết lại μ I R2 B=  R +h  3/2 Thay giá trị μ = 4π.10 -7 (2.6.7) vào (2.6.7) -7 B = 2πI.10 R2  R +h  3/2 (2.6.8) Khi h = 0, tức M nằm tâm khung dây, cảm ứng từ có độ lớn 2π.10-7 I B= R Công thức (2.6.9) xác định cảm ứng từ tâm khung dây tròn (2.6.9) Chiều cảm ứng từ qua mặt phẳng khung dây xác định theo quy tắc đinh ốc 2: đặt đinh ốc vng góc với mặt phẳng khung dây, xoay đinh ốc theo chiều dịng điện chiều tiến đinh ốc chiều cảm ứng từ qua khung dây Để khảo sát hình dạng phân bố đường sức từ, ta dùng thí nghiệm tạo từ phổ định hướng nam châm thử Dưới hình ảnh đường sức từ từ phổ khung dây tròn Các đường sức từ móc vịng qua khung dây, đường sức từ qua tâm khung dây có dạng đường thẳng, đường sát khung dây gần tròn 3.3 Cảm ứng từ dòng điện ống dây dẫn thẳng Tiến hành tương tự mục (2.6.1) (2.6.2), chia ống dây thành đoạn nhỏ, chiều dài Δl , đoạn nhỏ có ΔN khung dây tròn Cảm ứng từ đoạn ống dây gây điểm M nằm trục ống dây, cách phần tử Δl khoảng l -7 ΔB = 2πI.10 ΔN R R2 +l2  3/2 Sử dụng kết (2.6.10) sau lấy tổng toàn ống dây thu độ lớn cảm ứng từ điểm M trục ống dây thẳng B= μ I.n  cosθ2 -cosθ1  (2.6.11) n số vịng dây đơn vị dài (mật độ dài) Công thức (2.6.11) thể cảm ứng từ phụ thuộc vào vị trí điểm M ống dây Nếu ống dây có kích thước bé so với chiều dài (gọi ống dây dài), cảm ứng từ trục ống dây B =μ 0.n.I = .n.I (2.6.12) Chiều cảm ứng từ ống dây xác định theo quy tắc đinh ốc 2: đặt đinh ốc dọc theo ống dây, xoay đinh ốc theo chiều dịng điện chiều tiến đinh ốc chiều cảm ứng từ ống dây Công thức (2.6.12) cho thấy từ trường ống dây dài Dùng thí nghiệm từ phổ xác nhận đắn nhận xét Nếu ống ống dây không đủ dài mật độ dài n bé từ trường ống dây gần Hình vẽ mơ tả hình dạng phân bố đường sức từ xung quanh ống dây tròn Từ trường Thật vậy, theo định nghĩa đường sức từ, đường sức từ đường ur thẳng song song cảm ứng từ B phương Nếu đường sức từ khơng cách độ lớn cảm ứng từ theo quy ước khác Trong thực tế, đường sức song song cách nhau; đồng nghĩa, vectơ cảm ứng điên từ điểm Vì vậy, đưa khái niệm điện trường dựa hai sở đường sức từ vectơ cảm ứng điện từ Từ trường có cảm ứng từ điểm gọi từ trường Từ trường có đường sức đường thẳng song song cách Có thể tạo từ trường nam châm Nếu cực khác tên nằm gần mặt phẳng đầu mút nam châm lớn từ trường Từ phổ nam châm hình chữ U cho thấy “đường mạt sắt” hai cực nam châm đường gần song song với cách Từ đó, coi từ trường khoảng hai cực nam châm hình chữ U từ trường Nguyên lý chồng chất từ Điện trường tuân theo nguyên lý chồng chất điện trường Từ trường tuân theo nguyên lý chồng chất Ngun lí có nội dung sau: - Vectơ cảm ứng từ vectơ cảm ứng từ ur B dòng điện tạo điểm M tổng uuu r B tất phần tử nhỏ dòng điện tạo điểm ur uuu r B  �B - Nếu từ trường nhiều dịng điện tạo uuu r uuu r uuur uuur n uuu r     B B1 B B n  �B i i 1 Vận dụng công thức (2.4.1), (2.4.4) (2.4.5) ta xác định cảm ứng từ hệ dòng điện gây điểm điểm khơng gian Ngun lí chồng chất trường nguyên lí phổ biến nghiên cứu trường lực Thực chất ngun lí hình thức khác nguyên lí thừa nhận rộng rãi học Niu-tơn ngun lí độc lập lực tác dụng LỰC TỪ Lực từ r Lực từ tác dụng lên phần tử mạch điện đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ B xác định công thức (2.7.1) Đây công thức Am-pe lực tác dụng từ trường lên dịng điện.Lực có phương r r B B vng góc với , có chiều liên hệ với theo quy tắc vặn nút chai : Quay cán vặn nút r chai từ đến B , vặn nút chai tiến theo chiều lực Ngoài quy tắc bàn tay trái dùng để xác định chiều : Đặt bàn tay trái cho đường cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay, chiều dòng điện từ cổ tay đến ngón tay, chiều ngón