Thực trạng hoạt động dạy giải bài tập chương “Từ trường”

9. Cấu trúc luận văn

1.3. Thực trạng hoạt động dạy giải bài tập chương “Từ trường”

một số trường THPT thuộc thành phố Hà Nội.

1.3.1. Đối tượng và phương pháp điều tra.

 Đối tượng.

Điều tra, khảo sát thực tế tại một số trường Trung học phổ thông (THPT) trên địa bàn thành phố Hà Nội : THPT Thạch Thất, THPT Tùng Thiện, THPT Hai Bà Trưng để tìm hiểu về một số thơng tin:

- Tình hình dạy giải bài tập chương Từ trường.

- Tình hình hoạt động giải bài tập chương Từ trường.

- Tìm hiểu những khó khăn và sai lầm mà học sinh thường mắc phải khi giải bài tập chương Từ trường, từ đó tìm hiểu những ngun nhân đẫn đến những sai lầm đó của học sinh.

Từ đó, chúng tơi đề xuất phương hướng khắc phục.

 Phương pháp điều tra

- Điều tra giáo viên: sử dụng phiếu điều tra (số lượng giáo viên được điều tra là 25) trao đổi trực tiếp, dự giờ giảng, xem giáo án.

- Điều tra học sinh: sử dụng phiếu điều tra (số lượng học sinh được điều tra là 200), quan sát hoạt động của học sinh trong giờ học, kiểm tra khảo sát, phân tích kết quả.

1.3.2 Kết quả điều tra

1.3.2.1 Tình hình dạy giải bài tập

Thơng qua việc trao đổi cùng giáo viên giảng dạy bộ mơn Vật lí tại ba trường THPT Thạch Thất, THPT Tùng Thiện, THPT Hai Bà Trưng tại thành phố Hà Nội và một số đồng nghiệp khác, sơ bộ chúng tôi rút ra được một số nhận định.

- Số tiết học dành cho việc sửa bài tập cịn ít mà u cầu rèn kĩ năng lại nhiều, chính vì thế giáo viên rất khó bố trí thực hiện cho đầy đủ.

- Trình độ học sinh khơng đồng đều vì thế bài chọn để sửa rất khó phù hợp: bài khó thì học sinh trung bình khơng hiểu nổi, bài dễ lại làm cho các em khá, giỏi chán.

- Các bài tập trong chương Từ trường có nhiều dạng, nhiều kiến thức mới, đòi hỏi vận dụng nhiều kiến thức tốn học..., đồng thời có nhiều bài tập tổng hợp, khó.

- Khó đưa ra một hệ thống các bài tập vừa đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh lại vừa đảm bảo yêu cầu mục tiêu của chương trình.

- Mỗi một giáo viên thường chọn riêng cho mình một phương pháp giải và đưa ra cho học sinh luyện tập, nên rất khó khăn trong cơng tác kiểm tra đánh giá chất lượng học tập trong mơn vật lí của học sinh trong cả khối.

1.3.2.2 Tình hình hoạt động giải bài tập của học sinh

+ Đa số học sinh nhớ máy móc, chưa hiểu hết bản chất hiện tượng vật lí đề cập trong bài tập nên rất khó khăn trong việc giải các bài tập chương Từ trường.

+ Trong các giờ bài tập còn một số học sinh thụ động, lười suy nghĩ, chỉ có một số học sinh tích cực tham gia hoạt động giải bài tập.

+ Học sinh cảm thấy ngại các bài tập phần này vì ngồi kiến thức mới, học sinh thường phải vận dụng kiến thức toán nhưng khi học kiến thức tốn đó ở mơn tốn lại khơng có dược những ví dụ vật lí vận dụng kiến thức tốn đó hoặc phải vận dụng khá nhiều kiến thức đã học.

+ Học sinh chưa có ý thức phân loại và xây dựng phương pháp giải cho mỗi loại bài tập.

1.3.2.3. Những khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập chương Từ trường

 Những khó khăn chủ yếu của học sinh:

+ Kiến thức chương Từ trường, Vật lí 11 có phần lớn kiến thức mới về cảm ứng từ, lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện, lực Lo-ren-xơ, chuyển động

của hạt tích điện trong từ trường đều, sử dụng kiến thức toán về tổng hợp véc tơ, hình học khơng gian...

