XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ LỚP 11 THPT

CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ

vectorstock.com/28062424

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ LỚP 11 THPT WORD VERSION | 2022 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

-3-

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ***

NGUYỄN QUANG TRUNG

XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ LỚP 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Nghệ An - 2016

-4-

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ***

NGUYỄN QUANG TRUNG

XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ LỚP 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành: Lý luận và PPDH bộ môn Vật lý Mã số: 60 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. PHẠM THỊ PHÚ

Nghệ An - 2016

i

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn PGS. TS. Phạm Thị Phú đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Đồng thời, nhân dịp kết thúc chương trình Cao học, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Sau đại học, khoa Vật lý, bộ môn Phương pháp giảng dạy khoa Vật lý, Trường Đại học Vinh và tập thể lớp Cao học 22 LL&PPDHBM Vật lý đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.

Xin thành thật cảm ơn sự nhiệt tình của Ban giám hiệu và các thầy cô bộ môn Vật lý của trường THPT Đức Thọ đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian tiến hành thực nghiệm sư phạm của luận văn.

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.

Tôi rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu từ phía thầy cô và bạn đọc.

Tác giả

Nguyễn Quang Trung

ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Thuật ngữ

Viết tắt

Bài tập vật lí

BTVL

Bài tập sáng tạo

BTST

Cao đẳng

CĐ

Đại học

ĐH

Giáo dục

GD

Giáo dục – Đào tạo

GD-ĐT

Giáo viên

GV

Học sinh

HS

Học sinh giỏi Học sinh giỏi Quốc gia Kiến thức kỹ năng

HSG HSGQG KTKN

Nhà xuất bản

NXB

Sách giáo khoa

SGK

Trung học phổ thông

THPT

iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .........................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................2 3. Giả thuyết khoa học .....................................................................................................2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................................2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ..................................................................................................2 6. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................................3 7. Đóng góp mới của luận văn .........................................................................................3 8. Cấu trúc luận văn .........................................................................................................3 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI .............................................................................................4 1.1. Bồi dưỡng học sinh giỏi ở giáo dục phổ thông Việt Nam ........................................4 1.1.1. Khái niệm học sinh giỏi .........................................................................................4 1.1.2. Học sinh giỏi toàn diện ..........................................................................................4 1.1.3. Học sinh giỏi môn học ...........................................................................................4 1.1.4. Bồi dưỡng học sinh giỏi góp phần phát hiện và bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo môn học cho học sinh. ...............................................................................................4 1.2. Vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lý THPT ..................................................5 1.2.1. Học sinh giỏi Vật lí................................................................................................5 1.2.2. Dấu hiệu của học sinh giỏi vật lý [27] ...................................................................5 1.2.3. Bồi dưỡng HSG – dạy học phân hoá vi mô ở trường THPT [7] ...........................6 1.2.4. Thực trạng bồi dưỡng HSG ở nước ta và tỉnh Hà Tĩnh trong thời gian qua. ........6 1.2.4.1.Thực trạng bồi dưỡng HSG Vật lý nước ta .........................................................6 1.3. Sử dụng bài tập vật lý trong bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý ....................................8 1.3.1. Chức năng lý luận dạy học của bài tập vật lý [23] ................................................8 1.3.2. Phân loại bài tập Vật lý theo mục đích sử dụng ....................................................9 1.3.3. Sử dụng bài tập phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi ........................................11 1.4. Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi góp phần nâng cao thành tích bồi dưỡng học sinh giỏi .......................................................................................................13 1.4.1. Cấu trúc của chuyên đề........................................................................................13 1.4.2. Nội dung của chuyên đề ......................................................................................13 1.4.3. Quy trình xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG Vật lý ở trường THPT .............14 1.4.4. Các phương án sử dụng chuyên đề nâng cao hiệu quả dạy học. .........................15

iv Kết luận chương 1 .........................................................................................................17 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ LỚP 11 THPT .....................................18 2.1. Phân tích nội dung phần từ trường, cảm ứng điện từ thuộc chuẩn KT-KN vật lý 11 THPT .............................................................................................................................18 2.1.1. Nội dung dạy học của chương từ trường Vật lý 11 THPT theo chuẩn kiến thức kỹ năng .........................................................................................................................18 2.1.2. Nội dung dạy học của chương cảm ứng điện từ Vật lý 11 THPT theo chuẩn kiến thức - kỹ năng [19] ........................................................................................................21 2.2. Phân tích một số đề thi chọn học sinh giỏi các cấp từ năm 2011 đến năm 2015 ...22 2.2.1. Đề thi học sinh giỏi quốc gia ...............................................................................22 2.2.2. Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh (tỉnh Hà Tĩnh)........................................................24 2.3. Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 THPT ..............................................................................................................25 2.3.1. Bổ túc các kiến thức ............................................................................................25 2.3.2. Các bài tập luyện tập cho phần bổ túc kiến thức. ................................................27 2.3.3. Bài tập luyện tập nâng cao...................................................................................30 2.3.4. Bài tập sáng tạo. ..................................................................................................45 2.4. Phương án sử dụng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ vật lí 11 THPT ............................................................................................54 2.4.1. Xây dựng đề thi chọn đội tuyển học sinh giỏi trường .........................................54 2.4.2. Xây dựng các bài học bổ túc kiến thức và luyện tập ...........................................55 2.4.3. Xây dựng các bài học luyện tập giải bài tập trên lớp ..........................................59 2.4.4. Hướng dẫn học sinh tự học chuyên đề ở nhà. .....................................................64 2.4.5. Xây dựng đề thi khảo sát đội tuyển học sinh giỏi trường ...................................64 Kết luận chương 2 .........................................................................................................69 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ..................................................................70 3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ...................................................70 3.2 Đối tượng của thực nghiệm sư phạm ......................................................................70 3.3. Nội dung và diễn biến thực nghiệm sư phạm: ........................................................71 3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm .......................................................................71 3.4.1. Chọn lọc học sinh để thành lập đội tuyển học sinh giỏi. .....................................71 3.4.2 Tiến hành giảng dạy các giáo án thực nghiệm sư phạm.......................................72 3.4.3. Kết quả thực nghiệm: ..........................................................................................72 3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm ................................................................................74

v 3.6. Bài học kinh nghiệm:..............................................................................................75 Kết luận chương 3 .........................................................................................................76 KẾT LUẬN CHUNG ....................................................................................................77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................78

vi DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU

Sơ đồ 1.1. Sơ đồ quy trình xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi ...................15 Bảng 1. Tỷ trọng và tần suất bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ trong đề thi HSG quốc gia.........................................................................................................................23 Bảng 3.1 Kết quả Thi chọn HSG Tỉnh (lần 1) ..............................................................72 Bảng 3.2 Kết quả Thi khảo sát HSG Tỉnh giữa kì thực nghiệm (lần 2) .......................73 Bảng 3.3 Kết quả Thi khảo sát HSG Tỉnh cuối kì ( lần 3) ..........................................74 Bảng 3.4 . Kết quả thi học sinh giỏi: ............................................................................74

1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Từ xưa đến nay công tác phát hiện và bồi dưỡng nhân tài luôn được quan tâm đúng mức. Đảng ta đã xác định nhiệm vụ của giáo dục và đào tạo là “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài”. Hội nghị Trung ương 8 khóa XI ngày 4/11/2013 đã ra Nghị quyết số 29-NQ/TW về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo trong đó nêu rõ “Đối với giáo dục phổ thông, tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh…”. Vì vậy bồi dưỡng HSG trong trường THPT đáp ứng yêu cầu phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu cho học sinh ở các trường THPT không chuyên.

Hiện nay công tác bồi dưỡng HSG được các cấp quản lí giáo dục và các trường THPT quan tâm đúng mức. Đối với xã hội lực lượng HSG ở các trường phổ thông đóng vai trò rất lớn cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho các ngành, đặc biệt trong lĩnh vực khoa học.

Việc bồi dưỡng học sinh giỏi nhằm phát hiện ra học sinh có năng khiếu để bồi dưỡng, động viên khích lệ học sinh học tập, đồng thời là động lực để giáo viên dạy giỏi góp phần nâng cao chất lượng của quá trình dạy – học. Bồi dưỡng học sinh giỏi hướng tới mục tiêu đào tạo nhân tài cho đất nước. Để thực hiện tốt công tác bồi dưỡng HSG ngoài các yếu tố: Công tác chỉ đạo, công tác phát hiện các cá nhân xuất sắc thì công tác định hướng và bồi dưỡng của giáo viên giảng dạy đóng một vai trò hết sức quan trọng. Trong việc bồi dưỡng HSG ngoài việc sử dụng các tài liệu tham khảo, giáo viên giảng dạy cần chủ động nghiên cứu xây dựng hệ thống các bài tập phù hợp nhằm làm tăng hiệu quả trong giảng dạy.

Bồi dưỡng HSG ở trường phổ thông là một hình thức dạy học phân hoá vi mô.

Giáo viên dạy các môn khoa học ở trường THPT cần phải thường xuyên tự học, tự bồi dưỡng để có năng lực bồi dưỡng HSG – một tiêu chuẩn để đạt danh hiệu giáo viên giỏi các cấp.

Tuy có vai trò hết sức quan trọng nhưng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường phổ thông lại thực hiện theo các phương pháp khác nhau, chủ yếu là dựa vào kinh nghiệm giảng dạy của cán bộ giáo viên. Do đó hiện nay chưa có các phương án bồi dưỡng một cách có hệ thống trong các trường THPT không chuyên.

2 Trong chương trình vật lí THPT phần từ trường, cảm ứng điện từ được sử dụng với tần suất tương đối nhiều trong các đề thi chọn HSG vật lí lớp 11 và lớp 12 THPT cũng như trong các đề thi chọn HSG Quốc gia.

Trên cơ sở đó tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 trung học phổ thông” 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 THPT nhằm nâng cao kiến thức, kỹ năng, phát triển tư duy và bồi dưỡng niềm yêu thích vật lý cho học sinh, từ đó góp phần nâng cao thành tích bồi dưỡng HSG vật lí cấp THPT 3. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng và sử dụng được chuyên đề gồm phần bổ túc kiến thức và hệ thống các bài tập luyện tập, bài tập sáng tạo Vật lí có nội dung giáo khoa, nội dung thực tế, nội dung kỹ thuật để bồi dưỡng học sinh khá giỏi thì sẽ nâng cao được kiến thức, kỹ năng, bồi dưỡng tư duy và niềm yêu thích Vật lý cho học sinh.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Học sinh giỏi vật lý THPT + Bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THPT. - Phạm vi nghiên cứu: Lý thuyết và bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ trung học phổ thông.

5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận và tâm lý học về dạy học phân hoá, bồi dưỡng học sinh giỏi; - Tìm hiểu thực trạng bồi dưỡng HSG các cấp ở nước ta, ở tỉnh Hà Tĩnh và một số trường THPT tại Hà Tĩnh: tài liệu bồi dưỡng, đề thi chọn HSG các cấp,...

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học bài tập vật lý; - Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng và phân loại hệ thống hóa lý thuyết về từ trường và cảm ứng điện từ. Xây dựng hệ thống bài tập dùng cho bồi dưỡng HSG phần từ trường, cảm ứng từ;

3 - Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 THPT dùng cho bồi dưỡng HSG ở trường THPT; - Đề xuất phương án dạy học chuyên đề bồi dưỡng HSG đã xây dựng để bồi dưỡng HSG Vật lý lớp 11; - Thực nghiệm sư phạm.

6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lí luận - Phương pháp điều tra, khảo sát thực tiễn - Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm dạy học (trong bồi dưỡng HSG) - Phương pháp thực nghiệm sư phạm 7. Đóng góp mới của luận văn - Khảo sát đề thi HSG tỉnh Hà Tĩnh, HSG Quốc gia từ 2011 đến 2015 - Xây dựng được chuyên đề bồi dưỡng HSG bao gồm lí thuyết, phần bổ túc kiến thức và hệ thống 34 bài tập được phân thành 3 loại chính: bài tập bổ túc kiến thức, bài tập luyện tập nâng cao và bài tập sáng tạo về từ trường và cảm ứng điện từ - Thiết kế 8 giáo án sử dụng chuyên đề đã xây dựng để bồi dưỡng HSG. 8. Cấu trúc luận văn Mở đầu (3 trang) Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi (15 trang) Chương 2. Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 THPT(55 trang) Chương 3. Thực nghiệm sư phạm (8 trang) Kết luận(1 trang) Tài liệu tham khảo (2 trang) Phụ lục (46 trang)

4 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI 1.1. Bồi dưỡng học sinh giỏi ở giáo dục phổ thông Việt Nam 1.1.1. Khái niệm học sinh giỏi Ở nước ta, trong hệ thống giáo dục quốc dân, bậc phổ thông có hai khái niệm HSG đó là HSG toàn diện và HSG môn học các cấp.

1.1.2. Học sinh giỏi toàn diện Theo điều 13 và điều 18 Qui chế đánh giá, xếp loại học sinh THCS, THPT (Ban hành kèm theo Thông tư số 58/2011/TT-BGDĐT ngày 12 tháng 12 năm 2011 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo) HSG toàn diện là học sinh đạt các yêu cầu sau: hạnh kiểm xếp loại tốt và học lực đạt loại giỏi (có điểm trung bình chung học tập đạt từ 8,0 và một trong hai môn Văn hoặc Toán đạt trên 8,0; không có môn nào dưới 6,5; các môn học đánh giá bằng nhận xét đạt loại Đạt).

1.1.3. Học sinh giỏi môn học HSG môn học là học sinh được công nhận danh hiệu qua các kỳ thi chọn HSG các cấp môn học đó. Ở trường THPT thì có các danh hiệu HSG cấp Tỉnh, cấp Quốc gia, khu vực và Quốc tế. Muốn nâng cao thành tích HSG thì học sinh thường phải qua các đợt bồi dưỡng luyện tập vừa để nâng cao kiến thức vừa rèn luyện kỹ năng và phát triển năng lực tư duy. HSG một môn học phải đạt và vượt chuẩn kiến thức kỹ năng của môn học đó. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chúng tôi chỉ đề cập đến đối tượng học sinh giỏi môn học.

1.1.4. Bồi dưỡng học sinh giỏi góp phần phát hiện và bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo môn học cho học sinh.

Như đặt vấn đề ở trên bồi dưỡng HSG có vai trò rất quan trọng trong các trường THPT. Đó là sớm phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu cho học sinh ở trường phổ thông, tiếp tục chọn lọc và bồi dưỡng đào tạo để có nguồn nhân lực chất lượng cao cho các bậc đại học và sau đại học để có đội ngũ nhân lực, nhân tài đáp ứng được những yêu cầu phát triển đỉnh cao, mũi nhọn của phát triển xã hội, ngang tầm khu vực và quốc tế.

Bồi dưỡng HSG là chủ động tạo ra môi trường và những điều kiện thích hợp cho người học phát huy cao độ năng lực của mình, đi đôi với việc tiếp nhận một cách thông minh, hiệu quả ngoại lực (người thầy có vai trò quan trọng hàng đầu trong môi

5 trường có tính ngoại lực); mà cốt lõi là giúp cho người học về phương pháp, biết cách học, cách nghiên cứu, cách tư duy, cách tự đánh giá, tận dụng phương tiện hiện đại nhất để tìm kiếm, thu thập và xử lý thông tin để tự học, tự bồi dưỡng. Bồi dưỡng HSG cũng là một hình thức để người giáo viên tự bồi dưỡng bản thân, để không bị lạc hậu so sự thay đổi của xã hội và sự phát triển của khoa học công nghệ ngày nay.

1.2. Vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lý THPT 1.2.1. Học sinh giỏi Vật lí HSG Vật lí cấp THPT là học sinh được công nhận danh hiệu qua các kỳ thi chọn HSG các cấp môn môn Vật lí qua các kì thi chọ HSG cấp Tỉnh, cấp Quốc gia, khu vực và Quốc tế. HSG Vật lí phải là học sinh nắm kiến thức kỹ năng của môn học ở mức độ phân tích, tổng hợp, đánh giá, có tư duy logic, tư duy toán học, tư duy vật lý tốt, có niềm đam mê vật lý học, tự học và tìm tòi sáng tạo.

Nhiệm vụ bồi dưỡng HSG Vật lí hàng năm được nhà trường chú trọng giao cho tổ bộ môn Vật lí nhằm phát hiện những học sinh có năng lực tốt để bồi dưỡng giúp các em hình thành những kỹ năng cơ bản, rèn luyện và nâng cao năng lực nhận thức, phát triển tư duy, tạo đà để các em có thể vươn xa, đạt những thành tích cao trong các kỳ thi HSG các cấp và có thể trở thành những tài năng có ích cho đất nước sau này.

1.2.2. Dấu hiệu của học sinh giỏi vật lý [27] Dựa vào một số kinh nghiệm có được qua quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi, chúng tôi đưa ra các dấu hiệu sau về nhận biết HSG vật lý cấp THPT. - Đạt chuẩn và vượt chuẩn các kiến thức về vật lý: trước tiên hoc sinh phải nắm chắc lý thuyết, biết phân tích hiện tượng, sự kiện, biết vận dụng kiến thức đã học để đưa bài toán phức tạp thành bài toán đơn giản, qui một hiện tượng mới lạ về hiện tượng đã quen biết. Các em không bị lúng túng khi gặp các bài toán vật lý có dạng mới lạ.

- Có năng lực toán học: học sinh biết sử dụng công cụ toán học (các phép tính véctơ, khảo sát hàm số, đồ thị, đạo hàm, vi phân, tích phân, lượng giác…) để giải BTVL. - Có kĩ năng thực hành vật lý: trong đề thi HSG cấp quốc gia, khu vực, quốc tế hiện nay luôn có một bài tập thí nghiệm. Đây là vấn đề mới và cũng là một điểm hạn chế của học sinh chúng ta hiện nay. Học sinh phải nắm được cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm cơ bản, biết chọn dụng cụ cần thiết cho yêu cầu của phép đo, nắm được

6 nguyên tắc, nội dung lý thuyết để thiết kế phương pháp đo. Ngoài ra học sinh cũng phải biết cách xử lý số liệu, cách tính các loại sai số và đánh giá sai số của phép đo…

- Có thói quen tự học, tự nghiên cứu qua tài liệu sách, tạp chí bộ môn: Học sinh phải biết cách nghiên cứu thêm qua tài liệu, sách báo, mạng internet…. Để có thể tự trau dồi và cập nhật kiến thức Vật lí ngoài SGK. - Có lòng yêu thích môn học Vật lí: thích tìm tòi, khám phá, thích giải những bài tập Vật lí khó, luôn tự đặt ra câu hỏi cho bản thân và cho giáo viên, luôn muốn tìm câu trả lời cho các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên.

1.2.3. Bồi dưỡng HSG – dạy học phân hoá vi mô ở trường THPT [7] Ở cấp vi mô tác giả Nguyễn Bá Kim cho rằng dạy học phân hoá xuất phát từ sự biện chứng của thống nhất và phân hóa, từ yêu cầu đảm bảo thực hiện tốt các mục tiêu dạy học đối với tất cả mọi HS, đồng thời khuyến khích phát triển tối đa và tối ưu những khả năng của cá nhân, đó là phân hoá nội tại hay còn gọi là phân hoá trong, tức là dùng những biện pháp phân hoá thích hợp trong một lớp học thống nhất với cùng một kế hoạch học tập, cùng một chương trình và sách giáo khoa. Dạy học phân hóa nội tại là một quan điểm dạy học dựa vào những khác biệt về năng lực, sở thích, các điều kiện học tập…nhằm phát triển tốt nhất cho từng người học. Bồi dưỡng HSG từng bộ môn là một hình thức dạy học phân hóa vi mô ở trường THPT. Đi đôi với công tác giáo dục diện “đại trà”, bồi dưỡng HSG là công tác mũi nhọn và trọng tâm ở trường THPT. Nó có tác dụng thiết thực và mạnh mẽ để nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ của các thầy giáo, cô giáo, nâng cao chất lượng khẳng định được thương hiệu của nhà trường, thương hiệu của mỗi thầy giáo, cô giáo; tạo khí thế hăng say vươn lên học tập dành những đỉnh cao trong mỗi học sinh.

Bồi dưỡng HSG một mặt được tiến hành trong những giờ học đồng loạt bằng những biện pháp phân hóa (phân hóa trong giờ học chính khóa), mặt khác được thực hiện bằng cách bồi dưỡng tách riêng diện này trên nguyên tắc tự nguyện.

1.2.4. Thực trạng bồi dưỡng HSG ở nước ta và tỉnh Hà Tĩnh trong thời gian qua.

1.2.4.1.Thực trạng bồi dưỡng HSG Vật lý nước ta Hiện nay ở các tỉnh, thành trên cả nước đều có tổ chức các kì thi HSG cấp tỉnh qua đó lựa chọn các đội tuyển cấp khu vực và cấp quốc gia. Việc bồi dưỡng HSG nói chung và bồi dưỡng HSG Vật lý nói riêng đều do các trường tự chủ động. Đa số các

7 trường vẫn giảng dạy theo chương trình Vật lý phổ thông nâng cao và sử dụng nhiều nguồn tài liệu khác nhau làm tài liệu tham khảo.

Bên cạnh những thành tích không nhỏ, những tồn tại của vấn đề bồi dưỡng HSG cũng bộc lộ khá rõ: Trước hết là có sự đánh đồng giữa mục đích bồi dưỡng HSG để đào tạo nhân tài với mục tiêu nuôi dưỡng một số “gà chọi” để tranh giải trong các kì thi cấp tỉnh thành, quốc gia và quốc tế; bồi dưỡng HSG bằng cách nhồi nhét những kiến thức quá xa ngoài chương trình, nhồi nhét các thủ thuật làm các dạng bài, biến các em thành thợ làm bài tập vật lý.

Do phải đầu tư nhiều thời gian vào môn thi HSG, nên các em không còn nhiều thời gian để tham gia các môn học khác nhiều. Mặt khác, cũng do cách hiểu mục đích, mục tiêu bồi dưỡng HSG còn hạn hẹp mà chạy theo thành tích, vì thế mà HS, GV, phụ huynh và cả các cấp quản lí đã đầu tư bằng mọi cách, mọi thủ thuật khả dĩ đáp ứng được yêu cầu đoạt giải; còn những đòi hỏi về trang bị năng lực tư duy sáng tạo, về những phương pháp nhận thức khoa học của môn học, phương pháp tự học, tự nghiên cứu đang còn bị coi nhẹ trong quá trình bồi dưỡng HSG. Việc phát hiện không đúng HS năng khiếu cũng làm cho hoạt động bồi dưỡng HSG thêm khó khăn. Kết quả học tập của những HS đó về môn vật lý khó đạt kết quả cao, do dồn hết sức lực và thời gian để hoàn thành nhiệm vụ mà GV giao cho, nên các môn học khác các em không có điều kiện học nữa; nhiều em không đạt chuẩn kiến thức các môn học trong chương trình.

Cũng không ít trường phổ thông, HS, phụ huynh, các nhà quản lí chỉ quan tâm đến mục tiêu kết quả thi tốt nghiệp, thi đại học là chính còn hoạt động bồi dưỡng HSG vật lý đang có tâm lí coi nhẹ.

1.2.4.2. Thực trạng bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý ở tỉnh Hà Tĩnh Hà Tĩnh là một trong những tỉnh thuộc khu vực Bắc Trung bộ nhìn chung về giáo dục hiện nay được xem là một tỉnh có thế mạnh trong khu vực nói riêng và trong cả nước nói chung. Sở GD-ĐT Hà Tĩnh trong công tác phát triển mũi nhọn ở các trường học và đã chú trọng hơn về việc bồi dưỡng HSG trong tỉnh. Hàng năm Hà Tĩnh tổ chức kì thi chọn HSG cho các khối lớp 10, 11 và 12 trong đó có bộ môn Vật lý. Hàng năm chất lượng các đội tuyển quốc gia ở Hà Tĩnh thường ở các thứ hạng cao. Các em đạt HSGQG không chỉ tập ở trường chuyên mà còn có một lượng học sinh được bổ sung từ các trường không chuyên trong toàn tỉnh.

8 Trong các trường THPT ở Hà Tĩnh, công tác bồi dưỡng HSG là hoạt động xuyên suốt năm học. Vào đầu năm học, nhà trường xây dựng kế hoạch bồi dưỡng HSG cho cả năm học. Mỗi tổ bộ môn xây dựng kế hoạch bồi dưỡng cho các khối lớp. Tuy nhiên việc xây dựng kế hoạch chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của giáo viên mà chưa dựa trên các tiêu chí cụ thể.

Trong những năm gần đây do sự đổi mới của kỳ thi tuyển sinh vào ĐH –CĐ không phù hợp với kì thi học sinh giỏi (Kì thi ĐH –CĐ thi bằng hình thức trắc nghiệm, kiến thức chủ yếu tập trung ở lớp 12 còn kì thi học sinh giỏi thi bằng hình thức trắc nghiệm, kiến thức phủ đều ở ba khối lớp 10, 11, 12) nên nhiều học sinh không còn có hứng thú trong việc tham gia đội tuyển học sinh giỏi vật lý.

Về tài liệu bồi dưỡng HSG Vật lý mà GV sử dụng đa số là các sách được xuất bản từ NXB Giáo dục, một số chuyên đề bồi dưỡng HSG, một số chuyên đề nâng cao cho HS phổ thông. Hiện nay tài liệu các giáo viên trực tiếp biên soạn để bồi dưỡng HSG còn thiếu, chỉ tập chung vào các dạng bài tập nâng cao và cũng chưa chú trọng vào dạng bài tập sáng tạo. Việc biên soạn các tài liệu hướng dẫn học sinh bồi dưỡng nói chung còn rất ít.

1.3. Sử dụng bài tập vật lý trong bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 1.3.1. Chức năng lý luận dạy học của bài tập vật lý [23] Bài tập vật lý có tầm quan trọng đặc biệt, chúng được sử dụng theo các mục đích khác nhau: BTVL như một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức mới một cách sâu sắc.

BTVL là một phương tiện cũng cố, ôn tập kiến thức một cách có hiệu quả.

BTVL là phương tiện rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát.

BTVL là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh. Trong khi giải bài tập vật lý học sinh phải lập luận, huy động các thao tác tư duy để xây dựng các lập luận, phải tính toán, có khi phải tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo để tìm mối liên hệ giữa các tham số hoặc kiểm tra trước các kết luận của mình.

BTVL có thể rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt và tác phong làm việc khoa học.

9 BTVL là phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của học sinh một các chính xác.

BTVL là phương tiện đặc biệt hiệu quả để rèn luyện tư duy, phát triển năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh. BTVL là phương tiện không thể thiếu trong BD HSG vật lý. Đối với môn Vật lí ở trường phổ thông, BTVL đóng một vai trò hết sức quan trọng, việc hướng dẫn HS làm BTVL là một hoạt động dạy học, là một công việc khó khăn, ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ và phương pháp tư duy logic của người GV Vật lí trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của HS, vì thế đòi hỏi người giáo viên và cả HS phải học tập và lao động không ngừng.

Cần chú ý rằng việc rèn luyện cho học sinh giải các BTVL không phải là mục đích dạy học mà thông qua đó, làm cho HS hiểu sâu sắc hơn những quy luật Vật lí, biết phân tích và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào kỹ thuật và cuối cùng phát triển được năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề cho HS. 1.3.2. Phân loại bài tập Vật lý theo mục đích sử dụng BTVL rất đa dạng và phong phú cho nên có nhiều cách phân loại khác nhau. Dựa vào mục đích dạy học, về tiêu chí giải mà người ta phân loại các dạng BTVL như phân loại theo nội dung, theo mục đích dạy học, theo độ khó, theo đặc điểm, phương pháp nghiên cứu vấn đề, theo phương thức giải hay phương thức cho điều kiện và theo hình thức lập luận logic.

Với mục đích bồi dưỡng HSG theo Phạm Thị Phú chia BTVL theo các loại sau: Loại 1. Bài tập bổ túc kiến thức - Mục tiêu: Bổ túc thêm kiến thức cho học sinh để có thể thi Olympic các cấp hoặc quốc gia. Thông qua các loại bài tập này giáo viên bổ sung cho học sinh một số kiến thức có tính chất nâng cao và mở rộng nằm ngoài chuẩn chương trình THPT nhưng trong phạm vi chương trình chuyên sâu của lớp chuyên ở THPT chuyên, để giải các bài tập này học sinh cần có sự tập trung cao độ và đồng thời phải huy động kiến thức vật lý cũng như toán học ở mức độ cao và phức tạp như vi phân, tích phân… Bên cạnh đó học sinh khi giải cần phải có tư duy, tổng hợp và khái quát hóa vấn đề ở mức độ cao. Vì vậy trong quá trình bồi dưỡng loại bài tập này ta cần chú trọng và ưu tiên về thời gian, số lượng để học sinh tiếp cận và rèn luyện.

10 Loại 2: Bài tập luyện tập nâng cao - Mục tiêu: Rèn luyện kỹ năng sử dụng các phương pháp quen thuộc để giải các bài tập tổng hợp nhiều kiến thức, phải vận dụng nhiều khái niệm, định luật... Những bài tập được dùng để rèn luyện cho học sinh kỹ năng áp dụng được những kiến thức xác định để giải bài tập theo một khuôn mẫu đã có, loại bài tập này không đòi hỏi nhiều về tư duy sáng tạo của học sinh. Tính chất tái hiện của tư duy thể hiện ở chỗ: Học sinh so sánh bài tập cần giải với các dạng bài tập đã biết, trong đề bài các dữ kiện đã hàm chứa angôrit giải. Bồi dưỡng loại bài tập này cho học sinh sẽ giúp học sinh rèn luyện kỹ năng tính toán, lập luận lôgic tính cẩn thận kiên trì, tự lực và có khả năng chịu áp lực cao.

Loại 3. Bài tập sáng tạo Mục tiêu: Bồi dưỡng tư duy sáng tạo và đòi hỏi trả lời câu hỏi “Làm thế nào” tương tự với “Sáng chế” trong sáng tạo khoa học kỹ thuật. Có nhiều BTVL không chỉ dừng lại ở phạm vi vận dụng những kiến thức đã học mà còn giúp bồi dưỡng cho học sinh tư duy sáng tạo. Đặc biệt là những bài tập giải thích hiện tựơng, bài tập thí nghiệm, bài tập thiết kế dụng cụ rất có ích cho phát triển tư duy Vật lý. Đây là loại bài tập rất đặc trưng của môn vật lý đòi hỏi người giải cần có tính nhạy bén sáng tạo, óc quan sát, trí tưởng tượng, trực giác kỹ thuật; bồi dưỡng niềm đam mê tìm tòi sáng tạo và hứng thú với môn học.

Loại bài tập dùng cho việc bồi dưỡng các phẩm chất của tư duy sáng tạo: tính linh hoạt, mềm dẻo, độc đáo, nhạy cảm. Tính chất sáng tạo thể hiện ở chỗ không có angôrit cho việc giải bài tập, đề bài che dấu dữ kiện khiến người giải không thể liên hệ tới một angôrit đã có. Với BTST, người giải phải vận dụng kiến thức linh hoạt trong tình huống mới (chưa biết), phát hiện điều mới (về kiến thức, kĩ năng hoạt động hoặc thái độ ứng xử mới), phải có những đề xuất độc lập mới mẻ, không thể suy luận một cách đơn thuần từ kiến thức đã học.

Các dấu hiệu nhận biết bài tập sáng tạo [23] Dấu hiệu 1: Bài tập có nhiều cách giải Dấu hiệu 2: Bài tập có hình thức tương tự nhưng nội dung thay đổi Dấu hiệu 3: Bài tập thí nghiệm về vật lí gồm bài tập thí nghiệm định tính và thí nghiệm định lượng Dấu hiệu 4: Bài tập cho thiếu hoặc thừa dữ kiện

11 Dấu hiệu 5: Bài tập nghịch lí ngụy biện Dấu hiệu 6: Bài toán hộp đen Giải BTST không những đòi hỏi học sinh phải có kiến thức sâu rộng mà còn phải biết vận dụng kiến thức một cách linh hoạt, việc đề xuất ra các phương án và các hình thức thực hiện các phương án phải có tính sáng tạo. BTST là một trong những phương tiện giúp giáo viên phát hiện và bồi dưỡng HSG vật lí, loại bài tập này còn bồi dưỡng cho học sinh niềm yêu thích khoa học vật lý.

1.3.3. Sử dụng bài tập phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi 1.3.3.1. Tiêu chí bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THPT Theo Phạm Thị Phú ngoài các yêu cầu chung của hệ thống bài tập dùng trong dạy học một chương, một phần thì bài tập bồi dưỡng HSG phải đạt được các tiêu chí sau: Tiêu chí 1: Hệ thống bài tập được chọn theo chủ đề, các bài tập trong cùng một chủ đề phải đảm bảo đủ 3 loại: Bài tập bổ túc kiến thức, Bài tập luyện tập nâng cao, Bài tập sáng tạo.

Tiêu chí 2: Bài tập bổ túc kiến thức phải bổ túc cho học sinh phổ thông kiến thức nằm ngoài chuẩn kiến thức kỹ năng chương trình THPT nhưng trong phạm vi các đề thi HSG các cấp tương ứng đề cập đến.