tay mở 900 chiều lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện Lực có độ lớn : ΔF = I.B Δl sin   góc hợp vectơ Δl Trường hợp đoạn dòng điện thẳng, chiều dài l, không đổi hướng độ lớn, đặt r B từ trường cơng thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện I : F = I.B.l.sin  (2.7.2) r đó,  góc hợp B chiều dịng điện Đây công thức Am-pe lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện thẳng đặt từ trường Lực tương tác hai dòng điện thẳng song song 2.1 Đặc điểm Giả sử có hai dịng điện thẳng song song cách đoạn r dòng điện cócường đ ộ I ,I lực tác dụng chúng F  10 I I r 7 Hai dòng điện hút chúng chiều đẩy chúng ngược chiều 2.2 Định nghĩa đơn vị Ampe Lực tương tác hai dịng điện thẳng dài vơ hạn dùng để định nghĩa đơn vị điện hệ SI, đơn vị cường độ dịng điện ampe Nếu công thức (2.7.4) lấy I1 = I2=I, d=1m, F=2.10-7N, l=1m, I=1A Vậy, ampe cường độ dịng điện dịng điện khơng đổi, chạy qua hai dây dẫn thẳng, song song, dài vô hạn, có tiết diện nhỏ khơng đáng kể, đặt chân khơng cách m, gây mét dây dẫn lực 2.10-7N Lực Lo-ren-xơ Lực từ có tác dụng lên đoạn dây dẫn có dịng điện chạy qua Mà dịng điện dịng chuyển dời có hướng điện tích tự bên Vậy điện tích tự có chịu tác dụng lực từ khơng? Nếu có phương lực từ tính nào? Thực nghiệm chứng minh điện tích chuyển động chịu tác dụng lực từ trường Chẳng hạn, sử dụng thí nghiệm có sơ đồ hình vẽ chứng minh tồn lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động Khi cho dịng điện qua vịng dây Hem-hơn sợi dây đốt bên bình thủy tinh, bình xuất vòng tròn sáng màu xanh nằm mặt phẳng vng góc với đường sức từ vịng dây Hem-hơn Hiện tượng giải thích sau: Do bị đốt nóng, sợi dây đốt phát xạ nhiệt electron Các electron chuyển động va chạm với phân tử khí bình Khi va chạm, electron iơn hóa phân tử khí làm phát quang Vậy vịng trịn sáng bình cho biết quỹ đạo electron từ trường Electron không chuyển động thẳng mà chuyển động tròn chứng tỏ từ trường tác dụng lực lên electron Biểu thức lực nhà bác học Lo-ren-xơ (Lorentz) xác định từ thực nghiệm nên gọi lực Lo-ren-xơ Vậy, hạt mang điện chuyển động từ trường chịu tác dụng lực gọi lực Lo-ren-xơ, xác định công thức ur r ur � f  q� v �.B � Trong đó, q điện tích hạt, r r v vận tốc hạt, B cảm ứng từ Từ công thức lực Lo-ren-xơ, độ lớn lực f = v B sin , với  góc hợp r v (2.8.2) r B Phương lực Lo-ren-xơ xác định thực nghiệm có phương vng góc với mặt phẳng chứa vectơ vận tốc hạt mang điện vectơ cảm ứng từ điểm khảo sát Chiều lực Lo-ren-xơ xác định theo quy tắc bàn tay trái : Đặt bàn tay trái duỗi thẳng đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay choãi 900 chiều lực Lo-ren hạt mang điện dương (q> 0) chiều ngược lại hạt mang điện âm Trong trường hợp q> quy tắc trùng với quy tắc bàn tay trái xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện Và thực chất quy tắc hiểu quy tắc bàn tay trái với ý chiều dòng điện theo quy ước chiều chuyển động điện tích dương Có thể tìm biểu thức lực Lo-ren dựa vào công thức Am-pe Xét lực tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng dài l, có cường độ dịng điện I chạy qua Theo cơng thức Am-pe, lực có biểu thức Trong với vec tơ mật độ dịng điện, S tiết diện vật dẫn, n mật độ hạt mang điện tự vật dẫn, vận tốc chuyển động hạt mang điện tích dương (nếu hạt mang điện tích âm hướng ngược lại), q điện tích hạt Lực tác dụng viết lại , với S Δl = V thể tích đoạn dây dẫn Mặt khác, N= S Δl n0 số hạt mang điện tự dòng điện đoạn dây dẫn Vì đoạn dây dẫn ta xét nhỏ nên hạt mang điện đoạn dây dẫn hồn tồn tương đương Từ đó, lực từ tác dụng lên hạt mang điện có điện tích q chuyển động với từ trường có cảm ứng từ : Như công thức lực Lo-ren-xơ xây dựng từ cơng thức lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dịng điện chạy qua đứng yên từ trường, vận tốc trung bình chuyển động định hướng điện tích Tuy nhiên, biểu thức mà tác dụng thu lực Lo-ren-xơ cho điện tích chuyển động vận tốc riêng chuyển động Lưu ý rằng, mơ hình để từ cơng thức Am-pe dẫn đến cơng thức lực Loren-xơ, cịn lực Lo-ren-xơ áp dụng với điện tích riêng lẻ chuyển động từ trường Ngay vật dẫn khơng có dịng điện hạt mang điện vật dẫn chuyển động nhiệt hỗn loạn có lực Lo-ren-xơ tác dụng lên chúng Thế chuyển động nhiệt không ưu tiên theo hướng nên lực tác dụng lên điện tích riêng biệt khơng có phương ưu tiên Kết lực tác dụng tổng hợp lên vật dẫn khơng Khó khăn trình dạy học chương từ trường - Khó khăn giải thích khái niệm từ trường, định nghĩa từ trường trừu tượng, quan sát mắt người, cầm nắm - Khi dạy đường sức từ, đường sức từ quan sát trực tiếp mắt thường nên học sinh khó hình dung - Sử dụng quy tắc nắm tay phải, bàn tay trái để xác định cảm ứng từ B lực từ Đề xuất lưu ý việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh; đề xuất phương pháp hình thức dạy học kiến thức chương từ trường - Để khắc phục khó khăn việc xây dựng số kiến thức chương “Từ trường” đề xuất số phương án sau: + Trong phần lực Lorentz, đưa thêm số ứng dụng lực Lorentz + Tìm hiểu quan niệm có trước HS, phân tích sai quan niệm để tìm cách thích hợp giúp HS tiếp cận kiến thức + Khai thác quan niệm có trước HS để tổ chức tốt hoạt động xây dựng kiến thức vận dụng kiến thức xây dựng cho em + Thiết kế hệ thống câu hỏi đúng, xác nghĩa vật lý gắn kết vấn đề cần tìm tịi với quan niệm có trước HS để làm bộc lộ chúng + Đặt HS vào vị trí trung tâm hoạt động dạy học Khuyến khích học tập hợp tác + Tổ chức dạy học kiến tạo phối hợp, kết hợp hài hòa phương pháp dạy học đặc biệt trọng tới phương pháp thực nghiệm VI Kết luận Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thơng việc làm quan trọng, cần thiết giáo viên Qua việc xác định phân tích kiến thức phần “Từ trường” giúp thân hiểu rõ kiến thức cách sâu sắc Từ đó, phần nâng cao kiến thức thân, phần làm tài liệu tham khảo giảng dạy phổ thơng sau Qua đó, giúp học sinh nắm vững kiến thức phần này, giải thích số tượng sống, hiểu ứng dụng tác hại tượng kĩ thuật đời sống VII Tài liệu tham khảo Nguyễn Thị Thu Thảo, Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Vận dụng Triz xây dựng hệ thống tập sáng tạo dùng cho dạy học Vật lý phần “Từ trường cảm ứng điện từ” lớp 11 trung học phổ thông nhằm bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh, trường đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh Đinh Thị Phương Thanh, Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Thiết kế website hỗ trợ dạy học hai chương “Từ trường” “Cảm ứng điện từ” lớp 11 (Cơ bản) nhằm nâng cao tính tích cực, tự lực sáng tạo cho học sinh , trường đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh Võ Quang Danh, ngiên cứu chương trình vật lí phổ thơng, phân tích chương từ trườn ... dựng lý thuyết vi mô tượng từ dựa lý thuyết học lượng tử vật lý chất rắn lý thuyết vi từ học, lý thuyết đômen từ, vách đômen, vật liệu sắt từ, tương tác trao đổi, phản sắt từ, Đi kèm với phát triển. .. phát triển thành lý thuyết tổng quát trường điện từ Vào năm 1905, Albert Einstein sử dụng định luật để xây dựng lý thuyết tương đối hẹp Thế kỷ 20 kỷ mà từ học phát triển mạnh mẽ từ việc tạo vật. .. cứu chương từ trường…………………………… II Lịch sử phát triển khoa học nghiêm cứu kiến thức từ học III Sơ đồ logic (graph) kiến thức chương từ trường IV Chuẩn kiến thức, kĩ chương từ trường V Phân tích