(Sáng kiến kinh nghiệm) hệ thống các bài tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG môn vật lí 11 và 12

Bài 1: Bài 2: Bài 3: STT Bài 17: 7.1 Bài 19: 7.2 10 MỤC LỤC Tên mục Lời giới thiệu Bài 6: Tên sáng kiến Bài 8: Tác giả sáng kiến Bài 10: Chủ đầu tư sáng kiến Bài 12: Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử Bài 15: Mô tả chất sáng kiến Về nội dung sáng kiến Khả áp dụng sáng kiến Bài 21: Những thông tin cần bảo mật Bài 23: Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu Bài 26: Bài 27: 10.1 áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả Bài 29: Bài 30: Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu Bài 4: Trang Bài 5: Bài 7: Bài 9: Bài 11: Bài 13: Bài 14: Bài 16: Bài 18: Bài 20: 30 Bài 22: 30 Bài 24: 31 Bài 25: 31 Bài 28: 31 Bài 31: 10.2 áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức, cá nhân 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu 32 Bài 32: 32 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung, bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí nói riêng cho kỳ thi tuyển học sinh giỏi vấn đề cấp quản lý, giáo viên trực tiếp giảng dạy quan tâm, trăn trở Đây công việc hàng năm, khó khăn thường nhiều thuận lợi có ý nghĩa trường THPT Kết thi học sinh giỏi số lượng chất lượng tiêu chí quan trọng, phản ánh lực, chất lượng dạy học trường, giáo viên học sinh Thực trạng trình độ nhận thức học sinh THPT chưa cao, đặc biệt học sinh vùng nông thôn, trung du phân phối thời gian cho học tập cịn so với lượng kiến thức SGK thiếu thốn sách tham khảo nên việc nhận dạng phân loại, tổng hợp dạng toán để xác định cách giải tốn khó khăn phần lớn học sinh Trong trình dạy học bồi dưỡng HSG vật lý 11,12 dạy phần cảm ứng điện từ nhận thấy em gặp khó khăn làm tập phần Đa số em làm toán đơn giản Đây dạng tốn khó phức tạp Vậy làm để học sinh giải tốn khó cảm ứng điện từ cách dễ dàng đơn giản? Để giải vấn đề bước vào nghiên cứu đề tài “Hệ thống tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG môn Vật Lí 11 12” Để từ giúp em học sinh có nhìn tổng qt tập cảm ứng điện từ khơng cịn cảm thấy khó khăn gặp dạng tốn Tên sáng kiến: “Hệ thống tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG mơn Vật Lí 11 12” Tác giả sáng kiến - Họ tên: Nguyễn Thị Thu Hà - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu, Yên Lạc, Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0988298140 E_mail: nguyenthithuhasp2@gmail.com Chủ đầu tư sáng kiến - Họ tên: Nguyễn Thị Thu Hà - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu, Yên Lạc, Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0988298140 E_mail: nguyenthithuhasp2@gmail.com Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Ơn tập học sinh giỏi Vật Lí 11, 12 Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử Ngày 01/ 01/ 2017 Mô tả chất sáng kiến Về nội dung sáng kiến 1 Cơ sở lí thuyết 1 Hiện tượng cảm ứng điện từ - Hiện tượng cảm ứng điện từ tượng xuất suất điện động cảm ứng mạch điện kín có biến đổi từ thơng qua mạch - Suất điện động cảm ứng + Trong mạch kín: Trong mạch điện kín, độ lớn suất điện động cảm ứng xác định định luật Fa-ra-đay; chiều dòng điện cảm ứng xác định định luật Len-xơ: * Điện luật Fa-ra-đay: ec = − N Δφ Δt (3.1) (Δ Φ độ biến thiên từ thông thời gian Δ t ; N số vòng dây mạch) * Định luật Len-xơ: Dịng điện cảm ứng có chiều cho từ thơng mà sinh qua mạch kín chống lại biến thiên từ thơng sinh ur + Trong đoạn dây có chiều dài l chuyển động với vận tốc v từ trường B , chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây xác định quy tắc “Bàn tay phải”: ur r   e = Blv sin α α = * Độ lớn suất điện động cảm ứng: c  B, v  ( ) (3.2) * Quy