Tiêu chí 3: Bài tập luyện tập nâng cao phải là những bài tập tổng hợp sử dụng từ 3 đơn vị kiến thức trở lên ở cấp thấp nhất (cấp trường), từ HSG cấp tỉnh trở lên loại bài tập này phải sử dụng tối thiểu 4 đơn vị kiến thức cơ bản. Bài tập luyện tập nâng cao phải đa dạng: Bài tập định tính, Bài tập định lượng, Bài tập đồ thị.

Tiêu chí 4: Bài tập sáng tạo là những bài tập gắn với tình huống thực tế nhằm bồi dưỡng cho học sinh năng lực sáng tạo và niềm đam mê yêu thích vật lý học.

Với những tiêu chí như trên trong chương 2 chúng tôi sẽ hiện thực hóa 4 tiêu chí cho hệ thống bài tập bồi dưỡng HSG về từ trường và cảm ứng điện từ.

1.3.3.2. Sử dụng bài tập phát hiện học sinh giỏi vật lý [23] Trong quá trình dạy học việc phát hiện học sinh có năng khiếu vật lý để bồi dưỡng đóng vai trò hết sức quan trọng. Một trong những phương pháp để phát hiện học sinh có năng khiếu vật lý thông qua việc giảng dạy các bài tập vật lý. Các dạng bài tập vật lí đều có khả năng giúp cho người dạy phát được các học sinh có tố chất và năng khiếu vật lí. Tuy nhiên để có hiệu quả nhất khi sử dụng bài tập phát hiện học sinh có năng khiếu vật lí là sử dụng bài tập sáng tạo. Bài tập sáng tạo hàm chứa một số đặc

12 trưng của hoạt động sáng tạo. Chỉ có thể bồi dưỡng tư duy sáng tạo và năng lực sáng tạo của học sinh thông qua hoạt động sáng tạo trong quá trình dạy học. Thường xuyên rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải bài tập sáng tạo là một biện pháp tốt nhất để bồi dưỡng năng lực sáng tạo. Qua hoạt động giải bài tập sáng tạo về vật lí sẽ phát hiện học sinh có năng khiếu, tuyển chọn vào các đội tuyển dự thi học sinh giỏi các cấp.

1.3.3.3. Các phương án dạy học bồi dưỡng học sinh giỏi [23] Để phục vụ tốt cho việc giải BTVL, trước tiên giáo viên nên hệ thống lại các kiến thức có liên quan, bổ sung những kiến thức HS chưa được học và các công thức toán học thường được sử dụng trong khi giải BTVL. Theo [23] qui trình giải một BTVL thực chất là qui trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lý được đề cập và dựa trên kiến thức vật lý toán học để suy nghĩ tới những mối quan hệ có thể có của cái đã cho và cái đi tìm sao cho có thể thấy được cái phải tìm có thể liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho. Từ đó tìm ra mối liên hệ tường minh giữa cái cần tìm với cái đã biết, tức là tìm được lời giải Từ đó, sơ đồ định hướng chung để giải BTVL gồm: - Bước 1. Tìm hiểu đầu bài, xác định dữ kiện, ẩn số của bài tập.

- Bước 2. Xác lập các mối liên hệ cơ bản giữa các dự liệu đã cho và ẩn số.

- Bước 3. Rút ra kết quả cần tìm - Bước 4. Kiểm tra kết quả, nhận xét, tìm hướng giải khác (nếu có thể) Trong hoạt động dạy bài tập còn tùy thuộc vào đối tượng học sinh và nội dung bài tập, giáo viên có thể đưa ra hệ thống câu hỏi định hướng tư duy phù hợp. Việc định hướng quá trình này phải xuất phát từ mục đích sư phạm cụ thể để có thể đưa ra các kiểu hướng dẫn phù hợp và quan trọng nhất là định hướng một cách đúng đắn để đưa ra được phương pháp cụ thể bằng cách vận dụng các thao tác tư duy để giải quyết BTVL. Ba kiểu định hướng HS giải BTVL: [23] - Định hướng Angorit (theo mẫu): GV hướng HS vào việc huy động, áp dụng những kiến thức, cách thức hoạt động mà HS đã nắm được hoặc đã được GV chỉ ra một cách tường minh.

- Định hướng Ơristic (tìm tòi): GV không chỉ ra cho HS một cách tường minh các kiến thức và cách thức hoạt động mà HS cần áp dụng, GV chỉ đưa ra cho HS những gợi ý sao cho HS có thể tự tìm tòi, huy động và xây dựng những kiến thức, cách thức hoạt động thích hợp để giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận, nghĩa là đòi hỏi HS tự xác định hành động thích hợp trong tình huống không phải đã quen thuộc đối với họ.

13 - Định hướng khái quát hóa chương trình: GV gợi ý cho HS tương tự như kiểu định hướng tìm tòi, nhưng giúp HS ý thức được đường lối khái quát của việc tìm tòi giải quyết vấn đề. Sự định hướng được chương trình hóa theo các bước dự định hợp lí.

GV thực hiện từng bước hướng dẫn HS giải quyết nhiệm vụ.

Tùy theo giai đoạn, mục đích, phạm vi của nhiệm vụ và trình độ của HS mà GV lựa chọn và sử dụng kiểu định hướng sao cho phù hợp và đạt kết quả.

1.4. Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi góp phần nâng cao thành tích bồi dưỡng học sinh giỏi 1.4.1. Cấu trúc của chuyên đề Cấu trúc chuyên đề về cơ bản chúng tôi thống nhất với cấu trúc mà Phạm Thị Phú đề xuất, ngoài ra ở phần mục tiêu chúng tôi đề xuất thêm phần yêu cầu về phát triển năng lực. Theo đó chuyên đề bồi dưỡng HSG là kế hoạch dạy học của GV dành cho đối tượng HS cụ thể cần phải được thiết kế theo cấu trúc sau: I. Mục tiêu dạy học - Kiến thức - Kỹ năng - Các năng lực cần phát triển - Thái độ II. Đối tượng dạy III. Phương tiện dạy học IV. Nội dung và phương pháp dạy học: 1.4.2. Nội dung của chuyên đề Nội dung chuyên đề được chia thành 3 phần nhằm đạt mục tiêu kiến thức theo yêu cầu của chuyên đề: Phần 1: Bổ túc kiến thức ngoài chuẩn, bổ túc kiến thức hỗ trợ, bài tập luyện tập bổ túc kiến thức; Phần 2: Bài tập luyện tập nâng cao rèn luyện phát triển kỹ năng; Phần 3: Bài tập sáng tạo.

14 1.4.3. Quy trình xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG Vật lý ở trường THPT Dựa trên mục đích bồi dưỡng, nội dung HSG Vật lí và tiêu chí hệ thống bài tập bồi dưỡng HSG, chúng tôi sử dụng qui trình như đề xuất của Phạm Thị Phú để xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý cho mỗi phần, mỗi chương, mỗi chủ đề (sau đây gọi chung là chủ đề) gồm các bước sau đây: 1. Xác định chuẩn kiến thức, kỹ năng của chủ đề (Đây là mức độ tối thiểu của học sinh đại trà, HSG phải đạt vượt chuẩn này ở mức độ khá trở lên).

2. Khảo sát đề thi HSG cấp tương ứng trong 4 năm gần đây của địa phương và của một vài địa phương khác (Cấp tương ứng nghĩa là bồi dưỡng HSG cấp nào thì khảo sát đề thi HSG cấp đó: Đội tuyển HSG Tỉnh thì khảo sát đề thi HSG Tỉnh,..)

Qua khảo sát đề thi HSG chúng ta xác định phổ kiến thức của chủ đề được sử dụng trong các đề thi, mức độ vượt khỏi chuẩn của kiến thức và kỹ năng làm cơ sở xác định kiến thức cần bổ túc cho HSG thông qua bài tập nâng cao kiến thức; xác định mức độ phức tạp của bài tập luyện tập nâng cao làm cơ sở thiết kế các kỹ năng cần rèn luyện cho học sinh trong các bài tập luyện tập nâng cao; xác định tần suất và dấu hiệu bài tập sáng tạo được sử dụng.

3. Đánh giá kiến thức kỹ năng và năng lực tư duy của đội tuyển HSG (Xác định trình độ hiện thời, đầu vào của đối tượng HSG) nhằm xây dựng bài tập phù hợp với vùng phát triển gần nhất của học sinh được bồi dưỡng.

4. Xây dựng mục tiêu dạy học của chuyên đề bồi dưỡng HSG Vật lí trên cơ sở các kết quả của các bước 1, 2, 3 trong quá trình.

5. Xây dựng chuyên đề gồm phần kiến thức bổ sung của chủ đề và hệ thống bài tập thỏa mãn các tiêu chí bài tập bồi dưỡng HSG nhằm đạt mục tiêu ở bước 4.

6. Xây dựng phương án sử dụng chuyên đề đã xây dựng.

7. Thực nghiệm các phương án, đánh giá hiệu quả bài tập đã xây dựng.

8. Điều chỉnh, bổ sung bài tập qua từng đợt bồi dưỡng.

15

Đánh giá KT-KN và NLTD của HSG

Xác định Chuẩn KT-KN trong CT phổ thông

Khảo sát đề thi HSG cấp tương ứng

Xây dựng mục tiêu dạy học của chuyên đề

Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG

Xây dựng phương án sử dụng chuyên đề

Xây dựng phương án sử dụng chuyên đề

Có thể điều chỉnh nội dung chuyên đề để đạt mục tiêu

Thực nghiệm các phương án

Có thể điều chỉnh phương án sử dụng chuyên đề để đạt mục tiêu

Sơ đồ 1.1. Sơ đồ quy trình xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi 1.4.4. Các phương án sử dụng chuyên đề nâng cao hiệu quả dạy học.

Mục đích của việc xây dựng các chuyên đề nhằm hướng đến việc nâng cao hiệu quả công tác bồi dưỡng HSG. Vì vậy theo chúng tôi đề xuất phương án khi sử dụng chuyên đề bồi dưỡng HSG như sau.

1.4.4.1. Cung cấp tài liệu về lý thuyết cho học sinh Các nội dung về kiến thức lý thuyết của chuyên đề (bao gồm cả phần bổ sung kiến thức nâng cao và phần bổ túc toán học) được cung cấp cho học sinh tự nghiên cứu. Đây cũng là xu thế chung về việc hướng dẫn học sinh tự nghiên cứu tài liệu. Để

16 thực hiện yêu cầu này khi biên soạn tài liệu đòi hỏi phải biên soạn chi tiết, dễ hiểu phù hợp với đối tượng học sinh giỏi.

1.4.4.2. Hướng dẫn học chuyên đề tại lớp.

Sau khi học sinh nghiên cứu tài liệu bằng phương pháp tự học, học sinh bắt đầu hình thành các kiến thức về lĩnh vực học tập của mình. Giáo viên tiến hành hướng dẫn học sinh thêm các nội dung trọng tâm bao gồm: Giải các bài tập minh họa kiến thức và bổ sung kiến thức: qua các bài tập ở lớp HS được bồi dưỡng hầu hết các kỹ năng để giải các dạng bài tập và xử lý các phép toán phức tạp, kỹ năng thực hành ở những bài tập thiết kế chế tạo… Bài tập được GV sử dụng giảng dạy tại lớp là những bài tập có tính đa dạng, độ khó cao, mang tính sáng tạo đồng thời cũng có những bài tập tổng quát có angôrit giải. Dưới sự hướng dẫn của GV thông qua các CH định hướng và khả năng tự lực HS tiến hành giải bài tập tìm kết quả.

- Bài tập tự giải – tự kiểm tra: bao gồm bài tập vận dung kiến thức đã học và bài tập luyện tập nâng cao, bài tập sáng tạo.

1.4.4.3. Luyện tập giải bài tập cá nhân tại nhà.

Trong lúc học ở nhà, GV chuyển giao cho HS những bài tập luyện tập nội dung các bài tập này có thể nâng cao nhưng ngược lại HS đã được cung cấp tài liệu, angôrit giải hoặc hệ thống CH định hướng tư duy. Trên cơ sở đó HS với năng lực tự học kết hợp cùng với các thao tác tư duy để hoàn thành bài tập được giao.

Trong hoạt động này không có sự hướng dẫn trực tiếp và giám sát của GV nên HS phải phát huy hết năng lực tự học của mình, vì vậy qua hoạt động này HS được rèn luyện năng lực tự học rất cao, cho nên trong quá trình bồi dưỡng GV không nên xem nhẹ. GV định thời gian để hoàn thành bài tập có thể trong ngày, trong tuần, sau khi HS giải bài tập xong thì GV kiểm tra và chỉnh sửa cho hoàn chỉnh.

1.4.4.4. Kiểm tra đánh giá sau khi học chuyên đề.

Sau khi tiến hành dạy các chuyên đề giáo viên nên dành thời gian để kiểm tra đánh giá và bổ sung các thiếu sót. Để tăng hiệu quả công tác kiểm tra giáo viên nên kiểm tra thông qua việc giải các bài tập dưới dạng đề thi chọn đội tuyển để tạo động lực cho học sinh trong quá trình giải bài tập. Đề thi tuyển chọn HSG phải đạt những yêu cầu sau:

17 - Bài tập của đề thi phải đảm bảo độ khó nhưng không vượt ra ngoài nội dung của chương trình đã nêu trong quy chế của kỳ thi.

- Bài tập của đề thi luôn mang tính sáng tạo.

- Mức độ phân hóa cao.

Trong chương 2 chúng tôi xây dựng 3 đề thi bao gồm + Đề thi đánh giá đội tuyển học sinh giỏi (thực hiện trước khi bồi dưỡng chuyên đề) + Đề thi khảo sát đội tuyển HSG giữa kì (thực hiện vào giữa kì bồi dưỡng chuyên đề) + Đề thi khảo sát đội tuyển HSG cuối kì (thực hiện vào cuối kì bồi dưỡng chuyên đề) Kết luận chương 1 Bồi dưỡng HSG nhằm hướng tới mục tiêu đào tạo nhân lực và bồi dưỡng nhân tài. Công tác bồi HSG không chỉ là vấn đề quan tâm của các trường chuyên mà là vấn đề chung của các trường THPT hiện nay. Việc tham gia vào đội tuyển HSG ở các trường là động lực để các em có năng khiếu trên các lĩnh vực phấn đấu và nơi để các em có thể thực hiện được phần nào ước mơ của mình.

Công tác bồi dưỡng HSG không chỉ cung cấp kiến thức, kỹ năng cho các em mà còn phải hướng tới phát triển các phẩm chất năng lực của đội ngũ học sinh giỏi.

Phương pháp tốt nhất để bồi dưỡng năng lực tự học cho đối tượng học sinh giỏi là xây dựng các chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi.

Việc xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG còn là một hình thức nâng cao tinh thần tự học, tự bồi dưỡng cho đội ngũ cán bộ giáo viên. Trong quá trình xây dựng chuyên đề giáo viên phải tự nghiên cứu và tự sưu tầm tài liệu. Ngoài ra giáo viên còn phải xây dựng hệ thống các câu hỏi định hướng, hệ thống các bài tập phục vụ kiểm tra đánh giá.

Vì thế, việc xây dựng tài liệu dạy học trong công tác bồi dưỡng HSG thực chất là xây dựng tài liệu dạy học theo yêu cầu phân hóa, phải chú ý phát triển được các thuộc tính của nhân cách là trí thông minh, sự sáng tạo, kích thích sự đam mê, yêu thích bộ môn và các năng lực tư duy.

Chúng tôi nghĩ rằng trong công tác quản lý phải động viên, khuyến khích GV xây dựng tài liệu dạy học cho HSG. Trên cơ sở đánh giá chính xác năng lực HS ở từng địa phương để tổ chức cho GV các môn chuyên xây dựng tài liệu dạy học bồi dưỡng HSG cho phù hợp.

18 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ LỚP 11 THPT 2.1. Phân tích nội dung phần từ trường, cảm ứng điện từ thuộc chuẩn KT-KN vật lý 11 THPT 2.1.1. Nội dung dạy học của chương từ trường Vật lý 11 THPT theo chuẩn kiến thức - kỹ năng [19] Khái niệm từ trường Từ trường tồn tại trong không gian có các điện tích chuyển động (xung quanh dòng điện hoặc nam châm).

Lí thuyết và thực nghiệm đã chứng tỏ rằng xung quanh điện tích chuyển động có từ trường. Tính chất cơ bản của từ trường là nó gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong nó.

Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam-Bắc của kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó.

Lực từ Thực nghiệm chứng tỏ rằng: Một đoạn dây dẫn có chiều dài l và dòng điện I chạy

qua, được đặt trong từ trường đều thì chịu tác dụng của lực từ F có điểm đặt tại trung điểm đoạn dây, có phương vuông góc với đoạn dây và đường sức từ, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái, và có độ lớn tính bằng công thức: F = BIlsinα trong đó, α là góc tạo bởi đoạn dây dẫn và đường sức từ; I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn dây, B là hệ số tỉ lệ chỉ phụ thuộc vào vị trí đặt đoạn dây.

Quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái sao cho đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của dòng điện trong dây dẫn, khi đó chiều

ngón cái choãi ra chỉ chiều của lực từ F .

Véc tơ cảm ứng từ

Ta gọi vectơ cảm ứng từ B tại một điểm đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực lên dòng điện là một vectơ : Có hướng trùng với hướng của đường sức từ trường tại điểm đó ;

19

Có độ lớn là B =

F , trong đó l là chiều dài của một đoạn dây dẫn ngắn có Ilsinα

cường độ dòng điện I đặt tại điểm xác định trong từ trường và vuông góc với các đường sức từ tại điểm đó.

Trong hệ SI, lực từ F đo bằng N, cường độ dòng điện I đo bằng A, chiều dài đoạn dây điện l đo bằng m, thì đơn vị của cảm ứng từ là tesla (T).

Nguyên lí chồng chất từ trường: Giả sử hệ có n nam châm (hay dòng điện). Tại điểm M, từ trường chỉ của nam

châm thứ nhất là B1 , từ trường chỉ của nam châm thứ hai là B 2 ,...từ trường chỉ của nam

châm thứ n là B n . Gọi B là từ trường của hệ tại M, thì:

B = B1 + B 2 + ... + B n

Cảm ứng từ của dòng điện thẳng dài Các đường sức từ của dòng điện thẳng là các đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dòng điện. Tâm của các đường sức từ là giao điểm của mặt phẳng đó và dây dẫn.

Chiều của các đường sức từ được xác định theo quy tắc nắm tay phải : Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón là chiều của đường sức từ. Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không được tính bằng công thức : B = 2.10−7

I r

trong đó, I đo bằng ampe (A), r đo bằng mét (m), B đo bằng tesla (T).

Vectơ cảm ứng từ B có hướng trùng với hướng của đường sức tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài.

Cảm ứng từ của dòng điện tròn Đường sức từ ở gần dây dẫn là các đường cong khép kín bao quanh dây dẫn và đường sức từ tại tâm vòng tròn là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng vòng tròn.

Chiều các đường sức từ được xác định theo quy tắc nắm tay phải : Khum bàn tay phải theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều

20 dòng điện trong khung, ngón cái choãi ra chỉ chiều các đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện. Độ lớn cảm ứng từ ở tâm của dòng điện tròn bán kính R, gồm N vòng dây có dòng điện I chạy qua, đặt trong không khí, được tính theo công thức : B = 2π10−7

NI R

trong đó, R đo bằng mét (m), I đo bằng am-pe (A), B đo bằng tesla (T).

Vectơ cảm ứng từ B có hướng trùng với hướng của đường sức tại tâm của dòng điện tròn.

Cảm ứng từ của ống dây mang dòng điện thẳng dài Bên trong ống dây, các đường sức từ song song với trục ống dây và cách đều nhau. Nếu ống dây đủ dài (chiều dài rất lớn so với đường kính của ống) thì từ trường bên trong ống dây là từ trường đều. Bên ngoài ống, đường sức từ có dạng các giống như ở nam châm thẳng.

Chiều các đường sức từ được xác định như dòng điện tròn. Có thể coi như ống dây có hai cực : đầu ống mà các đường sức từ đi ra là cực Bắc, đầu kia là cực Nam. Độ lớn cảm ứng từ B trong lòng ống dây dài l, có N vòng dây và có dòng điện I chạy qua, được tính bằng công thức : B = 4 π.10−7

N I hay B = 4 π.10−7 nI l

trong đó, I đo bằng ampe (A), l đo bằng mét (m), n =

N là số vòng dây trên một l

mét chiều dài ống dây, B đo bằng tesla (T).

Lực Lo-ren-xơ Lực từ tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động trong từ trường gọi là lực

Lo-ren-xơ. Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ B tác dụng lên một hạt có điện

tích q chuyển động với vận tốc v :

+ Có phương vuông góc với v và B ; + Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái mở rộng sao cho từ

trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của v khi q0 > 0

và ngược chiều v khi q0 < 0, khi đó chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra;

21

+ Có độ lớn : f = q vB sin α , trong đó α là góc hợp bởi v và B. Chiều của lực Lo-ren-xơ tuân theo quy tắc bàn tay trái.

Khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường Độ lớn momen của lực từ (đặc trưng cho tác dụng làm quay khung) được tính theo công thức : M = IBSsinθ

trong đó, S là diện tích mặt phẳng khung, θ là góc tạo bởi vectơ cảm ứng từ B và

vectơ pháp tuyến n với mặt phẳng khung dây.

2.1.2. Nội dung dạy học của chương cảm ứng điện từ Vật lý 11 THPT theo chuẩn kiến thức - kỹ năng [19] Định luật Len-xơ xác định chiều của dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. Định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch: e c = k

∆Φ ∆t

Trong hệ SI, hệ số tỉ lệ k=1. Nếu để ý đến chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ ta có: e c =

∆Φ ∆t

trong đó Φ là từ thông qua diện tích giới hạn bởi vòng dây.

Hệ thức tính độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn l chuyển

động e c = Blv sin α trong đó, α là góc giữa v và B ( v và B vuông góc với đoạn dây).

Độ tự cảm L (hệ số tự cảm) của mạch điện là đại lượng đo bằng thương số

Φ i

với Φ là từ thông qua diện tích của mạch do dòng điện i chạy trong mạch sinh ra: L=

Φ i

Trong hệ SI, cường độ dòng điện i tính bằng A, từ thông Φ tính bằng Wb, độ tự cảm tính bằng henri (H).

22 Năng lượng từ trường trong ống dây, có hệ số tự cảm L, khi có dòng điện cường 1 2

độ i chạy qua, là: W = Li2 2.2. Phân tích một số đề thi chọn học sinh giỏi các cấp từ năm 2011 đến năm 2015 2.2.1. Đề thi học sinh giỏi quốc gia Quá trình phát hiện và công nhận là HSG cấp quốc gia phải trải qua hai kỳ thi đó là kỳ thi HSG vòng tỉnh, thành phố và vòng quốc gia được tổ chức chỉ một lần trong năm.

Qua tìm hiểu và nghiên cứu các Công văn của Bộ GD&ĐT về công tác thi HSG quốc gia và các đề thi HSG quốc gia môn vật lý từ năm 2012 đến năm 2015 (Xem phụ lục 1, trang PL9 đến trang PL15), chúng tôi nhận thấy rằng: - Về cấu trúc: Có sự thay đổi trong những năm gần đây. + Năm 2012: thi trong hai ngày thi viết đề thi cho mỗi ngày gồm 5 câu trong thời gian làm bài 180 phút. + Năm 2013-2015: thi trong ba ngày ngày thứ nhất và thứ hai thi viết đề thi cho mỗi ngày gồm 5 câu trong thời gian làm bài 180 phút; ngày thứ ba học sinh làm bài thi thi thực hành mỗi bài thi thường thực hiện trong 90 phút - Về nội dung: Các đề thi HSG quốc gia gồm toàn bộ nội dung các phần của vật lý: Cơ, Nhiệt, Điện, Quang, Vật lý hiện đại và bài tập thí nghiệm.

Trong đó phần Điện gồm: + Điện học (Tĩnh điện, Dòng điện không đổi, Dòng điện trong các môi trường) + Điện từ học (Bài tập liên quan đến từ trường và cảm ứng điện từ) + Điện xoay chiều Để đánh giá tần suất bài tập liên quan đến từ trường và cảm ứng điện từ trong đề thi HSG quốc gia chúng tôi căn cứ vào tỷ trọng bài tập liên quan đến từ trường và cảm ứng điện từ: Tỷ số giữa điểm dành cho bài tập có kiến thức phần liên quan đến từ trường và cảm ứng điện từ so với tổng số điểm bài thi.

23 Bảng 1. Tỷ trọng và tần suất bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ trong đề thi HSG quốc gia

Năm

2012

2013

Ngày thi

Số câu trong đề

Số điểm/ Tổng điểm

Tỷ lệ

5

1

4/20

20%

Ngày 2(180’)

5

1

4/20

20%

Ngày 1(180’)

5

1

4,5/20

22,5%

Ngày 2(180’)

5

1

4/20

20%

Bài thi thực hành

Ngày 1(180’)

5

1

4/20

20%

Ngày 2(180’)

5

1

4/20

20%

Ngày 3(90’)

2015

Số câu

Ngày 1(180’)

Ngày 3(90’)

2014

Bài tập có liên quan về từ trường và cảm ứng điện từ

Bài thi thực hành

Ngày 1(180’)

5

0

0/20

0%

Ngày 2(180’)

5

1

4/20

20%

Ngày 3(90’)

Bài thi thực hành

- Về loại bài tập: các bài tập trong đề thi gồm bài tập luyện tập nâng cao và bài tập sáng tạo.

- Về phổ kiến thức vượt khỏi chuẩn KTKN phần từ trường và cảm ứng điện từ: Trong các bài tập về từ trường và cảm ứng từ, kiến thức vượt chuẩn trong đề thi HSG quốc gia 2012 - 2015 gồm: + Bài tập về chuyển động của hạt trong từ trường có cảm ứng từ biến đổi trong không gian theo một số hàm số toán học. + Bài tập về dòng điện tự cảm trong ống có độ tự cảm thay đổi, bài tập về hỗ cảm phải sử dụng kiến thức ngoài chương trình hỗ cảm

24 + Bài tập sử dụng các phép tính vi phân, tích phân, phải bổ túc kiến thức tích phân vi phân.

2.2.2. Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh (tỉnh Hà Tĩnh) Qua khảo sát đề thi tuyển chọn HSG Vật lý 11 tỉnh Hà Tĩnh trong những năm từ 2011 đến 2015 (xem phụ lục 1, trang PL1 đến trang PL1 ) chúng tôi nhận thấy như sau: Về cấu trúc: Đề thi HSG vòng tỉnh của tỉnh Hà Tĩnh thường có 5 câu mỗi câu 5 điểm và thời lượng làm bài 180 phút cụ thể như sau.

Năm

2011

2012

2013

2014

2015

5

5

5

5

5

Số câu về từ trường và cảm ứng điện từ

1

1

1

1

1

Tỉ lệ số câu

20%

20%

20%

20%

20%

Tỉ lệ số điểm

3/20=15%

4/20=20%

3/20=15%

5/20=25%

3/20=15%

Tổng số câu trong đề

Như vậy trong 5 năm liền các đề thi chọn HSG tỉnh Hà Tĩnh số lượng bài tập từ trường và cảm ứng từ chiếm 1 câu trong tổng số 5 câu của đề với tỉ lệ số điểm vào khoảng 15-25%.

-Về nội dung: Đề thi HSG tỉnh Vật lý lớp 11 các năm có nội dung gồm các phần: Cơ, Nhiệt, Điện, Quang.

Trong đó phần Điện gồm: + Điện học (Tĩnh điện, Dòng điện không đổi, Dòng điện trong các môi trường) + Điện từ học (Bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ) Nhìn chung đề thi tuyển chọn HSG cấp tỉnh Hà Tĩnh hiện nay chú trọng vào bài tập lý thuyết và vận dụng giải các bài tập đòi hỏi HS phải tư duy tương đối cao, trong những năm gần đây đã bổ sung thêm các bài tập về thiết kế, nêu phương án thí nghiệm.

- Về loại bài tập: Đề thi HSG tỉnh trong đa phần tập trung vào dạng bài tập luyện tập nâng cao và bài tập sáng tạo.

25 - Về phổ kiến thức: Các bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ của vật lí 11 chủ yếu nằm trong chuẩn KTKN, ít vượt khỏi chuẩn KTKN. 2.3. Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 THPT 2.3.1. Bổ túc các kiến thức 2.3.1.1. Bổ túc các kiến thức vật lí * Từ trường của một số mạch điện đơn giản Cảm ứng từ gây ra bởi một đoạn dòng điện thẳng:

M

⊗B

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng hình vẽ +Chiểu theo quy tắc nắm tay phải + Độ lớn: BM =

r

θ2

µ0 µ I (cos θ1 − cos θ 2 ) I (cos θ1 − cos θ 2 ) = 10−7 µ 4π r r

θ1

I

Hình 1: Cảm ứng từ gây bởi đoạn dây thẳng

Cảm ứng từ gây bởi dòng điện tròn tại một điểm trên trục của nó:

R

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng vòng dây

I O

h

B M

+Chiểu theo quy tắc nắm tay phải + Độ lớn: BM =

µ0 µ IS 2π ( R 2 + h 2 )

3

2

= 2π .10 −7

IR 2 3 ( R 2 + h2 ) 2

Hình 2: Cảm ứng từ gây bởi dòng điện tròn trên trục của nó

Công của lực từ: A=I(Φm2-Φm1) * Khái niệm về hỗ cảm: Hiện tượng phát sinh suất điện động cảm ứng trong 1 mạch kín khi dòng điện trong một mạch khác biến thiên. + Xét hai mạch kín gần nhau. Φ12: Từ thông của mạch kín 1 gửi qua mạch kín 2: Φ12 = M12. I1 Φ21: Từ thông của mạch kín 2 gửi qua mạch kín 1. Φ21 = M21. I2 Đã có M12 = M21 = M M: Cùng đơn vị L: Henry.

Ta có:

ξ C1 =

∆φ12 ∆I = −M 1 ∆t ∆t

ξ C2 =

∆φ 21 ∆I = −M 2 ∆t ∆t

26 * Sự bảo toàn từ thông đối với mạch điện siêu dẫn Ta đi chứng minh rằng đối với mạch điện siêu dẫn thì từ thông tổng cộng đi qua diện tích của mạch được bảo toàn: Xét một vòng dây siêu dẫn đặt trong từ trường ngoài biến thiên, trong vòng dây có một dòng điện cảm ứng, dòng điện này lại sinh ra một từ trường riêng. Vậy từ thông qua diện tích vòng dây là do hai từ trường tạo ra: từ trường ngoài và từ trường của dòng điện cảm ứng.

Suất điện động cảm ứng trong vòng dây là: ec = −

dΦ (1) dt

Mặt khác áp dụng ĐL Ôm cho toàn mạch ta có: ec = i.R = 0 (2) (Vì vòng dây siêu dẫn nên R = 0).

Từ (1) và (2) 

dΦ = 0 ⇔ Φ = const dt

Kết luận: Từ thông qua diện tích vòng dây siêu dẫn được bảo toàn 2.3.1.2. Bổ túc kiến thức toán * Khái niệm đạo hàm Cho hàm số y = f ( x ) xác định trên khoảng (a,b) và x0 ∈ ( a, b ) .Nếu tồn tại giới hạn hữu hạn lim

x → x0

f ( x ) − f ( x0 ) x − x0

thì giới hạn đó được gọi là đạo hàm của hàm số y = f ( x ) tai

điểm x0 và kí hiệu là f ' ( x0 ) hoặc ( y ' ( x0 ) ) tức là:

f '( x0 ) = lim x→x0

f ( x) − f ( x0 ) x − x0 ∆y ∆x → 0 ∆x

Đặt ∆x = x − x0 ; ∆y = f ( x ) − f ( x0 ) = f ( x0 + ∆x ) − f ( x0 ) Như vậy y ' ( x0 ) = lim ' Hay f ( x 0 ) = ∆lim x →0

f ( x 0 + ∆x ) − f ( x 0 ) f ( x) − f ( x0 ) = lim x → x0 x − x0 ∆x

Một số ý nghĩa vật lí của đạo hàm sử dụng trong chương cảm ứng điện từ: Biểu thức suất điện động cảm ứng là: ∆Φ dΦ theo ý nghĩa của đạo hàm ta có thể viết ξ = −Φ , = − ∆t dt ∆i di + e tc = − L hoặc e tc = − L = − Li ' ∆t dt

+ ξ =−

27 * Một số dạng phương trình vi phân thường gặp - Phương trình vi phân cấp 1 với biến số phân li + Dạng tổng quát: f1 ( x ) dx = f 2 ( y ) dy Chú ý rằng ở vế trái chỉ chứa biến x và vi phân của nó, ở vế phải chỉ chứa biến y và vi phân của nó + Phương pháp giải: Lấy tích phân hai vế theo hai biến độc lập x và y - Phương trình vi phân tuyến tính cấp 2 thuần nhất, khuyết y’ + Dạng tổng quát của phương trình vi phân tuyến tính cấp 2

y ''+ p ( x ) y '+ q ( x ) y = f ( x ) + Trong Vật lí ta thường gặp những phương trình vi phân tuyến tính cấp 2 thuần nhất khuyết y’ ( f ( x ) = 0, y ' = 0 ): y ''+ q ( x ) y = 0 + Cách giải: Việc giải PT dạng này khá phức tạp nên học sinh chỉ cần nhớ dạng nghiệm tổng quát, tùy từng bài toán sẽ xác định được dạng nghiệm tường minh Nghiệm tổng quát: y = A cos (ω x + ϕ ) * Định nghĩa nguyên hàm Cho hàm số f ( x) xác định trên K (K là đoạn, khoảng, nửa khoảng). Hàm số F ( x) được gọi là nguyên hàm của hàm số f ( x) trên K, nếu F '( x) = f ( x) , với mọi x ∈ K . * Định nghĩa tích phân Cho hàm f ( x) liên tục trên khoảng K và a, b là hai số bất kỳ thuộc K. Nếu F ( x) là một nguyên hàm của f ( x) thì hiệu số F (b) − F (a ) được gọi là tích phân của f ( x) từ b

a đến b và ký hiệu là

 f ( x)dx . a

2.3.2. Các bài tập luyện tập cho phần bổ túc kiến thức.

Bài tập 1. Hai vòng dây dẫn phẳng hình tròn, tâm O1 và O2 (O1O2=a)đồng trục, bán kính R1 và R2 (R1, R2<<a). Tính hệ số hỗ cảm giữa chúng?

