(SKKN 2022) Hướng dẫn học sinh lớp 11 vận dụng phương pháp tính toán số phức bằng máy tính cầm tay để giải một số bài tập vật lý tìm véc tơ cảm ứng từ tại nơi tồn tại nhiều từ trường

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM“HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 11 VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỐ PHỨC SỬ DỤNG MÁY TÍNH CẦM TAY GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP TÌM VÉC TƠ CẢM ỨNG TỪ TẠI NƠI TỒN TẠI NHIỀU TỪ TRƯỜNG”

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

“HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 11 VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỐ PHỨC SỬ DỤNG MÁY TÍNH CẦM TAY GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP TÌM VÉC TƠ CẢM ỨNG TỪ

TẠI NƠI TỒN TẠI NHIỀU TỪ TRƯỜNG”

Người thực hiện: Trịnh Thị Dung Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Vật lý

THANH HOÁ NĂM 2022

MỤC LỤC Trang

1 Mở đầu 2

1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Mục đích nghiên cứu……… 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 3

2 Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm ………… 4

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 4

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm………….4

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề ……… 6

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 18

3 Kết luận và kiến nghị 21

3.1 Kết luận 21

3.2 Kiến nghị 21

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay dưới hình thức thi trắc nghiêm khách quan, mỗi đề thi đều chứađựng lượng kiến thức lớn, số lượng câu hỏi nhiều, thời gian làm bài ngắn Vìvậy giáo viên ngoài việc dạy các em hiểu bản chất vật lý, biết vận dụng côngthức tính toán thì còn phải “nghĩ” ra nhiều cách để hướng dẫn học sinh giảinhanh các dạng bài tập, có hứng thú và thích học môn học mà mình giảng dạy.Nhằm nâng cao tốc độ giải bài tập vật lý cho học sinh người ta đã vận dụngphương pháp tính toán với số phức để giải nhiều dạng bài toán ở chương trìnhlớp 12 Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này để giải một số dạng bài toán ởlớp 11 lại chưa được chú trọng và chưa được sử dụng rộng rãi

Qua quá trình trực tiếp giảng dạy, dự giờ tôi nhận thấy đa số học sinh lớp

12 các em đã biết cách vận dụng phương pháp tính toán số phức để giải một sốdạng bài tập phần tổng hợp dao động điều hòa, viết phương trình dao động điềuhòa, viết biểu thức điện áp, dòng điện trong điện xoay chiều, một số bài tập dạngdao động điện từ… Bằng việc sử dụng phương pháp này các em có thể giảiquyết nhanh, dễ dàng các bài toán mà trước đây có thể coi là phức tạp, mấtnhiều thời gian Điều này giúp các em tiết kiệm được thời gian khi làm các bàithi trắc nghiệm Trong chương trình vật lý lớp 11 bản thân nhận thấy có một sốdạng toán có thể dùng phép cộng trừ số phức giải rất nhanh và đơn giản nhưngchưa thấy đồng nghiệp sử dụng nhiều Cụ thể là trong chương 4 vật lý lớp 11 cómột dạng toán tìm véc tơ cảm ứng từ tại nơi có nhiều dòng điện, thay vì sử dụngcác phương pháp truyền thống ta có thể dùng phương pháp cộng trừ số phức.Việc làm này vừa giúp các em giải nhanh bài tập lại vừa tạo “đà” cho các embiết cách vận dụng phương pháp tính toán số phức để giải các dạng toán sau nàykhi lên lớp 12

Vì những lí do trên tôi lựa chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh lớp 11 vận dụng phương pháp tính toán số phức bằng máy tính cầm tay để giải một số bài tập vật lý tìm véc tơ cảm ứng từ tại nơi tồn tại nhiều từ trường”

1.2 Mục đích nghiên cứu

Hướng dẫn học sinh lớp 11 nhận dạng và biết cách vận dụng phương pháp tính toán số phức bằng máy tính cầm tay để giải quyết một số bài tập tìm cảm ứng từ tại nơi có nhiều từ trường Đây là bước làm quen với phương pháp sử

dụng số phức, hiểu và biết khái quát thành phương pháp chung để áp dụng làmcác dạng bài tập tương tự

