Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương từ trường vật lí 11 theo hướng phát huy tính tích cực tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

Lý do nghiên cứu Trong quá trình học tập bộ môn vật lí, mục tiêu chính của người học bộ môn này là việc học tập những kiến thức về lý thuyết, hiểu và vận dụng được các lý thuyết chung c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ

Đề tài:

SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG TỪ TRƯỜNG VẬT LÝ 11 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, TỰ CHỦ VÀ BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC

SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới những người bạn đã luôn ủng hộ, giúp đỡ,

cổ vũ nhiệt tình cho em ngay từ những ngày đầu

Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do trong khuôn khổ phạm vi đề tài cũng như những kiến thức của bản thân còn hạn chế nên đề tài chắc chắn còn có nhiều thiếu sót

Em rất mong nhận được những ý kiến góp ý của thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng nghiệp và người đọc để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cám ơn!

Đà Nẵng, Ngày 16 Tháng 5 năm 2013 Sinh viên

Phạm Thị Kim Nguyệt

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

MỞ ĐẦU 6

1 Lý do nghiên cứu 6

2 Mục tiêu nghiên cứu 7

3 Phạm vi nghiên cứu 7

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 7

5 Giả thuyết nghiên cứu 7

6 Những đóng góp của luận văn 8

7 Cấu trúc và nội dung luận văn 8

CHƯƠNG I: NHỮNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ĐÁNH GIÁ KIẾN THỨC HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 11 9

1 Cơ sở lí luận của việc giải bài tập vật lý 9

1.1 Cơ sở về tâm lí học 9

1.2 Cơ sở lí luận dạy học 10

1.3 Bài tập vật lý 11

1.3.1 Khái niệm bài tập vật lý 11

1.3.2 Tác dụng của bài tập Vật lí 11

1.3.3 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học: 13

1.3.4 Một số yêu cầu khi soạn bài tập vật lý 14

1.3.5 Vị trí của các bài tập trong dạy học Vật lí 14

1.4 Các dạng bài tập vật lý và phương pháp giải 16

1.4.1 Phân loại bài tập Vật lí 16

1.4.2 Phương pháp chung để giải bài tập vật lý 20

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VÀ PHÂN LOẠI BÀI TẬP CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” 22

2.1 LÝ THUYẾT TỔNG QUÁT VỀ CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” 22

2.1.1 Phân tích nội dung và cấu trúc chương trình vật lý 11 phổ thông trung học ở

chương “Từ Trường” 22

2.1.2 Xác định các mục tiêu cần kiểm tra đánh giá ở chương “Từ Trường” – Vật lý 11 28

2.2 Phân loại bài tập chương “ Từ trường” 33

2.2.1 Dạng 1: Xác định cảm ứng từ của một dòng điện 33

2.2.2 Dạng 2: Xác định cảm ứng từ tổng hợp 37

2.2.3 Dạng 3: Xác định cường độ dòng điện hoặc vị trí thỏa mãn biểu thức cảm ứng ứng từ tổng hợp cho trước 40

2.2.4.Dạng 4: Xác định cảm ứng từ của dây dẫn dài hữu hạn 43

2.2.5.Dạng 5: Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện khi dòng điện đặt trong từ trường 48

2.2.6.Dạng 6: Khi dây dẫn chịu tác dụng của nhiều lực đặt trong từ trường 51

2.2.7.Dạng 7: Khảo sát khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường 55

2.2.8 Dạng 8: Tương tác giữa hai dây dẫn song song mang dòng điện đặt trong từ trường 58 2.2.9.Dạng 9: Lực Lorentz tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường 61 2.2.10.Dạng 10: Công thức liên hệ giữa lực Lorenzt và lực điện 64

2.2.11.Dạng 11: Mômen ngẫu lực từ tác dụng vào khung dây mang dòng điện 67

CHƯƠNG III: 71

HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” 71

3.1 HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG” 71

3 1.1 Dạng 1: Xác định cảm ứng từ của một dòng điện 71

3.1.2 Dạng 2: Xác định cảm ứng từ tổng hợp 78

3.1.3 Dạng 3: Xác định cường độ dòng điện hoặc vị trí thỏa mãn biểu thức cảm ứng ứng từ tổng hợp cho trước 82

3.1.4 Dạng 4: Xác định cảm ứng từ của dây dẫn dài hữu hạn 83

3.1.5 Dạng 5: Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện khi dòng điện đặt trong từ trường 84

3.1.6 Dạng 6: Khi dây dẫn chịu tác dụng của nhiều lực đặt trong từ trường 90

3.1.7 Dạng 7: Khảo sát khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường 91

3.1.8 Dạng 8: Tương tác giữa hai dây dẫn song song mang dòng điện đặt trong từ trường 92

3.1.9 Dạng 9: Lực Lorentz tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường 97

3.1.10 Dạng 10: Công thức liên hệ giữa lực Lorenzt và lực điện 102

3.1.11 Dạng 11: Mômen ngẫu lực từ tác dụng vào khung dây mang dòng điện 104

3.2 SỐ LƯỢNG TỐI THIỂU CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 108

KẾT LUẬN 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

MỞ ĐẦU

1 Lý do nghiên cứu

Trong quá trình học tập bộ môn vật lí, mục tiêu chính của người học bộ môn này

là việc học tập những kiến thức về lý thuyết, hiểu và vận dụng được các lý thuyết chung của vật lí vào những lĩnh vực cụ thể, một trong những lĩnh vực đó là việc giải bài tập vật lí

Bài tập vật lí có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình nhận thức và phát triển năng lực tư duy của người học, giúp cho người học ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, ứng dụng vật lí vào thực tiễn, phát triển tư duy sáng tạo Phần lớn các giáo viên đã nhận thức được điều này, đã đánh giá đúng vai trò của bài tập vật lí và coi trọng hoạt động giải bài tập trong dạy học vật lí Tuy nhiên vẫn rất nhiều học sinh gặp khó khăn khi giải bài tập Điều này không chỉ do tính phức tạp, đa dạng, phong phú của công việc này mà còn do chính nhược điểm mắc phải khi soạn thảo hệ thống bài tập, phân dạng và hướng dẫn học sinh giải bài tập của giáo viên Thông thường, nhiều giáo viên có quan niệm rằng số lượng bài tập càng nhiều và mức

độ bài tập càng khó thì càng tốt Chính điều này lại thường để lại những dấu ấn căng thẳng và nặng nề trong tâm lí học sinh khi học vật lí

Thông qua bài tập vật lí có thể cung cấp cho cả giáo viên và học sinh thông tin một cách đầy đủ để xác định, phân tích những khó khăn trong nhận thức của từng học sinh

để cả thầy và trò điều chỉnh hoạt động dạy và hoạt động học Đây là điều rất quan trọng mà mọi người đều phải quan tâm bởi vì, điều khó nhất đối với giáo viên là phải tìm ra được những điểm mạnh, điểm yếu của từng học sinh trong học tập vật lí Điều

đó không phải chỉ để phán xét cho điểm mà quan trọng hơn cả là để uốn nắn, khích lệ học sinh vươn lên trong nhận thức

Chương “Từ trường” nằm trong phần Điện học – Điện từ học của vật lí 11 trung học phổ thông Những kiến thức về từ trường đã được đề cập sơ bộ ở chương trình vật

lí lớp 9 trung học cở sở Ở lớp 11 các kiến thức về Từ trường được mở rộng và hoàn thiện thêm Kiến thức về Từ trường khá trừu tượng, các bài tập về từ trường chứa đựng nhiều kiến thức tổng hợp, đòi hỏi học sinh không những nắm vững kiến thức vật lí, kiến thức toán học mà còn phải biết cách vận dụng linh hoạt sáng tạo các kiến thức đã

có Những yêu cầu này dẫn đến thực tế là học sinh thường gặp nhiều khó khăn khi giải bài tập về Từ trường

Với tất cả các lí do trên, tôi lựa chọn đề tài “Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Từ trường Vật lí 11 theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh” để nghiên cứu

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Soạn thảo hệ thống bài tập chương “Từ trường” Vật lí 11 đảm bảo tính hệ thống, khoa học theo các mức độ nhận thức: nhận biết, hiểu, vận dụng

- Xây dựng kế hoạch sử dụng hệ thống bài tập khi dạy học chương “Từ trường” và soạn thảo tiến trình hướng dẫn hoạt động giải hệ thống bài tập đó theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Từ trường” Vật lí 11

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của phương pháp dạy học Vật lí để phát huy tính tích cực,

tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh, đặc biệt chú ý đến cơ sở lí luận về

dạ y giải bài tập vật lí phổ thông

- Phân tích chương trình, nội dung kiến thức và kỹ năng cần đạt được của chương “Từ trường”

- Điều tra thực trạng dạy bài tập chương “Từ trường” ở một số trường trung học phổ thông

- Soạn thảo hệ thống bài tập đảm bảo tính hệ thống, khoa học theo các mức độ nhận thức: nhận biết, hiểu, vận dụng

- Xây dựng kế hoạch sử dụng hệ thống bài tập đã soạn thảo khi dạy học chương “Từ trường” Vật lí 11

- Soạn thảo tiến trình hướng dẫn hoạt động giải hệ thống bài tập đó theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hệ thống bài tập đã soạn thảo về tính khả thi và tác dụng phát huy tính tích cực, tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

- Nêu các kết luận về ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5 Giả thuyết nghiên cứu

Nếu soạn thảo được một hệ thống bài tập phù hợp với mục tiêu dạy học và xây dựng tiến trình hướng dẫn hoạt động giải bài tập sao cho phát huy được tính tích cực,

tự chủ và sáng tạo của học sinh thì khi vận dụng hệ thống bài tập đó vào dạy học Vật

lí sẽ không những giúp học sinh ôn tập củng cố kiến thức mà còn bồi dưỡng được tính

tự chủ, năng lực sáng tạo của học sinh

6 Những đóng góp của luận văn

Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc xây dựng câu hỏi trắc nghiệm khách quan để đánh giá kiến thức học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

Xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan ở chương “từ trường”_Vật

lý 11, cách xây dựng một đề kiểm tra bằng trắc nghiệm Luận văn có thể là tài liệu tham khảo cho khối sinh viên khối sư phạm, các giáo viên và các nhà quản lý giáo dục

ở các trường phổ thông trong công việc giảng dạy, kiểm tra đánh giá chất lượng học tập và quản lý của mình một cách khách quan, chính xác

- Rút ra những ưu khuyết điểm của phương pháp kiểm tra trắc nghiệm trong đánh giá khả năng lĩnh hội kiến thức Từ đó đưa ra những góp ý khắc phục thiếu sót của phương pháp trên và góp phần làm phong phú thêm các hình thức kiểm tra đánh giá kết quả học tập vật lý của học sinh

7 Cấu trúc và nội dung luận văn

Cấu trúc: Luận văn gồm:

Phần mở đầu (4 trang), phần nội dung ( trang), phần kết luận ( trang), các tài liệu tham khảo và phụ lục ( trang)

Nội dung gồm 3 chương:

Chương 1: Những cơ sở lý luận của việc xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan để đánh giá kiến thức trong dạy học vật lý

Chương 2: Xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan chương “Từ Trường” Chương 3: Hệ thống nhữn câu hỏi trắc nghiệm

B NỘI DUNG CHƯƠNG I: NHỮNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ĐÁNH GIÁ KIẾN THỨC HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 11

1 Cơ sở lí luận của việc giải bài tập vật lý

1.1 Cơ sở về tâm lí học

Tâm lý học khám phá những quy luật hoạt động tâm lý của học sinh: học sinh cảm thụ thế giới xung quanh và tư duy ra sao, nắm các kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo như thế nào, hứng thú và năng lực của học sinh được hình thành như thế nào Tất cả những điều đó có quan hệ trực tiếp với dạy học vật lý Một trong những đặc trưng của phương pháp dạy học mới, hiện đại là phát huy tính tích cực, chủ động, tôn trọng vai trò của người học, kích thích tính độc lập sáng tạo, trau dồi khả năng tự giáo dục cho mỗi người Trong quá trình dạy học theo phương pháp này, học sinh là chủ thể nhận thức Học sinh không học thụ động bằng cách nghe thầy giảng mà học tích cực bằng hành động của chính mình, giáo viên không phải là người duy nhất để dạy hay truyền

bá kiến thức mà chỉ đóng vai trò tổ chức, định hướng quá trình học tập nhằm phát huy vai trò chủ động trong học tập của học sinh Giáo viên giúp học sinh nắm được phương pháp chiếm lĩnh kiến thức, phương pháp hoạt động học tập ( nhận thức) cũng như phương pháp hoạt động trong cuộc sống xã hội

Giải bài tập vật lý là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và được luyện tập nhiều Việc giải bài tập vật lý trong quá trình dạy học có tác dụng rất lớn Giải bài tập vật lý tham qua vào quá trình:

Hình thành và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, vận dụng kiến thức vào thực tiễn Theo M.A.Danilo “ Kiến thức được nắm vững thật sự, nếu học sinh có thể vận dụng thành thạo chúng hoàn thành các bài tập lý thuyết hay thực hành”

Hình thành kiến thức mới ( kể cả cung cấp các kiến thức thực tiễn), ôn tập các kiếm thức đã học, củng cố các kiến thức cơ bản của bài giảng Các kiến thức mới học sinh chỉ có thể nhớ được khi luyện tập nhiều lần, qua việc giải bài tập học sinh có thể nhớ kiến thức lâu hơn

Phát triển tư duy vật lý Trong thực tiễn dạy học, tư duy vật lý thường được hiểu là kỹ năng quan sát sự vật hiện tượng vật lý, phân tích các hiện tượng vật lý phức tạp thành các hiện tượng thành phần đơn giản và xác định mối liên hệ định tính và

đinh lượng của các hiện tượng và của các đại lượng vật lý, đoán trước các hệ quả từ lý thuyết và áp dụng được kiến thức của mình Trừ một số bài tập đơn giản chỉ đề cập đến một hiện tượng vật lý thì đa số các hiện tượng nêu trong bài tập vật lý là tương đối phức tạp Để giải được chúng, phải phân tích các hiện tượng phức tạp đó thành các bài tập đơn giản Đồng thời thông thường trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể nêu lên trong bài tập, học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy để tìm hiểu, giải quyết vấn đề và rút ra kết luận cần thiết Nhờ thế, tư duy được phát triển và năng lực làm việc tự lực của học sinh được nâng cao

Kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát hiện trình độ phát triển trí tuệ, làm bộc lộ những khó khăn, sai lầm của học sinh đồng thời giúp họ vượt qua những khó khăn và khắc phục các sai lầm đó

Giáo dục tư tưởng đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp Vật lý là môn học liên quan đến nhiều hiện tượng trong đời sống Những kiến thức vật lý cũng được ứng dụng trong kĩ thuật và cuộc sống hàng ngày Học sinh khi giải bài tập vật lý là tìm đến bản chất của các vấn đề đó và áp dụng nó giải quyết các vấn đề của cuộc sống

1.2 Cơ sở lí luận dạy học

Bài tập vật lý là một dạng bài làm gồm những bài toán, những câu hỏi hay đồng thời cả bài toán và câu hỏi thuộc về vật lý mà trong khi hoàn thành chúng, học sinh nắm được một tri thức hay kĩ năng nhất định

Câu hỏi là những bài làm mà trong quá trình hoàn thành chúng, học sinh phải tiến hành một hoạt động tái hiện Trong các câu hỏi, giáo viên thường yêu cầu học sinh phải nhớ lại nội dung của các định luật, quy tắc, khái niệm, trình bày lại một mục trong sách giáo khoa,… còn bài toán là những bài làm mà khi hoàn thành chúng, học sinh phải tiến hành một hoạt động sáng tạo gồm nhiều thao tác và nhiều bước