tắc “Bàn tay phải”: Đặt bàn tay phải hứng đường sức từ, ngón tay choãi hướng theo chiều chuyển động đoạn dây dẫn, chiều từ cổ tay đến ngón cịn lại chiều dịng điện cảm ứng đoạn dây Chú ý: Có thể coi đoạn dây dẫn nguồn điện chiều từ cổ tay đến ngón cịn lại chiều từ cực âm sang cực dương nguồn điện 1 TỰ CẢM Hiện tượng tự cảm - Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ mạch điện biến đổi dịng điện mạch gây - Hệ số tự cảm: L = Φ I (3.3) - Suất điện động tự cảm: etc = − L Δi Δt (3.4) (Δ i độ biến thiên dòng điện mạch thời gian Δ t ; L hệ số tự cảm mạch điện) Năng lượng từ trường - Năng lượng từ trường: W = Li - Mật độ lượng từ trường: w = (3.5) W (3.6) V (V thể tích vùng khơng gian từ trường) Phương pháp giải tập Với dạng tập tượng cảm ứng điện từ \ - Xác định xem mạch mạch kín hay đọan dây chuyển động - Nếu mạch kín thì: ΔΦ 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 Δ Φ < ; Bc ngược chiều với B Δ Φ > + Độ lớn suất điện động cảm ứng: ec = − N - Nếu đoạn dây chuyển động thì: ur r + Độ lớn suất điện động cảm ứng: ec = Blv sin θ , θ =  B, v  ur + Chiều dòng điện cảm ứng: Áp dụng quy tắc “Bàn tay phải”: B đâm vào lòng bàn r tay, v hướng theo ngón chỗi ra, I chiều với ngón cịn lại - 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 vịng dây…); α biến thiên (quay vòng dây…) + 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 công thức định luật Ôm để xác định đại lượng điện l, r…: định luật Niu-tơn để xác định đại lượng học v, a, s… 2 Với dạng tập tượng tự cảm - Sử dụng công thức: + Hệ số tự cảm: L = Φ i + Suất điện động tự cảm: etc = − L Δi Δt + Năng lượng từ trường: W = Li + Mật độ lượng từ trường: w = W V (V thể tích vùng khơng gian từ trường) - Một số ý: + Với ống dây hình trụ * Hệ số tự cảm ống dây: L = µµ0 n 2V B2 V * Năng lượng từ trường ống dây: W = µµ0 B2 * Mật độ lượng từ trường ống dây: w = 2µµ0 ( µ độ từ thẩm mơi trường ống dây, khơng khí: µ = 1; V = Sl : Thể tích ống dây) + Kết hợp số công thức: Φ = BS cos α ; B = µ0 nI = µ0 N I I Bài tập vận dụng có lời giải chi tiết Bài 1: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2008 - 2009) Thanh kim loại CD chiều dài l=20cm khối lượng m=100g đặt vng góc với hai ray song song nằm ngang nối với nguồn điện (hình 1) Hệ thống đặt từ trường B hướng thẳng đứng từ xuống B=0,2T Hệ số ma sát CD ray k=0,1 Bỏ qua điện trở ray, điện trở nơi tiếp xúc dòng điện cảm ứng mạch Lấy g=10m/s2 a) Biết CD trượt sang trái với gia tốc a=3m/s2 Xác định chiều độ lớn dòng điện I qua CD b) Nâng hai đầu A, B ray lên để ray hợp với mặt phẳng ngang góc α=30o Tìm hướng gia tốc chuyển động thanh, biết bắt đầu chuyển động không vận tốc đầu C B B U A Hình D HƯỚNG DẪN GIẢI a) Các lực tác dụng lên hình vẽ - Do trượt sang trái nên lực F hướng sang trái Theo quy tắc bàn tay trái, dòng điện I qua có chiều từ D đến C - Theo định luật II Niutơn ta có: N B A D F P Fms + Phương ngang: F-Fms=ma (*) + Theo phương đứng: -P+N=0 → Fms=kN=kmg (*)→ BIl –kmg=ma →I = m(a + kg ) = 10( A) lB b) Các lực tác dụng lên hình vẽ - Xét phương Oy: B N − P − Fy = → N = p y + Fy = mg cos α + BIl sin α = + 0,2 A - Độ lớn lực ma sát trượt: Fms = kN = 0,05 + 0,02 Fms F y O x α - Ta có: Px=mgsinα=0,5N, Fx=BIlcosα= 0,2 ( N ) - Vì Px>Fx+Fms nên CD trượt dọc theo ray xuống, lực ma sát lực ma sát trượt hướng dọc theo ray lên N P - Xét theo phương Ox ta có: Px − Fx − Fms = ma → a = mg sin α − BIl cos α − k (mg cos α + BIl sin α ) ≈ 0,47m / s m Bài 2: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2010 - 2011) Hai kim loại song song, thẳng đứng có điện trở không đáng kể, đầu nối vào điện trở R = 0,5Ω Một đoạn dây dẫn AB, độ dài l = 14cm , khối lượng m = g , điện trở