Đang tải... (xem toàn văn)
Trắc nghiệm khách quan trong vài năm trở lại đây không còn là điều gì xa lạ với cả thầy và trò trong nhà trường THPT đặc biệt là với các thầy cô tham gia ôn luyện thi đại học môn Vật lí.
ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn SOẠN THẢO HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG "DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ" CHUẨN VÀ PHÂN TÍCH SAI LẦM THƯỜNG MẮC CỦA HỌC SINH KHI LÀM BÀI THI PHẦN KIẾN THỨC NÀY Trắc nghiệm khách quan trong vài năm trở lại đây không còn là điều gì xa lạ với cả thầy và trò trong nhà trường THPT đặc biệt là với các thầy cô tham gia ôn luyện thi đại học môn Vật lí. Nhưng theo tôi không có nhiều người thực sự đầu tư thời gian và sức lực cho việc nghiên cứu quy trình thiết lập và tự xây dựng cho mình một bộ câu hỏi chuẩn trong quá trình luyện thi theo đủ các bước cơ bản: Phân tích cấu trúc chương trình, thiết lập ma trận đề, Phân bố số câu hỏi theo ma trận, lắp nội dung yêu cầu từng loại câu hỏi theo ma trận, xây dựng bộ câu hỏi tương ứng, phân tích những sai lầm có thể mắc của học sinh, thực nghiệm trên đối tượng, đánh giá kết quả bổ sung, Với tinh thần trên và để phục vụ thiết thực cho việc ôn luyện thi đại học tôi tiến hành xây dựng bộ câu hỏi chuẩn chương: ‘‘Dao động và sóng điện từ ’’- Vật lí 12 đồng thời phân tích rõ những sai lầm thường mắc của học sinh trên từng câu hỏi. 1. Đặc điểm cấu trúc nội dung chương "Dao động và sóng điện từ" ở lớp 12 THPT 1.1. Đặc điểm nội dụng chương "Dao động và sóng điện từ" Đây là chương thuộc phần dao động và sóng của chương trình vật lí lớp 12 THPT. Trong SGK vật lí lớp 12 chương này đề cập tới những khái niệm và hiện tượng sau: 1. Dao động điên từ trong mạch LC lí tưởng, khái niệm dao động điện từ tự do. 1 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn 2. Khái niệm dao động điện tắt dần, khái niệm dao động điện từ duy trì và khái niệm dao động điện từ cưỡng bức, hiện tượng cộng hưởng điện. 3. Khái niệm điện từ trường, khái niệm sóng điện từ. 4. Ứng dụng của sóng điện từ trong thông tin liên lạc, nguyên tắc thu phát sóng điện từ. Việc nắm vững các khái niệm, hiện tượng trong chương này sẽ giúp HS củng cố các kiến thức thuộc phần dao động cơ học, thấy được sự tương tự giữa dao động điện từ và dao động cơ học. Các kiến thức về sóng điện từ giúp HS giải thích một số hiện tượng thường gặp cũng như hiểu được sơ bộ các ứng dụng của sóng điện từ trong đời sống, kĩ thuật và quân sự. 1.2. Sơ đồ cấu trúc logic nội dung chương " Dao động và sóng điện từ " Để hiểu được khái niệm dao động điện từ trước hết phải chứng minh được các đại lượng q,i trong mạch dao động LC lí tưởng biến đổi điều hòa theo thời gian. Qua đó còn thấy được tần số của dao động điện từ trong mạch dao động LC chỉ phụ thuộc vào điện dung của tụ điện và độ tự cảm của cuộn dây. Đây chính là cơ sở để HS hiểu được nguyên tắc hoạt động của mạch chọn sóng. Từ khái niệm dao động điện từ, cũng giống như dao động cơ học, sẽ nghiên cứu các loại dao động: Dao động điện từ tự do; dao động điện từ duy trì; dao động điện từ cưỡng bức và sự cộng hưởng. Sự biến thiên của điện trường và từ trường hình thành một khái niệm: Điện từ trường. Từ khái niệm điện từ trường sẽ hình thành khái niệm sóng điện từ qua đó hình thành khái niệm sóng vô thuyến và các ứng dụng của nó trong thông tin liên lạc. Trên