Chính các bài toán vật lý gồm bài toán hay câu hỏi, là phương tiện cực kỳ quan trọng để phát triển tư duy học sinh Người ta thường lựa chọn những bài toán và câu hỏi đưa vào một bài tập là có tính toán đến một mục đích dạy học nhất định, là nắm hay hoàn thiện một dạng tri thức hay kĩ năng nào đó Việc hoàn thành và phát triển kỹ năng giải các bài vật lý học cho phép thực hiện những mối liên hệ qua lại mới giữa các tri thức thuộc cùng một trình độ của cùng một năm học và thuộc những trình độ khác nhau của những năm học khác nhau cũng như giữa tri thức và kỹ năng

Giải bài tập vật lý đã góp phần thực hiện một cách có hiệu quả đối với các môn học nói chung và môn vật lí nói riêng Vật lí là một bộ môn bên cạnh một lượng lí thuyết lớn thì bài tập cũng rất đa dạng và phong phú Việc phân loại các dạng bài tập giúp cho học sinh dễ dàng hơn trong việc giải các bài tập Khi có được phương pháp giải, học sinh tự mình giải quyết các bài tập qua đó sẽ phát huy tính tích cực và năng lực tự học của học sinh Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, có nhiều thế mạnh, nhiều ứng dụng trong đời sống, sản xuất

1.3 Bài tập vật lý

1.3.1 Khái niệm bài tập vật lý

Trong thực tế dạy học, bài toán vật lý được hiểu là một vấn đề đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy lí logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cở sở các định luật và các phương pháp vật lý Hiểu theo nghĩa rộng, mỗi vấn đề xuất hiện

do nghiên cứu tài liệu giáo khoa cũng chính là một bài toán đối với học sinh Sự tư duy định hướng một cách tích cực luôn luôn là việc giải bài toán

1.3.2 Tác dụng của bài tập Vật lí

1 Các tác dụng của việc sử dụng bài tập trong dạy học Vật lí

a) Giúp cho việc ôn tập củng cố và mở rộng kiến thức, kĩ năng cho học sinh b) Bài tập có thể là khởi đầu kiến thức mới

c) Rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn, phát triển thói quen vận dụng kiến thức một cách khái quát

d) Phát triển năng lực tự lực làm việc của học sinh

e) Phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

g) Dùng để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh

Giải các bài toàn Vật lí được xem như mục đích, là phương pháp dạy học

Ngày nay trong thực tiễn dạy học Vật lí, người ta ngày càng chú ý tăng cường các bài toán Vật lí vì chúng đóng vai trò quan trọng trong dạy học và giáo dục học sinh đặc biệt trong việc thực hiện các nhiệm vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp

Trong thực tế dạy học, người ta thường gọi một vấn đề (hay là một câu hỏi) cần được giải đáp nhờ lập luận logic, suy luận Toán học hay thực nghiệm Vật lí trên cơ sở

sử dụng các định luật và các phương pháp của Vật lí học là bài toán Vật lí

Bài toán Vật lí, hay đơn giản gọi là các bài tập Vật lí, là một phần hữu cơ của quá trình dạy học Vật lí vì nó cho phép hình thành và làm phong phú các khái niệm Vật lí, phát triển tư duy Vật lí và thói quen vận dụng kiến thức Vật lí vào thực tế

2 Các bài tập Vật lí được sử dụng trong các trường hợp sau

a) Đề xuất vấn đề học tập hay tạo ra tình huống có vấn đề

b) Thông báo kiến thức mới (mà trong giờ lí thuyết chưa có điều kiện đề cập đầy đủ) c) Hình thành kỹ năng và thói quen thực hành

d) Kiểm tra kiến thức học sinh

e) Củng cố, khái quát hoá và ôn tập kiến thức

g) Thực hiện các nguyên tắc giáo dục kĩ thuật tổng hợp, làm quen học sinh với các thành tựu khoa học kỹ thuật và các phương hướng phát triển kinh tế, khoa học của đất nước

h) Phát triển năng lực sáng tạo ở học sinh

i) Về phương diện giáo dục, giải các bài tập Vật lí sẽ giúp hình thành các phẩm chất cá nhân của học sinh như tình yêu lao động, trí tò mò, sự khéo léo, khả năng tự lực hứng thú đối với học tập, ý chí và sự kiên trì đạt tới mục đích đặt ra (lời giải của bài toán)

Ví dụ: Tạo ra tình huống có vấn đề nhờ bài 'tập Vật lí khi hình thành kiến thức

về "sự dẫn nhiệt" có thể đưa ra bài toán "Tại sao khi tiếp xúc với các vật bằng kim loại

ở trong phòng lại cảm thấy chúng lạnh hơn các đồ vật bằng gỗ?" hoặc về "Sự phụ thuộc nhiệt độ sôi của chất lỏng vào áp xuất"có thể đặt ra câu hỏi "Làm thế nào để nước trong bình sôi khi làm lạnh bình đựng nó"

Trong thực tế dạy học, nhiều khi người học hiểu và nắm được nội dung lí thuyết, song họ cũng gặp rất nhiều khó khăn khi áp dụng kiến thức vào thực tiễn, vào việc giải các bài toán Chẳng hạn, học sinh có thê nhắc lại các định luật, quy tắc, công thức nhưng không biết vận dụng chúng như thế nào để giải một bài toán Vật lí Vì vậy việc rèn luyện, hướng dẫn học sinh giải các bài tập Vật lí là đặc biệt quan trọng, có thể nói là biện pháp rất có hiệu quả để phát triển tư duy Vật lí cho học sinh Thực tế chứng

tỏ rằng, ý nghĩa Vật lí của các định lí, quy tắc, các định luật trở nên thực sự dễ hiểu chỉ sau khi học sinh sử dụng chúng nhiều lần để giải các bài tập Chẳng hạn, học sinh nhiều khi đồng nhất quan hệ Toán học với quan hệ Vật lí Ví dụ: Khi phân tích công thức R = U/I, học sinh thường cho rằng đối với đoạn mạch đã cho, nếu tăng hiệu điện thế thì điện trở của mạch điện cũng tăng theo!

Trong dạy học, các bài tập Vật lí đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện nguyên tắc giáo dục kĩ thuật tổng hợp Vì nhiều bài toán đã thể hiện mối liên hệ giữa Vật lí với cuộc sống, với kĩ thuật và thực tiễn sản xuất

Giải các bài tập Vật lí cũng là một phương pháp đơn giản để kiểm tra, hệ thống hoá kiến thức, kĩ năng và thói quen thực hành, cho phép mở rộng, làm sâu sắc các kiến thức đã học Mặt khác, khi giải các bài tập Vật lí học sinh phải vận dụng các kiến thức Toán học, Hóa học hoặc của các bộ môn khác Vì vậy, bài tập Vật lí cũng là một công

cụ để thực hiện mối quan hệ liên môn

Sử dụng các định luật Vật lí, đặc biệt các định luật bảo toàn sẽ tạo cơ hội hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh, phát triển tư duy biện chứng, đồng thời với tư duy logic hình thức

Với lí do như vậy, trong chương trình và sách giáo khoa Vật lí hiện nay ở các cấp học quỹ thời gian dành cho giải bài tập Vật lí cũng tăng lên Các nghiên cứ khoa học về vấn đề này cung chiếm một vị trí đáng kể

1.3.3 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học:

Trong quá trình dạy học vật lý, các bài toán vật lý có tầm quan trọng đặc biệt Chúng được sử dụng theo những mục đích khác nhau

1 Bài toán vật lý có thể được sử dụng như phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc và vững chắc

2 Bài toán vật lý là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ lý thuyết với thực tế, học tập với đời sống

3 Bài tập vật lý là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh Trong khi giải bài toán học sinh phải phân tích điều kiện trong đề bài, tự xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, khi cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm, thực hiện các phép đo xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình Trong những điều kiện đó tư duy logic,tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực làm việc độc lập của học sinh được nâng cao

4 Bài toán vật lý là một phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả Khi giải các bài toán đòi hỏi học sinh nhớ lại các công thức,

định luật, kiến thức đã học có khi đòi hỏi phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc kiến thức đã học

5 Thông qua việc giải bài toán có thể rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt như tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tinh kiên trì, tính vượt khó