Lựa chọn một số bài tập tính toán, hướng dẫn phương pháp cộng trừ sốphức trên máy tính, hình thành cho học sinh kỹ năng sử dụng 2 loại máy tính

cầm tay đang được HS sử dụng thịnh hành hiện nay casio fx 570 vn plus vàcasio fx 580 vn plus

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Nội dung kiến thức của bài Từ trường của dòng điện chạy trong các dâydẫn có hình dạng đặc biệt thuộc chương IV Vật lý lớp 11 ban cơ bản

Cơ sở lý thuyết, phương pháp cộng trừ số phức bằng máy tính để giải một

số bài tập phần từ trường của nhiều dòng điện

Hệ thống một số bài tập có thể giải bằng máy tính và so sánh tốc độ giảivới các phương pháp giải truyền thống

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu cơ sở lí luận dạy học, mục tiêu đổi mới trong phương phápdạy học vật lý bậc THPT hiện nay

Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nội dung kiến thức bài Từ trường của dòngđiện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

Nghiên cứu các dạng bài tập vận dụng kiến thức của bài Từ trường củadòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt, hướng dẫn phươngpháp, hình thành kỹ năng cộng trừ số phức bằng máy tính cầm tay, hiểu và cóthể phát hiện các dạng bài tập có thể sử dụng phương pháp này

Lựa chọn sưu tầm một số bài tập tìm véc tơ từ trường tổng hợp của từtrường do nhiều dòng điện gây ra tại một vị trí trong một vùng không gian, tìmmột trong các véc tơ cảm ứng từ thành phần khi biết hướng độ lớn véc tơ cảmứng từ tổng hợp và các véc tơ cảm ứng từ thành phần khác Tìm góc lệch giữacác véc tơ này vv…

1.4.2 Phương pháp điều tra

Điều tra thông qua trao đổi, dự giờ đồng nghiệp, kiểm tra học sinh để biết

rõ thực tế của việc sử dụng máy tính bỏ túi để giải các bài tập vật lý tìm các véc

tơ cảm ứng từ tại nơi có nhiều véc tơ cảm ứng từ

Tìm hiểu thực tế của việc sử dụng máy tính cầm tay vào việc giải bài tậpvật lý của học sinh lớp 11 trường THPT Thọ Xuân 4

1.4.3 Thực nghiệm sư phạm

Tiến hành thực nghiệm sư phạm trên các lớp bản thân giảng dạy: hướngdẫn các em dùng máy tính, hiểu về số phức, cách biểu diễn một véc tơ thành sốphức, nhận dạng các bài toán có thể áp dụng phương pháp tính số phức, biếtcách vận dụng giải và giải đúng được những bài tập mẫu và những bài tập luyệntập

Phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm sư phạm

Đánh giá quá trình thực nghiệm sư phạm có đối chứng với mục tiêunghiên cứu của đề tài, đánh giá hiệu quả của việc áp dụng đề tài vào thực tế

So sánh kết quả đạt được của lớp thực nghiệm sư phạm áp dụng đề tài vàlớp đối chứng không áp dụng từ đó rút ra kết luận về tính hiệu quả của đề tài.

1.4.4 Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học để phân tích, đánh giá, trình bàycác kết quả thực nghiệm

2 NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

2.1.1 Định nghĩa bài tập vật lý

Bài tập vật lý là những câu hỏi có liên quan đến những kiến thức đã họctrong bài học Có thể vận dụng các kiến thức đã học để tìm ra phương pháp giải.Quá trình giải bài tập sẽ giúp người học ôn tập kiến thức lý thuyết vật lý đã học,khắc sâu kiến thức và rèn luyện khả năng tư duy của bản thân