+ Khó khăn trong việc sử dụng các quy tắc (quy tắc nắm tay phải, quy tắc bàn tay trái) để xác định chiều đường sức từ, chiều của véc tơ cảm ứng từ, chiều của lực Lo-ren-xơ.

+ Khó khăn trong việc xác định góc , khi tính tính lực từ và lực Lo-ren-xơ. + Hạn chế kiến thức tốn học trong tổng hợp véc tơ, hình dung khơng gian, các hệ thức lượng giác, bất đẳng thức...

+ Khả năng phân biệt giữa lực từ và lực tĩnh điện.

 Những sai lầm phổ biến của học sinh:

- Thường lúng túng khi dựa vào sự định hướng của kim nam châm để xác định chiều của đường cảm ứng từ và ngược lại.

- Chưa phân biệt được một cách rạch ròi giữa lực từ và lực tĩnh điện.

- Một số học sinh còn lúng túng khi biểu diễn các đường cảm ứng từ. Ví dụ, các đường cảm ứng từ trong từ trường của dòng điện chạy qua dây dẫn thẳng là những vòng tròn, tâm nằm trên dây dẫn nhưng học sinh chưa chú ý đường cảm ứng này phải nằm trên mặt phẳng vng góc với dây dẫn.

- Đa số học sinh nhầm lẫn khi sử dụng các quy tắc xác định chiều đường cảm ứng từ và chiều lực từ (nhất là khi dây dẫn có dịng điện chạy qua đặt vng góc với mặt phẳng trang giấy).

- Học sinh thường gặp khó khăn khi phải xác định chiều I khi biết B hoặc xác định chiều của I khi biết F , B; xác định B khi biết F và I.

- Học sinh cho rằng từ phổ phụ thuộc vào chiều và cường độ dòng điện. - Tính lực Ftương tác giữa các dịng điện khơng biết tính B của dịng điện nào.

- Xác định khơng đúng góc , trong các biểu thức tính lực từ và lực Lo-ren-xơ.

- Xác định sai chiều của lực Lo-ren-xơ khi hạt mang điện âm chuyển động trong từ trường đều.

- Khả năng phân tích lực và tổng hợp lực trong bài tốn có nhiều lực tác dụng. - Khả năng tưởng tượng khơng gian cịn kém.

1.3.2.4. Nguyên nhân của những khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập chương Từ trường và phương hướng khắc phục.

 Nguyên nhân

- Giáo viên chưa lựa chọn được hệ thống bài tập và phương pháp hướng dẫn giải bài tập đầy đủ và phù hợp với học sinh.

- Học sinh quên nhiều kiến thức toán học liên quan, khả năng vận dụng những kiến thức tốn vào mơn lí cịn hạn chế.

- Học sinh chưa có phương pháp giải bài tập chương Từ trường phù hợp. - Nội dung kiến thức trong chương nhiều, tương đối khó đối với học sinh.

 Đề xuất phương hướng khắc phục.

- Lựa chọn được hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập phù hợp hơn. - Thường xuyên ôn tập kiến thức cho học sinh qua hoạt động giải bài tập. - Rèn luyện cho học sinh một số kĩ năng vận dụng toán học vào hoạt động giải bài tập vật lí đồng thời hướng dẫn học sinh ôn lại kiến thức đã học liên quan đến chương này.

Vật lí là một mơn học khó và trừu tượng, sử dụng nhiều đến kiến thức tốn học. Bài tập vật lí rất đa dạng và phong phú. Trong phân phối chương trình số tiết bài tập vẫn cịn ít so với nhu cầu cần củng cố và nâng cao kiến thức cho học sinh. Chính vì thế, hoạt động dạy giải bài tập vật lí của giáo viên đối với học sinh gặp rất nhiều khó khăn.

