q = qocos(t) I0= .q0 i = I0cos(t+ 2 ) U0= c q u = U0cos(t) Wđ = 2 1 c q2 = 2 0 2 1 q c cos2(t) Wt = 2 1 L.i2= 2 0 2 1 q c sin2(t) W = Wđ+Wt = c q 2 2 = const. Về điện từ trường:
- Điện từ trường là một dạng vật chất tồn tại khách quan gồm điện trường và từ trường liên quan chặt chẽ với nhau, đóng vai trò để truyền tương tác giữa các điện tích. Quá trình lan truyền của điện trường xảy ra với vận tốc: v = c = 3.108 m/s. Điện trường tĩnh và từ trường tĩnh chỉ là những trường hợp riêng của điện từ trường.
- Ứng dụng: Sự lan truyền điện từ trường tạo thành sóng điện từ được sử dụng trong khoa học kĩ thuật.
Sóng điện từ:
- Sóng điện từ là quá trình lan truyền trong không gian của điện trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
- Sóng điện từ có vận tốc lớn bằng vận tốc ánh sáng trong chân không v = c= 3.108m/s.
- Sóng điện từ mang năng lượng, mật độ năng lượng điện trường bằng tổng mật độ năng lượng điện trường và từ trường. Năng lượng của sóng tỷ lệ với luỹ thừa bậc bốn của tần số. Sóng điện từ xét theo phương truyền sóng là sóng ngang tại mọi thời điểm bất kỳ trên phương truyền E & B vuông góc với nhau và vuông góc phương truyền sóng V.
- Sóng điện từ truyền đi trong mọi môi trường (kể cả chân không) với bước sóng , liên hệ với chu kỳ và tần số là = v.T=
f v
.
- Sóng điện từ giống như sóng cơ học, sóng ánh sáng cũng phản xạ, giao thoa, nhiễu xạ....
- Ứng dụng của sóng điện từ: Sử dụng trong kỹ thuật như thông tin liên lạc, sóng vô tuyến, đài phát thanh.
Sự phát và thu sóng điện từ:
- Nguyên tắc phát sóng điện từ: Phối hợp một máy phát dao động duy trì với một anten. Mạch LC sinh ra dao động điện từ cao tần cảm ứng cho LA của anten A một điện trường dao động với cùng tần số f. Từ trường này làm cho LA có một suất điện động cảm ứng tạo nên dòng điện i biến thiên dọc theo anten phát ra sóng điện từ với tần số f.
- Nguyên tắc thu sóng điện từ: Phối hợp một anten thu với mạch dao động LC ở lối vào máy thu, anten nhận một lúc rất nhiều sóng điện từ có nhiều tần số cưỡng bức từ nhiều đài phát, các electron trong anten bị dao động cưỡng bức với nhiều tần số fcb trong mạch LC cũng có các dao động điện từ cưỡng bức. Muốn thu một tần số sóng f nào đó điều chỉnh liên tục làm cho tần số riêng của mạch LC trùng với tần số của sóng cần bắt. Lúc đó trong mạch LC có cộng hưởng điện, dao động biến thiên trong LC lớn nhất trong mạch LC đã chọn được sóng.
2.2.2. Các kỹ năng cần được rèn luyện
Cùng với việc hình thành và nắm vững kiến thức cơ bản ở trên học sinh cần phải rèn luyện những kỹ năng cơ bản sau đây:
- Kỹ năng suy luận lý thuyết:
+ Từ kiến thức đã học về tụ điện, về hiện tượng cảm ứng điện từ học sinh suy luận trong mạch LC có một dao động điện từ.
+ Từ các khái niệm về sóng cơ học, về phương trình dao động cơ học, phương trình vi phân hạng hai suy luận được các phương trình của các đại lượng trong mạch dao động: q, i, u, wđ, wt, w= wđ + wt.
+ Do có sự toả nhiệt trên điện trở R gây ra hiệu ứng Jun-Lenxơ làm năng lượng của mạch giảm. Năng lượng của mạch còn mất do bức xạ sóng điện từ ra xung quanh, làm cho dao động của mạch LC là dao động tắt dần. Từ đó muốn duy trì dao động, phải bù phần năng lượng đã mất.
- Kỹ năng vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng có liên quan, giải thích sự tạo thành mạch dao động, sự tạo thành điện từ trường, sóng điện từ, tính chất sóng điện từ, sự thu và phát sóng điện từ.
- Khả năng độc lập sáng tạo tự chủ trong suy nghĩ hình thành kiến thức. Trong quá trình xây dựng kiến thức mới, học sinh hoàn toàn tự mình rút ra kiến thức dưới sự hướng dẫn của giáo viên để bồi dưỡng năng lực sáng tạo, tự chủ trong học tập dưới hình thức chính là giải bài tập sáng tạo.
- Kỹ năng ghi nhớ và vận dụng thành thạo các công thức đã học để giải bài tập thành thạo. q =qocos(t) I0=.q0 i =I0cos(t+ 2 ) U0= c q u =U0cos(t) Wđ = 2 1 c q2 = 2 0 2 1 q c cos2(t) Wt = 2 1 L.i2= 2 0 2 1 q c sin2(t) W =Wđ+Wt= 2 0 2 1 q c = const 2.2.3. Mục tiêu dạy học
- Nhận biết được dao động điện từ, các loại dao động điện từ, mạch dao động...
Wđ,Wt,W=Wđ+Wt. . - Biết phân tích, tổng hợp các kiến thức đã học vào làm bài tập và vận dụng tốt vào việc giải thích hiện tượng thực tế.
- Biết sáng tạo thể hiện ở khả năng xây dựng, phát triển tri thức. - Có hứng thú học tập môn vật lý, có lòng yêu thích khoa học.
- Có ý thức sẵn sàng vận dụng hiểu biết của mình vào thực tế để cải thiện đời sống và bảo vệ môi trường.
- Có tác phong làm việc khoa học tỉ mỉ. - Có tính trung thực khoa học.
- Có tinh thần nỗ lực cá nhân kết hợp với ý thức tự học cũng như học hỏi người khác.
2.3 Thực trạng dạy học chương Dao động và sóng điện từ 2.3.1. Đối tượng, nội dung và phương pháp điều tra (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Đối tượng: Học sinh lớp 12 trường THPT Vĩnh Yên và THPT Quang Hà - Tam Đảo thuộc tỉnh Vĩnh Phúc tìm hiểu các thông tin sau:
+ Thực trạng dạy học, lựa chọn bài tập, sử dụng bài tập chương “Dao động và sóng điện từ” của giáo viên và học sinh.
+ Những khó khăn chủ yếu và sai lầm phổ biến của học sinh khi học các bài trong chương này.
- Phương pháp điều tra:
+ Điều tra giáo viên: Dự giờ, trao đổi trực tiếp với các giáo viên sau mỗi giờ dự, phiếu điều tra (phụ lục 1), xem giáo án.
+ Điều tra học sinh: Trao đổi trực tiếp, phiếu điều tra (phụ lục 2), khảo sát bài kiểm tra (phụ lục 4), phân tích kết quả điều tra.
2.3.2. Kết quả điều tra Tình hình dạy:
Tất cả các giáo viên khi dạy chương “Dao động và sóng điện từ” đều không tiến hành một thí nghiệm nào sử dụng, phương pháp dạy học chủ yếu là
truyền thụ một chiều. Trong đó giáo viên thông báo, giảng giải, nhấn mạnh nội dung quan trọng để học sinh ghi nhớ. Hầu hết các giáo viên đều không có biện pháp hữu hiệu nào đối với chương này, để học sinh tự lực nắm kiến thức và các giáo viên không chú trọng kiến thức phần này.
- Việc lựa chọn bài tập của giáo viên:
Thường lấy các bài tập (câu hỏi lí thuyết) có sẵn trong sách giáo khoa và thêm vào một số ít bài tập trong sách bài tập. Không bao giờ tự soạn thảo ra một hệ thống bài tập để phục vụ cho giảng dạy.
- Việc sử dụng bài tập của giáo viên:
Hầu như sử dụng ít bài tập chương “Dao động và sóng điện từ” bởi vì trong phân phối chương trình không có giờ bài tập, dạy xong lí thuyết đã hết giờ. Rất ít giáo viên cho học sinh giải bài tập củng cố hoặc cho về nhà.
Tình hình học:
- Học sinh học một cách thụ động, ghi nhớ máy móc, không hiểu bản chất của bài học, nên không nhớ rõ nội dung bài, viết công thức về các đại lượng trong mạch còn chưa chính xác các đại lượng q,q0,Wt,Wđ, biến đổi công thức còn chậm,vận dụng kiến thức kém. Trong khi học, học sinh ít phát biểu ý kiến xây dựng bài, hầu như không tham gia vào quá trình nghiên cứu xây dựng kiến thức mới. Chủ yếu các em vẫn quen ngồi trật tự ghi chép, nghe giảng. Đây cũng là nguyên nhân làm cho các em lười suy nghĩ, không nhớ nội dung cơ bản của bài học cũng như vận dụng kém kiến thức vào các trường hợp giải bài tập về mạch dao động.
- Hoạt động giải bài tập của học sinh:
Học sinh ngại làm bài tập vì bài tập chương “Dao động và sóng điện từ” rất trừu tượng, không gây hứng thú, học sinh ít chú ý đến bài tập nên không tự giác làm bài tập, đây là một vấn đề gây trở ngại cho giáo viên khi dạy đến chương này.
Những khó khăn và sai lầm phổ biến:
- Học sinh chỉ thuộc bài một cỏch mỏy múc nờn dễ quờn kiến thức. - Hay hiểu sai là năng lượng điện trường và năng lượng từ trường cựng biến thiờn theo tần số của dũng điện.
- Hiểu sai về hiện tượng cú dũng điện Imax trong mạch dao động là do cộng hưởng (thực ra dao động điện từ trong mạch LC lớ tưởng là dao động tự do).