r = 0,5Ω tì vào hai kim loại tự trượt không ma sát xuống ln ln vng góc với hai kim loại Tồn hệ thống đặt từ trường có hướng vng góc với mặt phẳng hai kim loại có cảm ứng từ B = 0, 2T Lấy g = 9,8m / s a) Xác định chiều dòng điện qua R R A ur B • B Hình b) Chứng minh lúc đầu AB chuyển động nhanh dần, sau thời gian chuyển động trở thành chuyển động Tính vận tốc chuyển động tính UAB c) Bây đặt hai kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ur ngang góc α = 60o Độ lớn chiều B cũ Tính vận tốc v chuyển động AB UAB HƯỚNG DẪN GIẢI I a) Do xuống nên từ thông qua mạch tăng Áp dụng định uuu r ur luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng sinh Bcu ngược chiều B (Hình vẽ) R uuu r u r• Bcu B A B Áp dụng qui tắc nắm bàn tay phải, I chạy qua R có chiều từ A → B b) Ngay sau bng AB chịu tác dụng trọng lực P = mg nên chuyển động nhanh dần → v tăng dần - Đồng thời, sau mạch xuất dòng điện I nên AB chịu thêm tác dụng lực từ F = BIl có hướng lên - Mặt khác, suất điện động xuất AB là: e = →F = ∆Φ e Blv = Blv nên I = = ∆t R+r R+r B 2l v R+r Cho nên v tăng dần F tăng dần → tồn thời điểm mà F=P Khi chuyển động thẳng uu r ur N F uur -Khi chuyển động thì: ur P1 I α F = mg → ur urB P B1 α uur B2 B 2l v ( R + r )mg (0,5 + 0,5).2.10 −3.9,8 = mg → v = = = 25(m / s) - Hiệu điện R+r B 2l 0, 22.0,142 Blv 0, 2.0,14.25 hai đầu là: U AB = I R = R + r R = 0,5 + 0,5 0,5 = 0,35(V ) c) Khi để nghiêng hai kim loại ta có hình vẽ bên: - Hiện tượng xảy tương tự trường hợp b) ta thay P Psinα, thay B B1 với B1=Bsinα - Lập luận tương tự ta có: F = mg sin α → ( B sin α ) l v ( R + r )mg sin α (0,5 + 0,5).2.10 −3.9,8.sin 60 = mg sin α → v = = = 28,87( m / s ) R+r ( B sin α ) l (0, 2.sin 60o ) 0,14 - Hiệu điện hai đầu là: U AB B sin α lv 0, 2.sin 60o.0,14.28,87 = I R = R = 0,5 = 0,35(V ) R+r 0,5 + 0,5 Bài 3: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2011 - 2012) Hai ray có điện trở khơng đáng kể ghép song song với nhau, cách khoảng l mặt phẳng nằm ngang Hai đầu hai nối với điện trở R Một kim loại có chiều dài l, khối lượng m, điện trở r, đặt vng góc tiếp xúc với hai ur r Hệ thống đặt từ trường B có R l v phương thẳng đứng (hình 3) u r B Kéo cho chuyển động với vận tốc v a) Tìm cường độ dịng điện qua hiệu điện hai đầu Hình 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 toàn HƯỚNG DẪN GIẢI 1) Suất điện động cảm ứng: E = Blv a) Cường độ dòng điện: I = Blv R+r Hiệu điện hai đầu thanh: U=I.R= BlvR R+r 2) 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: 1 1 1 CU 02 = CU + mv gh hay CU 02 = CB l v gh2 + mv gh2 2 2 2 vgh = U C CB l + m 2 Bài 4: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2012 - 2013) Một dây dẫn cứng có điện trở nhỏ, uốn thành khung phẳng ABCD nằm mặt phẳng nằm ngang, cạnh BA CD đủ dài, song song nhau, cách khoảng l = 50 cm Khung đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,5 T, đường sức từ hướng vng góc với mặt phẳng khung (Hình 4) Thanh kim loại MN có điện trở R= 0,5 Ω trượt khơng ma sát dọc theo hai cạnh AB CD Hình Hãy tính cơng suất cần thiết để kéo MN trượt với vận tốc v=2 m/s dọc theo AB CD So sánh công suất với công suất tỏa nhiệt MN Thanh MN trượt ngừng tác dụng lực Sau cịn trượt thêm đoạn đường khối lượng m = g? HƯỚNG DẪN GIẢI Khi MN chuyển động dịng điện cảm ứng xuất theo chiều từ M→N - Cường độ dòng điện cảm ứng bằng: I = E Bvl = R R  - Khi lực từ tác dụng lên MN hướng ngược chiều với v có độ lớn: B 2l v Ft = BIl = R - Do MN chuyển động nên lực kéo tác dụng lên phải cân với lực từ B 2l 2v - công suất (công lực kéo) xác định: P = Fv = Ft v = R 10 Q = C.U MN 3Blv   Q = C ( E1 − I r ) = C  Blv − r ÷ = 2.10−7 (C ) R + 2r   Bản tích điện dương