Quá trình giải các bài tập vật lý học sinh cần vận dụng những định luật,định lý, hệ quả, công thức đã học trong phần lý thuyết Ngoài ra còn phải tư duylogic, liên hệ với thực tế đời sống

2.1.2 Phân loại bài tập vật lý

Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý Nếu dựa vào mức độ khó khăn củabài tập đối với học sinh, có thể chia bài tập vật lý thành bài tập tập dượt, bài tậptổng hợp, bài tập sáng tạo

2.1.3 Bài tập tính toán

Bài tập tính toán là những bài tập mà muốn giải, chúng ta phải thực hiệnmột loạt phép tính và kết quả là thu được một đáp số định lượng, tìm giá trị củamột số đại lượng vật lý Có thể chia bài tập tính toán ra làm hai loại: bài tập tínhtoán tập dượt và bài tập tính toán tổng hợp

a) Bài tập tính toán tập dượt

Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ

đề cập đến một vài phép tính đơn giản

Ví dụ : Dòng điện chạy qua một dây dẫn thẳng dài đặt nằm ngang trong không

khí có cường độ 63A, độ lớn cảm ứng từ tại điểm cách nó 4,5 cm là:

b) Bài tập tính toán tổng hợp

Bài tập tính toán tổng hợp là bài tập mà muốn giải nó thì phải vận dụngnhiều khái niệm, định luật, dùng nhiều kiến thức Những kiến thức cần sử dụngtrong việc giải bài tập tổng hợp có thể là những kiến thức đã học trong nhiều bàitrước

Ví dụ: Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách nhau 10cm trong không

A 4.10−5T B 8.10−5T C 12.10−5T D 16.10−5T [4]

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

2.2.1 Thực trạng về việc vận dụng các phương pháp để giải các bài tìm các véc tơ cảm ứng từ tại một điểm có nhiều từ trường.

Hiện nay số lượng đơn vị kiến thức đưa vào đề thi tốt nghiệp THPT là khá lớn,bao gồm cả chương trình vật lý lớp 11 và vật lý lớp 12 Mỗi đơn vị kiến thức lại

có nhiều dạng bài tập khác nhau, phương pháp giải truyền thống ở một số dạngbài tập đôi khi không còn phù hợp nữa Những bài toán có số liệu cụ thể, số lớn,

lẻ số cần có sự hỗ trợ đắc lực của máy tính cầm tay

Trong chương IV vật lý lớp 11 có một dạng bài tập đó là dạng bài tập tìm véc tơcảm ứng từ tại một điểm nơi có nhiều dòng điện,nhiều nam châm nơi có nhiều

từ trường chúng ta vẫn sử dụng phương pháp giải truyền thống thì thời gian giảimột bài tập sẽ lâu hơn, thậm chí phải biến đổi những phép toán phức tạp mớilàm ra được Đó là việc các em tìm véc tơ cảm ứng từ tổng hợp tại nơi có từ 3dòng điện trở lên, 3 véc tơ cảm ứng từ trở lên Việc này đã phần nào gây khókhăn cho học sinh trong quá trình học tập môn Vật lý, nhất là những em có kiếnthức toán non yếu, nhiều em gặp khó khăn trong việc sử dụng các phương pháptính toán truyền thống

Trong quá trình giảng dạy môn Vật lý tại đơn vị, kết hợp với việc trao đổichuyên môn với các đồng nghiệp ở trường lân cận, tôi nhận thấy đa số các emvẫn vận dụng những phương pháp cũ, công thức cũ để giải Cụ thể là:

- Trước một bài toán tìm độ lớn véc tơ cảm ứng từ tổng hợp tại một vị trí có

với thành phần điệntrường còn lại [1].

Với các cách làm này các em có thể giải ra đáp số nhưng thời gian giải lại khálâu, nhất là những bài không có dấu hiệu nào đặc biệt

Còn với các bài toán cho biết véc tơ cảm ứng từ tổng hợp, một số véc tơ cảmứng từ thành phần, yêu cầu tìm véc tơ cảm ứng từ thành phần còn lại thì các emlại tỏ ra khá lúng túng và chậm cho ra kết quả

2.2.2 Thực trạng về vấn đề sử dụng máy tính giải các bài tập tìm véc tơ cảm ứng từ tại nơi có nhiều từ trường ở trường trung học phổ thông nơi tôi giảng dạy và trong lớp của một vài giáo viên trường khác.

