Bài tập vật lý có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình nhận thức và phát triển năng lực tƣ duy của ngƣời học, giúp cho ngƣời học ôn tập đào sâu mở rộng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo ứng dụng vật lý vào thực tiễn, góp phần phát triển tƣ duy sáng tạo. Vì vậy, phân loại và đề ra phƣơng pháp giải bài tập vật lý là việc làm rất quan trọng và cần thiết đối với sinh viên sƣ phạm.
Lý chọn đề tài
Bài tập vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tư duy và nhận thức của người học, giúp họ ôn tập và mở rộng kiến thức Việc phân loại và đề ra phương pháp giải bài tập vật lý là cần thiết cho sinh viên sư phạm, nhằm rèn luyện kỹ năng ứng dụng vật lý vào thực tiễn và phát triển tư duy sáng tạo.
Vật lý học được hình thành từ thực nghiệm, do đó, tính chất cơ bản của nó là thực nghiệm Để diễn đạt các quy luật vật lý một cách chính xác và chặt chẽ, cần sử dụng phương pháp toán học Vật lý lý thuyết kết hợp giữa phương pháp thực nghiệm và toán học, mang nội dung vật lý cùng với phương pháp toán học Điện động lực học, một nhánh của vật lý lý thuyết, cũng mang những đặc điểm này, nghiên cứu và biểu diễn các quy luật tổng quát nhất của trường điện từ cùng với mối tương quan của nó với nguồn gây ra trường.
Sau khi hoàn thành học phần Điện động lực, tôi nhận thấy đây là một môn học khá khó khăn do tính mới mẻ của nó với nhiều hiện tượng, khái niệm và định luật chưa quen thuộc Để giải quyết bài tập trong môn này, sinh viên cần nắm vững quy luật, bản chất vật lý và áp dụng các phương pháp toán học như phương trình, hàm số, vi tích phân, và các phương pháp gần đúng Tuy nhiên, với kiến thức toán học còn hạn chế, việc tìm ra phương pháp giải cho bài tập Điện động lực trở nên khó khăn.
Mục đích của bài viết là khám phá mối liên hệ giữa các hiện tượng vật lý có tính quy luật và các mô hình toán học cụ thể, nhằm nâng cao khả năng hiểu biết về ý nghĩa vật lý của các mô hình trong Điện động lực học và vật lý lý thuyết Để thực hiện điều này, tôi đã chọn đề tài “Giải một số bài tập điển hình của trường điện từ chuẩn dừng”.
Đối tƣợng nghiên cứu và đặc điểm môn học
Đối tƣợng nghiên cứu
Hệ thống các bài tập Điện động lực trong trường điện từ chuẩn dừng và các mô hình toàn học tương ứng với các mức độ nhận thức.
Đặc điểm của môn học
Điện động lực học là một lĩnh vực trong vật lý lý thuyết, mang những đặc điểm chung của ngành này Một trong những đặc trưng nổi bật là sự kết hợp giữa nội dung vật lý và phương pháp toán học Do đó, Điện động lực học và vật lý lý thuyết có hai nhiệm vụ chính là nghiên cứu các hiện tượng điện từ và phát triển các công cụ toán học để mô tả chúng.
Các quy luật vật lý được diễn tả qua các hệ thức định lượng, thiết lập mối liên hệ giữa các sự kiện quan sát trong thực nghiệm Điều này giúp xây dựng lý thuyết tổng quát, bao gồm nhiều hiện tượng thuộc các lĩnh vực điện và từ, đồng thời giải thích một phạm vi rộng rãi các hiện tượng vật lý.
Lý thuyết điện từ của Maxwell đã kết hợp hai loại tương tác cơ bản là điện và từ, dựa trên quan điểm về tính liên tục của các phân bố điện tích, dòng điện và không gian của trường Trong lý thuyết này, Maxwell bỏ qua cấu trúc phân tử và nguyên tử của vật chất, cũng như tính gián đoạn của các điện tích.
Thuyết electron là một lý thuyết mô tả các hiện tượng điện từ, trong đó xem xét cấu trúc gián đoạn của điện tích và cấu trúc phân nguyên tử của không gian.