tụ nối phía điểm M Bài 15: (HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2012 – 2013 VỊNG 2) Đầu hai kim loại thẳng, song song cách L đặt thẳng đứng nối với hai cực tụ có điện dung C hình 15 Hiệu điện đánh thủng tụ điện U T Hệ thống đặt từ r trường có véc tơ cảm ứng từ B vng góc với mặt phẳng hai Một kim loại khác MN củng có chiều dài L trượt từ đỉnh hai xuống với vận tốc ban đầu v0 Cho q trình trượt MN ln tiếp xúc vng góc với hai kim loại Giả thiết kim loại đủ dài bỏ qua điện trở mạch điện, ma sát không đáng kể C M r v0 + r B Hình 15 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 HƯỚNG DẪN GIẢI a) Vì R=0 nên suất điện động cảm ứng MN hiệu điện hai tụ E = U C ⇔ BLv = U C (1) …… Phương trình Định luật II Newton cho chuyển động M N P − Ft = ma ⇔ mg − BLI = ma (2) …… Với Ft lực từ tác dung lên thanh, a gia tốc thanh, I cường độ dòng điện qua mạch khoảng thời gian ∆t Ta có I = ∆U C ∆q =C ∆t ∆t (3) …… Từ (1) suy ∆U C = BL∆v thay vào (3) ta được: I = CBL ∆v = CBLa ∆t Thay (4) vào (2) ta được: a = (4) …… mg = số m + CB L2 Điều chứng tỏ MN chuyển động nhanh dần b) Thanh MN trượt nhanh dần với vận tốc v = v0 + at = v0 + mg t m + CB L2 (5) 20 N Khi UC = UT tụ bị đánh thủng, vận tốc v = UT BL (6)… Từ (5) (6) suy thời gian trượt tụ bị đánh thủng là: t=  UT  − v0 ÷( m + CB L2 )  mg  BL  Bài 16: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2012 -2013) Một sợi dây dẫn đồng nhất, tiết diện ngang S = mm2, điện trở suất uốn thành vịng trịn kín, bán kính r = 25 cm Đặt vịng dây nói vào từ trường cho đường sức từ vuông góc với mặt phẳng vịng dây Cảm ứng từ từ trường biến thiên theo thời gian B = kt, với t tính đơn vị giây (s) a) Tính cường độ dịng điện cảm ứng vịng dây b) Tính hiệu điện hai điểm vòng dây c) Nối vào hai điểm M, N vịng dây vơn kế (có điện trở lớn) dây dẫn thẳng có chiều dài hình vẽ Tính số vơn kế HƯỚNG DẪN GIẢI a Độ lớn suất điện động vòng dây là: E= M  + B V N Hình 16 ∆Φ ∆ ( BS) π r ∆ ( kt ) = = ∆t ∆t ∆t l 2π r Điện trở vòng dây: R = ρ S = ρ S 0 Cường độ dòng điện cảm ứng: I= krS0 0,1.0, 25.10−6 E kπ r = = = = 0, 625A R ρ 2π r 2ρ 2.2.10−8 S0 b Lấy hai điểm M, N vòng dây, chia vịng dây làm hai cung có chiều dài l1, l2 Vịng dây tương đương với mạch kín gồm hai nguồn E1, r1 r2, E2, E1 r1 l1 = = hay E1r2 = E2 r1 E2 r1 l2 Áp dụng định luật ôm cho cac đoạn mạch MN ta có: I= E1 + U MN E2 − U MN = r1 r2 ⇒ U MN = E2 r1 − E1r2 r1 + r2 21 c Sợi dây nối vơn kế M N chia diện tích vòng dây thành hai phần S1 = S r2 r2  π  − =  − 1÷ 22  S = S − S1 = π r − r2  π  r  3π   3π +  − = + 1÷ =   ÷  ÷S1 2  2   π −2  Suất điện động điện trở cung l1 , l2 có độ lớn tương ứng là: E1 = ∆Φ ∆Φ1  3π +  = kS2 = k  = kS1 E = ÷S1 ∆t ∆t  π −2  r2 = 3r1 = 3πρ r r= S0 Áp dụng định luật ôm cho cac đoạn mạch MN ta có: I= E1 + U MN E2 − U MN = r1 r2 ⇒ U MN  3π +  k S1r1 − kS1.3r1 E2 r1 − E1r2 2kS1 π −2 ÷   = = = r1 + r2 4r1 π −2 Hay ⇒ U MN = kr 0,1.0, 252 = = 3,125.10−3 V 2 Bài 17: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2013 -2014 – VÒNG 1) Một khung dây dẫn phẳng, hình vng cạnh a, khối r lượng m, điện trở R ném ngang từ độ cao h so với B mặt đất với vận tốc v0 vùng có từ trường với véc tơ a + r cảm ứng từ B có phương vng góc với mặt phẳng khung dây hình vẽ, có độ lớn phụ thuộc vào độ cao h so với Hình 17 mặt đất theo quy luật B = B0 + k.h với B0, k số dương (B0, k > 0) Lúc ném mặt phẳng khung dây thẳng r đứng, vuông góc với B khung khơng quay suốt q trình chuyển động r v0 a, Tính tốc độ cực đại mà khung đạt b, Khi khung chuyển động với tốc độ cực đại cạnh khung cách mặt đất đoạn h1 mối hàn đỉnh khung O bị bung (khung hở) Bỏ qua lực cản Xác định r x hướng vận tốc khung trước chạm đất F1 HƯỚNG DẪN GIẢI r F2 a, Tốc độ cực đại: y IC r +B r F3 r F4 22 - Chiều dòng điện cảm ứng lực từ tác dụng lên cạnh khung hình vẽ - Ta có: Ec = IC = ∆B.S k ∆h.S = ∆t ∆t Ec k ∆h.S k a = = vy R R.