6 Bài toán vật lý là một phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh một cách chính xác

1.3.4 Một số yêu cầu khi soạn bài tập vật lý

• Trong dạy học vật lý giáo viên phải dự tính kế hoạch cho toàn bộ công việc về bài toán, với từng đề tài, với từng tiết học cụ thể Có như vậy mới phát huy được khả năng của bài toán trong việc thực hiện những yêu cầu của dạy học vật lý Cần phải thực hiện các việc sau đây:

Lựa chọn chuẩn bị các bài toán có vấn đề để sử dụng trong các tiết học nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hứng thú học tập và phát triển tư duy của học sinh

Lựa chọn chuẩn bị các bài toán nhằm củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lí thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho học sinh những hiểu biết về thực tế, kĩ thuật có liên quan với kiến thức lý thuyết

Lựa chọn, chuẩn bị những bài toán điển hình nhằm hướng dẫn cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải những bài toán cơ bản, hình thành phương pháp chung mỗi loại bài toán đó

Lựa chọn chuẩn bị các bài toán nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức

kĩ năng của học sinh về từng kiến thức cụ thể và về từng phần của chương trình

Sắp xếp các bài toán đã lựa chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và phương pháp sử dụng trong tiến trình dạy học

• Trong việc giải bài toán vật lý phải rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải những loại bài toán cơ bản thuộc những phần khác nhau của giáo trình vật lý phổ thông

• Trong việc giải bài toán vật lý phải đặc biệt coi trọng việc rèn luyện tư duy và bảo đảm tính tự lập của học sinh

1.3.5 Vị trí của các bài tập trong dạy học Vật lí

1 Vị trí

Giải bài tập Vật lí là một phần của đa số các bài học Vật lí, cũng như là nội dung quan trọng của hoạt động ở các nhóm ngoại khoá về Vật lí

Ở dạng bài học tổng hợp (gồm bốn giai đoạn: kiểm tra kiến thức, trình bày) bài mới, củng cố, ra bài tập về nhà), các bài tập được sử dụng hai lần:

a) Mở bài: khi kiểm tra kiến thức

b) Kết thúc: để củng cố và đào sâu kiến thức đã học Để kiểm tra các bài tập về nhà, giáo viên thường gọi học sinh lên bảng trình bày bài giải của mình

Để củng cố kiến thức và rèn luyện kĩ năng thường tiến hành các bài học giải bài tập Vật lí Những bài học này thường tiến hành sau khi học xong một đề tài hoặc một chương hoặc một phần của chương trình

2 Các hình thức cơ bản khi dạy học sinh giải bài tập Vật lí

a) Giáo viên phân tích, ghi trên bảng các bài tập điển hình hoặc tương đối phức tạp, nêu các câu hỏi, tổ chức và động viên tập thể học sinh tham gia vào công việc giải bài toán đặt ra

b) Giáo viên tổ chức cả lớp phân tích và thảo luận bài toán, một học sinh ghi cách giải lên bảng, để có hiệu quả, giáo viên nên dành thời gian để từng học sinh có thời gian suy nghĩ và làm việc độc lập tự lực

c) Giáo viên nêu đề bài còn học sinh tự suy nghĩ giải quyết, ngoài việc thực hiện vai trò cố vấn cho học sinh khi cần thiết (gợi ý, giải đáp các thắc mắc, chi chưa rõ của đề bài ) Giáo viên cần kiểm tra kết quả công việc của từng học sinh uốn nắn và

hệ thống hoá các sai sót, ưu nhược điểm chung của học sinh khi tổng kết bài giải

Trong các bài kiểm tra kiến thức và kĩ năng học sinh về Vật lí, bài toán Vật lí là một phần không nên thiếu, không nói là bắt buộc Chính nhờ những bài này, giáo viên kiểm tra được độ sâu sắc, sự vững chắc, sự sáng tạo, tư duy Vật lí của học sinh, đồng thời cũng thấy được những sai sót điển hình của học sinh qua đó rút ra kinh nghiệm cho việc dạy học của mình

Với các lớp chọn, lớp chuyên và các nhóm học sinh có hứng thú học tập Vật lí vấn đề tổ chức giải các bài tập Vật lí cần được đặc biệt chú ý, cần có sự nghiên cứu nghiêm túc, nhất là trong xu hướng phát triển giáo dục hiện nay với mục đích bồi dưỡng nhân tài trong hệ thống nhà trường phân ban, các trung tâm chất lượng cao Một trong các hình thức phổ biến sử dụng các bài toán Vật lí hiện nay với mục đích nêu trên là tổ chức các cuộc thi học sinh giỏi Vật lí trong một trường, một khu vực và toàn quốc, hoặc ở cấp quốc tế Các bài toán dùng để thi học sinh giỏi thường có mức độ khó

nâng cao, có yếu tố mới, đòi hỏi học sinh phải vận dụng sáng tạo kiến thức, trong đó các bài toán mang đặc trưng nghiên cứu ở mức độ phù hợp với học sinh

1.4 Các dạng bài tập vật lý và phương pháp giải

1.4.1 Phân loại bài tập Vật lí

Số lượng các bài tập Vật lí sử dụng trong thực tiễn dạy học hiện nay rất lớn, vì vậy cần có sự phân loại sao cho có tính tương dối thống nhất về mặt lí luận cũng như thực tiễn cho phép người giáo viên lựa chọn và sử dụng hợp lí các bài tập Vật lí trong dạy học

Các bài tập Vật lí khác nhau về nội dung và mục đích dạy học, vì vậy có thể phân loại chúng theo các phương án sau:

- Phân loại theo nội dung

- Phân loại theo phương pháp hình thành điều kiện bài toán

- Phân loại theo phương pháp giải

Cũng cần khẳng định rằng, các phương án phân loại như vậy không hoàn toàn đơn giản; một bài toán cụ thể có thể thuộc các nhóm khác nhau

1 Theo nội dung

Các bài tập Vật lí được phân thành các bài tập về Cơ học, Vật lí phân tử, Điện học Cách phân chia này cũng có tính chất quy ước Vì trong nhiều trường hợp trong một bài toán có sử dụng kiến thức của nhiều phần khác nhau của giáo trình Vật lí

Các bài tập cũng có thể phân chia thành các bài tập có nội dung trừu tượng Ở các bài tập có nội dung trừu tượng, các dữ kiện đều cho dưới dạng kí hiệu, lời giải cũng sẽ biểu diễn dưới dạng một công thức chứa đựng ẩn số và dữ kiện đã cho Ví dụ:

"Vận tốc lớn nhất của một xe đạp chuyển động theo vòng tròn bán kính r là bao nhiêu nếu hệ số ma sát nghỉ giữa bánh xe và mặt đường là K? Góc nghiêng của người đi xe đạp so với phương thẳng đứng bằng bao nhiêu?" Ngược lại, với các bài tập có nội dung cụ thể, các dữ kiện đều cho dưới dạng các con số cụ thể ưu điểm của các bài tập trừu tượng là nhấn mạnh bản chất Vật lí của hiện tượng mô tả trong bài tập, trong khi

đó các bài tập cụ thể mang đặc trưng trực quan gắn liền với thực tiễn, với kinh nghiệm sống của học sinh

Một dạng khác của bài tập có nội dung cụ thể là các bài toán có nội dung kĩ thuật (kĩ thuật tổng hợp) Trong đó các điều kiện của bài toán liên quan tới kĩ thuật hiện đại, sản xuất công, nông nghiệp, giao thông vận tải Những bài tập này có vai trò

quan trọng về mặt giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh Phát triển hứng thú của học sinh với Vật lí, sáng tạo kĩ thuật Ví dụ "Người lái xe ở khoảng cách 20m đối với đèn tín hiệu Nếu lực ma sát bằng 4000N thì vận tốc lớn nhất của xe lúc bắt dầu phanh bằng bao nhiêu để xe dừng đúng trước vạch tín hiệu, cho khối lượng xe bằng 1600kg

"