O1

a Hình 1.1

O2

28 Hướng dẫn giải: Đây là dạng bài tập sử dụng kiến thức bổ sung hỗ cảm và công thức tính cảm ứng từ trên trục của vòng dây nên học sinh chỉ sử dụng linh hoạt các công thức đã được bổ túc ở phần kiến thức là có thể giải được.

Giả sử cường độ dòng điện chạy qua vòng dây 1 là I1. Dòng điện này gây ra tại O2 một từ trường có cảm ứng từ: B=

R12

µ0 I1

2 (a 2 + R 2 ) 3 2 1

. Vì R1<<a nên ta có: B =

µ0 I1 R12 2 a3

Ngoài ra vì R2<<a nên có thể xem từ trường là đều trên toàn bộ diện tích vòng dây 2. Do đó từ thông do I1 gửi qua vòng dây 2 là:

(

)

Φ12 = π R22 B = µ0

π R12 R22 2 a3

I1

Hệ số hỗ cảm M 12 =

Φ12 π R12 R22 = µ0 I1 2 a3

Do tính đối xứng ta có M12=M21=M Bài tập 2. Hai vòng dây siêu dẫn khép kín có hệ số tự cảm 2L (vòng dây thứ nhất) và L (vòng dây thứ hai) được lồng vào một thanh trụ không có từ tính, mặt phẳng của mỗi vòng được giữ cho vuông góc với trục của thanh (Hình 2.1). Vòng thứ nhất được giữ cố định ở vị trí A, vòng dây thứ có thể trượt không ma sát dọc theo thanh. Ban đầu có dòng điện cường độ I trong vòng dây thứ nhất, vòng thứ hai ở rất xa vòng thứ nhất và không có dòng điện. Người ta đưa vòng thứ hai lại gần vòng thứ nhất, tới vị trí B, khi đó cường độ dòng điện I2 trong vòng thứ hai. Hãy tính hệ số hỗ cảm M giữa hai vòng dây biết I=2I2.

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Khi hai vòng ở rất xa nhau thì từ thông gửi qua mỗi vòng dây bằng bao nhiêu?

C2: Khi hai vòng ở gần nhau thì từ thông gửi qua mỗi vòng dây bằng bao nhiêu?

C3: Mối liên hệ từ thông gửi qua mỗi vòng dây trong các trường hợp trên như thế nào?

29 Hướng dẫn giải: Khi đưa vòng dây thứ 2 lại gần vòng dây thứ nhất thì dòng điện cảm ứng trong vòng dây thứ 2 sẽ ngược chiều

A

B

Hình 2.1

với dòng điện cảm ứng trong vòng dây thứ nhất để tạo ra lực đẩy chống lại quá trình đưa vòng dây thứ 2 lại gần vòng 1. Khi vòng dây thứ 2 còn xa vòng dây thứ nhất thì từ thông gửi qua vòng dây thứ nhất là 2LI, còn từ thông qua vòng dây thứ 2 bằng 0.

Khi vòng dây ở vị trí B, từ thông gửi qua vòng 1 là 2LI1-MI2, còn từ thông gửi qua vòng 2 là LI2-MI1 Vì các vòng dây có điện trở bằng không nên suất điện động cảm ứng phải bằng không, nghĩa là từ thông gửi qua mỗi vòng dây có giá trị không đổi: 2LI=2LI1-MI2 (2.1) 0= LI2-MI1

(2.2)

Từ (2.2) rút ra: I1 =

L I2 M

Thay vào (2.1)ta có: 2 LI = (2 L

L − M )I2 M

Theo bài ra ta có: M2+4LM-2L2=0 phương trình này có nghiệm dương M = −2 L + 6 L = 0, 45 L

Bài tập 3. Hai vòng dây siêu dẫn khép kín có hệ số tự cảm 2L (vòng dây thứ nhất) và L (vòng dây thứ hai) được lồng vào một thanh trụ không có từ tính, mặt phẳng của mỗi vòng được giữ cho vuông góc với trục của thanh (Hình 3.1). Vòng thứ nhất được giữ cố định ở vị trí A, vòng dây thứ có thể trượt không ma sát dọc theo thanh. Ban đầu có dòng điện cường độ I=1A trong vòng dây thứ nhất, vòng thứ hai ở rất xa vòng thứ nhất và không có dòng điện. Người ta đưa vòng thứ hai lại gần vòng thứ nhất, tới vị trí B, khi đó cường độ dòng điện I2=0,5A trong vòng thứ hai. Hãy xác định cường độ dòng điện I1 trong vòng dây thứ nhất; công cần thiết để đưa vòng dây thứ hai như trên.

30 Hướng dẫn giải: Theo kết quả của bài tập 2 ta có I1 =

B

A

L I 2 (3.1) M

Hình 3.1

Với M = 0, 45L (3.2) Thay (3.2) vào (3.1) ta được: I1 =

I2 0,5 = = 1,11A 0, 45 0, 45

Năng lượng từ trường khi vòng dây thứ hai ở rất xa vòng dây thứ nhất là 1 W1 = .2 LI 2 = L 2

Năng lượng từ trường khi vòng dây thứ hai ở B là 1 1 W2 = .2 LI12 + LI 22 − MI1 I 2 = 1,11L 2 2

Công để đưa vòng dây thứ hai từ rất xa đến B bằng độ tăng năng lượng từ trường: A=W2-W1=1,11L-L=0,11L 2.3.3. Bài tập luyện tập nâng cao Dạng 1: Bài tập về xác định cảm ứng từ của các dây dẫn có dạng đặc biệt Bài tập 4. Một dây dẫn rất dài được căng thẳng trong đó có 1 đoạn nhỏ ở giữa dây được uốn thành 1 vòng tròn bán kính 1,5 cm. Cho dòng điện I=3A chạy qua dây.

Tìm B tại tâm O của vòng tròn trong 2 TH: a. Cả đoạn dây dẫn đồng phẳng b. Đoạn dây thẳng vuông góc với mặt phẳng của khung dây tròn

O

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Hãy xác định phương chiều, độ lớn cảm ứng từ do vòng dây và do dây dẫn thẳng dài gây ra tại tâm O? C2: Trong các trường hợp này phương chiều độ lớn cảm ứng từ tổng hợp được xác định như thế nào?

Hướng dẫn giải: a. - Cảm ứng từ tạo bởi dòng điện thẳng tại tâm vòng dây:

Hình 4.1

31 + Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây + Có chiều: Hướng từ sau ra trước + Có độ lớn: B1 = 2.10−7

I 3 = 2.10−7. = 4.10−5 (T ) r 0, 015

- Cảm ứng từ do vòng dây gây ra tại tâm: + Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây + Có chiều: Hướng từ trước ra sau + Có độ lớn: B2 = 2π .10−7

I 3 = 2π .10−7. = 12,56.10 −5 (T ) r 0, 015

- Cảm ứng từ tổng cộng gây ra tại tâm: + Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây + Có độ lớn: B=B2-B1=12,56.10-5-4.10-5=8,56.10-5 (T) + Có chiều: Hướng từ trước ra sau theo chiều của B2 (vì B2 lớn hơn B1) b. Đoạn dây thẳng vuông góc với mặt phẳng của khung dây tròn - Cảm ứng từ tổng cộng gây ra tại tâm: B = B12 + B22 = (4.10−5 )2 + (12,56.10−5 )2 = 13,18.10−5 (T )

- Có phương hợp với phương của dây dẫn thẳng một góc α: tan α =

4.10−5 = 0,318 => α = 17 0 40' −5 12,56.10

Bài tập 5. Hai vòng dây dẫn tròn bán kính R = 10cm có tâm trùng nhau đặt

vuông góc nhau. Cường độ trong hai dây I1=I2=I=2A. Tìm B tại tâm O của hai vòng dây Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Hãy xác định phương chiều, độ lớn cảm ứng từ do vòng dây và do dây dẫn thẳng dài gây ra tại tâm O? C2: Trong các trường hợp này phương chiều độ lớn cảm ứng từ tổng hợp được xác định như thế nào?

32 Hướng dẫn giải: Tại O:

B1=2 π .10-7

B2=2 π .10-7

I1 = 1,256.10-5 (T) R

B1

I2 = 1,256.10-5 (T) R

O

B = B 1 + B 2, vì B 1 vuông góc B 2 nên B0 =

B

α

B0

B12 + B22 = 1,776.10-5 (T)

B B 0 hợp với B 2 1 góc α nên tan α = 1 = 1  α = 45o B2

Bài tập 6. Một ống dây dài 25cm có 120 vòng dây, bên trong đặt 1 kim nam châm ở vị trí cân bằng theo phương nằm ngang. Trục ống dây vuông góc với trục nam châm. Cho dòng điện 0,2A đi qua ống dây. Tìm góc quay của kim nam châm cho biết

thành phần nằm ngang của địa từ trường là 26 µ T. B

Bd

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Vì sao khi có dòng điện nam châm quay?

α

B0

C2: Khi đó kim nam châm chỉ theo chiều nào?

Hướng dẫn giải:

Từ trường B d của ống dây cùng phương với trục ống dây, do đó vuông góc với

trục nam châm, tức là vuông góc với thành phần nằm ngang B 0 của từ trường trái đất.

Kim nam châm sẽ nằm theo phương của B là từ trường tổng hợp của B 0 và B d. Vậy kim nam châm đã quay một góc = α Cảm ứng từ bên trong ống dây: B = 4 π .10-7 nI = 4.3,14.10-7 Theo hình vẽ tan α =

120 . 0,2 = 120,6.10-6 T = 120,6 µ T 0, 25

Bd 120, 6 = = 4,638  α =77o50 ' .

B0 26

Nhận xét: Các bài tập 4, 5, 6 ngoài sử dụng công thức về tính cảm ứng từ của các dòng điện đặc biệt còn sử dụng nguyên lí chồng chất từ trường. Các bài toán này học sinh cần sử dụng tốt các tính chất của vecto trong tính toán và sử dụng phương, chiều để vận dụng trong mỗi trường hợp một cách phù hợp nhất.

33

Bài tập 7.

z

Hãy tính từ trường tạo ra tại điểm O, là tâm của hình chữ nhật ABCD, trong các trường hợp sau đây: Mỗi nửa vòng tròn có

D

A O

bán kính a ta sẽ đặt DA = BC = 2l cường độ dòng bằng I (hình 7.1).

y C

B Hình 7.1

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Các đoạn dây dẫy trong bài toán này có gì đặc biệt?

C2: Tính cảm ứng từ tổng cộng tại tâm O như thế nào?

Hướng dẫn giải: Cảm ứng từ do dây BC và AD gây ra tại O. B(BC)= B(DA)=

µ0 I l 2 sin θ với sin θ = 2 4πα l + a2 →

→

Do tính đối xứng nên B ( AB ) + B ( DC ) có phương theo trục Oz B(AB)z =

µ 0 I ϕ =π al sin ϕ .dϕ .2  4πa ϕ =0 (l 2 + a 2 )32



 B( O )

µ I l al = 0  + 3 2 2 π a l a 2 2 2 a + l ( ) 

    

→

B( O ) gồm hai thành phần Bz; By.

µ 0 I  l al Tính tương tự: Bz= + 2 2  π  a l + a (a 2 + l 2 )32  By =

   

µ0 I a3 π (l 2 + a 2 )32

Dạng 2: Bài tập về lực từ và lực Lorenxơ Bài tập 8. Một hạt tích điện bay vào một môi trường có lực cản tỉ lệ với độ lớn vận tốc hạt. Đến khi dừng lại hạt đã đi quãng đường L=10cm (tính từ lúc đi vào môi trường). Nếu trong môi trường đó có đặt một từ trường đều vuông góc với vận tốc hạt thì với vận tốc ban đầu như trước hạt sẽ dừng lại sau khi đi được đoạn đường l1=6cm.

34 Nếu cảm ứng từ giảm đi 2 lần thì hạt đi được quãng đường l2 bằng bao nhiêu trước khi dừng lại?

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Trong bài toán này hạt chịu tác dụng của những lực nào?

C2: Biểu thức lực tổng hợp tác dụng lên hạt có giá trị như thế nào?

C3: Xét các trường hợp cảm ứng từ bằng 0 bằng B0 và bằng B0/2?

Hướng dẫn giải + Giả sử hạt mang điện tích dương và tại thời điểm t vận tốc hạt là v. + Theo bài hạt bay vào từ trường theo hướng vuông góc với từ trường nên trong FC v từ trường hạt chịu tác dụng của các lực: Lực cản: FC = -k v ;

[

Lực Loren: F = qv × B

] f

Từ hình vẽ ta có:   

(m.

Hình 8.1

dv 2 ) = (k2+q2B2).v2 dt

k 2 + q 2 B 2 .vdt = -mdv

(Vì v giảm dần)

k 2 + q 2 B 2 .ds = -mdv 0

s



ma

(ma)2 = (kv)2+(qvB)2

k 2 + q2 B2

 ds = -m.  dv 0

Khi B = 0:

v0

s 2 = L2 =

Khi B = Bo:

s2 = l12 =

Khi B = Bo/2: + Từ trên suy ra:



m 2vo2 k2

s2 =

m 2vo2 . k 2 + q2 B2

;

m 2vo2 k 2 + q 2 Bo2

s2 = l22 =

4m 2vo2 4k 2 + q 2 Bo2

3k 2 k 2 + q 2 Bo2 1 4k 2 + q 2 Bo2 3 1 = = + = 2+ 2 2 2 2 2 2 2 2 l2 4m vo 4m vo 4m vo 4 L 4l1

35

 l2=

2 Ll1

≈ 8,3cm.

3l12 + L2

Nhận xét: Đây là bài toán vận dụng tổng hợp cơ-điện từ khi giải học sinh phải vận dụng tổng hợp kiến thức về tích phân vi phân.

Bài tập 9. Một dây dẫn có dạng nửa đường tròn bán kính 20 cm được đặt trong mặt phẳng vuông góc với cảm ứng từ B của một từ trường đều có độ lớn B = 0,4 T. Cho dòng điện I = 5 A đi qua dây. Tìm lực từ F tác dụng lên dây dẫn này?

(Trích đề thi học sinh giỏi tỉnh Hà Tĩnh lớp 11 năm 2011) Câu hỏi định hướng: C1: Làm thế nào để có thể tính lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dạng nửa vòng tròn C1-1: Làm thế nào để vận dụng công thức ampe để tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn C1-2: Lực từ tổng hợp tác dụng lên đoạn dây dẫn được tính như thế nào?

Hướng dẫn giải: Chia vòng dây thành nhiều phần tử nhỏ ∆li và ∆li’ đối xứng nhau qua trục đối xứng của vòng dây.

Lực từ tác dụng lên mỗi phần tử nhỏ đó là Fi = BI∆li , Fi’ = BI∆li’ Fix = BI∆lisinα ,

∆li’

∆li

Fix’ = BI∆li’sinα Fiy = BI∆licosα = BI∆xi

Fix’ ∆xi

Fi’ = BI∆li’cosα = BI∆xi’ Lực từ tác dụng lên vòng dây: F =  Fi +  Fi

=

 Fix +  Fiy +  Fix +  Fiy

=

 F + F

'

iy

iy

'

Fi ’

'

(Do

α Fiy,Fiy’

Hình vẽ 9.1

'

 F + F ix

Fix

ix

'

=0)

∆xi’

Fi

36

Độ lớn: F = =

F +F iy

'

iy

 BI∆x +  BI∆x ' = BI.2R = 0,8 N i

i

Bài tập 10. Một electron bay vào trong khoảng giữa 2 bản của một tụ điện phẳng có các bản nằm ngang chiều dài l=5cm, giữa 2 bản có điện trường cường độ E=100V/cm. Hướng bay của electron song song với các bản và vận tốc bay khi đi vào tụ điện bằng v0=107m/s. Khi ra khỏi tụ điện electron bay vào một từ trường đều có cảm ứng từ B=0,01T và có đường sức vuông góc với đường sức điện trường. Tìm bán kính quỹ đạo đinh ốc của electron trong từ trường và bước xoắn của đinh ốc đó?

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Khi chuyển động trong điện trường electron chuyển động giống với vật chuyển động như thế nào?

C2: Khi đi vào từ trường hạt chuyển động như thế nào?

C2-1: Thành phần nào của vận tốc chịu tác dụng của lực từ làm thay đổi hướng chuyển động?

C2-1: Thành phần nào của vận tốc tạo thành bước xoắn ốc?

Hướng dẫn giải: Khi electron bay trong điện trường electron chuyển động giống với vật ném ngang trong trọng trường, theo phương song song với các bản electron chuyển động thẳng đều theo phương vuông góc với các bản electron chuyển động nhanh dần đều với gia tốc a =

e.E m

Sau khi ra khỏi bản vận tốc theo phương vuông góc với các bản: v1 = a.t =

e.E l m v0

Khi bay vào từ trường thì thành phần v1 vuông góc với từ trường do đó bán kính quỹ đạo R =

mv1 m e.E l E.l 100.5 = . = = = 0, 005m = 5mm eB eB m v0 B.v0 0, 01.107

Bước xoắn của đinh ốc:

h=

2π v0 m = 3, 6.10−2 m = 3, 6cm eB

37 Dạng 3: Bài tập về hiện tượng cảm ứng điện từ Bài tập 11. Một khung dây phẳng diện tích S=100cm2 đặt trong từ trường đều.

Cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây, điện trở R. Cảm ứng từ biến đổi theo thời gian được diễn tả bằng đồ thị trên (Hình 11.2). Hãy vẽ đồ thị biễu diễn sự biến đổi của UAB theo thời gian (UAB là hiệu điện thế ở hai đầu điện trở R)

B (10-2T)

B °

°

n

5

O

Hình 11.1

2

4

6

8

10

Hình 11.2

12

t(10-3s)

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Dòng điện cảm ứng trong khung xuất hiện trong những khoảng thời gian nào?

C2: Đồ thị hiệu điện thế ở hai đầu khung có dạng như thế nào?

Hướng dẫn giải:

Chọn chiều dương của mạch là BmA, khi đó véctơ pháp tuyến n có chiều như hình vẽ.

- Trong thời gian từ 0 đến 2.10-3s đầu cảm ứng từ tăng:

(

)

5.10−2 − 0 100.10−4 ∆Φ ∆B.S ξ =− =− =− = −0, 25V ∆t ∆t 2.10−3

Suất điện động nhận giá trị âm chứng tỏ dòng điện đi theo chiều ngược với chiều dương có nghĩa là chiều AmB ở trong mạch tức là ở mạch ngoài dòng điện đi theo chiều từ B qua R đến A. Vì điện trở vòng dây không đáng kể nên UAB=ξ=-0,25V. -Trong thời gian từ 2.10-3s đến 4.10-3s tiếp theo: ξ = −

∆Φ = 0 nên UAB=0 ∆t

-Trong thời gian từ 4.10-3s đến 6.10-3s tiếp theo cảm ứng từ giảm:

38

ξ =−

(

)

0 − 5.10 −2 100.10−4 ∆Φ ∆B.S =− =− = 0, 25V ∆t ∆t 6.10−3 − 4.10−3

Suất điện động nhận giá trị dương chứng tỏ dòng điện đi cùng chiều với chiều dương có nghĩa là chiều BmA ở trong mạch tức là ở mạch ngoài dòng điện đi theo chiều từ A qua R đến B. Khi đó: UAB=ξ=-0,25V. - Trong thời gian từ 6.10-3s đến 8.10-3s tiếp theo: ξ = −

∆Φ = 0 nên UAB=0 ∆t

UAB (V) 0,25

O

2

4

6

8

10

12 t(10-3s)

-0,25 Hình 11.3 Bài tập 12. Một vòng dây dẫn phẳng có lớp vỏ bọc cách điện, có điện trở R=20Ω. được uốn thành hình số 8, rồi đặt vào trong một từ trường có các đường cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây. Từ trường qua vòng dây giảm theo thời gian theo biểu thức: B=0,24-10-2*t (trong đó cảm ứng từ B tính bằng T, thời gian t tính bằng s). Biết độ dài vòng dây là l=120cm. Các vòng dây số 8 có thể coi là hình tròn có tỷ số bán kính 1:2 (Hình 12.1) Xác định độ lớn và chiều của cường độ dòng điện chạy qua vòng dây. * Phân tích bài toán: - Đối với bài toán này do vòng dây được uốn thành vòng dây số 8 nên từ thông qua hai mạch kín trái dấu nhau.

I °

- Khi chọn chiều dương cho mạch thì véctơ pháp tuyến của hai phần là ngược chiều nhau.

n2

n1

Hình 12.1

B

39 Hướng dẫn giải: Gọi bán kính của vòng tròn nhỏ của số 8 là r, khi đó bán kính của vòng tròn lớn có bán kính 2r.

Ta có l=2πr+4πr=6πr => r =

l 6π

Diện tích của các vòng dây là S1 = π r 2 =

l2 ; 36π

2

S 2 = π ( 2r ) =

l2 9π

Chọn chiều dương của mạch trong mạch sao cho chiều dương của vòng tròn lớn

cùng chiều

kim đồng hồ. Khi đó các vectơ pháp tuyến n1 và n 2 của mạch có chiều

như hình vẽ (Hình 12.1).

Do các véctơ pháp tuyến của hai phần của vòng dây số 8 ngược chiều nên từ thông trái dấu. Do đó từ thông gửi qua vòng số 8 là Φ = −Φ1 + Φ 2 = − BS1 + BS2 = −

Bl 2 Bl 2 Bl 2 + = 36π 9π 12π

Cảm ứng ở thời điểm t là: Bt = 0, 24 − 10 −2 t Cảm ứng ở thời điểm t+∆t là: Bt +∆t = 0, 24 − 10−2 (t + ∆t ) Từ trường biến thiên: ∆B = Bt +∆t − Bt = −10 −2 ∆t.

Suất điện động cảm ứng trong mạch là : ξ c = −

∆Φ ∆B ∆B l 2 10−2 l 2 =− . = S =− ∆t ∆t ∆t 12π 12π

Cường độ dòng điện trong mạch là I=

ξc R

=

l 2 ∆B 1, 22 . = .10−2 = 1,9.10 −4 ( A) 12π R ∆t 12.20.3,14

Suất điện động nhận giá trị dương vì vậy dòng điện có chiều cùng với chiều chiều dương của mạch đã chọn. (Hình 12.1) Nhận xét: Đối với bài toán này nếu việc chọn chiều dương của mạch và chọn không thống nhất khi giải học sinh thường xác định không chính xác độ lớn suất điện động cảm ứng và chiều dòng điện trong mạch.

40 Bài tập 13. Một khung dây hình chữ nhật siêu dẫn, có các cạnh là a và b, khối lượng m và hệ số tự cảm L, chuyển động với vận tốc ban đầu v0 trong mặt phẳng của nó hướng dọc theo chiều dài khung từ vùng không có từ trường vào một vùng có từ trường đều B0 vuông góc với mặt phẳng khung dây. Hãy mô tả chuyển động của khung như là hàm số của thời gian Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Khi khung chuyển động vào phạm vi có từ trường có hiện tượng gì xẩy ra trong khung?

C2: Phương trình chuyển động của khung trong từ trường có dạng như thế nào?

Hướng dẫn giải: Chọn gốc tọa độ tại điểm tiếp xúc giữa vùng có từ trường và vùng không có từ trường, chiều dương hướng theo chiều chuyển động của khung. Chọn gốc thời gian là lúc khung bắt đầu chuyển động vào vùng có từ trường.

Giả sử b > a  Khung hình chữ nhật sẽ chuyển động dọc theo cạnh b và phương trình chuyển động của khung là:

m

dv = − B0 aI (13.1) (Chú ý rằng ta bỏ qua tác dụng của trọng lực) dt

Trong đó I là dòng điện trong khung dây. Dòng điện I được cho bởi công thức tính suất điện động trong khung: L

dI = B0 av (13.2) dt

Chú ý rằng phương trình (13.2)cũng có thể được rút ra từ tính chất bảo toàn từ thông với khung dây siêu dẫn. Thật vậy: Từ thông ban đầu qua khung dây bằng không, do vậy tại một thời điểm t, độ tăng từ thông do từ trường ngoài gây ra phải bằng độ tăng từ thông do dòng điện cảm ứng trong khung gây ra. Nghĩa là:

B0 a.( vdt ) = LdI ⇔ L

dI = B0 av dt

Từ (13.1)ta rút ra: I =

−m dv . . Đạo hàm hai vế theo thời gian ta được: B0 a dt

dI −m d 2v . Thế biểu thức này vào phương trình (13.2)ta thu được phương = . dt B0a dt 2 2

d 2v ( B a ) trình vi phân với hàm vận tốc phụ thuộc thời gian: 2 + 0 v=0 dt mL

41

Phương trình vận tốc là: v = A cos ( ωt + ϕ ) với ω =

B0 a mL

v = v0  Giải điều kiện ban đầu:  ta thu được: A = v0 và ϕ = 0 dv I = 0  = 0  dt  v = v0 cos

B0 a t mL

 B0 a  t  dt  mL 

Ta có: dx = vdt = v0 cos 

Lấy tích phân hai vế ta được phương trình chuyển động: x

t

 dx =  v

0

0

0

mL  B at   Ba  cos  0  dt ⇔ x = v0 sin  0 t  B0 a  mL   mL 

Nhận xét: Đây là bài toán lập phương trình dao động của khung trong từ trường, phương trình dao động được lập theo phương pháp tích phân.

Bài tập 14. Một khung dây hình vuông cạnh a và điện trở R được kéo với vận tốc v qua một khe của một A

b

nam châm điện. Từ trường trong khe này là đều, có cảm ứng từ B và vuông góc với mặt phẳng khung. Coi kích thước của khung nhỏ hơn kích thước của phạm vi

v

B

d a c

l b

có từ trường là b và l. a. Hãy xác định dòng điện trong khung và chỉ ra

Hình 14.1

dòng điện trong khung. b. Tính nhiệt lượng toả ra trong khung?

Câu hỏi định hướng tư duy: C1:Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung trong những khoảng thời gian nào?

C2: Nhiệt lượng tỏa ra trong khung có thể tính theo những phương pháp nào?

Hướng dẫn giải: Giả sử cảm ứng từ có chiều như hình vẽ. Chọn chiều dương của mạch là chiều

ABCDA, véctơ pháp tuyến n cùng chiều với véctơ B .

- Dễ dàng nhận thấy khi khung bắt đầu đi vào phạm vi có từ trường thì Φ1=0; khi khung tiến vào trong từ trường một đoạn ∆a thì từ thông Φ2=B.∆S=B.a.∆a

42 Suất điện động xuất hiện trong khung dây

A

∆Φ B.a.∆a ξc = − =− = − Bav ∆t ∆t

n

I

b

v

d

ξc

Bav Dòng điện trong mạch I = = R R

B

l

c b Hình 14.2

Vì suất điện động nhận giá trị âm chứng tỏ dòng

điện cảm ứng trong mạch ngược chiều với chiều dương của mạch, tức là dòng điện có chiều ADCBA - Tương tự khi khung bắt đầu đi ra khỏi phạm vi có từ trường thì Φ1’=Ba2; khi khung ra khỏi từ trường một đoạn ∆a thì từ thông Φ2’=B.S2=B.a.(a-∆a) + Độ biến thiên từ thông là: ∆Φ=-Ba∆a + Suất điện động xuất hiện trong khung dây ξc = −

∆Φ B.a.∆a = = Bav ∆t ∆t

l

ξc R

=

I b v

n

c

+ Trong mạch xuất hiện dòng điện xuất hiện dòng điện I=

A B

b

d Hình 14.3

Bav R

Vì suất điện động nhận giá trị dương chứng tỏ dòng điện cảm ứng trong mạch cùng chiều với chiều dương của mạch, tức là dòng điện có chiều ABCDA b)Thời gian để toàn bộ khung đi vào hết trong từ trường (hoặc đi ra hết từ trường)là T =

a v

Nhiệt lượng toả ra khi khung dây đi vào từ trường Q1 = I 2 RT =

B 2 a 2 v 2 a B 2 a 3v R = R2 v R

Nhiệt lượng toả ra khi khung dây đi ra khỏi phạm vi có từ trường: Q2 = I 2 RT =

B 2 a 2 v 2 a B 2 a 3v R = R2 v R

Tổng nhiệt lượng toả ra là: Q = Q1 + Q2 = 2

B 2 a 3v R

43 Nhận xét: - Với việc quy ước chiều dương của mạch có thể dễ dàng giải thích được dấu của suất điện động trong hai trường hợp.

Dạng 4: Bài tập về hiện tượng tự cảm Bài tập 23. Một mạch điện gồm có: ống dây có hệ số tự cảm L=2,00μH và điện trở Ro=1,00Ω; nguồn điện có suất điện động E=3,0V và điện trở trong r=0,25Ω; điện trở R=3,00Ω, được mắc như hình 23.1. Bỏ qua điện trở dây nối và khoá k.

k L Ro

E,r

a. Đóng khoá k, sau một thời gian cường độ các dòng điện trong mạch đạt giá trị ổn định. Xác định cường độ dòng điện qua ống dây và điện trở R; công suất của nguồn E;

R

Hình 23.1

b. Tính nhiệt lượng Q toả ra trên R sau khi ngắt khoá k.

(Trích đề thi HSG tỉnh Hà Tĩnh năm 2012) Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Dòng điện trong mạch được tính như thế nào?

C2: Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở được xác định như thế nào?

Hướng dẫn giải: a. Đối với dòng điện không đổi, cuộn cảm không có tác dụng cản trở Dòng điện qua nguồn và mạch chính: I =

Dòng điện qua R: I R =

E = 3A R oR r+ Ro + R

Ro 1 .3 = .3 = 0,75A Ro + R 4

Dòng điện qua cuộn dây: I R = o

R 3 .3 = .3 = 2,25A Ro + R 4

Công suất của nguồn: P = E.I = 3.3 = 9W Năng lượng ống dây: W =

L.I 2R o 2

= 5,0625µJ

b. Dòng điện qua R và Ro luôn như nhau nên nhiệt lượng toả ra trên các điện trở tỷ lệ với giá trị các điện trở

44

Nhiệt toả ra trên R: Q =

3 W = 3,8µJ 4

Bài tập 24. Cho mạch điện như hình vẽ 24.1.

Suất điện động của nguồn, điện dung của các tụ điện và hệ số tự cảm của cuộn cảm được ghi trên

K1 E,r

C

4C L

A

hình vẽ.

K2

4C

Ban đầu cả K1 và K2 đều mở, các bản tụ chưa tích điện.

B C

Hình 24.1

a. Đóng K1. Khi ổn định, tính điện tích cực đại của các tụ điện và hiệu điện thế giữa hai điểm A, B ; b. Mở K1, đóng K2. Xác định cường độ dòng điện cực đại chạy qua cuộn cảm.

(Trích đề thi HSG tỉnh Hà Tĩnh năm 2013) Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Các mạch điện trong các trường hợp đóng mở các khóa được vẽ lại như thế nảo?

C2: Trong các trường hợp đó hiệu điện thế và cường độ dòng điện được tính như thế nào?