- Hiểu nhầm dao động điện từ trong mạch LC của mỏy phỏt dao động điện từ là dao động tự do( thực tế nú là dao động cưỡng bức).
Nguyờn nhõn:
- Kỹ năng vận dụng kiến thức toỏn cũn kộm. - Học sinh quờn nhiều kiến thức cú liờn quan.
- Việc giảng dạy và học tập chương này của giỏo viờn và học sinh khụng được chỳ trọng.
- Giỏo viờn chưa tạo được tỡnh huống học tập để gõy sự chỳ ý, lụi cuốn, kớch thớch sự hứng thỳ của học sinh.
2.4. Hệ thống bài tập chương Dao động và sóng điện từ và hướng dẫn hoạt động giải bài tập.
2.4.1. Hệ thống bài tập chương Dao động và sóng điện từ
Trên cơ sở nghiên cứu về lí luận và qua nội dung kiến thức của chương chúng tôi đã xây dựng hệ thống bài tập gồm 40 bài về mạch dao động, sóng điện từ, thu và phát sóng điện từ.
Trên cơ sở lí luận và kiến thức chương hệ thống bài tập chúng tôi đưa ra gồm 3 chủ đề:
+ Mạch dao động: 17 bài + Sóng điện từ: 9 bài (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bài tập về mạch dao động LC
Bài 1: Cho mạch điện gồm 1 tụ điện có điện dung C và nguồn điện có
suất điện động e, điện trở trong (r =0) không đáng kể, nối với nhau bằng đoạn dây có R = 0.
1,Có dòng điện trong mạch không ? 2,Tính điện tích qo của tụ điện .
Hình 2.2
Bài 2: Cho một tụ điện đã tích điện qo có điện dung C nối với một cuộn dây có điện trở trong không đáng kể R = 0 có độ tự cảm L.
a, Có dao động xảy ra trong mạch không ?
b, Tính hiệu điện thế giữa hai đầu AB ở thời điểm tụ điện bắt đầu phóng điện và ở cả thời điểm t bất kỳ.
c, Viết biểu thức của điện tích và cường độ dòng điện tức thời i trong mạch.
Hình 2.3
Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ 2.4
a, Tính điện tích của tụ điện khi K ở chốt 1. b, K chuyển sang chốt 2. Viết biểu thức của điện tích, cường độ dòng điện tức thời trong mạch.
c, Khi K ở chốt 2, trong mạch có những dạng năng lượng nào ? Viết biểu thức tính năng lượng đó và rút ra nhận xét. L C e C E 1 K 2 L A B C Hình 2.4
Bài 4: Trong mạch dao động có điện trở không đáng kể và khi cường
độ dòng điện trong cuộn dây là lớn nhất thì năng lượng của tụ điện sẽ như thế nào ?
Bài 5: Cho mạch LC dao động tự do. Hỏi tại những thời điểm
T T T T 4 3 , 2 1 , 4 1 , 8 1
(kể từ khi tụ bắt đầu phóng điện) thì năng lượng trong mạch dao động LC tập trung ở đâu ?
Bài 6: Một tụ điện có C F
1
được tích điện đến hiệu điện thế 6V. Mắc hai đầu tụ điện vào cuộn dây thuần cảm có hệ số tự cảm
H H L 1 318 , 0 để tạo thành mạch kớn . a, Tính tần số dao động riêng của mạch. b, Tính năng lượng của mạch dao động.
c, Viết biểu thức tính điện tích trên tụ, suất điện động cảm ứng trên cuộn dây theo thời gian.
d, Chứng tỏ rằng năng lượng trong mạch dao động được bảo toàn.
Bài 7: Tụ điện của một mạch dao động có điện dung C 0,1F ban đầu được tích điện ở hiệu điện thế Uo=100V. Tính năng lượng mất mát, biết sau một thời gian dao động điện từ trong mạch tắt hẳn.
Bài 8: Mạch dao động gồm cuộn dây thuần cảm L và 2 tụ C1, C2. Nếu mắc C1, C2 song song với cuộn cảm L thì tần số dao động riêng của mạch là f1=24KHz. Nếu mắc C1, C2 nối tiếp với cuộn cảm L thì tần số dao động riêng của mạch là f2 = 50KHz. Hỏi nếu mắc riêng rẽ từng tụ C1, C2 với cuộn dây thì tần số dao động riêng của mạch là bao nhiêu ?
Bài 9: Tần số dao động điện từ trong mạch dao động sẽ thay đổi như
thế nào nếu:
a,Đưa vào cuộn dây của mạch một lõi sắt ? b,Tăng khoảng cách giữa hai bản tụ điện ? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bài 10: Trong mạch điện kớn gồm một tụ điện và một điện trở thuần có thể xuất hiện dao động điện từ tự do được không ?
Bài 11: Dao động điện từ tự do trong hai mạch có các thông số giống
nhau (L,C) sẽ khác nhau như thế nào? Nếu tụ điện trong các mạch đo được tích điện bằng những bộ nguồn có suất điện động khác nhau?