10. Cấu trỳc của luận văn
2.2.Nội dung kiến thức chương “Trường tĩnh điện”
2.2.1. Đặc điểm của chương “Trường tĩnh điện”
Ở cỏc chương trước ta đó khảo sỏt hai dạng vận động của vật chất là vận động cơ học và vận động nhiệt. Trong chương này và cỏc chương tiếp theo ta sẽ nghiờn cứu một dạng vận động khỏc của vật chất: vận động điện từ.
Cỏc điện tớch đứng yờn tạo ra xung quanh chỳng một mụi trường vật chất đặc biệt được gọi là trường tĩnh điện. Mục đớch đặt ra cho người học chớnh là khảo sỏt tương tỏc tĩnh điện giữa cỏc điện tớch; Xõy dựng cỏc khỏi niệm cơ bản của trường tĩnh điện như điện trường, điện thế, hiệu điện thế; chứng minh trường tĩnh điện là trường lực thế.
Cỏc định nghĩa quan trọng được đề cập đến trong chương này như: vectơ cường độ điện trường, điện thế, hiệu điện thế, điện thụng, lưỡng cực điện; mối liờn hệ giữa vectơ cường độ điện trường và hiệu điện thế.
Nội dung quan trọng khỏc đú là định luật Coulomb, định lý ễxtrụgratxki – Gauss, nguyờn lý chồng chất điện trường cũng được đề cập đến nhằm giỳp giải cỏc bài toỏn cơ bản về tĩnh điện.
2.2.2. Cỏc kiến thức cơ bản của chương “Trường tĩnh điện”Tương tỏc điện - Định luật Culomb Tương tỏc điện - Định luật Culomb
Điện tớch là một thuộc tớnh của vật chất. Điện tớch trờn một vật bất kỳ cú cấu tạo giỏn đoạn, độ lớn của nú luụn bằng một số nguyờn lần điện tớch nguyờn tố. Bỡnh thường nguyờn tử trung hũa về điện. Khi nguyờn tử mất đi một hoặc nhiều electron thỡ nú trở thành ion mang điện dương, cũn khi nguyờn tử nhận them electron sẽ biến thành ion õm.
Thuyết dựa vào sự chuyển dời của electron để giải thớch cỏc hiện tượng điện được gọi là thuyết điện tử.
Từ nhận xột trờn và cỏc sự kiện thực nghiệm khỏc, định luật bảo toàn điện tớch được phỏt hiện và phỏt biểu như sau: “Cỏc điện tớch khụng tự sinh ra mà cũng khụng tự mất đi, chỳng chỉ cú thể truyền từ vật này sang vật khỏc hoặc dịch chuyển bờn trong mỗi vật mà thụi”.
Khi khảo sỏt tương tỏc giữa cỏc điện tớch cú kớch thước nhỏ khụng đỏng kể so với khoảng cỏch giữa chỳng, bằng thực nghiệm nhà vật lý Coulomb đó thiết lập định luật mang tờn ụng và phỏt biểu như sau: [1]
“Lực tương tỏc tĩnh điện giữa hai điện tớch điểm cú phương nằm trờn đường thẳng nối hai điện tớch, cú chiều như hỡnh 1-1a (hai điện tớch cựng dấu đẩy nhau) và hỡnh 1-1b (hai điện tớch khỏc dấu hỳt nhau), cú độ lớn tỷ lệ thuận với tớch số độ lớn của hai điện tớch và tỷ lệ nghịch với bỡnh phương khoảng cỏch giữa hai điện tớch đú”.
Biểu thức vectơ r r r q q k F 21 2 2 1 10 = r r r q q k F 12 2 2 1 20 = r r
r21 = 12 = và k là một hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào hệ đơn vị (k>0)
2 2 9 0 . 10 . 9 4 1 C m N k = = πε Với 12 2 2 0 =8,86.10− C /N.m ε gọi là hằng số điện Biểu thức độ lớn
2 2 1 0 20 10 . . 4 1 r q q F F πε = =
Khỏi niệm điện trường
Sở dĩ cỏc điện tớch tuy ở cỏch xa nhau, khụng tiếp xỳc với nhau nhưng vẫn tương tỏc được với nhau là vỡ xung quanh một hệ vật tớch điện, tồn tại một dạng vật chất gọi là điện trường. Đặc trưng của điện trường là gõy ra lực điện tỏc dụng lờn mọi vật tớch điện khỏc đặt trong khoảng khụng gian cú điện trường.