Kết luận chương 1

Trong chương I, chúng tôi đã hệ thống lại cơ sở lí luận về dạy học hiện đại và lý luận về dạy giải bài tập vật lí ở trường THPT. Trong đó, những vấn đề chúng tơi đặc biệt quan tâm là :

- Để học sinh học tập vật lí một cách có hiệu quả, nghĩa là nắm vững các kiến thức vật lí thì trong q trình giảng dạy của mình, người giáo viên vật lí nên tổ chức các tình huống học tập vật lí cho học sinh, trong đó có sự định hướng hành động của học sinh một cách đúng đắn, phù hợp với năng lực và trình độ của học sinh.

- Bài tập vật lí giữ một vai trị đặc biệt quan trọng trong dạy học vật lí ở trường THPT. Nó vừa là cơng cụ kích thích và duy trì niềm say mê, hứng thú học tập vật lí của học sinh vừa giúp học sinh làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học, rèn luyện được kỹ năng giải bài tập một cách khoa học. Do đó, cơ sở để giáo viên tiến hành một tiến trình dạy học một tri thức vật lí cụ thể chính là việc soạn thảo hệ thống bài tập đối với tri thức đó phù hợp với trình độ học sinh, bám sát mục tiêu dạy học.

Tất cả những vấn đề trình bày ở trên, chúng tơi vận dụng để soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Từ trường” Vật lí 11 cơ bản theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh mà nội dung nghiên cứu cụ thể sẽ được trình bày ở chương sau.

CHƯƠNG 2

SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” VẬT LÍ 11 2.1. Phân tích nội dung kiến thức khoa học về “Từ trường”

2.1.1. Tương tác từ

Tương tác từ là tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa nam châm với dòng điện và giữa dòng điện với dòng điện.

2.1.2. Khái niệm từ trường

Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực lên hạt mang điện khác chuyển động trong đó.

2.1.3. Định luật Ampe

2.1.3.1. Phần tử dịng điện.

Là một đoạn rất ngắn của dịng điện, kí hiệu là Idl.

l

Idcó phương chiều là phương chiều của dịng điện và có độ lớn là Idl 2.1.3.2. Định luật Ampe

Lực từ do phần tử dòng điện Idl tác dụng lên phần tử dòng điện

0 0dl

I  cùng đặt trong chân không là một vectơ dF0. Có:

- Phương vng góc với mặt phẳng chứa phần tử I0dl0 và pháp tuyến n

- Chiều sao cho ba vectơ dl0, n và dF0, theo thứ tự đó hợp thành một tam diện thuận - Độ lớn bằng 02 0 0 0 sin . sin r dl I Idl k dF    (2.1) (2 ) M P 0 F d l d I,  n 0  r  O 0 0,dl I  Hình 2.2 I l d Hình 2.1

Trong đó k là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào hệ đơn vị mà ta dùng Trong hệ đơn vị SI:

  4 0  k với m H 7 0 4.10  là hằng số từ

Vậy trong chân không: 0 02 0 0

0 sin . sin 4 r dl I Idl F       (2.2)

Ta có thể biểu diễn định luật Ampe bằng biểu thức vectơ sau:

  3 0 0 0 0 4 r r l Id l d I F d           (2.3)

thực nghiệm chứng tỏ rằng: nếu đặt I và I0 trong môi trường đồng chất nào đó thì lực từ tăng lên  lần so với lực từ dF0 khi hai dòng điện ấy được đặt trong chân

không:   3 0 0 0 4 r r l Id l d I F d            (2.4)  là độ từ thẩm của môi trường

2.1.4. Vectơ cảm ứng từ

Để đặc trưng cho từ trường về mặt định lượng (mặt tác dụng lực), người ta đưa ra đại lượng vectơ cảm ứng từ.

Từ biểu thức (2.4) :   3 0 0 0 4 r r l Id l d I F d           Ta nhận thấy vectơ 0 3 4 r r l Id B d         (2.5)

Chỉ phụ thuộc vào phần tử dòng điện Idlsinh ra từ trường và vào vị trí của điểm M tại đó đặt phần tử dịng điện I0dl0 mà khơng phụ thuộc vào phần tử dịng điện

0 0dl

I  . Vì vậy, vectơ dB được gọi là vectơ cảm ứng từ do phần tử dòng điện

l

Idsinh ra tại điểm M.