∆t R - Lực từ tổng hợp F có phương thẳng đứng hướng lên, có độ lớn F = F1 − F3 = ( B1 − B3 ).I c a = k a v y R - F tăng theo vy đến F = P khung chuyển động với vận tốc v ymax phương thẳng đứng - Khi khung chuyển động đều, giảm, động không đổi, xét khoảng thời gian ∆t , độ giảm nhiệt lượng tỏa khung: mgVy max ∆t = RI c ∆t  ka 2Vymax ⇒ mgVymax ∆t =   R   mgR R∆t ⇒ Vy max = ÷ ÷ k a  - Trên phương ngang khung chuyển động Vx = V0 - Tốc độ cực đại khung đó: V = V y max  mgR  + V =  ÷ + V02 ………… … k a  b, Hướng vận tốc trước chạm đất: '2 - Khi chạm đất, vận tốc phương thẳng đứng: Vy = Vy max + gh1 ………….…… - Góc hợp vận tốc phương ngang α với:  mgR  '  ÷ + gh1 Vy k a  tan α = = V0 V0 Bài 18: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2014 -2015 – VỊNG 1) Một khối kim loại hình hộp chữ nhật có dịng điện cường độ I chạy theo chiều từ N1 đến N Khối kim loại đặt từ ur trường có cảm ứng từ B theo hướng QM Hình 18 Khi M N có hiệu điện U MN Biết MN = a, MQ = b mật độ electron tự kim loại n Giải thích xuất UMN tính UMN u r B M1 M N Q P N1 I Hình 18 23 P1 HƯỚNG DẪN GIẢI: Khi dòng điện chạy qua khối kim loại, tác dụng lực Loren-xơ, electron tự bị kéo sang mặt phẳng NN 1P1P (theo qui tắc bàn tay M1 ur N1 trái) Do xuất điện trường E hướng từ M sang N ur B Điện trường gây lực điện ngược chiều với lực Lorenxơ lên electron cản trở tập trung electron ur mặt phẳng NN1P1P Khi hai lực cân điện trường E đạt giá trị ổn định, M N có hiệu điện ổn định (1) Khi lực điện lực Loren-xơ nhau: e E = e Bv ⇒ E = Bv M N Q P I P1 (2) Trong v vận tốc chuyển động có hướng electron Xét điện lượng chuyển qua tiết diện MNPQ khoảng thời gian ∆t: ∆q = n e ab v.∆ t (3) ∆q I Theo định nghĩa: I = ∆t = n e ab v ⇒ v = n e ab (4) BI Thay (4) (2) vào (1) ta được: U MN = n e b Bài 19: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2014 -2015 – VỊNG 2) Trong mạch điện Hình 19, khóa K đóng thời gian Δt1 đó, sau ngắt Nguồn điện có suất điện động E, tụ điện có điện dung C, cuộn cảm có độ tự cảm L Bỏ qua điện trở nguồn dây nối Tìm khoảng thời gian Δt biết sau ngắt K, hiệu điện cực đại tụ điện 2E HƯỚNG DẪN GIẢI: K + _ E L C Hình 19 Đóng K, tụ điện gần tích điện với hiệu điện U=E cịn dịng điện qua cuộn cảm tăng dần tượng cảm ứng điện từ Gọi dòng điện qua K cuộn cảm Δt1 I Ta có I −0 E L = E ⇒ I = ∆t1 ∆t1 L + _ E C L Hình 19 Sau ngắt K, tụ điện phóng điện qua cuộn cảm Theo định luật bảo tồn lương cường độ dòng điện qua cuộn cảm hiệu điện hai tụ đạt giá trị cực đại Ta có 1 E  C ( E ) = L  ∆t1 ÷ + CE 2 L  ⇒ ∆t1 = 3LC 24 Bài 20: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2015 -2016 – VỊNG 1) Cho dây dẫn đồng chất uốn thành vòng trịn hình hình số hình 20 M, N điểm tiếp xúc cách điện hai vòng (M trên, N dưới) Vòng bán kính r1, vịng bán kính r2, từ trường có hướng vng góc với mặt Hình 20 phẳng vịng dây có độ lớn tăng theo thời gian (B = B0.t) Nếu gấp vịng vào phía vịng hiệu điện M N tăng lần Cho điện trở đơn vị chiều dài dây dẫn ρ HƯỚNG DẪN GIẢI: - Điện trở vòng R1 = 2π r1 ρ , điện trở vòng R2 = 2π r2 ρ - Suất điện động vòng là: ε1 = B0π r12 ; ε = B0π r22 - Dựa hình vẽ, vịng ngồi dịng điện mạch là: 2 ε1 − ε B0π ( r1 − r2 ) B0 ( r1 − r2 ) I= = = R1 + R2 2πρ ( r1 + r2 ) 2ρ - Tacó : U MN = I R2 + ε = B0 ( r1 − r2 ) 2π r2 ρ + B0π r22 = B0π r1r2 2ρ - Khi vịng lồng vào biểu thức dòng điện là: 2 2 ε1 + ε B0π ( r1 + r2 ) B0 ( r1 + r2 ) I'= = = R1 + R2 2πρ ( r1 + r2 ) ρ ( r1 + r2 ) Ta có U 'MN = I '.R2 − ε = U' ( B0 r12 + r22 ) 2π r ρ − B π r ρ ( r1 + r2 ) 2 = B0π r1r2 r1 − r2 r1 + r2 r −r MN Vậy U = r + r MN Bài 21: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2016 -2017) 25 Trên hai đường ray kim loại song song nằm ngang người ta đặt B C L kim loại có khối lượng m = 1,0g m điện trở R = 0,5ῼ Chiều dài K khoảng cách hai đường ray Hình 21 L=10 cm, hình 21 Đường ray nằm từ trường có cảm ứng B= 0,1 T hướng từ hình vẽ đến mắt người đọc Hai đường ray nối với tụ điện có điện dung C = 1,0F, tích điện đến hiệu điện ban đầu U 0=5,0V Bỏ qua độ tự cảm hệ Sau đóng khóa K, kim loại bắt đầu chuyển động sang phải (đi xa tụ điện) Hãy vẽ dấu điện tích tụ điện Tính gia tốc sau khóa K đóng Tìm biểu thức tính vận tốc giới hạn v ∞ đường ray dài Với giá trị cảm ứng từ B vận tốc tới hạn đạt giá trị cực đại vmax? Tính giá trị cực đại vmax HƯỚNG DẪN GIẢI Để kim loại chuyển động sang phải, dòng điện phải có chiều hình vẽ Từ ta có dấu bả tụ điện Ngay vừa đóng khóa, hiệu điện hai U 0, cường độ dòng điện chạy I0 = U0 R Lực từ tác dụng lên thanh: F = I0 BL = Gia tốc : a = U BL R F0 U BL = = 100m / s m mR Viết lại phương trình định luật II niuton dạng : m Δv = IBL Δt ∆q ⇒ mΔv = - BLΔq ⇒ mv = BL ( q - q ) = CBL ( U - U ) ∆t Khi đạt vận tốc tới hạn v∞ , không dòng qua nữa, hiệu điện hai Mặt khác: I = 2 tụ điện suất điện động cảm ứng U ∞ = v∞ BL ⇒ ( m+CB L ) v ∞ = CBLU ⇒ v∞ = CBLU m+CB2 L2 26 v∞ = CBLU CLU = 2 m m+CB L +CBL2 B m m Áp dụng bất đẳng thức cosi để xác định v max ta có: +CBL2 ≥ CBL2 = 2L mC B Dấu xảy khi: ⇒ v∞ = U0 B m m = CBL2 ⇒ B= = 0,316T B L C C = 79,1m/s m Bài 22: ( HSG TỈNH QUẢNG BÌNH 2017 -2018) Thanh dẫn EF có điện trở mét chiều dài ρ, chuyển động với vận tốc v tiếp xúc với dẫn AC, AD tạo thành mạch kính AC hợp với AD góc α, hệ thống đặt từ trường có cảm ur ứng từ B vng góc với mặt phẳng chứa hai hình 22 Cho AC L0 bỏ qua điện trở AD AC Tìm nhiệt lượng tỏa mạch thời gian EF chuyển động từ A đến C theo phương vng góc với AC D E α A ur B r v F Hình 22 HƯỚNG DẪN GIẢI Gọi L khoảng cách hai điểm tiếp xúc EF L = v.t.tan α Xét khoảng thời gian ∆t nhỏ diện tích quét được: ∆S = L.v.∆t Từ thông qua ∆S là: ∆φ = B.∆S = B.L.v.∆t = B.v t.tan α ∆t Suất điện động tức thời có độ lớn : ∆φ ec = = B.v t.tan α ∆t D E A r v α ur B F Điện trở đoạn dây dẫn hai điểm tiếp xúc : R = ρ L = ρ v.t.tan α Cường độ dòng điện tức thời qua mạch : I= ec B.v = R ρ 27 C C Công suất tỏa nhiệt tức thời : P = I R = B v t.tan α ρ Thời điểm hết đoạn AC : t0 = Công suất trung bình : P= L0 v B v t0 tan α 2.ρ Bài 23: ( HSG 12 TỈNH VĨNH PHÚC 2007 -2008) a) Một lắc lò xo khối lượng m (bằng điện môi) độ cứng k treo thẳng đứng Người ta gắn dẫn với m cho dẫn trượt không ma sát hai ray kim loại song song thẳng đứng cách khoảng L Dùng dây dẫn nối tụ C với hai ray để k m tạo thành mạch kín Tồn hệ thống đặt từ trường B (Hình 23) Tìm chu kì dao động hệ Bỏ qua điện trở dẫn, kim loại, dây nối khối lượng dẫn, lò xo B C b) Một kim loại MN chiều dài ℓ, khối lượng m, treo nằm ngang hai lò xo nhẹ chất điện môi, giống Hệ số đàn hồi lò xo k, hệ đặt từ  trường B (Hình 23a) Khi đứng cân bằng, người ta phóng vào dịng điện có cường độ I, chiều từ N đến M thời gian τ ngắn Hình 23 M Hình 23a N *) Hỏi MN rời khỏi vị trí cân đoạn A lớn bao nhiêu? (bỏ qua dịch chuyển thời gian phóng điện τ) *) Ngay sau phóng điện vào MN, người  ta làm triệt tiêu từ trường B bắt đầu dao động điều hồ Biết q trình dao động vật, đồ thị phụ thuộc vận tốc theo thời gian biểu diễn (Hình 23b), khối lượng m = 300g Xác định độ cứng k lò xo v (cm/s) V0 V0/2 0,1 t(s) -V0 Hình 23b HƯỚNG DẪN GIẢI: 28 a) độ lệch y, vật có vận tốc v, suất điện động cảm ứng mạch: E=BLv Điện tích tụ điện: q=C.U=C.E=CBLv dq dv = CBL Khi