Từ khỏi niệm điện trường, ta đưa ra định nghĩa vectơ cường độ điện trường như sau: “Vectơ cường độ điện trường tại một điểm là một đại lượng cú trị vectơ bằng lực tỏc dụng của điện trường lờn một đơn vị điện tớch dương đặt tại điểm đú”.
Biểu thức vectơ → = = const q F E 0
Eđược gọi là vectơ cường độ điện trường, độ lớn E của nú được gọi là cường độ điện trường.
Đơn vị
m V
.
Đối với một hệ điện tớch điểm, ta cú nguyờn lý chồng chất điện trường được phỏt biểu như sau : “Vectơ cường độ điện trường gõy ra bởi một hệ điện tớch điểm bằng tổng cỏc vectơ cường độ điện trường gõy ra bởi từng điện tớch điểm của hệ”.
Điện thụng
Để mụ tả dạng hỡnh học của điện trường, người ta dựng đường sức điện trường. Đường sức điện trường là đường cong mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nú trựng với phương của vectơ cường độ điện trường tại điểm đú ; chiều của đường sức điện trường là chiều của vectơ cường độ điện trường. Tập hợp cỏc đường sức điện trường được gọi là phổ đường sức điện trường hay điện phổ.
Khi ta biểu diễn điện trường bằng điện phổ qua cỏc mụi trường khỏc nhau thỡ gặp phải khú khăn, điện phổ bị giỏn đoạn ở bề mặt phõn cỏch hai mụi trường. Để khắc phục, người ta khử sự giỏn đoạn đú bằng cỏch đưa vào một đại lượng mới khụng phụ thuộc tớnh chất mụi trường gọi là vectơ cảm ứng điện D.
Biểu thức vectơ cảm ứng điện
E D=ε0ε
Biểu thức độ lớn của vectơ Dđược gọi là cảm ứng điện 52
E D=ε0ε (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đơn vị C m2
Từ đú ta đưa ra được định nghĩa điện thụng được phỏt biểu như sau : “Điện thụng qua diện tớch dS là một đại lượng cú độ lớn tỷ lệ với số đường cảm ứng điện vẽ qua diện tớch đú”.
Định lý Oxtrụgratxki – Gauss (O – G)
Thiết lập mối quan hệ giữa vectơ cảm ứng điện và điện tớch gõy ra nú ta cú định lý O – G : “Điện thụng qua một mặt kớn bằng tổng đại số cỏc điện tớch chứa trong mặt kớn ấy”.
∑ ∫ = = i i S e DdS q ) ( . φ
Dạng vi phõn của định lý ễxtrụtgratxki-Gaox. Phương trỡnh Poỏtxụng
ρ =
D div
Điện thế
Tớnh chất thế của trường tĩnh điện : ∫E.dS=0
Lưu số của vectơ cường độ điện trường (tĩnh) dọc theo một đường cong kớn bằng khụng. Định nghĩa điện thế : AMN =WM −WN =q0(VM −VN)
Phỏt biểu: Cụng của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển điện tớch điểm q0từ điểm M đến điểm N trong điện trường bằng tớch số của điện tớch q0với hiệu điện thế giữa hai điểm M và N đú. 0 ) ( q A V V MN N M − =
Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường là một đại lượng về trị số bằng cụng của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển một đơn vị điện tớch dương từ điểm M đến điểm N.
Nếu lấy q0 =+1đơn vị thỡ VM−V∞ =AM∞và VM =AM∞.
Điện thế tại một điểm trong điện trường là một đại lượng về trị số bằng cụng của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển một đơn vị điện tớch dương từ điểm đú ra xa vụ cựng.
Đơn vị của điện thế, hiệu điện thế là vụn (kớ hiệu là V).