Thuyết tương đối là một lý thuyết tổng quát giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của điện động lực học, đồng thời cung cấp những mô tả gần gũi hơn với thực tiễn tồn tại của các hiện tượng này.
Sử dụng phương pháp toán học để mô tả và phân tích các hiện tượng và quy luật vật lý, nhằm khám phá những quy luật mới và tổng quát hơn Phương pháp này cho phép dự đoán các mối quan hệ mới giữa các hiện tượng vật lý mà thực nghiệm chưa thể chứng minh.
Phương pháp toán học trong điện động lực học có những đặc điểm riêng, nổi bật là tính gần đúng của các nghiệm vật lý trong phương trình Sự vật và hiện tượng trong lĩnh vực này tồn tại trong nhiều mối quan hệ phức tạp, do đó cần lựa chọn các tương quan chủ yếu để xác định nghiệm vật lý phù hợp.
Giả thuyết khoa học
Dựa trên mức độ nhận thức, việc phân loại và đề xuất phương pháp giải bài tập Trường điện từ chuẩn dừng phù hợp với chương trình đào tạo giáo viên trung học phổ thông sẽ góp phần nâng cao chất lượng học tập của sinh viên.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp đọc sách và nghiên cứu tài liêu
Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.
NỘI DUNG
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trường điện từ chuẩn dừng là loại trường mà quan sát viên trong hệ quy chiếu nhận thấy điện tích và dòng điện biến thiên chậm theo thời gian, đủ để bỏ qua dòng điện dịch và hiệu ứng trễ theo không gian Mối liên hệ giữa từ trường biến thiên và điện trường xoáy, cùng với dòng điện dẫn tạo ra từ trường xoáy, vẫn tuân theo dạng phương trình của trường điện từ dừng, nhưng có sự phụ thuộc vào thời gian trong các đại lượng động lực học Do đó, việc giả định các phương trình và tìm kiếm các đại lượng động lực học tương tự như trường điện từ dừng là cần thiết Chúng ta sẽ tập trung khảo sát các mạch điện chuẩn dừng với các tham số R, L, C và hiệu ứng mặt ngoài, nhằm đặc trưng cho trường điện từ chuẩn dừng trong các vật dẫn chuyển động.
1 Các phương trình Maxwell của trường điện từ chuẩn dừng trong chân không
Trường điện từ chuẩn dừng là trường điện từ biến thiên đủ chậm theo thời gian, tức là thỏa mãn các điều kiện chuẩn dừng
Mật độ dòng điện dịch rất bé so với mật độ dòng điện dẫn
Bỏ qua hiệu ứng trễ theo không gian, nghĩa là kích thước miền khảo sát phải rất bé so với bước sóng dao động của trường: x 0 b) Tính toàn bộ năng lƣợng tỏa ra trong điện trở sau khi c) Chứng tỏ rằng kết quả ở câu (b) bằng năng lƣợng tích trữ trong cuộn cảm ở thời điểm
Cuộn cảm đóng vai trò ban đầu là tích trữ năng lƣợng sau đó khi đảo điện sang vị trí 2 thì năng lƣợng chuyển dần sang
Năng lƣợng tỏa ra trong thời gian
Toàn bộ năng lƣợng tỏa ra trong ∫ ∫
Bài 10: Cho một dây dẫn tam giác đều kín, có chiều cao và một dây dẫn dài trong cùng mặt phẳng với tam giác Dây song song và cách cạnh đáy tam giác một đoạn Tìm hệ số hổ cảm của hai dây? Giả thiết rằng phần quay trở lại của dây dẫn thẳng dài là rất xa
Bài giải: là hệ số hổ cảm của 2 dây
Tính toán từ thông qua dây dẫn thẳng dài trong tiết diện dây dẫn hình tam giác bằng cách chia tam giác thành các dải nhỏ song song với đáy Trong tam giác AMN, chúng ta có các yếu tố cần thiết để xác định từ thông.
Dây dẫn dài nên ta có thay vào biểu thức từ thông ta có:
* Tích phân 2 vế ta đƣợc:
Vậy hệ số hổ cảm của 2 cuộn dây là