dẫn xuống, lực từ tác dt dt dv dụng lên dẫn hướng lên có độ lớn: Ftừ=BIL= CB L2 dt - Cường độ dòng điện mạch: I = - Theo định luật II Niutơn: mg − ky − CB L2 mg dv d2y = m Đặt u = y − , ta có: k dt dt d 2u k m + CB L2 → Chu kỳ dao động: + u = T = π dt m + CB L2 k b) Độ dãn lò xo MN vị trí cân xác định bởi: mg = 2kx0 → x0 = mg - Trong thời gian phóng điện, chịu tác dụng lực từ 2k F = BI l Sau thời gian τ, đạt vận tốc v xác định định mv BIlτ = F →v= (1) τ m luật II Newtơn: - Vì bỏ qua dịch chuyển thời gian τ, nên bỏ qua tác dụng dòng cảm ứng thời gian Thanh xuống tới vị trí thấp nhất, cách vị trí cân đoạn A Chọn mốc tính trọng trường vị trí thấp - áp dụng định luật bảo tồn lượng ta có: 2 mv2 k  mg  k  mg m  +  + mgA =  +A÷ → A = v ÷ 2  2k   2k 2k  Từ (1) (2) → A = - Tại thời điểm t = → ( 2) v = ωA cosϕ = BI l τ 2mk → cosϕ = - Vì vật dao động điều hoà, nên ω = - Từ đồ thị, ta thấy: Lúc t = → v = 2k m v0 π ⇒ϕ=± ( 1) Vmax=ωA=Vo v0 > chứng tỏ vật chuyển động theo chiều dương trục toạ độ Liền sau vận tốc có độ lớn tăng chứng tỏ vật chuyển động vị trí cân → x0 < r → Asinϕ < → sinϕ < → ϕ =  π P’ −π π π x0 v O p 5π Khi v = →cos ωt − ÷ = → ωt − = + kπ → ωt = + kπ 3  29 Vì t > → k = 0, 1, 2…Lần v = ứng với kmin = → ωt1 = →ω = 5π 5π →ω= 6t1 2 25π ( 2) Từ (1) (2) ⇒ k = mω = 0,3.25 π ≈ 103( N / m) 2.9 Bài 24: ( HSG 12 TỈNH VĨNH PHÚC 2013 -2014) Một bi kim loại, nhỏ khối lượng m gắn vào kim loại mảnh nhẹ dài L Thanh treo cố định O quay dễ dàng quanh O Trong q trình chuyển động hịn bi ln tiếp xúc với vòng tròn kim loại Hệ thống mắc với tụ điện C tạo thành mạch kín đặt từ trường có véc tơ cảm ứng từ r B vng góc với mặt phẳng mạch điện Bỏ qua ma sát điện trở dây nối Đưa kim loại đến vị trí lệch khỏi phương đứng góc α0 nhỏ thả nhẹ Tìm chu kì dao động điều hịa hịn bi O • L m α0 B + C Hình 24 HƯỚNG DÃN GIẢI Xét li độ α, tốc độ góc ω = α ' = dα dt α L2α L2α dφ L2α ' → s = π.L = → φ = B.S = B → e C = − = − B 2π 2 dt 2 L α' → q = C.eC = −C.B m.(Lω) q mgL(1 − cos α ) + + = const Bảo toàn lượng: 2C → mgL α mL2 C2 B2 L4 + (α ') + (α ') = const 2 8C Đạo hàm hai vế theo thời gian: 2α.α ' mL2 C B2 L4 mgL + 2α '.α ''+ 2α '.α '' = 2 8C → α '' = − mg 2π α = −ω2 α → T = = 2π B LC ω mL + B2 L3C mg mL + Khả áp dụng sáng kiến - Áp dụng buổi dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí lớp 11,12 trường THPT Đồng Đậu Kết học sinh nắm vững kiến thức kĩ năng, có khả vận dụng vào linh hoạt giải kết thi học sinh giỏi đạt kết cao năm học 2016 – 2017, 2017-2018, 2019-2020 30 - Sáng kiến áp dụng q trình dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 11, 12 khối trung học phổ thông nước Kết luận: Để đạt hiệu cao công tác dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 11,12 , gây hứng thú cho học sinh học môn Vật Lí lớp 11,12 giáo viên phải thường xuyên nâng cao trình độ chun mơn, nghiệp vụ Để nâng cao chuyên môn, nghiệp vụ người giáo viên phải không ngừng học hỏi, tự học, tự bồi dưỡng nâng cao kiến thức trình độ hiểu biết xã hội mình, trình giảng dạy đổi phương pháp giảng dạy, kiểm tra, đánh giá, thường xuyên Những thông tin cần bảo mật (nếu có): khơng Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến - Giáo viên giảng dạy mơn Vật Lí lớp 11 trường THPT toàn quốc - Học sinh học giỏi học sinh u thích mơn Vật Lí lớp 11,12 trường THPT toàn quốc - Sách giáo khoa sách giáo viên Vật Lí lớp 11 - Thời gian thực dạy bồi dưỡng học sinh giỏi - Một số tài liệu tham khảo khác 10 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến 10.1 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: - Khi áp dụng sáng kiến q trình soạn, giảng ơn thi học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 