Liờn hệ giữa vectơ cường độ điện trường và điện thế
Hệ thức giữa cường độ điện trường và điện thế
dS dV ES =−
trong đú ES =Ecosα là hỡnh chiếu của vectơ cường độ điện trường trờn phương của dS ; -dV là độ giảm điện thế trờn đoạn ds
Hỡnh chiếu của vectơ cường độ điện trường trờn một phương nào đú về trị số bằng độ giảm điện thế trờn một đơn vị dài của phương đú.
dn dV ds
dV ≤
Lõn cận một điểm trong điện trường, điện thế biến thiờn nhiều nhất theo phương phỏp tuyến với mặt đẳng thế (hay phương của đường sức điện trường vẽ qua điểm đú).
2.3. Cấu trỳc logic chương “Trường tĩnh điện”
2.4. Cỏc mục tiờu cần kiểm tra đỏnh giỏ2.4.1. Mục tiờu ở mức độ biết 2.4.1. Mục tiờu ở mức độ biết
Mục tiờu của cỏc cõu hỏi loại này đũi hỏi sinh viờn phải nhớ được cỏc khỏi niệm, định nghĩa, định lý, ..., cỏc hiện tượng và cỏc đại lượng vật lý đặc trưng đó được nghiờn cứu, cụ thể là:
− Nhớ được khỏi niệm: tương tỏc tĩnh điện, điện trường; cỏc biểu thức.
− Nhớ được cỏc định nghĩa về vectơ cường độ điện trường; đường sức điện trường; đường cảm ứng điện; vectơ cảm ứng điện; điện thụng; điện thế; lưu số của vectơ cường độ điện trường.
− Xỏc định được cụng của lực tĩnh điện; tớnh chất thế của trường tĩnh điện. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4.2. Mục tiờu ở mức độ hiểu
− Hiểu, biết được cỏc khỏi niệm, định nghĩa, cỏc hiện tượng vật lý, định luật, định lý,...trong chương.
− Hiểu và túm tắt, tổng kết những phỏt biểu về những vấn đề (định lý, định luật, ...) đó học dưới nhiều hỡnh thức hoặc những dạng khỏc theo cỏch hiểu riờng của mỡnh.
2.4.3. Mục tiờu ở mức độ ỏp dụng
Mục tiờu của cỏc cõu hỏi loại này đũi hỏi sinh viờn phải biết ỏp dụng cỏc cụng thức, cỏc định luật, định lý về cỏc kiến thức đó học vào cỏc trường hợp cụ thể đặt ra
2.4.4. Mục tiờu ở mức độ phõn tớch, tổng hợp, đỏnh giỏ
Cõu hỏi loại này yờu cầu sinh viờn phải biết:
− Phõn tớch kiến thức đó học thành những phần nhỏ, tỡm được mối quan hệ bản chất giữa chỳng để làm rừ vấn đề đó học.
− Từ cỏc yếu tố, thành phần riờng lẻ, sắp xếp, tổng hợp lại để cú thể hiểu và giải thớch cỏc hiện tượng, cỏc sự kiện chưa được trỡnh bày trong quỏ trỡnh nghiờn cứu, học tập.