Hướng dẫn giải: Tụ điện không cho dòng điện không đổi chạy qua, khi ổn định hiệu điện thế hai đầu nguồn U=E

B C

A C

–q

Δ q –q 4C

4C + L Δq Dq +q I C

Tổng năng lượng điện trường trong các tụ và Khi I đạt cực đại tức năng lượng từ cực đại thì năng lượng điện cực tiểu

+q

4C

Hình 24.2

Gọi D là cực dương của nguồn: UAB = UAD +

năng lượng từ trường trong ống dây được bảo toàn

-q

4C

Gọi điện tích của các tụ là q => q/C + q/(4C)= E => q = 4.E.C/5

Dấu + chứng tỏ, điện thế điểm A lớn hơn điện thế điểm B

+q

E,r

K2 mở, hệ hai bản tụ nối với A là hệ cô lập => điện tích của hai tụ C và 4C bằng nhau

UDB = – q/(4C)+ q/C = + 3q/(4C)= + 3E/5

-q

C

B Hình 22.3

45 Năng lượng điện: Wđ

( q + ∆q ) = 4C

2

( q − ∆q ) + C

2

2 2 2 2   1 2 + 1 ( q + ∆q ) + ( 2q − 2∆q )  1 16q 2 4 q 2 = ≥ = 4C 12 + 22 4C 5 5 C

(

)

Dấu bằng xảy ra khi Δq = 3q/5 Năng lượng từ cực đại 2 9 q 2 36 2 5 4q Wt max = Wđ 0 − Wđ min =  −  = = E .C  4 5  C 20 C 125

Cường độ dòng điện cực đại I max =

2Wt max 6 2C = .E L 5 5L

2.3.4. Bài tập sáng tạo.

Bài tập 25. Một đĩa phẳng bằng đồng có bán kính r=10cm, khối lượng m=0,4kg được đặt vuông góc với một từ trường đều có cảm ứng từ B=0,25T. Đĩa có thể quay tự do, không ma sát quanh trục đi qua tâm và vuông góc với mặt phẳng của đĩa. Hai đầu ab của một bán kính có đặt các tiếp điểm trượt (tiếp xúc với trục và mép đĩa)để cho dòng điện chạy qua. Người ta nối hai tiếp điểm với nguồn điện áp một chiều để cho dòng điện I=5A chạy qua đĩa.

b

K

×

B

a

I

E

Hình 25.1 a. Hỏi sau bao lâu kể từ khi bắt đầu có dòng điện chạy qua, đĩa đạt tốc độ 5vòng/s. b. Giả sử bánh xe quay nhanh dần đều tới tốc độ 5vòng/s rồi quay đều với tốc độ đó. Hãy tìm công suất của động cơ. c. Thiết bị trên có thể hoạt động như một máy phát điện. Giả sử ta không mắc nguồn điện mà thay vào đó một điện trở R = 1Ω. Khi bánh xe quay trong từ trường, trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Hỏi phải tác dụng vào bánh xe một mômen quay bằng bao nhiêu để đĩa quay đều với tốc độ 5vòng/s. Tính công suất của máy trong trường hợp này.

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Phương trình động lực học cho đĩa được viết như thế nào?

46 C2: Để đĩa quay đều thì các mômen lực tác dụng lên đĩa phải có giá trị như thế nào?

C3: Mômen lực đã chuyển hóa năng lượng như thế nảo ở trong máy phát điện?

Hướng dẫn giải: a. - Khi đĩa đặt trong từ trường và có dòng điện chạy dọc theo bán kính sẽ chịu tác dụng của lực từ F = BIr làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ.

r BIr 2 .

Mômen lực từ tác dụng lên đĩa: M = F = 2 2 - Phương trình động lực học viết cho chuyển động quay của đĩa: t

t

1 2 d ω BIr 2 m mω = 8, 4s.

M = mr × =   dt =  dω  t = dt BI BI 2 2 0 0 b- Khi đĩa quay đều. Công lực từ thực hiện khi đĩa quay góc d ϕ :

r BIr 2 dA = Fds = F d ϕ = d ϕ = IdΦ .

2 2 Trong đó dΦ =

Br 2 d ϕ là từ thông mà bán kính ab quét được khi bánh xe quay 2

góc dϕ .

- Công suất: P =

dA dA dA BIr 2 = =ω = ω = 0, 2355W dϕ dt dϕ 2 ω

c. Khi bánh xe quay, bán kính cắt các đường cảm ứng từ nên giữa trục và một điểm trên vành sẽ có một hiệu điện thế. Nếu ta nối điện trở với trục và vành bánh xe qua tiếp điểm trượt ta có một mạch điện kín và trong mạch có dòng điện. Dòng điện này chính là dòng các e chuyển động định hướng trong bánh xe dọc theo bán kính dưới tác dụng của lực từ.

- Trong thời gian dt, bán kính quét diện tích: ds =

d Φ Br 2 Suất điện động cảm ứng: εC = = ω. dt 2

r2 r2 d ϕ = ωdt.

2 2

47 εC Br 2 = ω = 0,04A Dòng điện cảm ứng: I = R 2R Khi dòng điện cảm ứng chạy dọc theo bán kính sẽ làm xuất hiện lực từ tác dụng lên đĩa. Theo định luật Lentz, lực từ sẽ cản trở chuyển động quay của bánh xe. Muốn bánh xe quay đều, phải tác dụng lên bánh xe một mômen có độ lớn:

M =F

r BIr 2 = = 5.10−5 ( Nm ) 2 2

- Công suất tỏa nhiệt trên điện trở R: P = I2R = 1,6.10-3W. Bài tập 26. Một vòng dây hình tròn bán kính R = 10cm, đường kính tiết diện dây

d=0,1mm, đặt nằm ngang trong một từ trường đều có cảm ứng từ B hướng thẳng đứng.

1. Giả sử vòng dây điện làm bằng vật liệu siêu dẫn. Cho cảm ứng từ B tăng dần từ không đến Bo = 0,1T. Tính cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng dây cho biết hệ số tự cảm của vòng dây là L = 0,1mH. 2. Cho dòng điện I = 10A chạy qua vòng dây. a. Tính lực căng F đặt lên vòng dây do tác dụng của từ trường khi B = 0,2T b. Với giá trị nào của cảm ứng từ B thì vòng dây sẽ bị lực từ kéo đứt. Cho biết giới hạn bền của dây là σ = 2,3.108 N/m2.

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Đối với vòng dây siêu dẫn thì từ thông gửi qua mạch như thế nào? Suất điện động cảm ứng trong mạch có giá trị như thế nào?

C2. Lực tác dụng lên vòng dây có đặc điểm như thế nào?

Hướng dẫn giải

1. Vì điện trở của vòng dây siêu dẫn bằng không nên tổng sức điện động trong

vòng dây phải bằng không. dQ

2IBR n dℓ B IBR M

IBR

ξtc + ξc- = 0  π R2 B0 = LI n B + 2

I =

πR B0 L

T

= 31, 4( A)

A

0 F

Hình 26.1

F

θ

C

48

2. a, Lực căng F đặt lên vòng dây tương ứng với lực từ tác dụng lên một phần tư vòng dây (đoạn AB)lực từ Q tác dụng lên AB có phương on .

Xét một đoạn dℓ trên AB có dQ = IBdℓ hướng theo 0M hợp với on một góc θ Q =  dQCos θ =  IBdℓCosθ

biÕt ℓ = Rθ  dℓ = Rdθ

π 2



Q = IBRCosθ ⋅ dθ = IBR sin θ = IBR = 0, 2 N 0

F=

Q 0, 2 Q 2 0, 2 = ( N )  T = F sin 450 = × = = 0,1N 2 2 2 2 2

b)

Lực tác dụng lên nửa vòng dây Q = 2 IBR

Lực này phân bố đều trên hai tiết diện thẳng ở hai đàu A, C của nửa vòng dây.

Gọi Fb và Bb là lực từ kéo và cảm ứng từ khi dây bắt đầu đứt, s là tiết diện dây, ta có:

FB = σ × 2s = σ ⋅ 2

πd 2 πd 2 = 2IBb R  B b = σ ≈ 2,56T 4 2 2IR

Bài tập 27. Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế U trong ống phát, electron được phóng ra theo hướng Ox để

rồi sau đó phải bắn trúng điểm M ở cách O khoảng d.

O

x α

Hình 27.1

M

Hãy tìm dạng quỹ đạo và độ lớn cảm ứng từ B.

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Để electron đi đến M thì electron có thể chuyển động theo các quỹ đạo nào?

C2: Có thể chọn cảm ứng từ theo các phương nào?

C3: Ứng với phương của cảm ứng từ đó electron chuyển động như thế nào?

Hướng dẫn giải:

Vận tốc của electron khi ra khỏi ống phát xạ: v =

2eU m

(27.1)

* Xét trường hợp cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng của hình vẽ: Khi đó electron vạch theo quỹ đạo tròn từ O đến M theo bán kính r thỏa mãn

49

Bev =

mv 2 mv hay Be = r r

(27.2)

Trong đó bán kính r được tính theo công thức r = Thay (27.1)và (27.3)vào (27.2)ta được B =

d 2sin α

2m sin α ed

(27.3)

2eU 2sin α = m d

2mU e

* Xét trường hợp cảm ứng từ song song với OM thì ta phân tích vận tốc v thành hai thành phần: Thành phần vuông góc với OM là vn=vsinα, thành phần này làm vật chuyển động 2π m tròn quanh trục song song với OM với chu kì T = eB

Thành phần song song với OM là vt=vcosα, thành phần này gây ra chuyển động thẳng đều theo phương OM. Thời gian để vật đi đến M là t =

d v cos α

Chuyển động của hạt là chuyển động theo các quỹ đạo xoắn ốc (với OM là đường sinh) Để electron đến M thì t=nT với n là các số nguyên dương

Ta có

d 2π m 2π mv cos α 2π cos α =n B=n =n v cos α eB ed d

2mU e

Bài tập 31. Hai khung dây dẫn kín được chế tạo từ một dây dẫn, chuyển động đều giống nhau đến gần một dây dẫn thẳng dài có dòng điện một chiều cường độ I chạy qua, đặt trong không khí (Hình 31.1). Khung dây (i)là hình vuông cạnh a, khung dây (ii)bao gồm hai hình vuông có cạnh cũng bằng a và hai khung dây luôn nằm trong

cùng một mặt phẳng với dây dẫn thẳng dài. Khi khung dây còn cách dòng điện một khoảng b = 2a thì cường độ dòng điện trong khung dây (i)là I1 và trong khung dây (ii)là I2. Xác định tỉ số

I1 .

I2

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Cảm ứng từ phạm vi khung chuyển động có dạng như thế nào?

C2: Suất điện động cảm ứng trong các khung dây được xác định như thế nảo?

C3: Các dòng điện trong các mạch được xác định như thế nảo?

50 Hướng dẫn giải:

Biểu thị từ trường dòng điện là hàm của tọa độ B x =

(i)

A x

R1

ε1, r

ε1, r

Với A là hằng số nào đó còn x là khoảng cách đến dòng điện, v là vận tốc của các khung dây. Ta có sơ đồ mạch điện tương đương như sau: Mạch thứ nhất như (Hình 31.2), mạch thứ hai như (Hình 31.3). Ở đây

Hình 31.2 (ii) R

ε3, r

ε4, 2r

suất điện động cảm ứng: ε2 =

aAv Av = (a + b) 3

ε1 =

aAv Av = b 2

ε 5, r Hình 31.3

Điện trở trong của nguồn (i)là r, điện trở ngoài R1 = 2r. Cường độ dòng điện

trong khung lúc này là I1 =

ε1 − ε2 Av = R1 + 2r 24r

(31.1)

Sơ đồ (hình 31.3)tương đương với sơ đồ khung thứ (ii) Trong đó: ε3 = ε1 = ε5 =

b

Av 2aAv 2Av ; ε4 = = 2 (a + b ) 3

I

aAv Av = ; R = 4r ( b + 2a ) 4 2

Dòng điện trong mạch là I 2 = Từ (31.1)và (31.2) 

(i) a

(ii)

a ε3 + ε5 − ε4 Av = R 2 + 4r 96r

(31.2)

Hình 31.1

I2 1 = I1 4

Nhận xét: Đây là dạng toán tổng hợp cùng lúc học sinh vận dụng tư duy tổng hợp về cảm ứng từ của mạch điện thẳng, xác định dấu của từ thông và vận dụng định luật Ôm cho các đoạn mạch một cách sáng tạo.

Bài tập 32. Cho các dụng cụ sau:

51 - Một dây đồng dài có sơn cách điện - Một đinh vít bằng thép loại 5cm - Một nguồn điện Hãy thiết kế chế tạo một nam châm điện đơn giản?

Câu hỏi định hướng tư duy: C1: Dây đồng trong bài này được sử dụng để làm mục đích gì?

C2: Đinh vít ở đây có tác dụng gì?

Hướng dẫn thực hiện:

Dây đồng được cắt làm dây nối và dây dùng để cuốn cuộn dây Sử dụng dây đồng cuốn lên đinh vít (đinh vít đóng vai trò của lõi sắt làm tăng từ tính)

K

Khi cuốn chú ý hai đầu dây để nối với nguồn điện Khi nối xong cuộn dây quấn trên đinh ốc đóng vai

Hình 32.1

trò của 1 nam châm điện (Hình 32.1) Bài tập 33. Cho các linh kiện và thiết bị sau:

- 01 lõi sắt từ hình xuyến tiết diện tròn.

- Cuộn dây đồng (có điện trở suất ρ) có thể sử dụng để quấn tạo ống dây.

- 01 điện kế xung kích dùng để đo điện tích chạy qua nó.

- 01 nguồn điện một chiều; 01 ampe kế một chiều; 01 biến trở.

- Thước đo chiều dài, panme, thước kẹp.

- Ngắt điện, dây nối cần thiết.

Hãy nêu cơ sở lý thuyết và phương án thí nghiệm để đo hệ số từ thẩm µ của lõi sắt từ.

Hướng dẫn:

Cơ sở lý thuyết:

I1 A

R2

K

G

N1

Xét một lõi sắt từ hình xuyến trên đó có cuốn

N

hai cuộn dây có số vòng là N1 và N2. Khi cho dòng điện chạy qua cuộn thứ nhất (N1) trong lòng lõi sắt sẽ xuất hiện từ trường và từ trường

R d Hình 33.1

52 này sẽ đi qua cả cuộn dây thứ hai (N2). Gọi d là đường kính trung bình lõi hình xuyến. Chu vi hình xuyến πd là chiều dài mạch từ.

Khi dòng điện chạy qua cuộn thứ nhất là I1 thì cảm ứng từ chạy trong mạch từ là B = µ0µ

N1I1 πd

Φ = N 2 BS = µ 0µ

vớ i

µ 0 = 4.10 -7 (H/m) . Từ thông gửi qua cuộn thứ hai là

N1N 2 I1 S với S là tiết diện mạch từ. πd

Khi vừa ngắt khoá K, dòng điện chạy qua cuộn thứ nhất I1 sẽ giảm về 0 và gây ra sự biến thiên từ thông chạy qua cuộn thứ hai (giảm từ Φ → 0 ) và tổng điện tích chạy qua điện thế xung kích là q Xét khoảng thời gian ∆t nhỏ, từ thông qua cuộn thứ hai giảm đi ∆φ tương ứng với điện lượng đi qua là ∆q . Ở cuộn thứ hai sinh ra suất điện động cảm ứng ξ 2 và dòng điện i2.Trong thời gian ∆t trên dòng điện tích qua điện kế là: ∆q = i 2 ∆t = ξ 2

∆t ∆Φ ∆t ∆Φ (R2 là điện trở cuộn dây N2) = = ∆t R 2 R 2 R2

Toàn bộ điện tích qua cuộn 2 là q =  ∆q = Từ đó

µ=

1 R2

1

 ∆Φ = R

(Φ − 0) =

2

N1 N 2 µ 0µI1S πdR 2

qπdR 2 N1 N 2µ 0 I1S

Các bước thí nghiệm: * Chuẩn bị: - Đo đường kính trong và ngoài của lõi sắt từ hình xuyến d1 và d2 → d=

d1 + d 2 2

- Đo đường kính e của sợi dây đồng bằng panme - Cuốn hai cuộn dây với số vòng là N1 và N2 lên lõi sắt từ.

- Tính điện trở cuộn dây N2:

R2 = ρ

ℓ2 N π(d − d ) N (d − d ) = ρ 2 2 2 1 = 4ρ 2 22 1 s e e π  2

* Thao tác: - Chỉnh biến trở để thay đổi dòng I1, mở khoá K, đọc giá trị q trên điện kế xung kích, ghi giá trị vào bảng

53

Lần đo

I1

điện lượng q

1

I1

Q1

2

I2

Q2

3

I3

Q3

…

…

…

- Tính độ từ thẩm µ ứng với mỗi lần đo qπdR 2 µ= = N1 N 2µ 0 I1S

d1 + d 2 N (d − d ) 4ρ 2 22 1 qπρ(d1 + d 2 ) 2 e =8 2 N1µ o I1πe 2 ( d 2 − d1 ) d 2 − d1 ) ( N1 N 2µ o I1π 4

C

qπ

Lặp lại các thao tác trên và tính giá trị µ Bài tập 34. Đầu trên của hai thanh kim loại thẳng, song song cách nhau L đặt thẳng đứng nối với hai cực của tụ có điện dung C (hình 34.1). Hiệu điện thế đánh thủng tụ điện là UT.

Hệ thống được đặt trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng

N

M

v0

+ B Hình 34.1

từ B vuông góc với mặt phẳng hai thanh. Một thanh kim loại khác MN củng có chiều dài L trượt từ đỉnh hai thanh kia xuống dưới với vận tốc ban đầu v0 . Cho rằng trong quá trình trượt MN luôn tiếp xúc và vuông góc với hai thanh kim loại. Giả thiết các thanh kim loại đủ dài và bỏ qua điện trở của mạch điện, ma sát không đáng kể. a) Hãy chứng minh rằng chuyển động của thanh MN là chuyển động thẳng nhanh dần đều và tìm gia tốc của nó. b) Hãy tìm thời gian trượt của thanh MN cho đến khi tụ điện bị đánh thủng.

Hướng dẫn giải: Vì R=0 nên suất điện động cảm ứng trên thanh MN luôn bằng hiệu điện thế giữa hai bản tụ.

E = U C ⇔ BLv = U C

(34.1)

Phương trình Định luật II Newton cho chuyển động của thanh MN P − Ft = ma ⇔ mg − BLI = ma

(34.2)

Với Ft là lực từ tác dung lên thanh, a là gia tốc của thanh, I là cường độ dòng điện qua mạch trong khoảng thời gian ∆t .

54

Ta có I =

∆U C ∆q =C ∆t ∆t

(34.3)

Từ (34.1) suy ra ∆U C = BL∆v thay vào (34.3) ta được: I = CBL Thay (34.4) vào (34.2) ta được: a =

∆v = CBLa ∆t

(34.4)

mg = hằng số m + CB 2 L2

Điều đó chứng tỏ thanh MN chuyển động nhanh dần đều. b) Thanh MN trượt nhanh dần đều với vận tốc v = v0 + at = v0 +

mg t m + CB 2 L2

Khi UC = UT thì tụ bị đánh thủng, khi đó vận tốc của thanh là v =

UT BL

Nhận xét: Bài toán trên là một dạng thường hay gặp đối với dạng thanh trượt được nối với tụ điện. Khi giải bài toán cần kết hợp với biểu thức tính cường độ dòng điện để

xác định gia tốc của thanh.

2.4. Phương án sử dụng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ vật lí 11 THPT 2.4.1. Xây dựng đề thi chọn đội tuyển học sinh giỏi trường Giáo án 1: Đề thi chọn đội tuyển học sinh giỏi trường I. Ý tưởng sư phạm Để xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG về từ trường và cảm ứng điện từ sát đối

tượng và tiếp cận đến các kỳ thi HSG cấp tỉnh cần phải đánh giá được trình độ của đội tuyển HSG trường trước khi bồi dưỡng. Vì vậy đội tuyển HSG phải thực hiện kỳ thi thử đầu tiên.

II. Mục tiêu. Đánh giá mức độ đạt được của học sinh hoàn thành các bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ trong đề thi HSG Tỉnh.

Phát hiện các điểm mạnh và hạn chế của học sinh về + Kiến thức về từ trường và cảm ứng điện từ + Kỹ năng lập luận + Kỹ năng tính toán + Tư duy sáng tạo.

55 III. Cấu trúc đề thi

Thời gian làm bài 120 phút gồm các bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ mức độ khó tương tự như bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ trong đề thi HSG Vật lý Tỉnh chính thức trong các năm gần đây gồm: Bài tập luyện tập nâng cao: 3 bài (15 điểm) Bài tập sáng tạo: 1 bài (5 điểm) IV. Đề thi: (Xem phụ lục 2c) 2.4.2. Xây dựng các bài học bổ túc kiến thức và luyện tập Giáo án 2: Dạy bổ túc kiến thức và giải các bài tập về bổ túc kiến thức I. Ý tưởng sư phạm

Bài học này GV bồi dưỡng bổ sung kiến thức ngoài chương trình và kiến thức toán để giải các bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ được sử dụng trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi.

II. Mục tiêu dạy học

Bổ sung kiến thức mở rộng và nâng cao phần ngoài chương trình và kiến thức toán để giải các bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ, nhằm mục đích vận dụng phần kiến thức vào việc giải bài tập trong tiết dạy này với các bài tập cần sử dụng các kiến thức toán nâng cao. Đồng thời giúp học sinh tiếp cận với các bài tập có mức độ khó cao, rèn luyện khả năng tính toán các phép tính phức tạp sử dụng trong việc giải bài tập.

III. Chuẩn bị: - Giáo viên chuẩn bị lý thuyết phần bổ túc kiến thức và các bài tập 1, 2 , 3 trong các bài tập thuộc chuyên đề đã xây dựng của luận văn.

HS chuẩn bị sách giáo khoa giải tích lớp 11, 12.

IV.Tiến trình bài học Hoạt động 1: Bổ sung kiến thức về vật lí Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của HS

GV nêu câu hỏi làm thế - Học sinh nhận thức

Nội dung

Cảm ứng từ gây ra bởi một

nào để xác định được cảm vấn đề cần nghiên đoạn dòng điện thẳng:

M

ứng từ của một đoạn dây cứu?

dẫn thẳng có dòng điện đi qua?

r θ1

θ2

56 - Lập luận đưa ra biểu Ghi nhận các thông thức.

tin.

- GV nêu câu hỏi làm thế

µ0 µ I (cos θ1 − cos θ 2 ) 4π r I (cos θ1 − cos θ 2 ) = 10 −7 µ B=

r

nào để xác định được cảm - Học sinh nhận thức ứng từ của một dòng điện vấn đề cần nghiên

R

tròn gây ra tại điểm trên cứu?

h

I O

trục đi qua tâm dòng điện

M

tròn?

- Lập luận đưa ra biểu thức.

Ghi nhận các thông tin.

- GV đặt vấn đề về hiện - Học sinh ghi nhận tượng hỗ cảm? hiện tượng về hỗ

µ0 µ IS

BM =

2π ( R 2 + h 2 )

3

2

= 2π .10−7

IR 2 3 (R2 + h2 ) 2

Hiện tượng phát sinh suất điện động cảm ứng trong 1 mạch

kín khi dòng điện trong một mạch - GV trình bày kiến thức cảm.

- HS tiếp thu ghi nhận khác biến thiên gọi là hiện tượng hỗ về hỗ cảm. cảm thông tin. + Xét hai mạch kín gần nhau. Φ12: Từ thông của mạch kín 1 gửi qua mạch kín 2: Φ12 = M12. I1 Φ21: Từ thông của mạch kín 2 gửi qua mạch kín 1. Φ21 = M21. I2 Đã có M12 = M21 = M M: Cùng đơn vị L: Henry.

Ta có:

- GV kết luận - HS ghi chép ghi nhớ

ξ C2 =

ξ C1 =

∆φ 12 ∆I = −M 1 ∆t ∆t

∆φ 21 ∆I = −M 2 ∆t ∆t

57 Hoạt động 2: Bổ sung kiến thức về toán: Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của HS

Nội dung

- GV trình bày dẫn dắt - Học sinh ghi nhận * Khái niệm đạo hàm: Cho hàm số y = f ( x ) xác định trên kiến thức về khái niệm kiến thức.

khoảng (a,b) và x0 ∈ ( a, b ) .Nếu tồn tại giới hạn hữu hạn

đạo hàm.

lim

f ( x ) − f ( x0 ) x − x0

x → x0

thì giới hạn đó

được gọi là đạo hàm của hàm số y = f ( x ) tai điểm x0 và kí hiệu là f ' ( x0 ) hoặc ( y ' ( x0 ) ) tức là: - GV dẫn dắt để trình bày các kiến thức về nguyên hàm và tích phân.

f '( x0 ) = lim x→x0

f ( x) − f ( x0 ) x − x0

* Định nghĩa nguyên hàm: Cho hàm số f ( x) xác định trên K (K là đoạn, khoảng, nửa khoảng). Hàm số F ( x) được gọi là nguyên hàm của hàm số trên K, nếu f ( x) - HS ghi chép ghi nhớ F '( x) = f ( x) , với mọi x ∈ K . * Định nghĩa tích phân: Cho hàm f ( x) liên tục trên

khoảng K và a, b là hai số bất kỳ thuộc K. Nếu F ( x) là một nguyên hàm

của

f ( x)

thì

hiệu

số

- GV trình bày các kiến

F (b) − F (a ) được gọi là tích phân của

thức xuất hiện phép tính đạo hàm và từ đó xuất hiện các phép tính tích

f ( x) từ a đến b và ký hiệu là

phân.

b

 f ( x)dx . a

∆Φ theo ý nghĩa của đạo hàm ∆t dΦ ta có thể viết ξ = −Φ , = − dt ∆i di + e tc = − L hoặc e tc = − L = − Li ' Học sinh tiếp thu ghi ∆t dt

+ ξ =−

nhận kiến thức.

58 Hoạt động 3: Giải các bài tập về bổ túc kiến thức: Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của HS

- Giáo viên giao bài tập 1 - HS ghi chép bài tập.

Nội dung

Giả sử cường độ dòng điện

thuộc luận văn

chạy qua vòng dây 1 là I1. Dòng điện Bài tập 1: Hai vòng dây - Học sinh thảo luận này gây ra tại O2 một từ trường có cảm ứng từ: dẫn phẳng hình tròn, tâm để giải bài tập.

O1 và O2 (O1O2=a)đồng trục, bán kính R1 và R2 (R1, R2<<a). Tính hệ số hỗ cảm giữa chúng?

B=

túc ở phần kiến thức là có thể giải được.

R12

2 (a 2 + R 2 ) 3 2 1

Vì R1<<a nên ta có: B =

Gợi ý: Đây là dạng bài tập sử dụng kiến thức bổ sung hỗ cảm và công thức tính cảm ứng từ trên trục của vòng dây nên học sinh chỉ sử dụng linh hoạt các công thức đã được bổ

µ0 I1

. µ0 I1 R12 2 a3

Ngoài ra vì R2<<a nên có thể xem từ trường là đều trên toàn bộ diện tích vòng dây 2. Do đó từ thông do I1 gửi qua vòng dây 2 là: Φ12 = (π R22 ) B = µ0

π R12 R22 2 a3

- HS ghi chép ghi nhớ

- GV giao bài tập 2

Hệ số hỗ cảm M 12 =

I1

Φ12 π R12 R22 = µ0 I1 2 a3

Do tính đối xứng ta có M12=M21=M

thuộc luận văn.

Bài tập 2: Hai vòng dây siêu dẫn khép kín có - HS giải bài tập cũng hệ số tự cảm 2L (vòng cố và ghi nhớ kiến dây thứ nhất) và L (vòng thức.

dây thứ hai) được lồng vào một thanh trụ không có từ tính, mặt phẳng của mỗi vòng được giữ cho vuông góc với trục của thanh (Hình 2.1). Vòng thứ nhất được giữ cố định ở vị trí A, vòng dây thứ

Dòng điện cảm ứng hai vòng dây ngược chiều.

Khi vòng dây thứ 2 còn xa vòng dây thứ nhất thì từ thông gửi qua vòng dây thứ nhất là 2LI, còn từ thông qua vòng dây thứ 2 bằng 0.

Khi vòng dây ở vị trí B, từ thông gửi qua vòng 1 là 2LI1-MI2, còn từ thông gửi qua vòng 2 là LI2-MI1 Vì các vòng dây có điện trở bằng không nên suất điện động cảm ứng

59 có thể trượt không ma sát dọc theo thanh. Ban đầu

phải bằng không, nghĩa là từ thông gửi qua mỗi vòng dây có giá trị

có dòng điện cường độ I không đổi: 2LI=2LI1-MI2 (2.1) trong vòng dây thứ nhất, Học sinh tiếp thu ghi 0= LI2-MI1 (2.2) vòng thứ hai ở rất xa vòng nhận kiến thức.

L Từ (2.2) rút ra: I1 = I 2 thứ nhất và không có dòng điện. Người ta đưa vòng thứ hai lại gần vòng thứ nhất, tới vị trí B, khi đó cường độ dòng điện I2 trong vòng thứ hai. Hãy tính hệ số hỗ cảm M giữa

M

Thay vào (2.1): 2 LI = (2 L

L − M )I2 M

Theo bài ra ta có: M2+4LM-2L2=0 phương trình này có nghiệm dương

hai vòng dây biết I=2I2.

M = −2 L + 6 L = 0, 45 L

A

B

Hình 2.1 2.4.3. Xây dựng các bài học luyện tập giải bài tập trên lớp Giáo án 4: Phương pháp giải bài toán xác định dòng điện cảm ứng trong hiện tượng cảm ứng điện từ I. Ý tưởng sư phạm Bài học này GV bồi dưỡng bổ sung kiến thức về phương pháp xác định suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng trong hiện tượng cảm ứng điện từ, đồng thời rèn luyện kỹ năng giải bài tập luyện tập nâng cao về xác định suất điện động cảm ứng và

dòng điện cảm ứng trong hiện tượng cảm ứng điện từ.

II. Mục tiêu dạy học Bổ sung kiến thức mở rộng và nâng cao phần xác định suất điện động cảm ứng

và dòng điện cảm ứng trong hiện tượng cảm ứng điện từ, nhằm mục đích vận dụng phần kiến thức vào việc giải bài tập trong tiết dạy này với các bài tập cảm ứng từ do các dòng điện có dạng khác nhau gây ra theo mức độ từ tăng dần và mang tính tổng hợp giúp học sinh có thể giải được các bài tập tương tự. Đồng thời giúp học sinh tiếp cận với các bài tập có mức độ khó cao, rèn luyện khả năng tính toán các phép tính phức tạp sử dụng trong việc giải bài tập.

60 III. Chuẩn bị: Giáo viên chuẩn bị lý thuyết; phần bổ túc kiến thức và các bài tập 11,

12, 15 trong các bài tập thuộc chuyên đề đã xây dựng của luận văn.

IV.Tiến trình bài học Hoạt động 1: Bổ sung kiến thức về xác định suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng trong hiện tượng cảm ứng điện từ Hoạt động giáo viên

- Trình bày các bước cơ bản giải bài toán xác định cảm ứng từ do các dòng điện có dạng đặc biệt gây ra: Bước 1: + Chọn một chiều dương cho mạch: Đối với mỗi mạch điện ta cần chọn một chiều dương cho mạch tuỳ ý. Khi đó ta quy ước: “Nếu suất điện động cảm ứng sinh ra dòng điện cảm ứng cùng chiều với chiều dương thì nhận giá trị dương, ngược chiều với chiều dương thì nhận giá trị âm”.

Bước 2: + Xác định chiều của véctơ pháp tuyến: Chiều của véctơ pháp tuyến được chọn phù hợp với chiều dương như sau: “Chọn chiều dương của véctơ pháp tuyến sao cho khi quay cái đinh ốc thuận theo chiều dương của mạch thì chiều tiến của cái đinh ốc là chiều của véctơ pháp tuyến”.

Với việc chọn chiều dương cho mạch và chọn véctơ pháp tuyến phù hợp với chiều dương đã chọn thì khi giải các bài toán về cảm ứng từ cho ta cùng một kết quả đúng theo định luật Lenxơ. Đối với những bài toán có mạch đặc biệt việc quy ước chiều dương và chọn véctơ pháp tuyến giúp chúng ta tìm ra các nguyên nhân biến thiên từ thông trong mạch một cách đầy đủ và chính xác nhất.

Hoạt động học sinh

HS: Ghi nhận phương pháp sử dụng chiều dương của mạch khi giải bài toán.

HS ghi nhận phương pháp xác định véc tơ pháp tuyến.

Hoạt động 2: Giải bài tập 1 (Xem đề bài tập 11) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư HS giải bài tập theo hướng dẫn duy: Chọn chiều dương của mạch là BmA, khi đó

61 C1 : Dòng điện cảm ứng trong khung xuất hiện trong những khoảng thời gian nào ?

C2 : Đồ thị hiệu điện thế ở hai đầu khung có dạng như thế nào ?

véctơ pháp tuyến n có chiều như hình vẽ.

B °

°

n

Hình 11.1 - Trong thời gian từ 0 đến 2.10-3s đầu cảm ứng từ tăng: 5.10−2 − 0 )100.10 −4 ( ∆Φ ∆B.S ξ =− =− =− = −0, 25V ∆t ∆t 2.10 −3

Suất điện động nhận giá trị âm chứng tỏ dòng điện đi theo chiều ngược với chiều dương có nghĩa là chiều AmB ở trong mạch tức là ở mạch ngoài dòng điện đi theo chiều từ B qua R đến A. Vì điện trở vòng dây không đáng kể nên UAB=ξ=-0,25V. -Trong thời gian từ 2.10-3s đến 4.10-3s tiếp theo: ξ = −

∆Φ = 0 nên UAB=0 ∆t

-Trong thời gian từ 4.10-3s đến 6.10-3s tiếp theo cảm ứng từ giảm: ξ =−

(

)

0 − 5.10−2 100.10 −4 ∆Φ ∆B.S =− =− = 0, 25V 6.10−3 − 4.10−3 ∆t ∆t

Suất điện động nhận giá trị dương chứng tỏ dòng điện đi cùng chiều với chiều dương có nghĩa là chiều BmA ở trong mạch tức là ở mạch ngoài dòng điện đi theo chiều từ A qua R đến B. Khi đó: UAB=ξ=-0,25V. - Trong thời gian từ 6.10-3s đến 8.10-3s tiếp GV hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị

theo: ξ = −

∆Φ = 0 nên UAB=0 ∆t

62

UAB (V) 0,25

O 3

2 4

6

8

10 12

t(10-

s)

Hình 11.3 HS ghi nhận lời giải.