Qua việc dự giờ các tiết dạy của đồng nghiệp cũng như trò chuyện với một

số giáo viên dạy các trường gần nơi tôi cư trú Cho thấy:

- Đa số các giáo viên chủ yếu hướng dẫn học sinh vận dụng các phươngpháp giải truyền thống mà chưa chú trọng hướng dẫn các em sử dụng máy tính

để giải Kĩ năng vận dụng máy tính của các em để giải bài tập dạng này chưanhiều

- Tốc độ giải bài tập của các em chưa đạt như mong muốn, một số em biếnđổi toán học chậm cảm thấy khó khăn trong quá trình giải bài tập, hứng thú họctập môn Vật lý có phần bị ảnh hưởng

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

Trước thực trạng vừa nêu trên, bản thân tôi nhận thấy để tăng tốc độ giảicác bài tập phần tìm một véc tơ cảm ứng từ tại nơi có nhiều dòng điện hoặc tạinơi có nhiều véc tơ cảm ứng từ chồng chất lên nhau nên hướng dẫn các em sửdụng máy tính Hình thành sớm cho các em kỹ năng sử dụng máy tính, cộng, trừ

số phức để tìm ra độ lớn cũng như hướng của véc tơ cảm ứng từ cần tìm

2.3.1 Lý thuyết cơ bản về cảm ứng từ và cảm ứng từ tại nơi có nhiều dòng điện

Mối liên hệ giữa hướng của véc tơ cảm ứng từ

và lực từ tuân theo quy tắc bàn tay trái

Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn

b Từ trường của nhiều dòng điện

Véc tơ cảm ứng từ tại điểm do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các véc tơcảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm ấy

B Br= +r Br

2.3.2 Phương pháp sử dụng máy tính để thực hiện giải bài tập

Ở đây tôi hướng dẫn học sinh sử dụng 2 loại máy tính: CASIO –fx 570 VNPLUS và CASIO- fx 580 VN X

a) Cơ sở lý thuyết của phương pháp

Như ta đã biết một vec tơ có thể biểu diễn thành một số phức dưới dạng:z= a+bi

như hình vẽ bên:

trên dướidạng số phức chúng ta chọn trục Ox là trục

Khi muốn tìm các véc tơ cảm ứng từ ta chỉ việc biểu diễn các véc tơ đóthành các số phức và thực hiện phép cộng, trừ các số phức trên máy tính [3],[5],[4]

b) Chọn chế độ mặc định của máy tính

Máy CASIO fx–570VN PLUS bấm SHIFT MODE 1 hiển thị 1 dòng

(MthIO) Màn hình xuất hiện Math.

Br

B r

O

+ Để thực hiện phép tính về số phức thì bấm máy: MODE 2 màn hình xuất

hiện chữ CMPLX

+ Để cài đặt đơn vị đo góc (Deg, Rad):

Chọn đơn vị đo góc là độ (D) ta bấm máy: SHIFT MODE 3 trên màn hình hiển

+ Để cài đặt đơn vị đo góc (Deg, Rad):

Chọn đơn vị đo góc là độ (D) ta bấm máy: SHIFT MENU 2 1 trên màn hình

+ Với máy tính CASIO fx-570VN

PLUS

+ Chọn mode: Bấm máy: MODE 2 màn hình xuất hiện chữ CMPLX

+ Chọn đơn vị đo góc là độ (D) ta bấm: SHIFT MODE 3 trên màn hình hiển thị

+Chọn đơn vị đo góc là Rad (R) ta bấm: SHIFT MODE 4 trên màn hình hiển thị

Lưu ý :Khi thực hiện phép tính kết quả được hiển thị dạng đại số: a +bi (hoặc

dạng cực: B∠ α)