Các bài tập có nội đung lịch sử thì trong điều kiện của bài tập phản ánh các ' sự kiện lịch sử phát triển Vật lí và kĩ thuật, các thí nghiệm có tính chất lịch sử Ví dụ:

"Trong các thí nghiệm của M.V Lô-mô-nô-xốp, nước dâng lên trong ống nhỏ giọt tới

26 vạch chia (1 vạch = 2,57mm) Hãy tìm đường kính ống mà nhà bác học đã dùng"

Để phát triển và duy trì hứng thú học Vật lí, người ta thường sử dụng các bài tập lí thú làm cho bài học sinh động Trong các bài tập như vậy các điều kiện của bài tập thường chứa đựng các yếu tố nghịch lí hoặc gây trí tò mò ở học sinh Ví dụ: " Có thể từ hoá một thanh thép sao cho cả hai đầu của nó mang từ cực cùng tên được không? Nếu có thể thì làm thế nào? Nếu không thì vì sao?" Các bài tập như vậy có thể tìm thấy trong cuốn sách của Ia.I Pê-rê-man, P.L Ka-pit-xa (“Vật lí lí thú”, "Bạn có hiểu Vật lí không?" ) Khi lựa chọn nội dung các bài tập nên đi từ đơn giản đến phức tạp, tăng cường cá nhân hoá hoạt động của học sinh tương ưng với năng lực và kiến thức của họ; Phân chia các bài toán theo các cấp độ: đơn giản, phức tạp, mức độ sáng tạo Có thể quy ước mức độ phức tạp của một bài tập như sau: Các bài tập được coi là đơn giản là các bài tập khi giải cần sử dụng một, hai công thức hoặc quy tắc, định luật Vật lí, hình thành một, hai kết luận, thực hành một thí nghiệm đơn giản Những bài tập này thường được gọi là các bài tập luyện tập, nhờ các bài tập này có thể củng cố các kiến thức đã học Các bài tập phức tạp hơn (còn gọi là các bài tập tổng hợp) Khi giải thường phải vận dụng một số định luật Vật lí, nhiều khi thuộc các phần khác nhau của chương trình Vật lí đưa ra một vài kết luận, sử dụng một số kĩ năng thực nghiệm

Ví dụ: "Một vật có khối lượng 500 gam được ném theo phương nằm ngang với vận tốc 20m/s Hãy tìm động năng của vật ở giây thứ hai của chuyển động" Các bài toán phức tạp thường chứa những tình huống có vấn đề và một số yếu tố mới Các bài toán sáng tạo gồm hai dạng: Bài toán có đặc trưng nghiên cứu (trả lời câu hỏi "vì sao?") và bài toán có đặc trưng "thiết kể' trả lời cho câu hỏi ("làm thế nào?")

2 Theo phương pháp giải

Các bài tập thường được phân thành bài tập định tính, bài tập tính toán, bài tập

đồ thị, bài tập thí nghiệm Phân loại này có ý nghĩa quan trọng, vì nó cho phép giáo viên lựa chọn bài tập tương ứng với sự chuẩn bị Toán học của học sinh, mức độ kiến thức và sự sáng tạo của học sinh

a) Bài tập định tính

Đặc điểm nổi bật của bài tập định tính là ở chỗ trong các điều kiện của bài toán đều nhấn mạnh bản chất Vật lí của hiện tượng Giải các bài tập định tính thường bằng lập luận logic trên cơ sở các định luật Vật lí Ví dụ: "Người ta thả vào nước một mẩu đồng và một mẩu nhôm có khối lượng như nhau Lực đẩy của nước lên chúng có bằng nhau không?"

“Vì sao nhiệt kế y học thường dùng thuỷ ngân mà không dùng rượu hoặc ete? Nhiệt kế nào có độ nhạy cao hơn (đối với điều kiện bền vững như nhau)" nhiệt kế thuỷ ngân hay nhiệt kế lượn?

Khi giải bài tập định tính, học sinh rèn luyện được tư duy logic, khả năng phân tích hiện tượng, trí tưởng tượng khoa học, kĩ năng vận dụng kiến thức Vì vậy việc luyện tập tốt bắt đầu từ việc sử dụng bài tập định tính (xem bài tập định tính về Vật lí - M.E Tul-riu-xki, NXB GD, Hà Nội 1979)

Tuỳ theo phương pháp Toán học được vận dụng, bài tập tính toán được quy về các bài tập số học, đại số và hình học

- Phương pháp số học: Phương pháp giải chủ yếu là phương pháp số học, tác động lên các con số hoặc các biểu diễn chữ mà không cần thành lập phương trình để tìm ra ẩn số

- Phương pháp đại số: Dựa trên các công thức Vật lí, lập các phương trình từ đó giải chúng để tìm ra ẩn số

- Phương pháp hình học: Khi giải dựa vào hình dạng của đối lượng, các dữ liệu cho theo hình vẽ để vận dụng quy tắc hình học hoặc lượng giác Ví dụ: khi giải bài toán động học, tĩnh học, tĩnh điện, quang hình học

Trong các phương pháp trên, phương pháp dại số là phương pháp phổ biến nhất, quan trọng hơn cả vì vậy cần thường xuyên quan tâm rèn luyện cho học sinh

Khi giải các bài tập tính toán người ta còn sử dụng thủ pháp logic khác nhau, cũng có thể coi là phương pháp giải: đó là phương pháp phân tích, tổng hợp

- Phương pháp phân tích: Cần chia các bài toán đã cho thành các bài toán nhỏ hơn (phân tích) lời giải bắt đầu từ đại lượng phải tìm hoặc từ việc tìm kiếm các quy luật từ đó cho phép tìm lời giải trực tiếp cho bài toán, khi phân tích bài toán, học sinh

sẽ tìm ra quy luật đại lượng phải tìm với đại lượng khác, quá trình tiếp tục cho tới khi tìm ra câu trả lời cuối cùng Ví dụ: vận dụng phương pháp phân tích giải bài tập tìm vận tốc ô tô lúc hãm phanh nêu ở trên

- Phương pháp tổng hợp

Đòi hỏi học sinh phải làm rõ lần lượt các mối liên hệ giữa các dữ liệu cho trong bài tập Cho tới khi xuất hiện các phương trình cho phép liên hệ giữa các dữ liệu đó Như vậy, ngược lại với phương pháp phân tích việc giải bài tập không xuất phát từ đại lượng phải tìm

Trong giảng dạy thường bắt đầu từ việc dạy cách đọc và vẽ các đồ thị không quá phức tạp, dần dần sẽ tăng độ phức tạp lên phù hợp với trình độ phát triển của học sinh Việc áp dụng phương pháp đồ thị cho phép diễn đạt trực quan hiện tượng Vật lí cho cách giải trực quan hơn, phát triển kỹ năng vẽ và sử dụng đồ thị là các kỹ năng có tác dụng sâu sắc trong kĩ thuật (ví dụ phân tích đường đạn, vết các hạt trong Vật lí hạt

nhân )

d) Bài tập thí nghiệm

Trong đó thí nghiệm là công cụ được sử dụng để tìm các đại lượng cần cho giải bài toán, cho phép đưa ra lời giải hoặc là công cụ kiểm tra cách tính toán phù hợp ở mức độ nào với điều kiện bài toán công cụ đó có thể là các thí nghiệm biểu diễn hoặc thí nghiệm thực tập của học sinh

Để tiến hành các bài tập thí nghiệm, trong phòng thí nghiệm cần phải có trang

bị ở mức nhất định Vì những bài tập này có thể mang đặc trưng định tính hoặc định lượng, cách giải phụ thuộc vào vai trò của thí nghiệm Nếu để thu thập các số liệu cho tính toán thì phải tiến hành các phép đo tương đối chính xác

Ví dụ: "Xác định diện tích cái bàn Đồ dùng: quả nặng, đồng hồ, sợi dây, giá thí nghiệm"

Loại bài toán thí nghiệm ngày nay cũng được sử dụng rộng rãi trong thực tế dạy học Vật lí ở trường phổ thông, đặc biệt ở các trường chuyên, lớp chọn