Hoạt động 3: Giải bài tập 2 (Xem đề bài tập 12) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

GV: Nêu các phân tích để học sinh có HS giải bài tập theo hướng dẫn thể giải được bài toán.

- Đối với bài toán này do vòng dây được uốn thành vòng dây số 8 nên từ thông qua hai mạch kín trái dấu nhau.

- Khi chọn chiều dương cho mạch thì véctơ pháp tuyến của hai phần là ngược chiều nhau.

I

n2

B

n1

Hình 12.1 Gọi bán kính của vòng tròn nhỏ của số 8 là r, khi bán kính của vòng tròn lớn có bán kính 2r.

Ta có l=2πr+4πr=6πr => r =

l 6π

Diện tích của các vòng dây là l2 S1 = π r = ; 36π 2

S 2 = π ( 2r )

2

l2 = 9π

Chọn chiều dương của mạch trong mạch sao cho chiều dương của vòng tròn lớn cùng chiề u kim đồng hồ. Khi đó các vectơ pháp tuyến n1 và

n 2 của mạch có chiều như hình vẽ (Hình 12.1).

Do các véctơ pháp tuyến của hai phần của vòng dây số 8 ngược chiều nên từ thông trái dấu. Do đó từ thông gửi qua vòng số 8 là Bl 2 Bl 2 Bl 2 Φ = −Φ1 + Φ 2 = − BS1 + BS 2 = − + = 36π 9π 12π

Cảm ứng ở thời điểm t là : Bt = 0, 24 − 10 −2 t Cảm ứng ở thời điểm t+∆t là :

63 Bt +∆t = 0, 24 − 10−2 (t + ∆t )

Từ trường biến thiên : ∆B = Bt +∆t − Bt = −10−2 ∆t.

Suất điện động cảm ứng trong mạch là ξc = −

∆Φ ∆B ∆B l 2 10 −2 l 2 =− S =− . = ∆t ∆t ∆t 12π 12π

Cường độ dòng điện trong mạch là ξ l 2 ∆B 1, 22 I= c = . = .10−2 = 1,9.10 −4 ( A) R 12π R ∆t 12.20.3,14 Suất điện động nhận giá trị dương vì vậy dòng điện có chiều cùng với chiều chiều dương của mạch đã chọn. ( Hình 12.1) GV kết luận bài toán.

Hoạt động 4: Giải bài tập 3 (Xem đề bài tập 15) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư duy.

C1:Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung trong những khoảng thời gian nào?

C2: Nhiệt lượng tỏa ra trong khung có thể tính theo những phương pháp nào?

HS giải bài tập theo hướng dẫn Hướng dẫn giải: Giả sử cảm ứng từ có chiều như hình vẽ.

Chọn chiều dương của mạch là chiều ABCDA,

véctơ pháp tuyến n cùng chiều với véctơ B .

- Dễ dàng nhận thấy khi khung bắt đầu đi vào phạm vi có từ trường thì Φ1=0; khi khung tiến vào trong từ trường một đoạn ∆a thì từ thông Φ2=B.∆S=B.a.∆a GV hướng dẫn học sinh khi nào có Suất điện động xuất hiện trong khung lúc này là ∆Φ B.a.∆a dòng điện cảm ứng? ξc = − =− = − Bav ∆t

A d

n

I

b v

B

c b Hình 15.2

l

∆t

Khi đó trong mạch xuất hiện dòng điện ξc Bav I=

R

=

A

R

Vì suất điện động nhận giá trị âm chứng tỏ dòng cảm ứng trong mạch ngược chiều với chiều dương của mạch, tức là dòng điện có chiều ADCBA - Tương tự khi khung bắt đầu đi ra khỏi phạm vi có từ trường thì Φ1’=Ba2; khi khung ra khỏi từ trường một đoạn ∆a thì từ thông Φ2’=B.S2=B.a.(a-∆a) + Độ biến thiên từ thông là: ∆Φ=-Ba∆a

d

64

A B

l

I b

n

v

+ Suất điện động xuất hiện trong khung lúc này là ξc = −

c d Hình 15.3

∆Φ B.a.∆a = = Bav ∆t ∆t

+ Trong mạch xuất hiện dòng điện xuất hiện dòng ξc Bav I=

R

=

R

Vì suất điện động nhận giá trị dương chứng tỏ dòng điện cảm ứng trong mạch cùng chiều với chiều dương của mạch, tức là dòng điện có chiều ABCDA b) Thời gian để toàn bộ khung đi vào hết trong a v

GV hướng dẫn để xác định được dòng

từ trường (hoặc đi ra hết từ trường) là T =

điện cảm ứng.

Nhiệt lượng toả ra khi khung dây đi vào là: Q1 = I 2 RT =

B 2 a 2 v 2 a B 2 a 3v R = R2 v R

Nhiệt lượng toả ra khi khung dây đi ra khỏi phạm vi có từ trường là: Q2 = I 2 RT =

Tổng

nhiệt

lượng

B 2 a 2 v 2 a B 2 a 3v R = R2 v R

toả

ra

là:

2 3

Q = Q1 + Q2 = 2

B av R

GV kết luận bài toán.

2.4.4. Hướng dẫn học sinh tự học chuyên đề ở nhà. (Xem phụ lục 2d –PL32) 2.4.5. Xây dựng đề thi khảo sát đội tuyển học sinh giỏi trường Giáo án 5: Đề thi khảo sát đội tuyển HSG Vật lý Tỉnh giữa kì (lần 2) I. Ý tưởng sư phạm Sau khi thi chọn đội tuyển HSG (lần 1) và tiến hành dạy học một số giáo án có nội dung bổ sung và nâng cao kiến thức với các phương pháp đã trình, tiếp tục cho đội tuyển khảo sát giữa kì (lần 2) với các bài tập trong đề thi này có mức độ khó và tính sáng tạo cao hơn để đánh giá tín hiệu quả và khả thi của phương pháp đã sử dụng, so sánh với kết quả lần thi chọn đội tuyển HSG (lần 1) để kịp thời điều chỉnh nội dung

65 cũng như phương pháp sao cho phù hợp với trình độ và khả năng phát triển tư duy của đội tuyển.

II. Mục tiêu. Đánh giá mức độ đạt được của học sinh hoàn thành các bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ trong đề thi HSG Tỉnh.

Kiểm tra HS về các kiến thức đã được bổ sung, sự tiến bộ về kỹ năng tính toán và tư duy sáng tạo.

III. Cấu trúc đề thi

Thời gian làm bài 120 phút gồm các bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ mức độ khó tương tự như bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ trong đề thi HSG Vật lý Tỉnh chính thức gồm 4 bài tập luyện tập nâng cao và bài tập sáng tạo IV. Đề thi. ĐỀ THI KHẢO SÁT SINH GIỎI TRƯỜNG NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn: VẬT LÝ – Lớp 11 (Lần 2) Thời gian làm bài: 120 phút Câu 1. Một khung dây hình vuông cạnh a và điện b A trở R được kéo với vận tốc v qua một khe của một

v B nam châm điện. Từ trường trong khe này là đều, có l cảm ứng từ B và vuông góc với mặt phẳng khung. Coi d a

SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH TRƯỜNG THPT ĐỨC THỌ

kích thước của khung nhỏ hơn kích thước của phạm vi có từ trường là b và l. a. Hãy xác định dòng điện trong khung và chỉ ra

c

b

Hình 14.1

dòng điện trong khung. b. Tính nhiệt lượng toả ra trong khung?

Câu 2. Hai thanh kim loại song song, thẳng đứng, có điện trở không đáng kể, một đầu nối vào điện trở R=0,5Ω. Một đoạn dây dẫn

AB dài 50cm nặng 20g có điện trở r=0,5 Ω được tỳ vào hai thanh kim loại, tự do trượt xuống dưới và luôn vuông góc với hai thanh kim loại đó. Toàn bộ hệ thống được đặt trong từ trường đều có hướng vuông góc với mặt phẳng hai thanh kim loại có cảm ứng từ B=0,2T. (Hình 16.1)

R B

C

D

Hình 16.1

a. Chứng tỏ rằng ban đầu thanh chuyển động nhanh dần, xác định vận tốc giới hạn của thanh và hiệu điện thế ở hai đầu thanh khi đó.

66 b. Bây giờ đặt toàn bộ hệ thống nghiêng so với mặt phẳng ngang 1 góc α=600.

Cảm ứng từ vẫn giữ nguyên. Tính vận tốc giới hạn và hiệu điện thế hai đầu thanh kim loại khi đó. Lấy g=10m/s2.

Câu 3. Một electron bay vào trong khoảng giữa 2 bản của một tụ điện phẳng có các bản nằm ngang chiều dài l=5cm, giữa 2 bản có điện trường cường độ E=100V/cm.

Hướng bay của electron song song với các bản và vận tốc bay khi đi vào tụ điện bằng v0=107m/s. Khi ra khỏi tụ điện electron bay vào một từ trường đều có cảm ứng từ B=0,01T và có đường sức vuông góc với đường sức điện trường. Tìm bán kính quỹ đạo đinh ốc của electron trong từ trường và bước xoắn của đinh ốc đó?

Câu 4: Trong cùng một mặt phẳng với một dòng điện thẳng dài vô hạn cường độ I=20A người ta đặt hai thanh trượt kim loại song song với dòng điện, cách dòng điện I

một khoảng x0=1cm. Hai thanh trượt cách nhau l = 0,5cm (Hình 19.1). Một đoạn dây dẫn AB có chiều dài l được đặt tiếp xúc điện với hai thanh trượt. Tìm hiệu điện thế xuất hiện giữa hai đầu dây AB khi cho AB trượt tịnh tiến trên hai thanh với vận tốc không đổi v = 3m/s.

SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH TRƯỜNG THPT ĐỨC THỌ

Câu 1:

HƯỚNG DẪN CHẤM HSG TRƯỜNG NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn: VẬT LÝ – Lớp 11 (LẦn2)

(5 điểm) - Khi khung bắt đầu đi vào phạm vi có từ trường thì Φ1=0; - Khi khung vào trong từ trường một đoạn ∆a thì Φ2=B.∆S=B.a.∆a Suất điện động: ξc = −

∆Φ B.a.∆a =− = − Bav ∆t ∆t

Khi đó trong mạch xuất hiện dòng điện ξc Bav I=

R

=

A d

n

I

b

v

B

0,25 0,25

l

0, 5

c b

R

0,5

Hình 14.2 - Khi khung bắt đầu đi ra khỏi phạm vi có từ trường thì Φ1’=Ba2; 0,25 -Khi khung ra khỏi từ trường một đoạn ∆a thì Φ2’=B.S2=B.a.(a-∆a) 0,25 + Độ biến thiên từ thông là: ∆Φ=-Ba∆a ∆Φ B.a.∆a = = Bav ∆t ∆t ξ Bav + Dòng điện xuất hiện dòng điện I = c = R R

+ Suất điện động trong khung : ξ c = −

0, 5 0,5

67 + Dòng điện có chiều ABCDA b)Thời gian để toàn bộ khung đi vào hết trong từ trường (hoặc đi ra hết từ trường)là T =

a v

Nhiệt lượng toả ra khi khung dây đi vào, đi ra là: B 2 a 2 v 2 a B 2 a 3v R = R2 v R 2 3 Bav Tổng nhiệt lượng toả ra là: Q = Q1 + Q2 = 2 R

Q1 = I 2 RT =

Câu 2:

B 2 a 2 v 2 a B 2 a 3v R = ; R2 v R

Q2 = I 2 RT =

0,5 1,0 0,5

(6 điểm)

a. Trong thanh CD có dòng điện: I =

0, 5

ξc Bvl = R+r R+r

Lực từ có hướng từ dưới lên và có độ lớn: F = BIl =

B2 l 2 v R+r

0,5

Thanh CD trượt xuống dưới tác dụng hợp lực của F và trọng lực P, do đó gia tốc của thanh bằng: a =

Fhl P − F B2 l 2 v = =g− m m m(R + r)

0,5

Thanh chuyển động nhanh dần vận tốc của nó tăng lên và sau thời gian nó đạt đến vận tốc giới hạn v0 sao cho a=0.

0, 5 2 2 a =g−

Blv mg(R + r) 0, 02.10.1 = = 20m / s = 0  v0 = m(R + r) B2 l 2 0, 22.0,52

Suất điện động cảm ứng ξ=Blv=0,2.0,5.20=2V ξc 2 = = 2A R + r 0,5 + 0,5 Hiệu điện thế giữa hai điểm CD bằng U CD = I.r − ξc = −1(V)

0,5 0, 5

Dòng điện cảm ứng trong mạch I =

b. Khi α=600, hiện tượng xẩy ra như câu a. Nhưng bây giờ suất điện động cảm ứng ξ'c = Blv, sin α . Khi này dòng điện cảm ứng và lực từ tác dụng lên dây dẫn là: Blv' sin α B2l2 v, sin α và F' = Gia tốc của dây dẫn: R+r R+r (P − F' ) sin α  B2l2 v, sin α  a= = g −  m m(R + r)   I' =

Khi vật chuyển động đều thì B2l 2 v,0 sin α mg(R + r) 0, 02.10.1 a =g− = 0  v,0 = 2 2 = = 23m / s m(R + r) B l sin α 0, 2 2.0,52 sin 600 Suất điện động cảm ứng ξ'c =Blv,sinα =0,2.0,5.23.sin600 =2V

0, 5

0, 5

0, 5 0, 5

'

Hiệu điện thế giữa hai điểm CD bằng U'

CD

ξc

2 = 2A R + r 0, 5 + 0,5 = I' .r − ξ'c = −1(V)

Dòng điện cảm ứng trong mạch là I' =

=

0, 5 0, 5

68

Câu 3

(4 điểm) Theo phương song song với các bản electron chuyển động thẳng đều. ................................................................................................

0, 5 Theo phương vuông góc với các bản electron chuyển động nhanh

dần đều với gia tốc a =

e.E ............................................................. m

0, 5

Sau khi ra khỏi bản vận tốc theo phương vuông góc với các bản là v1 = a.t =

e.E l ..................................................................... m v0

1,0

Khi bay vào từ trường thì bán kính quỹ đạo mv1 m e.E l E.l 100.5 = . = = = 0, 005m = 5mm ................. eB eB m v0 B.v0 0, 01.107 2π v0 m = 3, 6.10−2 m = 3, 6cm ................

Bước xoắn của đinh ốc: h = eB R=

Câu 4

1,0 1,0

(5 điểm) Vì đoạn dây AB chuyển động trong từ trường của dòng điện I nên trên đoạn dây AB sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng. Vì mạch điện hở nên suất điện động cảm ứng ec bằng hiệu điện thế U I giữa hai đầu dây.

1,0

x

x0 A dx B vt

x B

Hình 19.2

Sau thời gian t kể từ lúc bắt đầu chuyển động, từ thông quét 1,0 bởi đoạn dài dx của dây (đoạn này cách dây dẫn mang dòng điện một đoạn x)bằng: d Φ = B.dS = 2.10−7

I vtdx ........................................................... x

Từ thông quét bởi cả đoạn dây AB bằng: Φ =  B.dS =

x +l I ..................... vtdx = 2.10 −7 Ivt ln 0 x x0

1,0

x +l dΦ = 2.10−7 Iv ln 0 = 4,87.10−6 V .................. dt x0

1,0

x0 + l



x0

=> U = ec = −

1,0

2.10−7

Giáo án 8: Đề thi khảo sát đội tuyển HSG Vật lý Tỉnh cuối kì (Xem phụ lục 2dPL40)

69 Kết luận chương 2

Từ cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài đã trình bày ở chương I, chúng tôi xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý về từ trường và cảm ứng điện từ gồm kiến thức bổ sung lý thuyết và hệ thống 34 bài tập có nội dung đảm bảo được tính đa dạng, trong đó bao gồm 4 dạng bài tập nâng cao, ngoài ra còn có các bài tập sáng tạo, kỹ thuật đáp ứng được sự đổi mới ở các kỳ thi HSG trong các năm gần đây.

Cùng với việc xây dựng các chuyên đề bài tập chúng tôi đã xây dựng được các phương án sử dụng chuyên đề cũng như các đề thi chọn đội tuyển, đề thi khảo sát chất lượng đội tuyển.

Các bài toán về từ trường và cảm ứng điện từ thường là những bài toán phức tạp, cần phải sử dụng nhiều phương pháp tư duy, sử dụng nhiều phương tiện toán học.

Do đó ở một số dạng bài tập chúng tôi đã mạnh dạn đưa ra các định hướng chung để các em có được phương pháp tổng thể nhằm phát huy năng lực phẩm chất người học.

Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi phần cảm ứng điện từ chọn lọc có nội dung lý thuyết bổ túc được kiến thức đáp ứng yêu cầu các kỳ thi học sinh giỏi; xây dựng được hệ thống bài tập rèn luyện nâng cao kỹ năng, phát triển tư duy lô-gic, tư duy toán học, tư duy vật lý tiếp cận được với đề thi Học sinh giỏi tỉnh Hà Tĩnh môn Vật lý và tiếp cận với các quốc gia về độ khó và mức sáng tạo. Hiệu quả của chuyên đề sẽ được chúng tôi đánh giá ở chương 3 thực nghiệm sư phạm.

70

CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm

Mục đích của thực nghiệm sư phạm nhằm: + Kiểm nghiệm lại giả thiết khoa học của đề tài, tính khả thi và hiệu quả của các phương án dạy học và chuyên đề đã xây dựng. + Kiểm nghiệm lại xem chuyên đề mà đề tài đưa ra có phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh được tuyển chọn, có giúp học sinh mở rộng kiến thức hơn, phát huy được tính tích cực và phát triển năng lực tư duy sáng tạo hay không. + Kiểm nghiệm lại tính thiết thực của đề tài. Qua đó cũng biết được những hạn chế của chuyên đề, đội tuyển để điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu đặt ra của kỳ bồi dưỡng.

Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm gồm: + Kiểm tra tính hợp lý, khoa học của chuyên đề cả về nội dung lý thuyết bổ sung và hệ thống bài tập được lựa chọn. + Kiểm tra tính phù hợp đối tượng của hệ thống câu hỏi định hướng tư duy học sinh trong quá trình hướng dẫn và giải bài tập. + Kiểm tra, đánh giá tính hiệu quả và khả thi xem các phương án dạy học có phát huy hiệu quả so với các phương án khác để vận dụng và điều chỉnh cho tốt hơn. + Kiểm tra tính phù hợp của hệ thống bài tập đưa ra với đối tượng tuyển chọn hay không và có phù hợp với mục đích bồi dưỡng HSG, nhằm tăng cường khả năng tư duy vận dụng và niềm yêu thích vật lý của học sinh để giải các bài tập đặt ra trong đề thi học sinh giỏi cấp Tỉnh, cấp khu vực, cấp quốc gia.

3.2 Đối tượng của thực nghiệm sư phạm

Thông qua hoạt động chuyên môn của nhóm Vật lí và kết quả học tập, thi khảo sát chất lượng, chúng tôi tuyển chọn một số học sinh có thành tích vượt trội với tiêu chí không tuyển chọn số lượng lớn mà quan trọng là chất lượng học sinh, số lượng ít để có thể tiếp cận và bồi dưỡng sâu sát với từng đối tượng. Trên tinh thần tự nguyện và yêu thích bộ môn, các HS đó làm bài kiểm tra khảo sát 120 phút theo yêu cầu đặt ra của nhà trường và sau đó chọn lại số học sinh có điểm số đạt yêu cầu. Đối tượng thực nghiệm sư phạm là các em học sinh giỏi trường trở lên về bộ môn vật lí lớp 11.

71 3.3. Nội dung và diễn biến thực nghiệm sư phạm:

Chọn lọc các học sinh có điểm số đạt yêu cầu từ kết quả học tập các năm học trước ở lớp 10 và tiến hành khảo sát ban đầu theo yêu cầu của nhà trường đặt ra.

Chọn lọc được các học sinh đạt yêu cầu chúng tôi tiến hành gặp gỡ và trao đổi kế hoạch cho toàn đợt bồi dưỡng.

Triển khai đề tài bắt đầu bằng bài thi thử HSG Tỉnh lần 1 các buổi tiếp theo dạy học giáo án cho đợt 1 (12tiết), kết thúc đợt 1 với bài thi thử HSG Tỉnh lần 2. Qua kết quả của đợt 1 chúng tôi rút kinh nghiệm, đánh giá hiệu quả của các phương án và hệ thống bài tập từ kết quả đạt được của đội tuyển.

Tiếp tục bồi dưỡng đợt 2 (9 tiết)với các giáo án đã xây dựng và phát triển lên từ kết quả đợt 1 và kết thúc đợt 2 và cũng là kết thúc đợt bồi dưỡng bằng bài thi thử HSG Tỉnh lần 3.

Trong thời gian bồi dưỡng ngoài việc đội tuyển trải qua các kỳ thi thử căn thẳng thì đội tuyển được bổ sung các kiến thức nâng cao, thực hành, tư duy sáng tạo…

3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 3.4.1. Chọn lọc học sinh để thành lập đội tuyển học sinh giỏi.

- Xin phép Ban giám hiệu và trao đổi với tổ chuyên môn, các giáo viên trong nhóm bồi dưỡng HSG về mục đích và kế hoạch thực nghiệm.

- Đội tuyển HSG được chọn là học sinh thuộc khối 11 trường THPT Đức Thọ

huyện Đức Thọ tỉnh Hà Tĩnh. Với các tiêu chí: * Hạnh kiểm: Tốt. * Học lực: Ở lớp 10: Xếp loại khá Trung bình môn vật lý ≥ 8,0 (Theo mặt bằng chung của nhà trường) * Yêu thích môn học và tự nguyện đăng ký tham gia đội tuyển.

Trên cơ sở khảo sát hồ sơ, quan sát và trao đồi cùng với giáo viên chủ nhiệm, giáo viên bộ môn vật lý trực tiếp dạy các đối tượng học sinh đạt tiêu chí trên, chúng tôi đã chọn được đội tuyển HSG vật lý khối 11 có số lượng 4 học sinh.

- Giáo viên trao đổi phương pháp làm việc của giáo viên giảng dạy và thời gian, thời khóa biểu, vị trí, dụng cụ học tập của nhóm, nhiệm vụ học tập của các em HS.

72 3.4.2 Tiến hành giảng dạy các giáo án thực nghiệm sư phạm - Song song với việc giảng dạy các phần chuyên đề Cơ, Nhiệt, Quang,... của các giáo viên khác trong tổ Vật lí, chúng tôi tiến hành giảng dạy chuyên đề về từ trường và cảm ứng điện từ đã xây dựng theo kế hoạch với một số giáo án thực nghiệm đã soạn theo các phương án đã đề xuất với tiến trình gồm:

Thi chọn HSG Tỉnh (lần 1) (buổi 1) Dạy bổ túc kiến thức và luyện tập bổ túc kiến thức (buổi 2) Dạy bổ sung kiến thức và bài tập luyện tập nâng cao (buổi 3, 4) Khảo sát đội tuyển HSG Tỉnh lần 2 (buổi 5).

Dạy bài tập với hình thức tự học (buổi 6) Dạy bài tập sáng tạo có nội dung thực tế và kỹ thuật (buổi 7) Khảo sát đội tuyển Tỉnh lần 3 (buổi 8) 3.4.3. Kết quả thực nghiệm:

- Khởi đầu quá trình giảng dạy thực nghiệm chúng tôi tiến hành cho đội tuyển thi thử lần 1 ngay trong buổi đầu tiên với một số bài tập chọn lọc trong hệ thống, mục đích của bài thi thử này là khảo sát đánh giá lại kiến thức về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 THPT mà học sinh nắm được so với bài tập có độ khó của đề thi HSG Tỉnh trước khi bồi dưỡng.

Bảng 3.1 Kết quả Thi chọn HSG Tỉnh (lần 1) (Trường THPT Đức Thọ-huyện Đức Thọ-tỉnh Hà Tĩnh) TT

Họ và tên

Giới

Hạnh

tính

Điểm tổng Điểm Điểm kĩ

Điểm

Tổng

kiểm

kết môn Vật lí

kiến thức

năng giải BT

giải BTST

Nam

Tốt

9,1

5,5

4,5

2

12

Nữ

Tốt

8,5

5,5

4

1

10,5

điểm

1

Phạm Tiến Anh

2

Nguyễn Mai Linh

3

Nguyễn Công Minh

Nam

Tốt

8,4

5

3,25

2

10,25

4

Lê Hoài Nam

Nam

Tốt

8,9

6,5

4,0

1,5

12,0

Qua kết quả khảo sát chúng tôi nhận thấy kiến thức, kĩ năng của học sinh chỉ đạt ở mức trung bình theo yêu cẩu của HSG. Phần kĩ năng và tư duy sáng tạo chiếm tỉ lệ thấp thấp trong bài thi.

73 3.4.3.1 Thi thử HSG Tỉnh lần 2 Sau khi thi thử HSG Tỉnh lần 1, chúng tôi tiến hành dạy học một số giáo án có nội dung bổ sung và nâng cao kiến thức với các phương pháp dạy học tích cực đã trình bày trong chuyên đề về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 THPT đã xây dựng. Để kết thúc và đánh giá kết quả đợt bồi dưỡng 1 (12 tiết)chúng tôi tiếp tục cho khảo sát chất lượng đội tuyển giữa kì (lần 2). Với các bài tập trong thi thử này có mức độ khó và tính sáng tạo cao hơn.

- Đề thi thử HSG Tỉnh lần 2: (Xem phụ lục)

Bảng 3.2 Kết quả Thi khảo sát HSG Tỉnh giữa kì thực nghiệm (lần 2) (Trường THPT Đức Thọ-huyện Đức Thọ-tỉnh Hà Tĩnh) TT

Họ và tên

Điểm kiến thức

Điểm kĩ năng giải BT

Điểm giải BTST

Tổng điểm

1

Phạm Tiến Anh

6,0

5,5

2,5

14

2

Nguyễn Mai Linh

5,5

5,25

1,0

11,75

3

Nguyễn Công Minh

5,5

4,0

2,25

11,75

4

Lê Hoài Nam

6,5

5,0

2,25

13,75

Qua kết quả của lần 2 bài kiểm tra chúng ta đánh giá tính hiệu quả và khả thi của phương pháp dạy học và hệ thống bài tập đã lựa chọn trong chuyên đề, để kịp thời điều chỉnh nội dung cũng như phương pháp sao cho phù hợp với trình độ và khả năng phát triển tư duy của đội tuyển.

3.4.3.2 Thi thử HSG Tỉnh lần 3 Từ kết quả thi thử HSG Tỉnh lần 2, chúng tôi tiếp tục tiến hành dạy học các giáo án đợt 2 (9 tiết)nhằm bổ sung những kiến thức HS còn thiếu, rèn luyện thêm những kỹ năng giải bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ cho HS và cung cấp cho HS những bài tập có mức độ khó cao hơn và mang tính sáng tạo hơn. Qua đó củng cố kiến thức tổng hợp về từ trường và cảm ứng điện từ, phát huy năng lực của mỗi cá nhân HS. - Đề thi thử HSG Tỉnh lần 3: (Xem phụ lục)

74 Bảng 3.3 Kết quả Thi khảo sát HSG Tỉnh cuối kì ( lần 3) (Trường THPT Đức Thọ-huyện Đức Thọ-tỉnh Hà Tĩnh) Họ và tên

TT

Điểm kiến thức

Điểm kĩ năng giải BT

Điểm giải BTST

Tổng điểm

1

Phạm Tiến Anh

6,25

6,0

3,0

15,25

2

Nguyễn Mai Linh

5,75

5,5

2,0

13,25

3

Nguyễn Công Minh

5,5

5,0

2,5

13,0

4

Lê Hoài Nam

6,5

6,25

3,25

16,0

Sau khi kết thúc khảo sát cuối kì chúng tôi nhận thấy cả kiến thức kĩ năng và sáng tạo của học sinh đều được tăng lên. Qua đó phần nào khẳng định tính hiệu quả của chuyên đề. Qua việc khảo sát cuối kì mức độ phân hóa của học sinh trong quá trình bồi dưỡng.

3.4.3.3 Thi chọn HSG cấp tỉnh Qua kết quả thi chọn học sinh giỏi ở trường cùng với lựa chọn qua các chuyên đề tổng hợp khac, chúng tôi đã lựa chọn 02 HS có thành tích cao tham gia kỳ thi chọn HSG cấp tỉnh môn Vật Lí năm học 2015 – 2016 do Sở GD&ĐT Hà Tĩnh tổ chức, danh sách tham dự gồm: 1. Phạm Tiến Anh - lớp 11A1 2. Lê Hoài Nam - lớp 11A1

Bảng 3.4 . Kết quả thi học sinh giỏi: TT

Họ và tên

Lớp

Giải

1

Phạm Tiến Anh

11A1

Ba

2

Lê Hoài Nam

11A1

Nhì

3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm

Qua quá trình triển khai thực nghiệm đề tài Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG về từ trường và cảm ứng điện từ để dạy bồi dưỡng HSG Vật lí lớp 11 tại Trường THPT Đức Thọ-huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh, chúng tôi có những đánh giá:

75 - Đối với các trường THPT không chuyên việc bồi dưỡng học sinh giỏi gặp không ít khó khăn do trình độ của học sinh không đồng đều, khả năng tư duy về vật lí và sử dụng các công cụ tính toán còn hạn chế. Kết quả thi thử đợt 1 cho thấy các chủ yếu chỉ mới đạt ở mức độ trung bình so với yêu cầu của một đề thi chọn học sinh giỏi.

- Sau khi sử dụng chuyên đề để bồi dưỡng học sinh giỏi về từ trường và cảm ứng điện từ để dạy bồi dưỡng cho các em bao gồm: Hệ thống hóa kiến thức, bổ túc các kiến thức nâng cao, bổ túc kiến thức toán học và luyện tập một số bài tập nâng cao thì kỉ năng giải bài tập của các em được nâng lên đáng kể. Kết quả tiến hành khảo sát giữa kì đã có sự tiến bộ so với khảo sát đợt 1, qua đó có những điều chỉnh để sử dụng chuyên đề trong quá trình bồi dưỡng.

- Tiếp tục sử dụng chuyên đề ở tần suất cao hơn bao gồm bồi dưỡng nâng cao; luyện tập các dạng bài tập của chuyên đề; hướng dẫn tự học ở nhà; luyện tập các bài tập sáng tạo, bài tập có yếu tố kĩ thuật. Kết quả khảo sát lần 3 có nhiều thay đổi so với lần 1. Đây cũng là đợt khảo sát cuối cùng để lựa chọn đội tuyển vì vậy các em đã có nhiều nỗ lực cố gắng, trong đó có em đã có tiến bộ vượt bậc. Điều này khẳng định được phần nào tính hiệu quả của việc sử dụng chuyên đề.

- Kết quả thi học sinh giỏi tỉnh một lần nữa đánh giá tính hiệu quả của chuyên đề với 1 giải nhì, 1 giải 3.

3.6. Bài học kinh nghiệm:

Trong tiến trình xây dựng và sử dụng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 trung học phổ thông và tiến hành thực nghiệm chúng tôi rút ra một số kinh nghiệm sau: - Viêc hệ thống hóa kiến thức, bổ sung lý thuyết và kiến thức toán rất cần thiết để cung cấp cho HS những kiến thức thường sử dụng trong trong các đề thi HSG, làm nền tảng cơ sở để HS giải các bài tập nâng cao.

- Hệ thống bài tập phải đảm bảo đa dạng phong phú và phải bám sát với đề thi học sinh giỏi các cấp.

- Trong quá trình giảng dạy giáo viên cần định hướng để học sinh có thể giải quyết bài toán theo nhiều cách khác nhau, điều này giúp học sinh có nhiều phương án khi đứng trước một bài toán.

- Trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi cần phải tăng cường khả năng tự học và giải quyết bài tập ở nhà một cách tốt nhất. Đối với bài tập dùng trong bồi dưỡng

76 HSG để giải quyết tốt bài tập trên lớp hết nhiều thời gian do đó việc tự học ở nhà đóng vai trò hết sức quan trọng. Phát huy được năng lực tự học của học sinh trong bồi dưỡng HSG là một nhiệm vụ quan trọng của giáo viên trong bồi dưỡng HSG. - Một yếu tố không thể thiếu trong quá trình sử dụng chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí về từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 trung học phổ thông nói riêng và trong công tác bồi dưỡng HSG nói chung là phải khơi dậy niềm đam mê yêu thích bộ môn vật lí.