2.5. Bảng đặc trưng cõu hỏi (ma trận hai chiều) của chương “Trường tĩnh điện”Bảng 2.1: Ma trọ̃n hai chiờ̀u của chương “Trường tĩnh điợ̀n” Bảng 2.1: Ma trọ̃n hai chiờ̀u của chương “Trường tĩnh điợ̀n”
Mức trớ năng
Phần hiểuBiết, dụngVận Lập luận Tổng cộng %
Tương tỏc điện, định luật Culụng 2 2 2 6 10,00 Nguyờn lý chồng chất cỏc lực điện 2 1 2 5 8,33 Vectơ cường độ điện trường, vectơ
cảm ứng điện 2 4 2 8 13,33
Hệ đường sức. Điện thụng 5 2 1 8 13,33
Định lý O – G 1 3 1 5 8,33
Thế năng tương tỏc điện 2 3 0 5 8,66
Điện thế 2 2 2 6 10,00
Liờn hệ cường độ điện trường. Điện
thế 2 2 2 6 10,00 Lực điện 2 3 0 5 8,33 Cụng của lực điện 2 3 1 6 10,00 Tổng cộng 22 25 13 60 100% % 36,66 41,66 21,68 100% KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Sau khi đi vào cụ thờ̉ tìm hiờ̉u vờ̀ nụ̣i dung chương “Trường tĩnh điợ̀n”, ta có thờ̉ tóm tắt được những nụ̣i dung quan trọng sau:
− Vật lý đại cương là một mụn học quan trọng trong chương trỡnh đại cương nhằm trang bị cho sinh viờn những kiến thức cơ bản về vật lý; gúp phần rốn luyện phương phỏp suy luận khoa học, tư duy logic, phương phỏp nghiờn cứu thực nghiệm, tỏc phong khoa học đối với người nghiờn cứu khoa học; gúp phần xõy dựng thế giới quan duy vật biện chứng. Đứng về một khớa cạnh nào đú cú thể coi vật lý là cơ sở của nhiều mụn khoa học tự nhiờn khỏc như húa học, sinh học, điện tử viễn thụng…
− Chương “Trường tĩnh điện” thuộc học phần vật lý đại cương 2, là chương mở đầu của phần điện học. “Trường tĩnh điện” là chương cơ bản của điện học giỳp người học xõy dựng những khỏi niệm cơ bản làm nền tảng cho việc xõy dựng kiến thức về điện học của chương trỡnh vật lý đại cương, từ đó giúp người học có được những kiờ́n thức cơ bản nhṍt nhưng cũng rṍt quan trọng, là cơ sở đờ̉ có thờ̉ tiờ́p tục đi sõu vào nghiờn cứu khụ́i kiờ́n thức ngành và khụ́i kiờ́n thức chuyờn ngành. :
− Nụ̣i dung chính của chương gụ̀m có:
Cỏc điện tớch đứng yờn tạo ra xung quanh chỳng một mụi trường vật chất đặc biệt được gọi là trường tĩnh điện. Mục đớch đặt ra cho người học chớnh là khảo sỏt tương tỏc tĩnh điện giữa cỏc điện tớch; Xõy dựng cỏc khỏi niệm cơ bản của trường tĩnh điện như điện trường, điện thế, hiệu điện thế; chứng minh trường tĩnh điện là trường lực thế.
Cỏc định nghĩa quan trọng được đề cập đến trong chương này như: vectơ cường độ điện trường, điện thế, hiệu điện thế, điện thụng, lưỡng cực điện; mối liờn hệ giữa vectơ cường độ điện trường và hiệu điện thế.
Nội dung khỏc khụng kém quan trọng trong chương này, đú là định luật Coulomb, định lý ễxtrụgratxki – Gauss, nguyờn lý chồng chất điện trường cũng được đề cập đến nhằm giỳp giải cỏc bài toỏn cơ bản về tĩnh điện.
− Xõy dựng được các mục tiờu cần kiểm tra đỏnh giỏ cho chương “Trường tĩnh điợ̀n” gụ̀m có: mục tiờu ở mức độ biết; mục tiờu ở mức độ hiểu; mục tiờu ở mức độ ỏp dụng; mục tiờu ở mức độ phõn tớch, tổng hợp, đỏnh giỏ.
− Từ những nụ̣i dung trờn xõy dựng nờn bảng đặc trưng các cõu hỏi của chương “Trường tĩnh điợ̀n’.
Trờn cơ sở tỡm hiểu, phõn tớch nội dung của chương “Trường tĩnh điện”, vận dụng lý thuyết về hoạt động KTĐG trong dạy học, xõy dựng được 60 cõu hỏi TNKQ MCQ chương “Trường tĩnh điện” Vật lý đại cương. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ cõu hỏi này cú thể được dựng để KTĐG kờ́t quả học tọ̃p mụn Vọ̃t lý đại cương sau khi kờ́t thúc mụn học. Tuy nhiờn bộ cõu hỏi này cũn phải được thẩm định ở chương 3.
Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đớch và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
Thực nghiệm sư phạm tiến hành nhằm mục đớch kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài nghiờn cứu:
− Vận dụng lý thuyết TNKQ để xõy dựng bộ cõu hỏi TNKQ chương “Trường tĩnh điện” đảm bảo độ khú, độ tin cậy, sử dụng bộ cõu hỏi TNKQ xõy dựng được vào KTĐG kỳ thi kết thỳc học phần mụn Vọ̃t lý đại cương trường Đại học Đụ̀ng Tháp.
− Góp phõ̀n đụ̉i mới hoạt đụ̣ng KTĐG kờ́t quả học tọ̃p nói chung và đụ́i với mụn Vọ̃t lý đại cương nói riờng, nõng cao chất lượng dạy và học.
Để đạt được mục đớch đú, thực nghiệm sư phạm cú những nhiệm vụ sau đõy:
− Vận dụng phương phỏp thống kờ để phõn tớch, đỏnh giỏ độ khú, độ phõn biệt, độ giỏ trị, độ tin cậy của từng cõu hỏi và của toàn bài trắc nghiệm. Từ đú sửa đổi, bổ sung và hoàn thiện cỏc cõu hỏi trắc nghiệm trong cỏc đề thi.
− Sơ bộ đỏnh giỏ hiệu quả của quỏ trỡnh dạy học chương “Trường tĩnh điện” dựa theo kết quả của đợt thực nghiệm sư phạm.
3.2. Phương phỏp thực nghiệm sư phạm
Tổ chức thực nghiệm sư phạm cho 160 sinh viờn ở cỏc lớp đại học năm thứ nhṍt: Khoa học mụi trường 09; sư phạm Cụng nghệ thụng tin 09 trong năm học 2009 – 2010 và mụ̣t lớp học lại của năm học 2008 – 2009 gụ̀m 36 sinh viờn lớp Hóa 08 tại trường Đại học Đồng Thỏp.
Hình thức thực nghiợ̀m sư phạm song song: các lớp thực nghiợ̀m và lớp đụ́i chứng.
Để đảm bảo tớnh trung thực và ngăn ngừa hiện tượng quay cúp, trao đụ̉i khi làm bài, chúng tụi tụ̉ chức thi đụ̀ng loạt cho 144 sinh viờn với 4 đờ̀ thi TNKQ được biờn soạn dựa theo bảng đặc trưng cõu hỏi (ma trọ̃n hai chiờ̀u) chương “Trường tĩnh điợ̀n” . Để đỏnh giỏ chất lượng mức đụ̣ nắm vững kiến thức của sinh viờn sau khi học xong chương này nờn nội dung của mỗi bộ đề thi bao trựm toàn bộ chương trỡnh đó học, mỗi bộ đề cú 30 cõu trắc nghiệm khỏch quan loại MCQ (Multiple choice questions) được phõn bố theo cỏc chủ đề dạy học và cỏc mục tiờu cần kiểm tra theo bảng phõn bố cõu hỏi ở (bảng 2.3 - mục 2.5.2.). Mỗi sinh viờn được phỏt 1 đề và 1 phiếu trả lời trắc nghiợ̀m, thời gian làm bài là 45 phỳt..
Trong đó, viợ̀c biờn soạn 4 đờ̀ thi TNKQ từ 30 cõu hỏi TNKQ và chṍm điờ̉m bài thi TNKQ này đờ̀u được làm bởi chương trình quản lý – trụ̣n đờ̀ thi trắc nghiợ̀m McMIX – đõy cũng là chương trình đang được sử dụng tại trường Đại học Đụ̀ng Tháp nờn tính chính xác và khách quan rṍt cao.
3.3. Nội dung cỏc đề kiểm tra
(Xem ở phụ lục 2 và phụ lục 3)
3.4. Phõn tớch cõu hỏi trắc nghiệm khách quan MCQ:
bài thi TNKQ thụng qua phương pháp đục lụ̃. Tiờ́p tục phõn tích các cách trả lời ở mụ̃i cõu hỏi của từng sinh viờn.
Quy trình phõn tích, tính toán các hợ̀ sụ́ như đụ̣ khó, đụ̣ phõn biợ̀t, các tham sụ́ đặc trưng,…