1.4.2 Phương pháp chung để giải bài tập vật lý

Bước 1: Đọc kỹ đầu bài,vừa đọc vừa tóm tắt các dữ kiện bài cho, những cái cần phải tính Trong bước này,chú ý phân tích kỹ để hiểu rõ những thuật ngữ đặc biệt của bài Bước 2: Phân tích bài toán

Bước này vô cùng quan trọng, nhờ nó mà ta mới xác định được hướng giải Người giải cần chú ý phân tích được quan hệ giữa giả thuyết với cái cần tìm Nhớ lại

và lựa chọn kiến thức liên quan, phù hợp để giải Đôi khi trong bước này người giải phải vẽ hình, điền các thông số trên hình vẽ để phân tích xem quá trình vật lý xảy ra như thế nào, liên quan đến hiện tượng, định luật nào đã học

Bước 3: Lập các phương trình liên quan và giải

Dựa vào các hiện tượng ,định luật mà bài toán liên quan ta thiết lập các phương trình tương ứng Kiểm tra số ẩn và số phương trình lập được nếu bằng nhau thì đã đủ giải Nếu thiếu dựa vào những dữ kiện chưa được sủ dụng lập thêm cho đủ

Giải hệ phương trình để tìm những đại lượng mà bài yêu cầu (Chú ý, khi giải cần tuân thủ đúng các quy tắc toán học, chẳng hạn khi khai căn phải lấy hai giá trị +,- )

Thông thường tìm kết quả bằng chữ rồi mới thay số để tìm trị số cần tìm Khi giải cần chú ý thống nhất đơn vị đo

Bước 4: Biện luận

Ở bước này người giải phải xét xem các nghiệm toán học tìm được có phù hợp với ý nghĩa vật lý, với thực tế không , loại bỏ những nghiệm không phù hợp với vật lý Qua bước này người giải cũng có thể biết được cách lập luận của mình đã đúng chưa,

và có thể tìm ra cách giải hay hơn

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VÀ PHÂN LOẠI BÀI TẬP CHƯƠNG “TỪ

TRƯỜNG”

2.1 LÝ THUYẾT TỔNG QUÁT VỀ CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG”

2.1.1 Phân tích nội dung và cấu trúc chương trình vật lý 11 phổ thông trung học

ở chương “Từ Trường”

 Các khái niệm:

- Tương tác từ: Tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa dòng điện với nam

châm, giữa dòng điện với dòng điện đều gọi là tương tác từ Lực tương tác trong các trường hợp trên gọi là lực từ

- Từ trường: Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ

thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên nam châm hay một dòng điện đặt trong nó + Đặc trưng của từ trường là cảm ứng từ ký hiệu là Bur đơn vị của cảm ứng từ là T ( Tesla)

+ Quy ước: Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam - Bắc của kim nam châm

- Đường sức từ: đường sức từ là những đường vẽ trong không gian có từ trường sao

cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của của từ trường tại điểm đó

- Tính chất :

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

 Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở 2 đầu

 Chiều của đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải , quy tắc đinh ốc…)

 Quy ước : Vẽ các đường cảm ứng từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức dày và chỗ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa

- Từ trường đều: Một từ trường mà cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau gọi là từ

trường đều

 Từ trường tạo bởi các dây dẫn điện có hình dạng đặc biệt

Từ trường của dòng điện thẳng dài vô hạn

- Đường sức từ: Hình dạng: Đường sức từ là những đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dòng điện

Giả sử cần xác định từ trường BuuurM tại M cách dây dẫn một đoạn r do dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ra ta làm như sau :

B M

- Điểm đặt: Tại M

- Phương: cùng với phương tiếp tuyến của đường tròn ( O,r) tại M

- Chiều: được xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải họăc quy tắc đinh ốc 1:

 Quy tắc nắm bàn tay phải : Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của cảm ứng từ

 Quy tắc cái đinh ốc 1 : Quay cái đinh ốc để nó tiến theo chiều dòng điện thì chiều của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ

- Độ lớn: B M 2.10 7 I

r



 Trong đó : B (T) - I (A) - r (m)

Từ trường của dòng điện tròn

- Đường sức từ: hình dạng các đường sức từ là những đường cong xuyên qua

lòng khung dây, nằm trong mặt phẳng chứa tâm O của khung dây và vuông góc với mặt phẳng khung dây Càng gần tâm O của khung độ cong các

đường sức từ càng giảm Đường sức từ qua tâm O của khung là đường

thẳng

Giả sử cần xác định từ trường BuurO tại tâm O cách dây dẫn hình tròn bán kính r do dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ra ta làm như sau :

- Điểm đặt: Tại O

- Phương: Vuông góc với mặt phẳg vòng dây

- Chiều: được xác định theo quy tắc đinh ốc 2 : “Quay cái đinh ốc theo chiều

dòng điện thì chiều tiến của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ

2.10

M

I B

r



 Trong đó : B (T) - I (A) - r (m)

Từ trường của ống dây

- Đường sức từ: Hình dạng bên trong ống dây đường sức từ là những đường thẳng

song song, cách đều nhau (nếu chiều dài l >> đường kính d của ống dây thì từ

trường trong ống dây là từ trường đều)

Giả sử cần xác định từ trường BuurOtại tâm O của ống dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ra ta làm như sau :

- Phương: song song với trục ống dây

- Chiều: được xác định theo quy tắc đinh ốc 2 : “Quay cái đinh ốc theo chiều

dòng điện thì chiều tiến của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ”

Lực từ tác dụng lên một đoạn dây có một dòng điện đặt trong từ trường đều

* Quy tắc bàn tay trái: “Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì các ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện”

Lực từ urF do từ trường đều tác dụng lên đoạn dây thẳng chiều dài l (m) có dòng điện I

(A) chạy qua là lực có :

- Điểm đặt: trung điểm của đoạn dây

- Phương: vuông góc với mặt phẳng (l , Bur)

- Chiều: được xác định bởi quy tắc bàn tay trái

- Độ lớn: được xác định theo công thức Ampe :

F = B.I.l.sin với

B M

F I

- Nếu 2 dòng điện chạy cùng chiều 2 dây hút nhau

- Nếu 2 dòng điện chạy ngược chiều 2 dây đẩy nhau

- Lực tác dụng có độ lớn : F 2.10 7 I I1 2

d



Trong đó : I I1, 2 là cường độ dòng điện chạy qua 2 dây dẫn

l: là chiều dài 2 dây

d: khoảng cách 2 dây

Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện

- Nếu mặt phẳng khung dây vuông góc với đường cảm ứng từ khi đó các lực tác dụng lên khung không làm quay khung ( chỉ làm cho khung giãn ra hoặc

co lại)

- Nếu mặt phẳng khung dây song song với đường cảm ứng từ khi đó xuất hiện ngẫu lực làm khung quay với momen : M = B.I.S sin với : S : diện tích khung : nr là pháp tuyến mặt phẳng khung dây

Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động ( lực Lorentz)

Lực lorentz tác dụng lên điện tích q đang chuyển động với vận tốcvr trong từ trường có :

- Điểm: đặt tại điện tích q

- Phương: Vuông góc với mp ( , )v Br uur

- Chiều: xác định theo quy tắc bàn tay trái

Nếu q > 0 : chiều cùng với chiều chỉ của tay cái

Nếu q<0 : chiều ngược với chiều chỉ của tay cái

- Độ lớn: f = q v B sinvới  = ( , )v Br uur

f

B

v

 Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện:

Trường hợp đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây

- Lực từ tác dụng vào trung điểm hai cạnh vuông góc với các đường sức

(cạnh AD và BC), tạo thành ngẫu lực có tác dụng làm cho khung dây quay

- Lực từ tác dụng vào hai cạnh song song với các đường sức bằng 0

Trường hợp đường sức từ vuông góc mặt phẳng khung dây

Các lực tác dụng vào các cạnh của khung dây đều nằm trong mặt phẳng khung dây, do đó vị trí này lực từ không có tác dụng làm cho khung dây quay

A B B

Mô men ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện

- Trường hợp đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây và vuông góc với hai cạnh đối diện của khung thì ngẫu lực từ gây ra mô men quay : M = IBS ; S là diện tích khung dây (m2)