Kết luận chương 3

Kết quả thực nghiệm sư phạm đã cho thấy khi áp dụng đề tài vào thực tế dạy học đã giúp cho công tác bồi dưỡng HSG tại trường THPT Đức Thọ huyện Đức Thọ tỉnh Hà Tĩnh đạt được thuận lợi và nâng cao hiệu quả đào tạo. Kết quả cũng cho thấy việc sử dụng đề tài sẽ định hướng để học sinh bồi dưỡng một cách tốt nhất.

Trong quá trình thực nghiệm đề tài chúng tôi nhận thấy việc xây dựng chuyên đề sẽ phát huy được năng lực tự học với đối tượng học sinh giỏi.

Với những kết quả đạt được trong đề tài, GV có thể nghiên cứu để sử dụng đề tài là một trong những tài liệu bổ ích cho quý thầy cô giáo đang giảng dạy Vật lí THPT tham khảo và vận dụng cho công tác bồi dưỡng HSG của mỗi thầy cô giáo. Đối với đối tượng HSG thì đề tài là một tài liệu tham khảo giúp HS trong quá

trình tự học và tự đánh giá.

Trong quá trình sử dụng đề tài giáo viên có thể chọn lọc hoặc bổ sung thêm các bài tập đáp ứng được yêu cầu bồi dưỡng HSG ở các mức độ khác nhau.

Với những kết quả đã đạt được nêu trên, có thể nói giả thuyết khoa học của đề tài là đúng đắn.

77

KẾT LUẬN CHUNG Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi về từ trường và cảm ứng điện từ chọn lọc có nội dung lý thuyết bổ túc được kiến thức đáp ứng yêu cầu các kỳ thi học sinh giỏi; xây dựng được hệ thống bài tập rèn luyện nâng cao kỹ năng, phát triển tư duy lô-gic, tư duy toán học, tư duy vật lý tiếp cận được với đề thi Học sinh giỏi tỉnh Hà Tĩnh môn Vật lý và tiếp cận với các quốc gia về độ khó và mức sáng tạo.

Chuyên đề đã được thiết kế theo từng dạng bài tập phù hợp với kiến thức, kỷ năng, sử dụng theo hướng phát triển năng lực tự học một cách thường xuyên đã góp phần phát triển năng lực tự học của đối tượng HSG ở các trường THPT. Trên cơ sở khoa học của đề tài, tôi thấy đề tài sẽ tiếp tục mở rộng phạm vi nghiên cứu cho các chương khác nhau của vật lý THPT, các phần kiến thức khác thuộc chương trình vật lý THPT với kiến thức mở rộng đến các bài tập với nội dung phong phú đa dạng hơn nhằm giúp học sinh phát triển năng lực tư duy ở mức cao hơn.

Chúng tôi cũng có kiến nghị và đề xuất với các tổ nhóm vật lý ở các trường THPT có thể triển khai cho giáo viên cùng nghiên cứu xây dựng các chuyên đề bồi dưỡng HSG tương tự.

Chúng tôi hy vọng việc xây dựng các chuyên đề bồi dưỡng dựa trên cơ sở lý luận dạy học và theo quy trình khoa học sẽ góp phần rất lớn trong công tác đào tạo bồi dưỡng HSG, chuyên đề là nguồn tài liệu tham khảo bổ ích cho đồng nghiệp trong quá trình giảng dạy cũng như bồi dưỡng HSG cho đơn vị mình. Đề tài đề hướng đến đối tượng học sinh giỏi trong chương trình vật lý THPT và quá trình thực nghiệm chưa được rộng rãi nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý chân thành của các thầy cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cám ơn!

78

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Ban tổ chức kì thi: Tổng tập đề thi OLIMPIC 30/4 Vật lí 11. Đại học sư phạm 2012.

[2]. Dương Trọng Bái - Cao Ngọc Viễn: Bài Thi Vật Lý Quốc Tế: NXBGD Hà Nội- 1998.

[3]. Nguyễn Danh Bơ : Tuyển tập các bài tập vật lý Nâng cao. NXB Nghệ An - 2004 [4]. Trịnh Đức Đạt: Phương pháp giảng dạy Bài tập Vật lý. ĐHSP Vinh- 1997.

[5]. Nguyễn Văn Đồng: Phương pháp giảng dạy bài tập Vật lý ở trường phổ thông.

NXBGD Hà Nội- 1989.

[6]. Bùi Quang Hân: Giải toán vật lý 11 tập 1. NXBGD Hà Nội- 2002.

[7] Nguyễn Bá Kim: Phương pháp dạy học môn Toán. NXB Đại học sư phạm, 2006.

[8]. Vũ Thanh Khiết- Vũ Đức Tuý: Chuyên đề bồi dưỡng Học sinh giỏi vật lí THPT –Tập 3-Điện học 2 -NXGD Hà Nội- 2005.

[9]. Vũ Thanh Khiết: Kiến thức cơ bản và nâng cao vật lí THPT tập 2- NXB Hà Nội- 2002.

[10]. Vũ Thanh Khiết- Nguyễn Đức Hiệp- Nguyễn Xuân Quang- Vũ Đình Túy: Tuyển Tập các đề thi OLIMPIC Vật lý các nước -NXGD Hà Nội- 2005.

[11] Vũ Thanh Khiết- Vũ Đình Túy: Các đề thi học sinh giỏi Vật lý(2001-2010)NXGD Hà Nội-4- 2011.

[12]. Nguyễn Quang Lạc: Lý luận dạy học hiện đại ở trường phổ thông. ĐHSP Vinh- 1995.

[13]. Nguyễn Quang Lạc-Nguyễn Thị Nhị: Đo lường và đánh giá trong dạy học vật lý. Nghệ AN- 2011.

[14]. Lê Nguyên Long- An Văn Chiêu- Nguyễn Khắc Mão: Giải toán Vật lý trung học phổ thông một số phương pháp. NXBGD Hà Nội- 2003.

[15]. Phạm Thị Phú - Đinh Xuân Khoa: Giáo trình phương pháp luận nghiên cứu Vật lý -NXGD Đại học Vinh- 2015.

[16]. Phạm Thị Phú- Nguyễn Đình Thước: Logic trong dạy học Vật lý. ĐH Vinh- 2001.

[17]. Phạm Thị Phú- Nguyễn Đình Thước: “ Bài tập sáng tạo về vật lý ở trường trung học phổ thông”. Tạp chí Giáo dục số 163- Kỳ 2, tháng 5- 2007.

[18]. Phạm Thị Phú : Chuyển hóa phương pháp nhận thức vật lý thành phương pháp dạy học vật lý. Vinh 2007

79 [19]. Nguyễn Trọng Sửu − Nguyễn Văn Phán – Nguyễn Sinh Quân: Dạy học theo chuẩn kiến thức kỹ năng môn vật lý 11. NXGD Hà Nội- 2011

[20]. Nguyễn Đức Thâm- Nguyễn Ngọc Hưng- Phạm Xuân Quế: Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông. NXBGD- 2003.

[21]. Nguyễn Đình Thước: Những bài tập sáng sạo về Vật lý THPT. NXBĐHQGHN [22]. Nguyễn Đình Thước: Phát triển tư duy của học sinh trong dạy học bài tập vật lý. ĐH Vinh 2010.

[23]. Nguyễn Đình Thước : Sử dụng bài tập trong dạy học vật lí (Vinh-2014)

[24]. Nguyễn Đức Thâm- Nguyễn Ngọc Hưng: Tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lý ở trường trung học phổ thông. ĐHSP- ĐHQG Hà Nội- 2001.

[25]. Phạm Văn Thiều: Một số vấn đề nâng cao trong dạy học vật lý phổ thông.

NXBGD Hà Nội- 4- 2005.

[26]. Tập thể tác giả – Sách giáo khoa Vật lý 11-Nâng cao. NXBGD 2013 [27]. Tập thể tác giả – Sách Bài tập Vật lý 11-Nâng cao. NXBGD 2013 [28]. Dương Đức Tuấn: Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng học sinh chuyên vật lý phần cơ học vật rắn. Nghệ An 2013

[29]. Đề thi HSG Quốc gia, tỉnh Hà Tĩnh, và các tỉnh khác [30]. Các trang web: http://violet.vn/ http://thuvienvatly.com/

80

PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ ĐỀ THI CHỌN HSG CÁC CẤP TỪ NĂM 2011 ĐẾN NĂM 2015 Đề thi số 1: SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH ĐỀ THI CHÍNH THỨC

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH CẤP THPT NĂM HỌC 2011 – 2012 Môn: VẬT LÝ LỚP 11 Thời gian làm bài: 180 phút (Đề thi có 01 trang, gồm 05 câu)

Bài 1: Trong hệ thống trên hình 1, khối lượng vật 1 bằng 6,0 lần khối lượng vật 2. Chiều cao h = 20cm. Khối lượng của ròng rọc và của dây cũng như các lực ma sát được bỏ qua. Lấy g = 10m/s2. Ban đầu vật 2 được giữ đứng yên trên mặt đất, các sợi dây không dãn có phương thẳng đứng. Thả vật 2, hệ bắt đầu chuyển động. Xác định: 1 a. gia tốc của các vật ngay sau khi vật 2 được thả ra; h 2 b. độ cao tối đa đối với mặt đất mà vật 2 đạt được.

Bài 2: Một mol chất khí lý tưởng thực hiện chu trình ABCA trên giản đồ Hình 1 p-V gồm các quá trình đẳng áp AB, đẳng tích BC và quá trình CA có áp suất p biến đổi theo hàm bậc nhất của thể tích V (hình 2). a. Với số liệu cho trên giản đồ, hãy xác định các thông số p(atm) (p,V,T) còn lại của các trạng thái A, B, C; 3 b. Biểu diễn chu trình ABCA trên giản đồ V-T. C Bài 3: Đặt vật nhỏ có dạng một đoạn thẳng AB vuông góc với trục chính của một thấu kính. Đầu A của vật nằm trên trục A 1 B chính, cách quang tâm của thấu kính 20cm.

V(l) a. Qua thấu kính, vật AB cho ảnh A'B' cao bằng vật. Hãy O xác định tiêu cự của thấu kính và dùng thước kẻ dựng 25,6 102,4 ảnh A'B'; Hình 2 b. Giữ cố định thấu kính, quay vật AB quanh đầu A để AB hợp với trục chính của thấu kính một góc bằng 45o. Xác định: i. vị trí và hình dạng của ảnh A"B" của vật AB qua thấu kính, bằng cách dựng hình với số lượng tia sáng được vẽ ít nhất; ii. độ dài của vật AB. Biết rằng độ dài của ảnh A"B" gấp hai lần độ dài của vật AB. Bài 4: Cho mạch điện như hình 3: A1; A2 và A3 là 3 2kΩ 6kΩ ampe kế lý tưởng và hoàn toàn giống nhau. Giá trị các A 2 điện trở được ghi trên hình vẽ. Người ta đặt vào hai đầu A 3kΩ 6kΩ A, B một hiệu điện thế không đổi, có độ lớn U = 13,8V. A 1 a. Hãy tính các giá trị cường độ dòng điện qua các 6kΩ 5kΩ điện trở; b. Xác định số chỉ của các ampe kế. k Bài 5: Một mạch điện gồm có: ống dây có hệ số tự cảm Hình 3 L E,r R Ro Hình 4

B

A3

81 L = 2,00μH và điện trở Ro = 1,00Ω; nguồn điện có suất điện động E = 3,0V và điện trở trong r = 0,25Ω; điện trở R = 3,00Ω, được mắc như hình 4. Bỏ qua điện trở dây nối và khoá k. a. Đóng khoá k, sau một thời gian cường độ các dòng điện trong mạch đạt giá trị ổn định. Xác định cường độ dòng điện qua ống dây và điện trở R; công suất của nguồn E; b. Tính nhiệt lượng Q toả ra trên R sau khi ngắt khoá k. ==HẾT== Đề thi số 2:

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH CẤP THPT

HÀ TĨNH

NĂM HỌC 2012 – 2013

ĐỀ CHÍNH THỨC

Môn: VẬT LÝ – Lớp 11

Thời gian làm bài: 180 phút Câu 1: Cho biết: điện thế do một điện tích điểm q gây ra tại điểm M cách q một khoảng r trong chân không là VM = k.q/r, với k = 9.109 N.m2/C2; khối lượng và điện tích của êlectron lần lượt là 9,1.10 − 31 kg và − 1,6.10 − 19 C; điện tích của prôtôn là + 1,6.10 − 19 C; 1 eV = 1,6.10− 19 J. 1) Với nguyên tử hiđrô ở trạng thái cơ bản, êlectron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân đứng yên, với bán kính quỹ đạo là ao = 5,29.10 − 11 m. Tính: a) lực điện mà hạt nhân hút êlectron và tốc độ của êlectron; b) tổng động năng và thế năng của êlectron trong điện trường của hạt nhân (tính theo eV).

2) Hai êlectron, ban đầu, ở cách nhau một khoảng rất lớn và chạy đến gặp nhau với vận tốc tương đối có độ lớn vo = 500 m/s. Tìm khoảng cách nhỏ nhất a mà các êlectron có thể đến gần nhau. Chỉ xét tương tác điện giữa các êlectron.

K Câu 2: Cho mạch điện như hình 1. Nguồn E,r có suất điện mA1 R1 động E = 12 V, điện trở trong r không đáng kể. Các điện trở mA2 E, thuần R1 và R2 cùng có giá trị 100 Ω; mA1 và mA2 là các miliampe kế gi ống nhau; V là vôn kế. Bỏ qua điện trở của r R2 V dây nối và điện trở của khóa K. Hình 1 Đóng K, V chỉ 9,0 V còn mA1 chỉ 60 mA. 1) Tìm số chỉ của mA2.

2) Tháo bỏ R1, tìm các số chỉ của mA1, mA2 và V. Câu 3: Cho một khối bán trụ tròn trong suốt, đồng chất chiết S i A suất n đặt trong không khí (coi chiết suất bằng 1).

1) Cho n = 1,732 ≈ 3 . Trong một mặt phẳng của tiết diện vuông góc với trục của bán trụ, có tia sáng chiếu tới mặt phẳng của bán trụ dưới góc tới i = 60o ở mép A của tiết diện

Hình 2 S I

Hình 3

O

S'

I'

82 (Hình 2). Vẽ đường truyền của tia sáng.

2) Chiếu tia sáng SI tới vuông góc với mặt phẳng của bán trụ thì tia sáng ló duy nhất của nó là I'S' cũng vuông góc với mặt này (Hình 3). Cho bán kính của khối trụ là R, tìm khoảng cách nhỏ nhất từ điểm tới I của tia sáng đến trục O của bán trụ. Ứng với khoảng cách ấy, tìm giá trị nhỏ nhất của n.

Câu 4: Một pit-tông cách nhiệt đặt trong một xilanh nằm ngang. Pit-tông ở vị trí chia xilanh thành hai phần bằng nhau, chiều dài mỗi phần là 32 cm (Hình 4). Ở nhiệt độ môi trường là 27 oC, mỗi phần chứa một lượng khí lí tưởng như nhau và có áp suất bằng 0,50.105 Pa. Muốn pit-tông dịch chuyển, người ta đun nóng từ từ một phần, phần còn lại luôn duy trì theo nhiệt độ của môi trường.

Hình 4 Bỏ qua ma sát giữa pit-tông và xilanh.

1) Khi pit-tông dịch chuyển được 2,0 cm thì nhiệt độ của phần nung nóng đã tăng thêm bao nhiêu oC ?

2) Cho tiết diện của xilanh là 40 cm2. Ứng với dịch chuyển của pit-tông ở ý 1 trên đây, tính công mà phần khí bị nung nóng đã thực hiện.

Gợi ý: Nếu một vật chuyển động trên trục Ox với vận tốc v biến đổi theo thời gian t bằng hệ thức v = vo.to/t (vo, to không đổi) thì trong khoảng thời gian từ t = t1 đến t = t2 vật thực hiện được độ dời x12 = vo.to.ln(t2/t1).

Câu 5: Một dây dẫn thẳng có điện trở là ro ứng với một đơn vị chiều dài.

Dây được gấp thành hai cạnh của một góc 2α và đặt trên mặt phẳng B O ngang. Một thanh chắn cũng bằng dây dẫn ấy được gác lên hai cạnh của 2α góc 2α nói trên và vuông góc với đường phân giác của góc này (Hình 5).

Trong không gian có từ trường đều với cảm ứng từ B thẳng đứng. Tác

F dụng lên thanh chắn một lực F dọc theo đường phân giác thì thanh chắn chuyển động đều với tốc độ v. Bỏ qua hiện tượng tự cảm và điện trở ở các Hình 5 điểm tiếp xúc giữa các dây dẫn. Xác định: 1) chiều dòng điện cảm ứng trong mạch và giá trị cường độ của dòng điện này.

2) giá trị lực F khi thanh chắn cách đỉnh O một khoảng l. ***** HẾT *****

83 Đề thi số 3:

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH CẤP THPT

NĂM HỌC 2013 – 2014 Môn: VẬT LÝ – Lớp 11

ĐỀ CHÍNH THỨC

Thời gian làm bài: 180 phút

Câu 1: Trên mặt phẳng ngang có ba điểm A, B, C tạo thành tam giác vuông tại C. Đặt cố định các điện tích điểm q1 = -0,3 µC và q2 = - 0,6 µC tương ứng tại A và B. Điện tích điểm q3 = + 0,4 µC được giữ tại C. Biết AC = BC = 5 cm. Hệ thống đặt trong không khí (coi hằng số điện môi ε = 1).

1) Tìm độ lớn lực điện tác dụng lên điện tích q1.

2) Bỏ lực giữ để điện tích q3 chuyển động. Xác định vectơ gia tốc của điện tích q3 ngay sau khi thả. Biết hạt mang điện tích q3 có khối lượng m = E 1, r1 5 g. Bỏ qua mọi ma sát.

Câu 2: Cho mạch điện như hình 1. Các nguồn điện có suất K điện động và điện trở trong tương ứng là E1 = 10 V, r1 = 0 Ω và N A1 M Q E 2 = 4 V, r2 = 2 Ω. Các điện trở R1 = 4 Ω, R2 = R3 = 6 Ω. A1 R2 R3 R1 và A2 là các ampe kế giống nhau. Bỏ qua điện trở dây nối, điện A2 trở của khóa K. E 2, r2 P Hình 1 1) Xác định số chỉ ampe kế A1 và A2 khi K mở. Bỏ qua trở của các ampe kế.

2) Trên thực tế ampe kế có điện trở đáng kể. Khi K đóng cường độ dòng điện qua điện trở R3 là 0,5 A. Tìm điện trở của các ampe kế và cường độ dòng điện qua các điện trở R1 và R2.

Câu 3: Một thang máy có khối lượng M = 1000 kg được kéo lên từ mặt đất, chuyển động qua hai giai đoạn theo phương thẳng đứng nhờ lực kéo F . Giai đoạn 1: chuyển động nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ, đi được quãng đường 50 m trong thời gian 25 s.

Giai đoạn 2: đi lên chậm dần đều, khi đi được 5 m thì dừng lại. Lấy g = 10 m/s2.

1) Tìm gia tốc của thang máy và công suất trung bình của lực kéo F ở mỗi giai đoạn. Bỏ qua mọi lưc cản.

2) Giải sử thang máy chuyển động vừa hết giai đoạn 1 thì dây cáp kéo thang máy bị đứt. Tìm thời gian kể từ lúc dây cáp đứt đến khi thang máy chạm mặt đất. Biết rằng V nếu vận tốc của thang máy nhỏ hơn 10 m/s thì lực cản không khí là 3 không đáng kể còn nếu vận tốc lớn hơn hoặc bằng 10 m/s thì lực cản tác dụng lên thang máy là FC = 1000 N. Vo 1 2 Câu 4: Một khối khí lí tưởng biến đổi trạng thái theo chu trình 12-3-1 được biểu diễn trên đồ thị V – T như hình 2. Trong đó: T Quá trình 1 → 2 biểu diễn bằng đoạn thẳng song song với trục O To 2To OT. Hình 2 Quá trình 2 → 3 biểu diễn bằng đoạn thẳng có đường kéo dài qua O.

84 Quá trình 3 → 1 là một cung parabol tuân theo phương trình V2 = αT với α là một hằng số. Biết trạng thái 1 có thể tích Vo, áp suất po và nhiệt độ To, trạng thái 2 có nhiệt độ T2 = 2To. 1) Xác định các thông số trạng thái còn lại của khối khí ở trạng thái 2 và trạng thái 3 theo po, Vo, To. 2) Vẽ lại chu trình trên hệ tọa độ p – V và tính công mà khối khí thực hiện trong cả chu trình theo po, Vo. Câu 5: Hai thanh kim loại AB và CD tiết diện đều, đồng chất đặt song song với, cách nhau 20 cm trên mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng α = 30o. Thanh dẫn điện MN có điện trở không đáng kể, khối lượng m = 10 g đặt nằm ngang trên AB và CD. Nối A và C nối với điện trở R = 1,5 Ω (Hình 3). Hệ thống đặt trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ B phương thẳng đứng, hướng lên, độ lớn B = 0,4 T. Khi chuyển động MN luôn tiếp xúc và vuông góc với AB, CD. Bỏ qua hiện tượng tự cảm, điện trở dây nối và chổ C tiếp xúc. Coi AB và CD đủ dài. Lấy g = 10 m/s2.

R N 1. Bỏ qua điện trở các thanh AB, CD. A

B M a) Thanh MN được kéo trượt với vận tốc không đổi v = 6 D m/s. Tìm cường độ dòng điện qua điện trở R. l α B b) Thả cho thanh MN trượt không vận tốc đầu. Tìm vận Hình 3 tốc cực đại của thanh MN. Bỏ qua ma sát.

2. Trên thực tế thanh AB và CD có điện trở đáng kể, mỗi đơn vị chiều dài có điện trở r = 0,25 Ω. Tác dụng lực lên thanh MN sao cho thanh chuyển động trượt nhanh dần đều với gia tốc a = 2m/s2. Biết rằng ở thời điểm ban đầu thanh MN nằm sát AC và có vận tốc bằng 0. Tìm cường độ dòng điện cực đại trong mạch. ***** HẾT *****

Đề thi số 4: SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH ĐỀ CHÍNH THỨC

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH CẤP THPT NĂM HỌC 2014 – 2015 MÔN: VẬT LÝ – LỚP 11 Thời gian làm bài: 180 phút

Câu 1: Một lượng hơi nước có khối lượng m = 18 g chứa trong một xilanh có pit-tông đóng kín. Áp suất của hơi nước trong xilanh là p = 178 mmHg và nhiệt độ là t = 80oC. Biết R = 8,31 J/mol.K, khối lượng mol của nước là μ = 18 g/mol, 1 mmHg = 133 Pa. Coi hơi nước là khí lí tưởng. Nhiệt độ xilanh được giữ không đổi. a. Tính thể tích Vo của hơi nước lúc đầu. b. Đẩy pit-tông cho đến khi trong xilanh bắt đầu xuất hiện những hạt sương thì dừng lại. Tính thể tích V1 của hơi nước lúc này. Biết áp suất của hơi nước bảo hòa ở 80oC là 356 mmHg.

c. Tiếp tục đẩy pit-tông dịch chuyển đến khi thể tích hơi nước còn lại V2 =

V1 .

2

Tính nhiệt lượng đã thoát qua xilanh và độ biến thiên nội năng của nước (cả thể lỏng và hơi) trong quá trình này. Cho nhiệt hóa hơi riêng của nước là L = 2,26.106 J/kg.

85 Câu 2: Cho một vật nhỏ khối lượng m = 4 g, tích điện q = + 5.10-4 C và một bán trụ m nhẵn, bán kính R = 60 cm đặt cố định trên mặt phẳng ngang (Hình 1). Cho vật trượt không vận tốc đầu từ đỉnh bán trụ. Gọi v là vận tốc của vật khi bắt đầu rời bán trụ. Bỏ qua mọi lực cản và từ trường Trái Đất. Lấy R g = 10 m/s2.

•O a. Tính v.

Hình 1 b. Nếu đặt hệ vật và bán trụ trong vùng không gian có điện trường đều, vectơ cường độ điện trường hướng thẳng đứng từ dưới lên, độ lớn E = 60 V/m thì v bằng bao nhiêu? c. Nếu đặt hệ vật và bán trụ trong vùng không gian có từ trường đều, vectơ cảm ứng từ song song với trục của bán trụ thì khi trượt về phía bên phải v = v1 , khi trượt về

phía bên trái v = v 2 . Xác định vectơ cảm ứng từ B . Biết rằng v1 – v2 = 3 cm/s.

Câu 3: Cho mạch điện gồm hai nguồn điện giống nhau có R1 suất điện động E = 3 V, điện trở trong r = 1 Ω; R1 = 2 Ω; E ,r R2 = 5 Ω; R3 = 1 Ω; C = 10 μF (Hình 2). Bỏ qua điện trở dây nối và khóa K. C R2 R3 a. Đóng khóa K vào chốt 1. Tính cường độ dòng điện 2 K qua R1 và điện tích của tụ C khi dòng điện đã ổn định. b. Đảo khóa K từ chốt 1 sang chốt 2. Tính tổng điện 1 E ,r lượng chuyển qua điện trở R3 kể từ khi đảo khóa K. Hình 2 c. Ngắt khóa K, thay tụ điện C bằng một cuộn dây có độ tự cảm L = 50 mH. Đóng khóa K vào chốt 1 thì cường dòng điện qua cuộn dây tăng dần. Tính tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua cuộn dây tại thời điểm dòng điện đó có cường độ bằng 0,35 A. Bỏ qua điện trở của cuộn dây.

Câu 4: Một thanh kim loại đồng chất, tiết diện đều, có điện M N trở không đáng kể, được uốn thành một cung tròn đường kính

d. Thanh dẫn MN có điện trở cho mỗi đơn vị chiều dài là r, F ⊙ gác trên cung tròn (Hình 3). Cả hệ thống đặt trên mặt phẳng B

nằm ngang và ở trong một từ trường đều có cảm ứng từ B Hình 3 hướng thẳng đứng dưới lên. Tác dụng một lực F theo phương ngang lên thanh MN sao cho thanh MN chuyển động tịnh tiến với vận tốc v không đổi

(vectơ v luôn vuông góc với thanh MN). Bỏ qua ma sát, hiện tượng tự cảm và điện trở ở các điểm tiếp xúc giữa các dây dẫn. Coi B, v, r, d đã biết. a. Xác định chiều và cường độ của dòng điện qua thanh MN. b. Tại thời điểm ban đầu t = 0, thanh MN ở vị trí tiếp tuyến với cung tròn. Viết biểu thức lực F theo thời gian t.

Câu 5: Một khối vật liệu đặt trong môi trường có no i chiết suất no = 1,5. Khối vật liệu đó gồm N (với N I < 10) lớp mỏng phẳng trong suốt có độ dày như n1 n2 nhau e = 20 mm (Hình 4). Chiết suất của các lớp n3 k có biểu thức nk = no – với k = 1, 2, 3, ..., N. 20 nN Hình 4

86 Chiếu một tia sáng tới mặt trên của khối vật liệu dưới góc tới i = 60o. a. Với N = 2. Chứng minh rằng tia sáng ló ra ở mặt dưới của khối vật liệu song song với tia tới. Tính khoảng cách giữa đường thẳng chứa tia ló và đường thẳng chứa tia tới. b. Với N bằng bao nhiêu thì tia sáng không ló ra ở mặt dưới của khối vật liệu? Giả thiết khối vật liệu đủ dài.

---HẾT--Đề thi số 5: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ THI CHÍNH THỨC

KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM 2012 Môn: VẬT LÍ Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ nhất: 11/01/2012 (Đề thi có 02 trang, gồm 05 câu)

Câu 1. (4,5 điểm)

Trên một mặt phẳng nghiêng góc α so với mặt m2 nằm ngang, người ta đặt một chiếc nêm có góc nêm là β, khối lượng m1 và một quả cầu đặc đồng chất, β khối lượng m2, bán kính R (Hình 1). Thả cho hệ m 1 chuyển động và chỉ khảo sát các quá trình khi nêm còn trượt trên mặt phẳng nghiêng. Biết gia tốc rơi tự do là g.

1. Xét α = β, m1 >> m2. Xác định gia tốc tương α đối của quả cầu so với nêm khi quả cầu còn chuyển động trên nêm trong các trường hợp: Hình 1 a) Bỏ qua mọi ma sát. b) Quả cầu lăn không trượt trên nêm và nêm trượt không ma sát trên mặt phẳng nghiêng. Bỏ qua ma sát lăn.

2. Xét β = 2α = 600, m1 = m2. Trong quá trình chuyển động của quả cầu và nêm, quả cầu lăn không trượt trên nêm và nêm trượt không ma sát trên mặt phẳng nghiêng. Xác định gia tốc của nêm khi quả cầu còn lăn trên nêm.

3. Sau khi quả cầu rời nêm, quả cầu được giữ lại còn nêm trượt vào vùng có hệ số ma sát µ = ks với s là quãng đường nêm trượt được kể từ khi nêm bắt đầu lọt hoàn toàn vào trong vùng đó, k là một hằng số dương. Sau khi đi được quãng đường s = S0 thì nêm dừng lại. Tính thời gian τ để nêm đi được quãng đường S0 .

87 Câu 2. (4,0 điểm)

Một mol khí lí tưởng lưỡng nguyên tử thực hiện chu trình ABCDA trên giản đồ pV gồm các quá trình đoạn nhiệt AB, đẳng nhiệt BC, đẳng nhiệt DA và quá trình CD có áp suất tỉ lệ thuận với thể tích (Hình 2).

Biết nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình DA gấp đôi nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình BC. Cho pC = 4.105 N/m2, VC = VA= 5 dm3.

1. Xác định các thông số trạng thái pA, pB, VB , VD, pD. 2. Gọi E là giao điểm của đường AB và CD. Tính công của chu trình EBCE. Câu 3. (4,0 điểm)

Giả sử trong không gian có một từ trường có tính đối xứng trụ với trục đối xứng là ∆. Cảm ứng từ tại một điểm cách trục ∆ một khoảng r có phương gần như song song với trục ∆ và có độ lớn là B ( r ) =

A 2 (n = và A là một hằng số dương). n r 3

Một hạt có khối lượng m, điện tích q (q > 0) chuyển động trên một mặt phẳng vuông góc với trục ∆. Bỏ qua tác dụng của các lực khác so với lực từ. Lúc đầu hạt chuyển động tròn đều trên quỹ đạo có bán kính R với tâm O nằm trên trục ∆.

1. Xác định tốc độ dài và tốc độ góc của hạt.

2. Khi đang chuyển động tròn đều trên quỹ đạo bán kính R nói trên, hạt bị một ngoại lực tác dụng trong thời gian ngắn làm hạt dịch chuyển một đoạn nhỏ x0 theo phương bán kính (x0 << R). Biết rằng sau đó hạt dao động tuần hoàn theo phương bán kính đi qua hạt. Tìm chu kì của dao động này.

3. Giả thiết ban đầu hạt ở điểm M cách trục ∆ một khoảng R1 và có vận tốc hướng theo phương bán kính ra xa trục. Biết rằng trong quá trình chuyển động, khoảng cách cực đại từ hạt tới trục ∆ là R2. Tính vận tốc ban đầu của hạt.

Câu 4. (4,0 điểm)

Một nguồn sáng điểm nằm trong chất lỏng và cách mặt chất lỏng một khoảng H. Một người đặt mắt trong không khí phía trên mặt chất lỏng để quan sát ảnh của nguồn sáng.

1. Giả thiết chất lỏng là đồng chất và có chiết suất n = 1,5. Tính khoảng cách từ ảnh của nguồn sáng đến mặt chất lỏng trong các trường hợp sau: a) Mắt nhìn nguồn sáng theo phương vuông góc với mặt chất lỏng. b) Mắt nhìn nguồn sáng theo phương hợp với mặt chất lỏng một góc α = 600.

2. Giả thiết chiết suất của chất lỏng chỉ thay đổi theo phương vuông góc với mặt chất lỏng theo quy luật n = 2 +

y với y là khoảng cách từ điểm đang xét đến mặt H

chất lỏng. Biết tia sáng truyền từ nguồn sáng ló ra khỏi mặt chất lỏng đi tới mắt theo

88 phương hợp với mặt chất lỏng một góc α = 600. Hỏi tia này ló ra ở điểm cách nguồn sáng một khoảng bao nhiêu theo phương nằm ngang?

Câu 5. (3,5 điểm)

Trên một xe ô tô cách người quan sát khoảng cách là s, người ta đặt một nguồn phát âm với tần số không đổi f0 = 600 Hz. Cho xe chạy nhanh dần đều với gia tốc a = 3 m/s2 hướng lại gần người quan sát. Ở vị trí người quan sát người ta đặt một máy thu âm. Tần số âm thu được theo thời gian t kể từ thời điểm xe bắt đầu chuyển động (chọn làm mốc thời gian ứng với t = 0) được cho trong bảng sau: t (s) f (Hz)

3

6

9

12

15

608

626

645

666

690

1.

Giả thiết trong thời gian truyền âm từ xe đến người quan sát, vận tốc của xe thay đổi không đáng kể. Căn cứ vào bảng số liệu thu được ở trên hãy xác định vận tốc truyền âm va.