+ Với máy tính CASIO fx-580VN X

+ Chọn mode: Bấm máy: MENU 2 nếu màn hình xuất hiện chữ i là máy đang

O

B r

x

60 0

+ Chọn đơn vị đo góc là độ (D) ta bấm: SHIFT MENU 2 1 trên màn hình

+Chọn đơn vị đo góc là Rad (R) ta bấm: SHIFT MENU 2 2 trên màn hình

Lưu ý :Khi thực hiện phép tính kết quả được hiển thị dạng đại số: a +bi (hoặc

dạng cực: B∠ α)

2 2 + i, muốn chuyển sang dạng cực

+ Với máy tính CASIO fx-580VN X

2 2 + i, muốn chuyển sang dạng cực

2.3.3 Vận dụng giải một số bài tập tìm vecto cảm ứng từ tổng hợp

2.3.3.1.Xác định độ lớn cảm ứng từ tổng hợp và góc tạo bởi véc tơ cảm ứng từ tổng hợp với trục chuẩn

hợp với trục chuẩn

trường tổng hợp với trục chuẩn

+Với máy fx-570VN PLUS:

quả

+Với máy fx-580VNX:

chuẩn

Lưu ý : Chế độ hiển thị màn hình kết quả: Sau khi nhập ta ấn dấu = có thể

hiển thị kết quả dưới dạng số vô tỉ, muốn kết quả dưới dạng thập phân ta ấn phím SD để chuyển đổi kết quả hiển thị.

Ví dụ 3: Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách nhau 10cm trong

Br

a) Điểm M cách mỗi dây 10cm nên tam giác

Bước 2: +Với máy fx-570VN PLUS:

Bấm chọn MODE 2 trên màn hình xuất hiện chữ: CMPLX Bấm SHIFT chọn

5

hợp với Br1

1

Br

Bước 3: Chọn đáp án C.

Ví dụ 4: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 20 cm trong không

cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra tại điểm M cách dây dẫn mang

Hướng dẫn.

Bước 1: Giả sử hai dây dẫn được đặt vuông góc với

Bước 2: + Với máy fx-570VN PLUS:

Bấm chọn MODE 2 trên màn hình xuất hiện chữ: CMPLX Bấm SHIFT chọn

vị là D: độ)

là R: Radian)

Với máy fx-580VN X : + Với máy fx-580VNX:

với

trục chuẩn

Ví dụ 5: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 20 cm trong không

cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra tại điểm M cách đều hai dây

+Với máy fx-570VN PLUS:

Đầu tiên để chọn chế độ là D:độ bấm SHIFT MODE 3 (Nếu muốn chọn chế

độ là R: Radian thì bấm SHIFT MODE 4 )

B1=6.10-6T

B AM I

2.10 −

Ví dụ 6: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 10 cm trong không

hai dây dẫn một đoạn 20cm đặt một đoạn dây dẫn dài 1m mang dòng điện cùng

Hướng dẫn

Bước 1: Theo quy tắc bàn tay trái ta xác định được

chiều của cảm ứng từ tổng hợp như hình vẽ:

+Với máy fx-570VN PLUS:

Đầu tiên để chọn chế độ là D:độ bấm SHIFT MODE 3 (Nếu muốn chọn chế

độ là R: Radian thì bấm SHIFT MODE 4 )

2.3.3.3 Tìm véc tơ cảm ứng từ tổng hợp của nhiều véc tơ cảm ứng từ.

trường tổng hợp tại điểm đó và góc tạo bởi cường độ điện trường tổng hợp vớitrục chuẩn bằng bao nhiêu?

Lưu ý: khi chọn trục chuẩn ta nên chọn trùng với 1 trong số các vecto cường độ

điện trường thành phần, chiều dương ngược chiều kim đồng hồ

Với máy fx-570VN PLUS: Bấm chọn MODE 2 trên màn hình xuất hiện