Biểu thức (2.5) đã được Biô- Xava- Laplatx đưa ra từ thực nghiệm, do đó cịn gọi là định luật Biơ- Xava- Laplatx. Định luật này được phát biểu cụ thể như sau:

Vectơ cảm ứng từ dB do một phần tử dòng điện Idl gây ra tại điểm M cách phần tử dịng điện một khoảng r là vectơ có:

- Gốc tại điểm M

- Phương vng góc với mặt phẳng chứa phần tử dòng điện Idlvà điểm M - Chiều sao cho ba vectơ dl, r và dB theo thứ tự tạo thành tam diện thuận.

(Chiều của dB cũng có thể được xác định bằng quy tắc vặn nút chai : Đặt cái vặn

nút chai theo phương của dòng điện, nếu quay cho vặn nút chai tiến theo chiều dịng điện thì chiều quay của cái vặn nút chai tại điểm M sẽ là chiều của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó).

- Độ lớn (cịn gọi là cảm ứng từ) dB được xác định bằng công thức: 0 sin2 4 r Idl dB      (2.6) Thay (2.5) vào (2.4) ta được biểu thức dF dưới dạng khác (2.4)

B d l d I F d  0 0   (2.7)

Điều này chứng tỏ vectơ cảm ứng từ đưa ra trên đây đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực.

Trong hệ đơn vị SI, cảm ứng từ có đơn vị là Tesla (kí hiệu là T)

2.1.5. Nguyên lí chồng chất từ trường

- Vectơ cảm ứng từ B do một dịng điện bất kì gây ra tại một điểm M bằng tổng các vectơ cảm ứng từ dB do tất cả các phần tử nhỏ của dòng điện gây ra tại điểm ấy.

B dB (2.8)

- Vectơ cảm ứng từ B do nhiều dòng điện bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do

từng dòng điện sinh ra        n i i n B B B B B 1 2 1  ...     (2.9) cả dòng điện

2.1.6. Đường cảm ứng từ (hay đường sức từ trường)

2.1.6.1. Định nghĩa

Đường cảm ứng từ là đường cong vạch ra trong từ trường sao cho tiếp tuyến tại mọi điểm của nó

trùng với phương của vectơ cảm ứng từ tại những điểm ấy, chiều của đường cảm ứng từ là chiều của vectơ cảm ứng từ.

2.1.6.2. Tính chất

- Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức từ.

- Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vơ hạn ở hai đầu. - Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định.

- Người ta quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chỗ nào mà từ trường mạnh thì các đường sức từ mau và chỗ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa.

2.1.7. Tác dụng của từ trường lên một phần tử dòng điện. Lực Ampe.

Theo định luật Ampe, phần tử dòng điện I0dl0 đặt tại điểm M trong từ trường dB sẽ chịu một lực từ: dF I0dl0 dB

 Nếu đặt phần tử dòng điện Idltại M trong từ trường B thì phần tử đó sẽ chịu tác dụng của một lực là dF IdldB (2.10)

F

dđược gọi là lực Ampe có:

- Phương vng góc với Idlvà từ trường B

- Chiều sao cho ba vectơ dl,B,dF theo thứ tự đó hợp thành một tam diện thuận (cũng có thể dùng quy tắc bàn tay trái để xác định dF)

- Độ lớn dFIdl.B.sin với  Idl,B (2.11)

2.1.8. Chuyển động của hạt tích điện trong từ trường

2.1.8.1. Tác dụng của từ trường lên hạt tích điện chuyển động. Lực Lo-ren-xơ B B

Xét điện tích q chuyển động với vận tốc v trong từ trường B. Hạt điện chuyển động tương đương với một phần tử dòng điệnIdl thỏa mãn : Idlqv.

Biết rằng lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện theo (2.10) là dFIdldB

Vậy từ lực tác dụng lên hạt điện chuyển động là : fq.vB (2.12)

f gọi là lực Lo-ren-xơ có :

- Phương vng góc với v và B

- Chiều sao cho ba vectơ qv, B và f theo thứ tự đó hợp thành một tam diện