2.

Không bỏ qua sự thay đổi vận tốc của xe trong thời gian truyền âm từ xe đến người quan sát, căn cứ vào bảng số liệu thu được ở trên, hãy xác định vận tốc truyền âm va và khoảng cách s ban đầu.

------------------- HẾT ------------------Đề thi số 6: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ THI CHÍNH THỨC

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM 2013 Môn : VẬT LÝ Thời gian : 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ nhất : 12/01/2013 (Đề thi có hai trang gồm 05 câu)

Câu 1. (4,0 điểm) Một thanh kim loại AB cứng, mảnh được uốn sao cho trùng với đồ thị hàm số y = ax n , với n nguyên dương; a là hằng số (a>0); 0 ≤ x ≤ xm , xm là hoành độ đầu B của thanh (hình 1). Một hạt nhỏ khối lượng M được lồng vào thanh , hạt có thể chuyển động tới mọi điểm trên thanh. Đầu A của thanh được chặn để hạt không rơi ra khỏi thanh. Thanh được quay đều với tốc độ góc ω không đổi quanh trục oy thẳng đứng. Cho gia tốc trọng trường 10m/s2.

1. Tìm tọa độ x0 của hạt để hạt cân bằng tại đó trong hai trường hợp: a) Bỏ qua ma sát giữa hạt và thanh kim loại. Biện luận các kết quả thu được theo n.

89 b) Xét trường hợp riêng: n = 2; a = 5m-1; xm = 0,6m; ω = 8rad / s , giữa hạt và thanh kim loại có ma sát với hệ số ma sát là µ = 0,05.

2. Xét n = 2 và ω 2 < 2ag . Bỏ qua ma sát. Từ vị trí cân bằng, người ta cung cấp cho hạt vận tốc ban đầu v0 (trong hệ quy chiếu gắn với thanh) theo phương tiếp tuyến với thanh. Xác định giá trị v0 lớn nhất để hạt không văng khỏi thanh.

Câu 2. (4,0 điểm) 1. Một mol khí thực đơn nguyên tử có các thông số trạng thái liên hệ với nhau theo công thức p(V-b) = RT, với b là hằng số phụ thuộc vào bản chất khí. Xác định hiệu các nhiệt dung mol đẳng áp Cp và đẳng tích Cv. 2. Xét một mol khí thực đơn nguyên tử có kích thước nguyên tử không đáng kể nhưng giữa các nguyên tử có lực tương tác. Ở nhiệt độ T, thể tích mol khí trên là V. Cho rằng thế năng tương tác giữa các nguyên tử khí tỉ lệ với mật độ khí: ET = −αρ với α là hằng số, ρ là mật độ số hạt. Xác định hiệu các nhiệt dụng mol đẳng áp Cp và đẳng tích Cv của khí trên ở nhiệt độ T. Câu 3. (4,0 điểm) Một khung dây kim loại, cứng, hình vuông và có điện trở không đáng kể được đặt trên mặt bàn nằm ngang không có ma sát. Khung có khối lượng m, chiều dài mỗi cạnh là a và có độ tự cảm L. Khung dây và bàn được đặt trong không gian có một từ trường không đều, đường sức từ thẳng đứng, có cảm ứng từ thay đổi theo quy luật: B = B0(1+kx), với B0 và k là các hằng số dương đã biết(hình 2). Lúc đầu khung dây nằm yên và trong khung không có dòng điện. Ở thời điểm t = 0 người ta truyền cho khung

vận tốc ban đầu v0 dọc theo trục ox. Giả thiết khung không bị biến dạng.

1. Tìm khoảng thời gian ngắn nhất tmin kể từ thời điểm khung dây bắt đầu chuyển động đến khi khung có vận tốc bằng không.

2. Tính điện lượng chuyển trong khung trong khoảng thời gian tmin trên.

Câu 4. (3,5 điểm) Kính thiên văn là hệ quang học đồng trục gồm vật kính là TKHT L1, tiêu cự f1 và thị kính là TKHT L2, tiêu cự f2(f2<f1) vật kính L1 và thị kính L2 có rìa là đường tròn, đường kính khẩu độ của L1 là D. Một người mắt không có tật sử dụng kính này để quan sát vật ở rất xa trong trạng thái mắt không phải điều tiết thì số bội giác của kính thiên văn này là G. Nhược điểm của kính thiên văn trên là khoảng cách giữa quang tâm O1 và O2 của vật kính và thị kính(gọi là chiều dài của kính thiên văn) là tương đối lớn. Để cải tiến kính thiên văn trên, người ta lắp thêm vào vị trí của vật kính và thị kính hai gương phẳng, tròn M1 và M2 như hình 3. Việc cải thiện này giúp cho kính thiên văn có chiều dài giảm đi đáng kể. Để tận dụng tối đa năng lượng ánh sáng của vật, ngườ ta chế tạo M1 và M2 sao cho M1 nhận được toàn bộ ánh sáng sau khi qua L1 và M2 nhận được toàn bộ ánh sáng từ M1 phản xạ đến. Một người mắt không có tật sử dụng kính thiên

90 văn cải tiến đề quan sát các vật ở rất xa trong trạng thái ngắm chừng ở vô cực thì chiều dài của kính là l(f2 < l <f1 + f2).

1. Tính f1 và f2 theo G và l.

2. Tìm đường kính rìa của M1, M2 và đường kính khẩu độ của L2 theo G và D. 3. Tìm giá trị nhỏ nhất của G để có thể chế tạo được kính thiên văn cải tiến trên.

Câu 5. (4,5 điểm) Xác định độ nhớt của chất lỏng.

Xét hệ đồng trục gồm khối trụ nhúng trong một cốc hình trụ dựng chất lỏng có độ nhớt η . Khi cho khối trụ quay với tốc độ góc ω0 không đổi và giữ cốc đứng yên, chất lỏng chuyển động tròn, ổn định theo các đường vuông góc với trục. Tốc độ góc của các dòng chảy giảm dần từ bề mặt bên của khối trụ ra thành cố do nội ma sát giữa các dòng chảy. Tốc độ dòng chảy lớn nhất ở sát bề mặt khối trụ và bằng không ở sát thành cốc. Lực nội ma sát tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặt bên của lớp chất dω dω , với là độ biến thiên tốc lỏng hình trụ cách trục cốc một khoảng r là σ ms = η r dr

dr

độ góc trên một đợ vị chiều dài theo phương vuông góc với trục. Bỏ qua ma sát nhớt của chất lỏng tác dụng lên đáy của hình trụ.

Cho các dụng cụ sau: - Động cơ điện một chiều gồm một stato cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu và roto là một khung dây. Biết khi roto quay trong từ trường gây bởi stato sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng e(V) liên hệ với tốc độ quay của roto ω (rad / s) theo biểu thức: ω = 38e .

Trên động cơ có gắn sẵn bộ hiển thị tốc độ vòng quay. Ma sát ở ổ trục động cơ không đáng kể.

- 01 nguồn điện một chiều ổn định, 01 biến trở, một ampe kế một chiều; - Một khối trụ đặc bán kính R1, có thể nối với trục động cơ điện.

- Một cốc thủy tinh hình trụ có bán kính thành trong là R2 (R2 > R1); - Thước đo độ dài, bình đựng chất lỏng cần xác định độ nhớt; - Khớp nối, dây nối, giá gá mẫu, khóa K cần thiết.

Yêu cầu: 1. Trình bày cách bố trí thí nghiệm và xây dựng các công thức cần thiết.

2. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm, bảng biểu cần thiết và cách xác định độ nhớt của chất lỏng ---------------------- HẾT ----------------------

91

Đề thi số 7: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ THI CHÍNH THỨC

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM 2013

Môn : VẬT LÝ Thời gian : 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ nhất : 11/01/2013 (Đề thi có hai trang gồm 05 câu) Câu 1. (4,5 điểm) Một quả cầu đặc , đồng chất, khối lượng m, bán kính r, lúc đầu được giữ đứng yên và không quay, tâm ở độ cao nào đó so với mặt sàn nằm ngang. Trên sàn có một vật hình nêm khối lượng M, mặt nêm nghiêng góc α so với phương nằm ngang( Hình 1). Thả cho quả cầu rơi tự do xuống nêm. Biết rằng ngay trước khi va chạm vào mặt nêm tâm quả cầu có vận tốc v0 . Coi quả cầu và nêm là các vật rắn tuyệt đối. Bỏ qua tác dụng của trọng lực trong thời gian va chạm.

1. Sau va chạm nêm chỉ dịch chuyển tịnh tiến trên mặt sàn. Bỏ qua ma sát. Coi va chạm là hoàn toàn đàn hồi. a) Tìm tốc độ dịch chuyển của nêm ngay sau va chạm. b) Với α bằng bao nhiêu thì động năng của nêm thu được ngay sau va chạm là lớn nhất? Tìm biểu thức động năng lớn nhất đó. c) Xác định xung lượng của lực mà mặt sàn tác dụng lên nêm trong quá trình va chạm.

2. Nêm được giữ cố định. Hệ số ma sát giữa nêm và quả cầu là µ . Tính động năng và góc giữa phương chuyển động của quả cầu và mặt nêm ngay sau va chạm.

Câu 2. (3,5 điểm) Một mol khí lí tưởng đơn nguyên tử thực hiện chu trình ABCDBEA được biểu diễn trên giản đồ p – V(Hình 2). CD và BE là các quá trình đẳng tích, BD và EA là các quá trình đẳng áp. Các quá trình AB và BC có áp suất p và thể tích V liên hệ với nhau theo công thức p = αV 2 , trong đó α là một hằng số dương. Thể tích khí ở trạng thái A là V1, ở trạng thái B là V2 và ở trạng thái C là V3, sao cho 1 V2 = (V1 + V3 ) . Biết rằng tỉ số giữa nhiệt độ tuyệt đối 2

lớn nhất và nhiệt độ tuyệt đối nhỏ nhất của khí trong chu trình ABCDBEA là n.

1. Tính công thực hiện trong chu trình ABEA theo V1, n và α .

2. Tìm hiệu suất của chu trình ABCDBEA theo n. Áp dụng bằng số với n = 3.

92 Câu 3. (4,5 điểm) Một ống dây dài gồm các vòng dây phẳng được quấn sát nhau, đơn lớp, số vòng dây là N, diện tích giới hạn bởi mỗi vòng dây là S. Chiều dài ống dây là l, điện trở suất của chất làm dây quấn là ρ . Ban đầu ống dây chưa có lõi.

1. Mắc ống dây với một nguồn điện không đổi có suất điện động ξ , điện trở trong của nguồn không đáng kể.

Ban đầu khóa K ngắt(Hình 3). Ở thời điểm t = 0, người ta đóng khóa K, cường độ i trong mạch tăng theo thời gian có dạng đồ thị như hình 4. Sau thời gian nào đó dòng điện coi như đạt giá trị ổn định. a) Xác định trị số diện tích S1 và cho biết ý nghĩa của trị số diện tích S1, S2 trên hình 4. b) Xác định độ lớn của cảm ứng từ trong lòng ống dây theo các thông số của ống dây và S1 khi dòng điện trong mạch đã đạt giá trị ổn định.

2. Ống dây có lõi sắt từ và điện trở ống dây R = 5Ω . Ngồn điện không đổi có ξ = 6V và điện trở trong không đáng kể. Lúc đầu khóa K ngắt, chọn mốc thời gian t =0 lúc đóng khóa K. Nhờ việc kéo ra và đẩy vào lõi sắt, độ tự cảm của ống dây thay đổi theo quy luật L = L0 (1 + α s in ωt ) Với L0 = 0,2 H; α = 0,01 ; ω = 5rad / s . Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch khi đó.

Câu 4. (4,0 điểm) Cho một nêm quang học làm bằng chất trong suốt, đồng tính và có tiết diện thẳng là tam giác vuông KPQ (Hình 5). Hai mặt phẳng KP và QP hợp với nhau góc β rất nhỏ. Biết chiết suất của nêm đối với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6µ m là n= 3 .

1. Bức xạ đơn sắc λ trên được phát ra từ nguồn sáng điểm S đặt cách mặt phẳng PK của nêm một khoảng H. Xét chùm sáng hẹp đi từ nguồn S tới mặt nghiêng của nêm tại vị trí D với góc tới α = 600 , bề dày của nêm là e. Chùm sáng sau khi qua nêm tới vuông góc với màn M tại điểm O.Biết O cũng cách mặt phẳng PK của nêm một đoạn H. TÌm bề dày e nhỏ nhất để tại điểm O ta thu được vân sáng.

2. Chiếu chùm sáng đơn sắc bước sóng λ trên vào mặt nêm QP theo phương gần như vuông góc với QP. Quan sát hệ vân giao thoa trên mặt nêm người ta thấy khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp là i = 0,10 mm. Xác định góc nghiêng β của nêm.

Câu 5. (3,5 điểm) Xác định hằng số điện môi ε và điện trường đánh thủng Et của lớp chất điện môi trong lòng tụ điện.

Cho các dụng cụ sau: - Hộp điện trở mẫu có dải giá trị nguyên từ 1Ω đến 10M Ω ;

93 - 01 nguồn điện xoay chiều f = 50 Hz, U = 220 V; - 01 ampe kế xoay chiều.

- Một tụ điện gồm hai bản tụ bằng kim loại có diện tích S và khoảng cách giữa hai bản tụ là d, không gian giữa hai bản tụ được lấp đầy bởi lớp chất điện môi đồng tính cần xác định hằng số điện môi ε và điện trường đánh thủng Et; - Các dây nối và ngắt điện cần thiết.

Yêu cầu : 1. Trình bày cách bố trí thí nghiệm và xây dựng các công thức cần thiết.

2. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm, bảng biểu cần thiết và cách xác định ε và Et.

PHỤ LỤC 2a: MỘT SỐ BÀI TẬP LUYỆN TẬP NÂNG CAO Bài toán 15: Một lực F không đổi tác dụng vào một thanh kim loại khối lượng m,

có thể trượt trên hai thanh ray, đầu của các thanh ray được nối với điện trở R. Toàn bộ hệ thống đặt nằm ngang, trong một vùng có từ trường đều, các đường sức hướng thẳng đứng. Thanh được kéo từ trạng thái nghỉ. Giả thiết rằng thanh trượt không ma sát và bỏ qua hệ số tự cảm của khung, điện trở của thanh và các thanh ray. a) Xác định vận tốc của thanh là hàm số của thời gian. b) Xác định dòng điện chạy qua điện trở R là hàm số của thời gian Bài tập 16. Hai thanh kim loại song song, thẳng đứng, có điện trở không đáng kể,

một đầu nối vào điện trở R=0,5Ω. Một đoạn dây dẫn AB dài 50cm nặng 20g có điện trở r=0,5 Ω được tỳ vào hai thanh kim loại, tự do trượt xuống dưới và luôn vuông góc với hai thanh kim loại đó. Toàn bộ hệ thống được đặt trong từ trường đều có hướng vuông góc với mặt phẳng hai thanh kim loại có cảm ứng từ B=0,2T. (Hình 16.1) a. Chứng tỏ rằng ban đầu thanh chuyển động nhanh dần, xác định vận tốc giới hạn của thanh và hiệu điện thế ở hai đầu thanh khi đó. b. Bây giờ đặt toàn bộ hệ thống nghiêng so với mặt phẳng ngang 1 góc α=600.

Cảm ứng từ vẫn giữ nguyên. Tính vận tốc giới hạn và hiệu điện thế hai đầu thanh kim loại khi đó. Lấy g=10m/s2.

94 Bài tập 17. Một đoạn dây dẫn thẳng vô hạn

O

B

β

=2β, đặt trong mặt được gập thành một góc xOy

phẳng nằm ngang. Một đoạn dây dẫn MN trượt trên Ox, Oy và luôn tiếp xúc với Ox, Oy; trong quá trình trượt MN luôn vuông góc với phân giác

H M

(Hình 17.1). Vận tốc trượt được giữ của góc xOy

x

không đổi bằng v. Toàn bộ hệ thống trong một từ

N

v

y

Hình 17.1

trường đều có cảm ứng từ B vuông góc với mặt phẳng xOy. Giả sử ban đầu đoạn dây MN chuyển động từ O. Xác định dòng điện chạy qua MN. Các mạch đều làm cùng một loại dây dẫn có tiết diện đều và có điện trở r trên mỗi đơn vị dài.

Bài tập 18. Một dây dẫn cứng có điện trở rất nhỏ, được uốn thành khung phẳng ABCD nằm trong mặt phẳng nằm ngang, cạnh AB và CD đủ dài, song song nhau, cách nhau một khoảng l = 50 cm. Khung được đặt trong một từ

trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T, đường sức từ hướng C vuông góc với mặt phẳng của khung (Hình 18.1). Thanh

B

B

M

A

v

D

N

H. Hình 18.1 kim loại MN có điện trở R= 0,5 Ω có thể trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB và

CD. a. Hãy tính công suất cơ cần thiết để kéo thanh MN trượt đều với tốc độ v=2 m/s dọc theo các thanh AB và CD. So sánh công suất này với công suất tỏa nhiệt trên thanh MN. b. Thanh MN đang trượt đều thì ngừng tác dụng lực. Sau đó thanh còn có thể trượt thêm được đoạn đường bao nhiêu nếu khối lượng của thanh là m=5g?

Bài tập 19: Trong cùng một mặt phẳng với một dòng điện thẳng dài vô hạn

cường độ I=20A người ta đặt hai thanh trượt kim loại song song với dòng điện, cách dòng điện I một khoảng x0=1cm. Hai thanh trượt cách nhau l = 0,5cm (Hình 19.1).

Một đoạn dây dẫn AB có chiều dài l được đặt tiếp xúc điện với hai thanh trượt. Tìm hiệu điện thế xuất hiện giữa hai đầu dây AB khi cho AB trượt tịnh tiến trên hai thanh I với vận tốc không đổi v = 3m/s.

x0 A l

v

B

Hình 19.1

95 Bài tập 20: Một đầu của thanh ray nằm ngang với khoảng cách giữa hai thanh là

l và các thanh không có điện trở được nối với một tụ điện có điện dung C được tích điện nhờ một nguồn điện có suất điện động là ξ. Độ tự cảm của toàn bộ hệ thống có

thể bỏ qua. Hệ thống được đặt trong một từ trường đều hướng thẳng đứng, có cảm ứng từ B như hình vẽ.

Một thanh dẫn trơn, nhẵn có khối lượng m và điện trở R được đặt vuông góc với các thanh ray. Các bản cực của tụ điện được bố trí sao cho thanh bị đẩy ra xa từ phía tụ điện khi đóng

•

S •

C

E

•

× × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × R

× × × × × × × × × × × × × × × × m × × × × × × × ×

mạch. Tính vận tốc cực đại của thanh?

Bài tập 21: Một vòng dây dẫn phẳng có lớp vỏ bọc

cách điện, có điện trở R=0,02Ω. được uốn thành 2 hình vuông như hình vẽ 32.1, rồi đặt vào trong một từ trường có các đường cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây. Từ trường qua vòng dây giảm theo thời gian

Hình 20.1

m

n1

B °

n B

°

q Q’

O n’

° n2

P

Hình 21.1`

theo biểu thức: B=0,24-10-2.t (trong đó cảm ứng từ B tính bằng T, thời gian t tính bằng s). Biết tổng độ dài của khung dây là l=240cm. Các vòng khung dây hình vuông có tỷ các cạnh là 2:1 Bài tập 22: Một thanh kim loại đồng chất, tiết diện đều, có điện trở M không đáng kể, được uốn thành một cung tròn đường kính d. Thanh dẫn MN có điện trở cho mỗi đơn vị chiều dài là r, gác trên cung tròn (Hình 22.1). Cả hệ thống đặt trên mặt phẳng nằm ngang và ở trong

một từ trường đều có cảm ứng từ B hướng thẳng đứng dưới lên. Tác

N

F Hình 22.1

dụng một lực F theo phương ngang lên thanh MN sao cho thanh MN chuyển động tịnh

tiến với vận tốc v không đổi (vectơ v luôn vuông góc với thanh MN). Bỏ qua ma sát, hiện tượng tự cảm và điện trở ở các điểm tiếp xúc giữa các dây dẫn. Coi B, v, r, d đã biết.

⊙

B

96 a. Xác định chiều và cường độ của dòng điện qua thanh MN. b. Tại thời điểm ban đầu t = 0, thanh MN ở vị trí tiếp tuyến với cung tròn. Viết biểu thức lực F theo thời gian t.

PHỤ LỤC 2b: MỘT SỐ BÀI TẬP SÁNG TẠO Bài tập 28: Một từ trường đều có cảm ứng từ B, vuông góc với hai thanh ray, với khoảng cách giữa hai thanh ray là l được đặt nghiêng một góc α so với phương nằm

ngang. Một thanh dẫn có khối lượng m, được đặt nằm trên hai thanh ray, và có thể trượt không ma sát trên hai thanh như hình vẽ.

Thanh sẽ chuyển động như thế nào sau khi được thả ra từ trạng thái nghỉ nếu mạch điện tạo bởi thanh và các thanh ray được khép kín bởi. a) Một điện trở R b) Một tụ điện có điện dung C c) Một cuộn dây có độ tự cảm L

Hình 28.1 Câu hỏi định hướng tư duy:

C1: Khi thả thanh chuyển động xuống dưới tác dụng của những lực nào?

C2: Biểu thức định luật Om cho các trường hợp được viết như thế nào?

C3: Trong mỗi trường hợp đó thanh chuyển động như thế nào?

Hướng dẫn giải:

Xét thanh đang trượt xuống với vận tốc v và gia tốc a dọc theo mặt phẳng nghiêng, trong khi đó dòng điện chạy trong mạch là I. Phương trình chuyển động của thanh là: ma = mg sin α − BlI

97 Phương trình này là giống nhau cho cả ba trường hợp. Kết quả khác nhau là do mối quan hệ giữa suất điện động và dòng điện trong mạch khác nhau ở mỗi trường hợp. a)Mạch điện được khép kín bởi một điện trở thuần R. Dòng điện I và suất điện động cảm ứng ec = Blv tuân theo ĐL Ôm cho toàn mạch: I =

Blv R

Và điều này chỉ ra rằng lực cản tăng dần tỉ lệ thuận với vận tốc. Vậy thanh sẽ chuyển động với gia tốc giảm dần xuống bằng không, và sau cùng nó chuyển động thẳng đều.

Ta dễ tính được: vmax =

mgR sin α B 2l 2

b)Nếu mạch được khép kín bởi một tụ điện có điện dung C thì quan hệ giữa suất điện động và dòng điện trong mạch sẽ khác đi. Điện tích của tụ điện được xác định bởi: Q = CBlv

Chú ý rằng dòng điện chạy trong thanh bằng đạo hàm của điện tích Q

I=

dQ = CBla dt

Thế PT này vào phương trình chuyển động của thanh ta thu được kết quả thanh chuyển động với gia tốc không đổi: a =

mg sin α m + B 2l 2 C

c) Nếu mạch được khép kín bởi một cuộn dây có độ tự cảm L thì quan hệ giữa suất điện động và dòng điện là: L

dI dI dx = Blv ⇔ L = Bl dt dt dt

(Chọn gốc tọa độ là vị trí ban đầu của thanh và chiều dương hướng xuống dưới) Tại thời điểm ban đầu thì x = 0 và I = 0 Giản ước dt ở hai vế của pt trên và thực hiện lấy tích phân 2 vế ta được: LI = Blx

B 2l 2 Thế vào pt chuyển động của thanh ta được: ma = mg sin α − x L

98 Phương trình này chứng tỏ thanh dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng có tọa độ: x0 =

Bl mgL sin α và tần số góc ω = 2 2 Bl mL

Phương trình chuyển động của thanh là: x =

mgL sin α (1 − cos ωt ) B 2l 2

Nhận xét: Đây là bài toán mà thanh được nối với các phần tử khác nhau: điện trở, cuộn cảm và tụ điện. Trong mỗi trường hợp thanh chuyển động với các phương trình khác nhau.

Bài tập 29. Một khung dây thép hình chữ nhật có kích thước là l và w được thả

ra từ trạng thái nghỉ từ thời điểm t = 0 ở ngay phía trên có từ trường B0 được cho như hình vẽ 29.1. Vòng dây có điện trở R, hệ số tự cảm L và khối lượng m. Xét khung dây trong suốt khoảng thời gian mà cạnh trên của khung ở trong vùng không có từ trường. a) Giả sử rằng độ tự cảm của vòng có thể bỏ qua nhưng điện trở của vòng thì không. Tìm biểu thức của dòng điện và vận tốc của vòng như hàm số của thời gian b) Giả sử rằng điện trở của vòng có thể bỏ qua nhưng độ tự cảm thì không.

Tìm biểu thức của dòng điện và vận tốc của vòng như hàm số của thời gian

Câu hỏi định hướng tư duy:

l

B=0

w × B

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

g

Hình 29.1

C1: Khi khung chuyển động trong từ trường trong thanh xuất hiện dòng điện cảm ứng như thế nào?

C2: Biểu thức của dòng điện và vận tốc của vòng là hàm số dạng như thế nào theo thời gian?

C2-1: Trong trường hợp có điện trở và không có độ tự cảm thì phương trình động lực học và biểu thức định luật Ôm có dạng như thế nảo?

C2-2: Trong trường hợp không có điện trở nhưng có độ tự cảm thì phương trình động lực học và biểu thức định luật Ôm có dạng như thế nảo?

99 Hướng dẫn giải:

Nếu khung dây có điện trở R và độ tự cảm L thì trong khung có hai suất điện động. Suất điện động sinh ra do cạnh dưới của khung chuyển động cắt các đường sức từ, và suất điện động tự cảm trong khung do dòng điện biến thiên Trong trường hợp này ta viết ĐL Ôm cho toàn mạch như sau:

Blv − L

dI = IR (29.1) dt

Phương trình động lực học: mg − BIl = m

dv (29.2) dt

a) Xét trường hợp bỏ qua độ từ cảm của vòng dây còn điện trở của vòng thì không thể bỏ qua

Ta viết lại phương trình (29.1): Blv = IR  I= Thế vào (29.2)ta được: mg −

Blv R

B 2l 2 dv v=m R dt

Biến đổi phương trình trên về dạng:

− Rm d  B 2l 2  B 2l 2 − = − g v g v   B 2l 2 dt  Rm  Rm

Giải phương trình vi phân trên bằng phương pháp phân li biến số ta được:

 B 2l 2  dg − v 2 2 Rm   = − B l dt B 2l 2 Rm g− v Rm Lấy tích phân hai vế ta được kết quả: v =

 − B 2l 2 t   mgR  1 − exp    B 2l 2   Rm  

Cường độ dòng điện trong khung cho bởi: I=

 − B 2 l 2t   Blv mg  = 1 − exp    R Bl   Rm  

b) Xét trường hợp bỏ qua điện trở của vòng dây còn độ tự cảm của vòng thì không thể bỏ qua

100 Nếu khung không có điện trở thì vế phải của phương trình (29.1)bằng không. Do vậy ta thu được: Blv = L

dI dt

dI d 2v Đạo hàm hai vế phương trình (29.2)ta được: − Bl =m 2 dt dt Kết hợp hai phương trình trên ta có:

d 2 v B 2l 2 + v=0 dt 2 mL

Biểu thức của vận tốc có dạng v = A cos ( ωt + ϕ ) với ω =

B 2l 2 mL

Ta giải điều kiện ban đầu. Tại t = 0 thì I = 0 và v = 0. Vì I = 0 nên từ (27.2) suy ra

dv g π = g  A = ;ϕ = − dt ω 2 Vậy biểu thức của vận tốc và dòng điện trong khung dây là: v =

I=

g π  cos  ωt −  ω 2 

Bl g   π   mg   π  t t sin ω − + 1 = sin ω −     +1 L ω2   2   Bl   2  

Bài tập 30: Một khung dây dẫn hình vuông siêu dẫn, có khối lượng m và cạnh a nằm trong mặt phẳng ngang trong một từ trường không đều, có giá trị cảm ứng từ biến

thiên theo quy luật:

 Bx = −α.x   By = 0   Bz = α.z + B0 (Xem hình vẽ 30.1)

z

a

O

y

Hình 30.1

x

101 Cho độ tự cảm của khung dây là L. Tại thời điểm t = 0 thì tâm của khung dây trùng với gốc tọa độ, và các cạnh của nó song song với các trục tọa độ Ox, Oy, dòng điện trong khung bằng không và nó được thả ra không vận tốc đầu.

Hỏi khung sẽ chuyển động như thế nào và ở đâu sau thời gian t kể từ lúc thả.

Câu hỏi định hướng tư duy:

C1: Từ thông qua mạch siêu dẫn có tính chất như thế nào?

C2: Có thể thiết lập biểu thức dòng điện qua khung như thế nào?

C3: Có thể sử dụng các phương pháp nào để giải các bài toán trên?

Hướng dẫn giải:

* Xét trường hợp của bài toán: Tại một thời điểm t, từ thông qua diện tích khung dây được cho bởi từ thông của từ trường ngoài và từ thông do chính dòng điện cảm ứng sinh ra:

Φ = a 2 Bz + Li = const (Các thành phần Bx và By luôn song song với mặt phẳng của khung dây nên từ thông ứng với các thành phần này bằng không). Xét tại thời điêm ban đầu z = 0 và i = 0. Do vậy ta có Φ ( t = 0 ) = Bo a 2

Vậy theo tính chất bảo toàn từ thông ta có: a 2 B0 + a 2α.z + Li = a 2 B0 hay:

− a 2α.z a α.z + Li = 0 ⇔ i = (30.1) L 2

* Sau khi thiết lập được biểu thức của i, ta đi khảo sát chuyển động của khung dây theo phương pháp động lực học, hoặc theo phương pháp năng lượng: a)Xét theo phương pháp động lực học

* Các lực tác dụng lên các cạnh của khung: Hãy chú ý đến các thành phần của từ

 Bx = −α.x  trường  By = 0   Bz = α.z + B0 Dễ thấy rằng thành phần Bz gây ra lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây sẽ cân bằng nhau. Chỉ có thành phần Bx gây ra các lực từ tác dụng lên các cạnh song song với trục Oy và lực từ này có phương thẳng đứng, lực tác dụng lên hai cạnh này luôn cùng chiều.

102 Lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây có độ lớn F = 2a. αx .i = a 2α .i (Vì

2 x = a và i > 0) Phương trình chuyển động của vòng là: mz '' = − mg + a 2αi (30.2) Thế (30.1)vào (30.2)ta được: z ''+

a 4α 2  mgL  z+ 4 2 =0 mL  aα 

Phương trình này chứng tỏ chuyển động của khung là một dao động điều hòa với tần số góc ω =

a 2α mL

Nghiệm của phương trình này có dạng: z +

mgL = A cos ( ωt + ϕ ) a 4α 2

Tại t = 0 thì z = 0 và i = 0 từ đó ta thu được: ϕ = 0 và A =

Vậy phương trình dao động của khung là: z =

mgL a 4α 2

mgL a 2α cos ω − 1 v ớ i t   ω = ( )  a 4α 2  mL

b)Xét theo phương pháp năng lượng

Xét thanh dịch chuyển xuống dưới một đoạn dz (dz < 0). Chú ý rằng lực từ tác dụng lên khung là F = 2a. αx .i = a 2α .i = −

a 4α 2 z > 0 hướng lên trên. Ta có độ biến L

thiên cơ năng của khung bằng công của lực từ tác dụng  F .dz = mgdz + mvdv , chia hai vế của phương trình trên cho dt ta được:

F = mg + mz '' a 4α 2 z ⇔− = mg + mz '' từ đó ta cũng đi tới phương trình vi phân: L

a 4α 2  mgL  z ''+ z+ 4 2 =0 mL  aα 

103

PHỤ LỤC 2c: ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TRƯỜNG SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH TRƯỜNG THPT ĐỨC THỌ

ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TRƯỜNG NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn: VẬT LÝ – Lớp 11 (Lần 1)

Thời gian làm bài: 120 phút Câu 1: (Bài tập 4-Luận văn) Một dây dẫn rất dài được căng thẳng trong đó có 1 đoạn nhỏ ở giữa dây được uốn thành 1 vòng tròn bán kính 1,5 cm. Cho dòng điện I=3A chạy qua dây. Tìm B tại tâm O của vòng tròn trong 2 TH:

O

a. Cả đoạn dây dẫn đồng phẳng b. Đoạn dây thẳng vuông góc với mặt phẳng của khung dây tròn Câu 2. (Bài tập 21-PL 2a) Một vòng dây dẫn phẳng có lớp vỏ bọc cách điện, có điện trở R=0,02Ω. được uốn thành 2 hình vuông như hình vẽ 32.1, rồi đặt vào trong một từ trường có các đường cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây.