- Trường hợp đường sức từ không nằm trong mặt phẳng khung dây, ở vị trí véc tơ pháp tuyến nr của khung dây hợp với véc tơ Burmột góc  thì mô men ngẫu lực là:



sin

IBS

- Ứng dụng của lực từ tác dụng lên khung dây:

+ Chế tạo động cơ điện một chiều

+ Chế tạo điện kế khung quay

BẢNG PHẬN LOẠI BÀI TẬP CHƯƠNG “TỪ TRƯỜNG”

2.1.2 Xác định các mục tiêu cần kiểm tra đánh giá ở chương “Từ Trường” – Vật

lý 11

Mục tiêu Nội

Bậc 3 (vận dụng cấp độ thấp)

Bậc 4 (vận dụng cấp độ

cao)

Bài 26:

Từ trường

-Phát biểu được khái niệm tương tác từ, từ trường

-Trình bày được khái niệm cảm ứng từ (phương và chiều)

-Nêu được tính chất

cơ bản của từ trường

-Trình bày được khái niệm đường sức từ, những tính chất của đường sức từ

-Nêu được một ví dụ

-Giải thích được tương tác từ trong thí nghiệm Ơ-xtét

đường sức từ biểu diễn từ trường của thanh nam châm thẳng, của dòng điện thẳng dài, của ống dây có dòng

-Giải thích được các tính chất của đường

sức từ

CÁC DẠNG BÀI TẬP CHƯƠNG

dây dẫn dài vô hạn

Dạng 7: Khảo sát khung dây mang

dòng điện đặt trong từ trường

Dạng 6: Khi dây dẫn chịu tác dụng

của nhiều lực đặt trong từ trường

giữa lực Lorenzt và lực điện

Dạng 8: Tương tác giữa hai dây

dẫn song song mang dòng điện đặt

trong từ trường

Dạng 9: Lực Lorentz tác dụng

lên hạt mang điện chuyển

động trong từ trường

-Trả lời được câu hỏi từ trường đều

là gì?

về từ trường đều điện chạy qua và

của từ trường đều

Nêu được đơn vị

đo cảm ứng từ

-Phát biểu được quy tắc bàn tay trái

phương, chiều lực từ tác dụng lên dòng điện bằng quy tắc bàn tay trái và ngược lại

-Viết được công thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều

-Vận dụng quy tắc bàn tay trái để giải các bài toán về lực

từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng

trường, cảm ứng từ, cường độ dòng điện

trong dây dẫn

-Áp dụng phương pháp động lực học, phân tích lực giải các bài toán lực tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường

về lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện

-Phát biểu được định nghĩa và nêu được ý nghĩa của cảm ứng

từ

-Phát biểu và viết được biểu thức của nguyên lý chồng chất

từ trường

thức tính độ lớn cảm ứng từ tại điểm khảo sát và áp dụng giải các bài tập đơn giản

-Nắm được và vận dụng được định luật am-pe

-Viết được biểu thức tính độ lớn cảm ứng

từ đối với các bài tập nâng cao, phức tạp -Vận dụng định luật Am-pe để giải bài tập

Bài 29:

Từ trường của

một số dòng

-Trình bày được dạng các đường sức từ và các quy

-Viết được công thức xác định cảm ứng từ của dòng điện thẳng:

-Áp dụng được các quy tắc vẽ được các đường sức từ biểu

-Xác định được độ lớn, phương, chiều của vectơ cảm ứng

điện có dạng

đơn giản

tắc xác định chiều các đường sức từ của dòng điện thẳng

-Trình bày được quy tắc đinh ốc 1,2 xác định chiều các đường sức từ của dòng điện tròn

-Trình bày được dạng các đường sức từ ở bên trong

và bên ngoài một ống dây có dòng điện Quy tắc xác định chiều các đường sức từ bên trong ống dây

r

I

710

2 





-Công thức xác định cảm ứng từ của dòng điện tròn:

r

NI

710



-Công thức xác định cảm ứng từ của dòng điện qua ống dây:

nI

710

từ của dòng điện chạy trong các dạng

mạch khác nhau

diễn từ trường của dòng điện thẳng dài, dòng điện tròn, của ống dây có dòng điện chạy qua

-Sử dụng công thức tính cảm ứng từ để giải các bài toán đối với các dạng dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều

từ tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài, tại tâm dòng điện tròn và tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua

-Áp dụng nguyên lý chồng chất để giải bài toán tính cảm ứng từ tổng hợp

Bài 30:

Bài tập về từ

trường

-Vận dụng được định luật Am-pe

về lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện

-Vận dụng được các công thức tính cảm ứng từ của dòng điện

-Xác định chiều đường sức từ của các dòng điện khác nhau

-Xác định cảm ứng

từ của các dòng điện khác nhau

Bài 31:

Tương tác

-Nêu được đặc điểm tương tác

-Sử dụng được quy tắc bàn tay trái xác

-Vận dụng được công thức xác định

-Tìm được lực tương tác giữa hai dây dẫn

Công thức tính lực từ:

l r

I I

F2.10 7 1 2

định chiều của lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện

-Giải thích được tại sao hai dây dẫn song song mang dòng điện chạy cùng chiều thì hút nhau còn ngược

chiều thì đẩy nhau

lực từ tác dụng lên một đơn vị chiều dài của dòng điện

để giải một số bài toán đơn giản

mang điện phối hợp nguyên lý chồng chất từ trường trong các dạng bài tập nâng cao

trong mặt phẳng vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều

-Giải thích được ứng dụng của lực Lorentz

-Kết hợp phương pháp động lực học, định lý biến thiên động năng, công thức thức tính lực Lorentz giải các bài toán về chuyển động

trong từ trường đều

-Áp dụng được công

momen ngẫu lực tác dụng lên khung trong trường hợp đường

-Vận dụng công thức momen ngẫu lực để áp dụng giải một số bài tập

-Giải thích được ứng dụng của hiện tượng

này

-Trình bày được nguyên tắc cấu tạo

và hoạt động của động cơ điện một chiều và của điện

kế khung quay

Công thức xác

Momen ngẫu lực từ: M IBSsin

sức từ song song với mặt phẳng khung

dây

-Giải thích được chuyển động của khung dây trong từ

từ là gì? Sự từ hoá

các chất sắt từ

-Nêu được một vài ứng dụng của hiện tượng từ hóa của chất sắt từ

-Mô tả được hiện tượng từ trễ

-Giải thích được sự nhiễm từ của các chất

-Giải thích được hiện tượng từ trễ và ứng dụng của nó

là gì?

Bão từ là gì?

-Phân biệt được từ cực của Trái Đất, sự khác nhau giữa các

Ampe

-Áp dụng được quy tắc bàn tay trái và vận dụng được công

Ampe.- Luyện tập việc xác định chiều

momen ngẫu lực từ tác dụng lên một khung dây có dạng

(không phải là hình

-Xác định và tính được lực Lorentz tác dụng lên điện tích chuyển động trong

từ trường đều

của lực Lorentz chữ nhật)

-Vận dụng được công thức cảm ứng

từ để xác định cảm ứng từ tại một điểm

do một hoặc nhiều dòng điện gây ra

-Sử dụng la bàn tang và máy đo điện đa năng hiện

số để xác định thành phần nằm ngang của cảm ứng

từ của từ trường trái đất

- Bố trí được thí nghiệm, hiệu chỉnh thí nghiệm, đo các đại lượng, tính toán kết quả, làm báo cáo thí nghiệm

2.2 Phân loại bài tập chương “ Từ trường”

2.2.1 Dạng 1: Xác định cảm ứng từ của một dòng điện

a Từ trường của dòng điện thẳng dài vô hạn

Giả sử cần xác định từ trường tại M cách dây dẫn một đoạn r do dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ra ta làm như sau :

- Điểm đặt: Tại M

- Phương: cùng với phương tiếp tuyến của đường tròn ( O,r) tại M

- Chiều: được xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải họăc quy tắc đinh ốc 1

: Quy tắc nắm bàn tay phải : Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của cảm ứng từ