11,12, để tìm tập hay, chứng minh đơn giản Tôi thấy thân phải đầu tư cho chuyên môn mình, ln tìm tịi tập mơi để lồng ghép vào giảng - Khi áp dụng sáng kiến vào giảng mơn Vật Lí trình bồi dưỡng học sinh giỏi, trường THPT Đồng Đậu Tôi nhận thấy học sinh học tập hứng thú hơn, sơi bàn luận vấn đề có liên quan đến nội dung học, học sinh chịu khó đọc sách sưu tầm kiến thức để viết thu hoạch - Đặc biệt năm học 2016 – 2017 bồi dưỡng + em học sinh lớp 11 thi giỏi 12 kết cụ thể sau: 01 giải nhì (em Lê Thị Hồi lớp – 11A1), 01 giải ba (em Phạm Thị Hào – Lớp 11A1) 31 +2 em học sinh lớp 11 thi casio 12 kết cụ thể sau:01 giải nhì ( em Lê Thị Hoài lớp 11A1), 01 giải khuyến khích( em Phạm Thị Hào – Lớp 11A1) + em học sinh lớp 11 thi Học sinh giỏi lớp 11 , kết em đạt giải cụ thể sau: 01 giải (Em Phạm Thị Hào – Lớp 11A1), 02 giải nhì (Lê Thị Hồi – Nguyễn Xuân Trường Lớp 11A1), 02 giải ( Nguyễn Thị Bích Giang – Phạm Văn Long - Lớp 11A1), 01 giải khuyến khích (Cao Quang Thịnh – Lớp 11A1) - Năm 2017 -2018 bồi dưỡng: +2 em tham gia thi học sinh giỏi 12 theo đề chuyên kết cụ thể sau: hai em Phạm Thị Hào Lê Thị Hoài học sinh lớp 12A1 đạt giải khuyến khích + em tham gia học sinh giỏi 12 cấp tỉnh, kết em giải cụ thể sau: 03 giải nhì( em Phạm Thị Hào, Phạm Văn Long, Nguyễn Xuân Trường ), 03 giải ba ( Lê Thị Hồi, Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Thị Bích Giang), 02 giải Khuyến Khích (Cao Quang Thịnh, Dương Thị Huyền) - Năm 2019 -2020 bồi dưỡng: em tham gia học sinh giỏi vượt cấp lớp 12 đạt giải khuyến khích cụ thể cá em: + Nguyễn Thị Hương lớp 11A1 + Nguyễn Tuấn Anh lớp 11A1 + Chu Lam Sơn lớp 11A1 10.2 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức, cá nhân: - Khi áp dụng sáng kiến trình soạn, giảng ơn thi học sinh giỏi mơn vật lí lớp 11, 12 tất giáo viên nhóm Lí trường THPT Đồng Đậu nhận thấy tăng cường kĩ năng: sưu tầm tài liệu, trau dồi kiến thức, làm việc nhóm - Khi áp dụng sáng kiến vào giảng mơn vật lí trường THPT Đồng Đậu Chúng nhận thấy học sinh học tập hứng thú với toán mạch điện chứa tụ 32 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu Số Tên tổ chức/cá nhân TT Nguyễn Thị Thu Hà Nguyễn Đức Thụ Nguyễn Văn Tuấn Trần Văn Tuấn Phạm Văn Nam Nguyễn Thị Luận , ngày tháng năm Thủ trưởng đơn vị/ Chính quyền địa phương (Ký tên, đóng dấu) Địa Phạm vi/Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 11 ,12 THPT Đồng Đậu Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 12 THPT Đồng Đậu Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 11,12 THPT Đồng Đậu Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 12 THPT Đồng Đậu Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 11, 12m THPT Đồng Đậu Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 11 THPT Đồng Đậu , ngày tháng năm CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN CẤP CƠ SỞ (Ký tên, đóng dấu) Yên Lạc, ngày 15 tháng 02 năm 2020 Tác giả sáng kiến (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Thị Thu Hà 33 34 ... giải vấn đề bước vào nghiên cứu đề tài ? ?Hệ thống tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG mơn Vật Lí 11 12? ?? Để từ giúp em học sinh có nhìn tổng qt tập cảm ứng điện từ khơng cịn cảm thấy khó khăn... khăn gặp dạng tốn Tên sáng kiến: ? ?Hệ thống tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG mơn Vật Lí 11 12? ?? Tác giả sáng kiến - Họ tên: Nguyễn Thị Thu Hà - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu,... dụng sáng kiến Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 11 ,12 THPT Đồng Đậu Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 12 THPT Đồng Đậu Giáo viên mơn Lí trường Vật lí 11, 12 THPT Đồng Đậu Giáo viên mơn Lí trường Vật