Từ trường qua vòng dây giảm theo thời gian

m

n1

B °

n B

°

Q’

O n’

Hình 4.1

q ° n2

P

Hình 21.1` theo biểu thức: B=0,24-10-2.t (trong đó cảm ứng từ B tính bằng T, thời gian t tính bằng s). Biết tổng độ dài của khung dây là l=240cm. Các vòng khung dây hình vuông có tỷ các cạnh là 2:1 Câu 3. (Bài tập 34-LV) Đầu trên của hai thanh kim loại thẳng, song song cách nhau L đặt thẳng đứng nối với hai cực của tụ có điện dung C (hình 34.1). Hiệu điện thế đánh thủng tụ điện là UT. Hệ thống được đặt

C

trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ B vuông góc với

mặt phẳng hai thanh. Một thanh kim loại khác MN củng có chiều dài L trượt từ đỉnh hai thanh kia xuống dưới với vận tốc ban đầu v0 . Cho rằng trong quá trình trượt MN luôn tiếp xúc và vuông góc với hai thanh kim loại. Giả thiết các thanh kim loại đủ dài và bỏ qua điện trở của mạch điện, ma sát không đáng kể. a) Hãy chứng minh rằng chuyển động của thanh MN là chuyển động thẳng nhanh dần đều và tìm gia tốc của nó. b) Hãy tìm thời gian trượt của thanh MN cho đến khi tụ điện bị đánh thủng.

M Câu 4: (Bài tập 22- PL 2b) Một thanh kim loại đồng chất, tiết diện đều, có điện trở không đáng kể, được uốn thành một cung

N

M

v0

B +

Hình 34.1 N

F Hình 22.1

⊙

B

104 tròn đường kính d. Thanh dẫn MN có điện trở cho mỗi đơn vị chiều dài là r, gác trên cung tròn (Hình 34.1). Cả hệ thống đặt trên mặt phẳng nằm ngang và ở trong một từ

trường đều có cảm ứng từ B hướng thẳng đứng dưới lên. Tác dụng một lực F theo phương ngang lên thanh MN sao cho thanh MN chuyển động tịnh tiến với vận tốc v

không đổi (vectơ v luôn vuông góc với thanh MN). Bỏ qua ma sát, hiện tượng tự cảm và điện trở ở các điểm tiếp xúc giữa các dây dẫn. Coi B, v, r, d đã biết. a. Xác định chiều và cường độ của dòng điện qua thanh MN. b. Tại thời điểm ban đầu t = 0, thanh MN ở vị trí tiếp tuyến với cung tròn. Viết biểu thức lực F theo thời gian t. (xem bài tập 1, 5, 10, 24 trong 33 bài tập thuộc luận văn) V. Đáp án HƯỚNG DẪN CHẤM HSG TRƯỜNG NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn: VẬT LÝ – Lớp 11 (Lần 1)

SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH TRƯỜNG THPT ĐỨC THỌ

Câu (5 điểm) 1: a. - Cảm ứng từ tạo bởi dòng điện thẳng tại tâm vòng dây:

+ Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây ..................................

0,25

+ Có chiều: Hướng từ sau ra trước ...................................................................

0,25

I 3 = 2.10−7. = 4.10−5 (T ) ........................................ r 0, 015

0, 5

+ Có độ lớn: B1 = 2.10 −7

- Cảm ứng từ do vòng dây gây ra tại tâm do dòng điện tròn gây ra: + Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây.. ................................ + Có chiều: Hướng từ trước ra sau............................... ......... .......................... + Có độ lớn: B2 = 2π .10−7

I 3 = 2π .10−7. = 12,56.10−5 (T ) .................. ......... r 0, 015

0,25 0,25 0,5

- Cảm ứng từ tổng cộng gây ra tại tâm: + Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây........................... .......

0,25

+ Có độ lớn: B=B2-B1=12,56.10-5-4.10-5=8,56.10-5 (T) ............................ ......

0, 5

+ Có chiều: Hướng từ trước ra sau theo chiều của B2 (vì B2 lớn hơn B1) ... ...

0,25

105 b. Đoạn dây thẳng vuông góc với mặt phẳng của khung dây tròn - Cảm ứng từ tổng cộng gây ra tại tâm: B = B12 + B22 = (4.10−5 )2 + (12,56.10−5 ) 2 = 13,18.10−5 (T ) .... ............................. .

1,0

- Có phương hợp với phương của dây dẫn thẳng một góc α: tan α =

4.10−5 = 0,318 => α = 170 40' ......................... ................................... −5 12,56.10

1,0

Câu (5 điểm) 2: - Đối với bài toán này do vòng dây được uốn thành khung dây như hình vẽ ta thấy rằng từ thông qua hai mạch kín trái dấu nhau. ......................................................... 0,5 - Khi chọn chiều dương cho mạch thì véctơ pháp tuyến của hai phần là ngược

chiều nhau.

Gọi cạnh của hình vuông nhỏ của khung là a, khi đó cạnh của hình vuông lớn của khung là 2a.

Ta có l=4.a+4.2a=240=12a=240=>a=20cm ............................................................

Diện tích của các khung dây hình vuông là S1 = a 2 = 0, 2 2 = 0, 04m 2 ;

S 2 = (2a ) 2 = 0, 4 2 = 0,16 m 2 ...............................................

0,5

0, 5

Chọn chiều dương của mạch trong mạch sao cho chiều dương của khung dây hình

vuông lớn cùng chiều kim đồng hồ. Khi đó các vectơ pháp tuyến n1 và n 2 của mạch có chiều như hình vẽ ( Hình 21.1). ................................................................ 0,5 Do các véctơ pháp tuyến của hai phần của khung dây ngược chiều nên từ thông trái dấu. Do đó từ thông gửi qua khung là 0, 5 Φ = Φ1 − Φ 2 = BS1 − BS 2 = 0,16 B − 0, 04 B = 0,12 B .............................................

Cảm ứng ở thời điểm t là : Bt = 0, 24 − 10−2 t .............................................................. 0, 5 Cảm ứng ở thời điểm t+∆t là : Bt +∆t = 0, 24 − 10−2 (t + ∆t ) ...........................................

0, 5 Từ trường biến thiên : ∆B = Bt +∆t − Bt = −10−2 ∆t. ........................................................ 0, 5 Suất điện động cảm ứng trong mạch là ξc = −

∆Φ ∆B ∆B 0, 5 =− S=− .0,12 = 10 −2.0,12 = 1, 2.10 −3V ................................................ ∆t ∆t ∆t

Cường độ dòng điện trong mạch là I =

ξc R

=

1, 2.10−3 = 0, 06( A) ...............................

0, 02

0, 5

106 Câu (5 điểm) 3 Vì R=0 nên suất điện động cảm ứng trên thanh MN luôn bằng hiệu điện thế giữa hai bản tụ. E = U C ⇔ BLv = U C (1) ........................................................ .................

Phương trình Định luật II Newton cho chuyển động của thanh MN P − Ft = ma ⇔ mg − BLI = ma (2) ...................................................................... . ....

a

0, 5

Với Ft là lực từ tác dung lên thanh, a là gia tốc của thanh, I là cường độ dòng điện qua mạch trong khoảng thời gian ∆t . ∆U C ∆q (3) ....................................................................................... =C ∆t ∆t

1,0

∆v = CBLa (4) ................ ∆t

0,5

mg = hằng số ................................................... m + CB 2 L2

0, 5

Điều đó chứng tỏ thanh MN chuyển động nhanh dần đều. .......................... . ..........

0, 5

mg t ............ m + CB 2 L2

0,75

UT .......... ........

BL

0,75

Ta có I =

Từ (1) suy ra ∆U C = BL∆v thay vào (3) ta được: I = CBL Thay (4) vào (2) ta được: a =

b) Thanh MN trượt nhanh dần đều với vận tốc v = v0 + at = v0 + b

Khi UC = UT thì tụ bị đánh thủng, khi đó vận tốc của thanh là v =

Câu (5 điểm) 4 a. Theo quy tắc bàn tay phải dòng điện qua MN theo chiều từ N đến M...... ...........

a

0, 5

0,5

Gọi l là chiều dài của thanh dẫn giữa hai điểm tiếp xúc. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn thanh dẫn giữa hai điểm tiếp xúc: ξ= Blv..................... .......... 0,5 Điện trở của đoạn thanh dẫn giữa hai điểm tiếp xúc R = lr ........................... .......... ξ Bvl Bv Cường độ dòng điện chạy trong đoạn thanh dẫn: I = = ............. . .......... = R rl r

0,5 1,0

b. Chiều dài của thanh trong quá trình chuyển động là l=2

b

d2 d − ( − vt ) 2 = 2 dvt − v 2t 2 ................................................................... .........

4 2

1,0

Lực F có độ lớn bằng lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn

B2v B2v l= 2 dvt − v2t 2 ...................................... ...................................... 0,5 F = BIl = r r Biểu thức F theo t: F =

2 B 2v dvt − v 2t 2 ................................................................... r

10

107

PHỤ LỤC 2d: MỘT SỐ GIÁO ÁN GIẢNG DẠY Giáo án 3: Phương pháp xác định cảm ứng từ do các dòng điện có dạng khác nhau gây ra và các bài toán về lực từ I. Ý tưởng sư phạm

Bài học này GV bồi dưỡng kiến thức về phương pháp xác định cảm ứng từ do các dòng điện có dạng khác nhau gây ra, các bài tập về lực từ đồng thời rèn luyện kỹ năng giải bài tập luyện tập nâng cao về tính cảm ứng từ cảm ứng từ do các dòng điện có dạng khác nhau gây ra và các bài tập về lực từ.

II. Mục tiêu dạy học

Bổ sung kiến thức mở rộng và nâng cao về cảm ứng từ do các dòng điện có dạng khác nhau gây ra, về lực từ, nhằm mục đích vận dụng phần kiến thức vào việc giải bài tập trong tiết dạy này với các bài tập cảm ứng từ do các dòng điện có dạng khác nhau gây ra và các bài tập về lực từ theo mức độ từ tăng dần và mang tính tổng hợp giúp học sinh có thể giải được các bài tập tương tự. Đồng thời giúp học sinh tiếp cận với các bài tập có mức độ khó cao, rèn luyện khả năng tính toán các phép tính phức tạp sử dụng trong việc giải bài tập.

III. Chuẩn bị: - Giáo viên chuẩn bị lý thuyết về phần cảm ứng từ do các dòng điện có dạng khác nhau gây ra; phần bổ túc kiến thức và các bài tập 5, 6 , 7 trong các bài tập thuộc chuyên đề đã xây dựng của luận văn.

- HS ôn tập các kiến thức về cảm ứng từ do các dòng điện có dạng khác nhau gây ra và lực từ.

IV.Tiến trình bài học Hoạt động 1: Giải bài tập 1 (Xem đề bài tập 5) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

Học sinh giải bài tập theo định tư

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư duy: C1: Hãy xác định phương chiều, độ lớn cảm ứng từ do vòng dây và do dây dẫn thẳng dài gây ra tại tâm O? C2: Trong các trường hợp này phương chiều độ lớn cảm ứng từ tổng hợp được xác

duy.

Tại O: B1=2 π .10-7

I1 = 1,256.10-5 (T) R

B2=2 π .10-7

I2 = 1,256.10-5 (T) R

108

B = B 1 + B 2, vì B 1 vuông góc B 2 nên

định như thế nào?

B0 = GV: Nêu các câu hỏi để định hướng tiếp theo khi học sinh gặp khó khăn.

B12 + B22 = 1,776.10-5 (T)

B 0 hợp với B 2 1 góc α nên

tan α =

B1 = 1  α = 45o B2

B1 B

α

O

GV kết luận về bài toán:

B0

HS: Tiếp thu ghi nhận

Hoạt động 2: Giải bài tập 2 (Xem đề bài tập 6) Hoạt động giáo viên

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư duy:

Hoạt động học sinh

Học sinh giải bài tập theo định tư duy.

C1: Vì sao khi có dòng điện nam châm Từ trường B d của ống dây cùng phương quay? với trục ống dây, do đó vuông góc với C2: Khi đó kim nam châm chỉ theo chiều trục nam châm, tức là vuông góc với

thành phần nằm ngang B 0 của từ trường trái đất. Kim nam châm sẽ nằm theo

nào?

GV: Nêu các câu hỏi để định hướng tiếp theo khi học sinh gặp khó khăn.

phương của B là từ trường tổng hợp của

B 0 và B d. Vậy kim nam châm đã quay

một góc = α

Bd

B

α

B0

Cảm ứng từ bên trong ống dây: GV kết luận về bài toán:

109

B = 4 π .10-7 nI = 4.3,14.10-7

120 .

0, 25

0,2 = 120,6.10-6 T = 120,6 µ T Theo hình vẽ: Bd 120, 6 = =4,638  α =77o50 ' .

B0 26

tanα=

HS: Tiếp thu ghi nhận Hoạt động 3: Giải bài tập 3 (Xem đề bài tập 7) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

HS: Đọc đề tiếp thu nội dung bài tập

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư duy:

HS: Thảo luận tìm phương pháp giải C1: Các đoạn dây dẫy trong bài quyết bài toán:

toán này có gì đặc biệt?

C2: Tính cảm ứng từ tổng cộng tại tâm O như thế nào?

GV: Nêu các câu hỏi để định hướng tiếp theo khi học sinh gặp khó khăn.

GV: Hướng dẫn chi tiết để học sinh giải bài tập.

z D

A O

y C

B Hình 7.1 Bài tập 7: Hướng dẫn giải:

Cảm ứng từ do dây BC và AD gây ra tại O. B(BC)=B(DA)=

µ0 I l 2 sin θ với sin θ = 2 4πα l + a2 →

→

Do tính đối xứng nên B ( AB ) + B ( DC ) có phương theo trục Oz B(AB)z =

µ 0 I ϕ =π al sin ϕ .dϕ .2  4πa ϕ =0 (l 2 + a 2 )32

110



 B( O )

µ I l al = 0  + 3 2 2 π a l a 2 2 2 a + l ( ) 

    

→

B (O ) gồm hai thành phần Bz; By.

Tính Bz= GV: Hướng dẫn tính các thành phần: Bz; By

tương

µ 0 I  l al + 3 2 2  2 2 2 π  a l +a + ( a l ) 

tự:

   

µ0 I a3 By = π (l 2 + a 2 )32

GV kết luận về bài toán:

HS ghi nhận lời giải.

Hoạt động 4: Giải bài tập 4 (Xem đề bài tập 8) Hoạt động giáo viên

- GV nêu các câu hỏi định hướng tư duy.

Hoạt động học sinh

HS: Thảo luận bài toán theo các câu hỏi định hướng và giải bài tập.

C1: Trong bài toán này hạt chịu tác dụng của những lực nào?

+ Giả sử hạt mang điện tích dương và tại thời điểm t vận tốc hạt là v.

C2: Biểu thức lực tổng hợp tác + Theo bài hạt bay vào từ trường theo dụng lên hạt có giá trị như thế nào? hướng vuông góc với từ trường nên trong từ C3: Xét các trường hợp cảm ứng trường hạt chịu tác dụng của các lực: từ bằng 0 bằng B0 và bằng B0/2?

Lực cản: FC = -k v ;

[

Lực Loren: F = qv × B Từ hình vẽ ta có: (m.

]

(ma)2 = (kv)2+(qvB)2 

dv 2 ) = (k2+q2B2).v2 dt



giảm dần)

k 2 + q 2 B 2 .vdt = -mdv

(Vì v

111



k 2 + q 2 B 2 .ds = -mdv

k 2 + q2 B2



s2 =



s

0

0

v0

 ds = -m.  dv

m2vo2 . k + q2 B2 2

Khi B = 0:

s2 = L2 =

Khi B = Bo: s2 = l12 =

m 2vo2 k2

m 2vo2 k + q 2 Bo2

Khi B = Bo/2: s2 = l22 = + GV nhận xét bài toán: Đây là bài toán

Từ

trên

;

2

4m 2vo2 4k 2 + q 2 Bo2

suy

ra:

3k 2 k 2 + q 2 Bo2 1 4k 2 + q 2 Bo2 3 1 = = + = 2+ 2 2 2 2 2 2 2 2 l2 4m vo 4m vo 4m vo 4 L 4l1

vận dụng tổng hợp cơ-điện từ khi giải học sinh phải vận dụng tổng hợp kiến  l2= thức về tích phân vi phân.

2 Ll1 3l12 + L2

≈ 8,3cm

- Tiếp thu, ghi nhận.

Giáo án 6. Dạy học tự giải bài tập ở nhà I. Ý tưởng sư phạm Bài học này GV bồi dưỡng kiến thức phần về thanh kim loại chuyển động trong

từ trường, các bài toán sử dụng tích phân vi phân, các bài toán liên quan đến hiện tượng tự cảm, rèn luyện kỹ năng giải bài tập luyện tập nâng cao về từ trường và cảm ứng điện từ.

II. Mục tiêu dạy học Bổ túc thêm kiến thức về từ thông của mạch siêu dẫn, các bài toán sử dụng tích phân vi phân, các bài toán liên quan đến hiện tượng tự cảm rèn luyện kỹ năng giải bài tập luyện tập nâng cao về từ trường và cảm ứng điện từ.

III. Chuẩn bị: Giáo viên chuẩn bị lý thuyết phần III và các bài tập 4, 7, 9, 14, 15, 20, 22 trong 36 bài tập thuộc chuyên đề đã xây dựng của luận văn.

112 IV.Tiến trình bài học Hoạt động 1: Hướng dẫn giải các bài tập về suất điện động cảm ứng xuất hiện trong thanh chuyển động: Lưu ý khi giải các bài tập dạng này:

− Vận dụng được các hệ thức ec = −

∆Φ và ec = Bvlsinα. ∆t

− Xác định được chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ và theo quy tắc

bàn tay phải.

- Xác định dấu của từ thông theo công thức Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

Hướng dẫn giải bài tập 15:

C1: Thanh chuyển động trong từ trường Chú ý lắng nghe, thảo luận, ghi chép. chịu tác dụng của các lực nào?

C2: Khi đó biểu thức của vận tốc và dòng điện có dạng hàm số của thời gian theo những dạng cơ bản nào? Đáp số: a. v =

b.

 − B 2l 2 t   FR  1 exp −    B 2l 2   mR  

v=

- Tiếp thu, ghi nhận.

 − B 2l 2 t   F  1 exp −    Bl   mR  

Hướng dẫn giải bài tập 16:

C1: Khi thanh chuyển động trong từ trường Chú ý lắng nghe, thảo luận, ghi chép. thì trong thanh xẩy ra hiện tượng gì?

C2: Khi đó có những lực nào tác dụng lên thanh.

C3: Các biểu thức đó khác nhau như thế nào trong trường hợp hệ thống đặt thẳng đứng và hệ thống đặt so với phương ngang một góc α=600? a. Đáp số : v0 = 20m / s

- Tiếp thu, ghi nhận.

113 Suất điện động cảm ứng ξ =2V b. v,0 = 23m / s Hiệu điện thế: U ' = −1(V) CD

Hướng dẫn giải bài tập 17:

Chú ý lắng nghe, thảo luận, ghi chép.

C1: Khi thanh chuyển động thì chiều dài của thanh thay đổi như thế nào?

C2: Khi đó suất điện động và điện trở phụ thuộc vào thời gian như thế nào? Đáp số: I =

ξc 2Bv 2 t. tan β Bv sin β = = R 2rvt( 1 + tan β) r(1 + sin β) cos β

- Tiếp thu, ghi nhận.

Hoạt động 2: Hướng dẫn giải các bài tập về hiện tượng tự cảm:

Suất điện động tự cảm : e tc = − L

∆i di hoặc e tc = − L = − Li ' ∆t dt

1 2

Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm W = Li 2 Khi giải các bài toán này cần sử dụng thêm các kiến thức về năng lượng của tụ

điện, công suất toả nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ và vận dụng định luật bảo toàn năng lượng.

Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

Hướng dẫn giải bài tập 23:

C1: Dòng điện trong mạch được tính như Chú ý lắng nghe, thảo luận, ghi chép. thế nào?

C2: Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở được xác định như thế nào? Đáp số: Dòng điện qua R: IR = 0, 75A

114 Dòng điện qua cuộn dây: I R = 2, 25A o

Công suất của nguồn: P = 9W

- Tiếp thu, ghi nhận.

Năng lượng ống dây: W = 5, 0625µJ Q=

3 W = 3,8µJ 4

Hướng dẫn giải bài tập 24:

Chú ý lắng nghe, thảo luận, ghi

C1: Các mạch điện trong các trường hợp chép. đóng mở các khóa được vẽ lại như thế nảo?

C2: Trong các trường hợp đó hiệu điện thế và cường độ dòng điện được tính như thế nào? Đáp số : I max =

2 Wt max 6 2C = .E L 5 5L

- Tiếp thu, ghi nhận.

Hoạt động 3: Hướng dẫn giải các bài tập sử dụng các phép tính vi phân, tích phân Đối với các bài toán sử dụng phép tính vi phân, tích phân thường được sử dụng ở các đề thi cấp cao hơn. Trước khi giải các dạng bài toán này cần phải có thêm phần bổ túc toán học tương ứng để học sinh có các công cụ giải bài tập.

Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

- Nhận phiếu học tập.

Hướng dẫn giải bài tập 19: C1: Thanh AB chuyển động trong từ trường có cảm ứng từ thay đổi như thế nào?

- Đọc đề, trả lời các câu hỏi của giáo C2: Để tính được suất điện động cảm ứng viên, ghi nhận làm tài liệu tham khảo để trong thanh cần phải sử dụng phương pháp giải bài tập ở nhà. nào? Đs: V = 4,87.10-6(V) Hướng dẫn giải bài tập 20: C1: Thanh chuyển động dưới tác dụng của những lực nào?

C2: Tụ điện trong bài toán này có vai trò như thế nào?

115 C3: Khi nào thanh đạt vận tốc cực đại? Đs: vmax =

B 2l 2C 2ξ BlCξ và Q = min m + B 2l 2 C m + B 2l 2C

Giáo án 7. Giải bài tập sáng tạo, bài tập có nội dung thực tế và nội dung kỹ thuật: I. Ý tưởng sư phạm

Bài học này GV bồi dưỡng kiến thức về một số bài tập sáng tạo có nội dung thực tế và nội dung kỹ thuật, thông qua đó rèn kỹ năng tính toán và tư duy logic cho HS. II. Mục tiêu dạy học Cung cấp thêm cho HS một số bài tập sáng tạo có nội dung thực tế và kỹ thuật rèn luyện khả năng tính toán, kỹ năng lập luận và phát triển tư duy cho HS. III. Chuẩn bị: Giáo viên chuẩn bị lý thuyết phần về các bài tập có nội dung thực tế và kỉ thuật trong chuyên đề đã xây dựng của luận văn.

IV.Tiến trình bài học Hoạt động 1: Những lưu ý khi giải các bài tập sáng tạo, bài tập có nội dung kĩ thuật.

Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

HS: Ghi nhận phương pháp giải các bài toán có GV: Đối với các bài toán liên quan đến các nội dung kỹ thuật hiện tượng kỷ thuật thường được sử dụng trong các đề thi học sinh giỏi nhằm bồi dưỡng các kiến thức kỹ thuật HS ghi nhận các ứng dụng của hiện tượng cảm đối với các em. Riêng các dạng toán ứng điện từ. sáng tạo là một trong những yêu cầu đối với học sinh giỏi.

Hoạt động 2: Giải bài tập 1 (Xem đề bài tập 25) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư HS: Giải bài tập theo hướng dẫn của giáo viên duy: a. - Khi đĩa đặt trong từ trường và có dòng C1: Phương trình động lực học cho điện chạy dọc theo bán kính sẽ chịu tác dụng đĩa được viết như thế nào? của lực từ F = BIr làm đĩa quay ngược chiều C2: Để đĩa quay đều thì các mômen kim đồng hồ.

116 lực tác dụng lên đĩa phải có giá trị như Mômen lực từ tác dụng lên đĩa: thế nào? r BIr 2 M =F = .

C3: Mômen lực đã chuyển hóa năng 2 2 lượng như thế nảo ở trong máy phát - Phương trình ĐLH viết cho chuyển động điện? quay của đĩa: t

M =

t

1 2 d ω BIr 2 m mr × =   dt =  dω 2 dt 2 BI 0 0

 t=

mω = 8, 4s.

BI

b- Khi đĩa quay đều. Công lực từ thực hiện khi đĩa quay góc dϕ :

b

K

×

B

Br 2 d ϕ là từ thông mà bán 2 kính ab quét được khi bánh xe quay góc dϕ .

Trong đó dφ =

a I

r BIr 2 dA = Fds = F d ϕ = d ϕ = Idφ .

2 2

E

Hình 27.1

-

P=

Công

suất:

dA dA dA BIr 2 = =ω = ω = 0, 2355W dϕ 2 dt dϕ ω c. Khi bánh xe quay, trong mạch có

dòng điện. Dòng điện này chính là dòng các e chuyển động định hướng trong bánh xe dọc theo bán kính dưới tác dụng của lực từ.

- Trong thời gian dt, bán kính quét diện tích:

ds =

r2 r2 d ϕ = ωdt.

2 2

Suất điện động cảm ứng: εC =

d φ Br 2 = ω. dt 2

εC Br 2 ω= 0,04A Dòng điện cảm ứng: I = = R 2R Theo định luật Lentz, lực từ sẽ cản trở chuyển động quay của bánh xe. Muốn bánh xe quay đều, phải tác dụng lên bánh xe một mômen có

117 r BIr 2 = = 5.10−5 ( Nm ) 2 2 - Công suất tỏa nhiệt trên điện trở R: P = I2R = 1,6.10-3W. HS tiếp thu ghi nhận thông tin độ lớn: M = F

GV kết luận

Hoạt động 3: Giải bài tập 2 (Xem đề bài tập 28) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư HS tiếp thu ghi nhận giải bài tập duy:

- Từ thông của từ trường ngoài và từ thông do C1: Từ thông qua mạch siêu dẫn chính dòng điện cảm ứng sinh ra: có tính chất như thế nào?

C2: Có thể thiết lập biểu thức dòng điện qua khung như thế nào?

Φ = a 2 Bz + Li = const

Xét tại thời điêm ban đầu z = 0 và i = 0. Do

2 C3: Có thể sử dụng các phương vậy ta có Φ ( t = 0 ) = Bo a pháp nào để giải các bài toán trên?

Vậy theo tính chất bảo toàn từ thông ta có:

a 2 B0 + a 2α.z + Li = a 2 B0 hay: − a 2α.z (28.1) a α.z + Li = 0 ⇔ i = L

- Hãy thiết biểu thức dòng điện

2

Xét theo phương pháp động lực học - Hãy thiết lập biểu thức động lực học tác dụng lên khung dây

Lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây có độ lớn F = 2a. αx .i = a 2α .i (Vì 2 x = a và i > 0) Phương trình chuyển động của vòng là:

mz '' = −mg + a 2αi (28.2) Thế

z ''+

(28.1)vào

(28.2)ta

được:

a 4α 2  mgL  z+ 4 2 =0 mL  aα  Nghiệm của phương trình này có dạng:

Lập phương trình chuyển động của khung?

118

z+

mgL a 2α v ớ i = A cos ω t + ϕ ω = ( ) a 4α 2 mL Tại t = 0 thì z 0 và i = 0 từ đó ta thu được:

ϕ = 0 và A =

mgL a 4α 2

Vậy phương trình dao động của khung là: GV kết luận

mgL a 2α z = 4 2 cos ( ωt ) − 1 với ω = aα mL HS tiếp thu ghi nhận

Hoạt động 3: Giải bài tập 3 (Xem đề bài tập 26) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư HS tiếp thu ghi nhận định hướng phương pháp duy: giải.

C1 : Đối với vòng dây siêu dẫn thì từ 1. Vì điện trở của vòng dây siêu dẫn bằng thông gửi qua mạch như thế nào ?

Suất điện động cảm ứng trong mạch dQ

có giá trị như thế nào ?

2IBR n dℓ B C2. Lực tác dụng lên vòng dây có đặc IBR M

IBR

điểm như thế nào ? n B + F θ

T A

0 F

Hình 26.1

không nên tổng sức điện động trong vòng dây phải bằng không. ξtc + ξc- = 0  π R2 B0 = LI

I =

Viết biểu thức lực căng tác dụng lên vòng dây?

π R2 B 0

= 31, 4( A) L 2. a. Lực căng F đặt lên vòng dây tương ứng với lực từ tác dụng lên một phần tư vòng dây (đoạn AB) lực từ Q tác dụng lên AB có phương on .

Xét một đoạn dℓ trên AB có dQ = IBdℓ hướng

C

119

theo

0M

hợ p

v ới

on một góc θ Q =  dQCosθ =  IBdℓCosθ biÕt ℓ = Rθ  dℓ = Rd π 2



Q = IBRCosθ ⋅ dθ = IBR sin θ = IBR = 0, 2 N 0

F=

Q Q 0, 2 2 0, 2 ( N )  T = F sin 450 = = × = = 0,1N 2 2 2 2 2

Khi nào thì dây bắt đầu đứt

b. Lực tác dụng lên nửa vòng dây Q = 2 IBR Gọi Fb và Bb là lực từ kéo và cảm ứng từ khi dây bắt đầu đứt, s là tiết diện dây, ta có:

GV kết luận

FB = σ× 2s = σ⋅ 2

πd2 πd2 = 2IBbR  Bb = σ ≈2,56T 4 2 2IR

HS tiếp thu ghi nhận thông tin Hoạt động 4: Giải bài tập 4 (Xem đề bài tập 32 –Bài tập thí nghiệm) Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

GV: Nêu các câu hỏi định hướng tư Dây đồng được cắt làm dây nối và dây dùng để duy: cuốn cuộn dây C1: Dây đồng trong bài này được sử Sử dụng dây đồng cuốn lên đinh vít dụng để làm mục đích gì?

Khi cuốn chú ý hai đầu dây để nối với nguồn C2: Đinh vít ở đây có tác dụng gì?

điện

Khi nối xong cuộn dây quấn trên đinh ốc đóng vai trò của 1 nam châm điện (Hình 32.1)

K

Hình 32.1 GV kết luận

Hs ghi nhận thông tin

120 Giáo án 8: Đề thi khảo sát đội tuyển HSG Vật lý (Lần 3).

I. Ý tưởng sư phạm Sau khi thực hiện dạy chuyên đề tiến hành kiểm tra mức độ tiếp thu các kiến thức đã học trong nội dung bồi dưỡng, kỹ năng giải tính toán, khả năng tư duy của các HS trong đội tuyển, từ đó trao đổi với tổ chuyên môn trong việc chọn đội tuyển chính thức tham dự kỳ thi HSG cấp tỉnh.

II. Mục tiêu. Đánh giá trình độ của HS ở dạng bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ, kiểm

tra mức độ tiếp thu kiến thức đã được bổ sung, sự tiến bộ về kỹ năng tính toán và tư duy sáng tạo của HS. III. Cấu trúc đề thi Thời gian làm bài 120 phút gồm các bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ mức độ khó tương tự như bài tập về từ trường và cảm ứng điện từ trong đề thi HSG Vật lý Tỉnh chính thức gồm 4 bài tập luyện tập nâng cao (bài tập 4, 13, 17, 27 trong 34 bài tập thuộc luận văn) IV. Đề thi.

SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH TRƯỜNG THPT ĐỨC THỌ

ĐỀ THI KHẢO SÁT SINH GIỎI TRƯỜNG NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn: VẬT LÝ – Lớp 11 (Lần 3) Thời gian làm bài: 120 phút Câu 1. Một dây dẫn rất dài được căng thẳng trong đó có 1 đoạn nhỏ ở giữa dây được uốn thành 1 vòng tròn bán kính 1,5 cm. Cho dòng điện I=3A chạy qua dây. Tìm B tại tâm O của vòng tròn trong 2 TH:

a . Cả đoạn dây dẫn đồng phẳng b. Đoạn dây thẳng vuông góc với mặt phẳng của khung dây tròn Câu 2. Một khung dây hình chữ nhật siêu dẫn, có các cạnh là a và b, khối lượng

m và hệ số tự cảm L, chuyển động với vận tốc ban đầu v0 trong mặt phẳng của nó hướng dọc theo chiều dài khung từ vùng không có từ trường vào một vùng có từ trường đều B0 vuông góc với mặt phẳng khung dây. Hãy mô tả chuyển động của khung như là hàm số của thời gian Câu 3. Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế U trong ống phát, electron được phóng ra theo hướng Ox để rồi sau đó phải bắn trúng điểm M ở cách O

O

x α

Hình 27.1

M

121 khoảng d.

Hãy tìm dạng quỹ đạo và độ lớn cảm ứng từ B. Câu 4. Một đoạn dây dẫn thẳng vô hạn được

O

β

=2β, đặt trong mặt phẳng gập thành một góc xOy

nằm ngang. Một đoạn dây dẫn MN trượt trên Ox, Oy và luôn tiếp xúc với Ox, Oy; trong quá trình trượt MN luôn vuông góc với phân giác của góc (Hình 17.1). Vận tốc trượt được giữ không xOy

đổi bằng v. Toàn bộ hệ thống trong một từ trường

B

H M

x

N

v

Hình 17.1

y

đều có cảm ứng từ B vuông góc với

mặt phẳng xOy. Giả sử ban đầu đoạn dây MN chuyển động từ O. Xác định dòng điện chạy qua MN. Các mạch đều làm cùng một loại dây dẫn có tiết diện đều và có điện trở r trên mỗi đơn vị dài.

122 PHỤ LỤC 3: MỘT SỐ MINH CHỨNG THỰC NGHIỆM

1. Học sinh tham gia học thử nghiệm:

123 2. Bài làm của học sinh:

124

125