Quy tắc cái đinh ốc 1 : Quay cái đinh ốc để nó tiến theo chiều dòng điện thì chiều của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ

B M

O r

b Từ trường của dòng điện tròn

Giả sử cần xác định từ trường tại tâm O cách dây dẫn hìng tròn bán kính r

do dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ra ta làm như sau :

- Điểm đặt: Tại O

- Phương: Vuông góc với mặt phẳg vòng dây

- Chiều: được xác định theo quy tắc đinh ốc 2 : “Quay cái đinh ốc theo chiều

dòng điện thì chiều tiến của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ ”

2 10

M

I B

r

 Trong đó : B (T) - I (A) - r (m)

c Từ trường của ống dây

Giả sử cần xác định từ trường BuurO tại tâm O của ống dây dẫn điện có cường độ I

(A) gây ra ta làm như sau :

- Phương: song song với trục ống dây

- Chiều: Được xác định theo quy tắc đinh ốc 2 : “Quay cái đinh ốc theo chiều

dòng điện thì chiều tiến của nó tại điểm đó là chiều của cảm ứng từ”

Hoặc đường sức từ đi vào ở mặt Nam và đi ra ở mặt Bắc

 Mặt Nam: nhìn vào ta thấy dòng điện chạy cùng chiều kim đồng hồ

 Mặt Bắc: nhìn vào ta thấy dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ

4 10

O

NI B

l

 Trong đó : B (T) - I (A) - l (m) – N số vòng dây

BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1.1A: Chọn câu đúng: Đường sức của dòng điện gây ra bởi:

A Dòng điện thẳng là những đường thẳng song song với dòng điện

B Dòng điện tròn là những đường tròn

C Dòng điện tròn là những đường thẳng song song và cách đều nhau

D Dòng điện trong ống dây đi ra từ cực Bắc, và đi vào cực Nam của ống dây

đó

Phân tích:

- Mục đích kiểm tra sự nhận biết của học sinh kiến thức về dạng của đường sức

từ của dòng điện thẳng, dòng điện tròn, dòng điện trong ống dây

- Nếu học sinh học kĩ bài sẽ chọn được phương án đúng là D

- Trường hợp học sinh trả lời các phương án khác do chưa học kĩ bài, hoặc chọn nhầm đáp án

Câu 1.2B: Hình vẽ nào dưới đây xác định đúng hướng của véc tơ cảm ứng từ tại M

gây bởi dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn:

Học sinh nắm được quy tắc trên sẽ dễ dàng chọn đáp án đúng là câu B

- Học sinh thuộc quy tắc mà không biết áp dụng hoặc không thuộc quy tắc sẽ chọn đáp án tùy ý

Câu 1.3C: Tại một điểm cách một dây dẫn thẳng dài vô hạn mang dòng điện 5A cảm

ứng từ 0,4 µT Nếu cường độ dòng điện trong dây dẫn tăng thêm 10A cảm ứng từ tại điểm đó có giá trị là:

Phân tích

- Mục đích kiểm tra sự vận dụng bậc thấp của học sinh về cảm ứng từ trong dây dẫn

- Học sinh đọc kĩ đề bài sẽ giải được như sau:

Ta có cảm ứng từ của dây dẫn thẳng dài vô hạn mang dòng điện I1 = 5A cảm ứng

từ B1 = 0,4 µT, khi cường độ dòng điện trong dây dẫn tăng thêm 10A nghĩa là I2 = 15A

Học sinh giải được như trên dễ dàng chọn đáp án đúng là câu B

- Học sinh không biết cách giải hoặc không thuộc công thức sẽ chọn đáp án còn lại

Câu 1.4D: Một dây đồng dài 100m, bên ngoài có phủ một lớp sơn cách điện mỏng Sợi dây được quấn thành một ống dây dài 50cm, bán kính 2cm Hỏi nếu cường độ dòng điện qua ống dây là 0,75A thì từ trường bên trong ống dây có cảm ứng từ là bao nhiêu? Coi rằng các vòng dây sát nhau

L

N

p

- Học sinh giải được như trên sẽ dễ dàng chọn đáp án đúng là câu A

- Học sinh không thuộc công thức sẽ chọn tùy ý đáp án

Chú ý:Công thức chồng chất từ trường đang được thực hiện dưới dạng vectơ

*Các trường hợp đặc biệt khi tiến hành tính độ lớn từ trường

a)uurB1Buur2B12 B1 B2 b)uurB1Buur2B12 B1B2

- Học sinh nắm được lý thuyết sẽ làm như sau: theo công thức vectơ tổng hợp khi

Câu 2.2B: Tính cảm ứng từ tại tâm của hai vòng tròn dây dẫn đồng tâm: bán kính một

vòng là R, vòng kia là 2R; trong mỗi vòng có dòng điện cường độ I chạy qua Xét trường hợp sau hai vòng nằm trong hai mặt phẳng vuông góc nhau Áp dụng số I = 10A, R = 8cm

A B = 8,8.10-5T B B = 7,6.10-5T C B = 6,8.10-5T D B = 3,9.10-5T

Phân tích

- Mục đích kiểm tra sự thông hiểu kiến thức về từ trường trong vòng dây

- Học sinh trinh bày như sau sẽ chọn phương án đúng là câu A

Hai vectơ cảm ứng từ ở tâm của hai dòng điện có phương vuông góc với nhau nên:

- Học sinh áp dụng nhầm công thức sẽ giải sai và chọn đáp án tùy ý

Câu 2.3C: Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau 32 (cm) trong không khí, dòng

điện chạy trên dây 1 là I1 = 5 (A), dòng điện chạy trên dây 2 là I2 = 1 (A) ngược chiều với I1 Điểm M nằm trong mặt phẳng của 2 dòng điện ngoài khoảng hai dòng điện và cách dòng điện I1 là 8 (cm) Cảm ứng từ tại M có độ lớn là:

A B = 1,0.10-5 (T) B B = 1,1.10-5 (T) C B = 1,2.10-5 (T) D B = 1,3.10-5 (T)

Học sinh giải được như vậy sẽ chọn đáp án đúng là câu C.

- Học sinh không biết cách giải sẽ chọn đáp án tùy ý

Câu 2.4D: Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách nhau d=14cm trong

không khí Dòng điện chạy qua trong hai dây là I1=I2=1,25A Xác định vectơ cảm ứng

từ tại điểm M cách dây r = 25cm trong trường hợp hai dòng điện cùng chiều

A B = 1,92.10-6T B B = 10-6T C B = 1,8.10-6T D B = 2.10-6T

Phân tích:

- Mục đích kiểm tra sự vận dụng bậc cao của học sinh kiến thức về công thức tính cảm ứng từ, nguyên lý chồng chất từ trường trong các trường hợp khác nhau:

- Học sinh nắm được bài và chọn đáp án đúng là câu A

Gọi B1, B2 lần lượt là cảm ứng từ do dòng điện I1, I2 gây ra tại M

Hai dòng điện cùng chiều:

- Học sinh chọn các đáp án còn lại khi không thuộc công thức

Vectơ cảm ứng từ tại M song song với AB và có chiều như hình vẽ

2.2.3 Dạng 3: Xác định cường độ dòng điện hoặc vị trí thỏa mãn biểu thức cảm ứng ứng từ tổng hợp cho trước

Đặt hai dây dẫn thẳng dài song song trong từ trường có cường độ dòng điện lần lượt là I1 và I2 cách nhau một khoảng a, điểm M được đặt trong mặt phẳng hai dòng điện, mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và khoảng cách là:

2.2 Với điều kiện cảm ứng từ tại một điểm nào đó bằng không nghĩa là:

Và từ (*) tìm một trong bốn đại lượng còn lại trong công thức

2.3 Với điều kiện cảm ứng từ thỏa mãn điều kiện bài toán ví dụ:

Và từ đó suy ra các đại lượng theo yêu cầu bài toán

Câu 3.1C: Hai dòng điện ngược nhau I1=3I2 xuyên qua mặt phẳng (P), song song và cách nhau a(m) như hình vẽ Vị trí điểm M