cơ sở các kiến thức đã biết, cuối cùng sẽ tìm hiểu nguyên tắc phát và thu sóng điện từ. 2 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn .2. Nội dung về kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học. .2.1. Nội dung kiến thức khoa học Dao động điện từ trong mạch LC lí tưởng. Mức độ cần đạt ở trường THPT * Xét mạch LC lí tưởng - Qui luật biến thiên của q,u,i + Điện tích trên mỗi bản tụ điện : q = Q 0 cos( ϕω +t ) + Điện áp giữa hai bản tụ điện : u = U 0 cos( ϕω +t ) + Cường độ dòng điện trong mạch: i = I 0 cos( ϕω + t 2 π + ) 3 Dao động và sóng điện từ Điện từ trường Dao động điện từ trong mạch LC Dao động điện từ tự do Dao động điện từ tắt dần Dao động điện từ duy trì Dao động điện từ cưỡng bức Điện từ trường Sóng điện từ Các đặc trưng riêng Phương trình của điện tích Phương trình của điện áp giữa hai bản tụ Phương trình của cường độ dòng điện Năng lượng điện từ Hiện tượng cộng hưởng điện Truyền thông bằng sóng điện từ ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn Vậy: điện tích q của một bản tụ điện, điện áp u giữa hai bản tụ và cường độ dòng điện trong mạch biến thiên điều hòa theo thời gian với cùng tần số, q và u cùng pha với nhau; i sớm pha 2 π so với q và u. - Các đặc trưng riêng của mạch dao động Tần số góc riêng: LC 1 = ω Chu kì riêng: T = LC π ω π 2 2 = Tần số riêng: f = LC T π 2 11 = - Năng lượng điện từ trong mạch dao động + Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện W C = ( ) [ ] ϕωϕω 22cos1 4 1 )(cos 2 1 2 1 2 0 2 2 0 2 ++=+= t C Q t C Q C q ⇒ W C (max) = 00 2 0 2 1 2 1 UQ C Q = + Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm W L = ( ) [ ] ϕωϕω 22cos1 4 1 )(sin 2 1 2 1 2 0 22 0 2 +−=+= tLItLILi 2 0(max) 2 1 LIW L =⇒ = C Q 2 0 2 1 = W C (max) + Năng lượng điện từ toàn phần trong mạch của mạch LC W = W C + W L = hằng số W = W C(max) = W L(max) Vậy: + Trong quá trình dao động của mạch, năng lượng từ trường và năng lượng điện trường luôn chuyển hóa cho nhau, nhưng tổng của năng lượng điện từ là không đổi. + Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn cùng tần số, tần số này gấp 2 lần tần số của dao động điện từ trong mạch. 4 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn + Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn ngược pha nhau. * Định nghĩa dao động điện từ tự do: sự biến thiên điều hòa theo thời gian của điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường → E và cảm ứng từ → B ) trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ tự do. Các loại dao động điện từ Mức độ cần đạt ở trường THPT * Dao động điện từ tắt dần - Dao động điện từ có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động điện từ tắt dần. - Nguyên nhân: + Do tỏa nhiệt trên điện trở R của toàn mạch. + Do bức xạ điện từ ra bên ngoài. - Đặc điểm: Trong trường hợp dao động điện từ tắt dần chậm, chu kì dao động điện từ tắt dần chậm gần đúng bằng chu kì của dao động điện từ riêng trong mạch dao động lí tưởng tương ứng. * Dao động điện từ duy trì. - Dao động điện từ duy trì là dao động điện từ riêng của một mạch dao động đã được bù năng lượng để nó không bị tắt dần. - Đặc điểm: +Dao động duy trì có tần số bằng tần số dao động riêng của mạch. +Biên độ của dao động duy trì không thay đổi. * Dao động điện từ cưỡng bức. - Dao động điện từ cưỡng bức là dao động điện từ mà ta tạo ra trong một mạch dao động bằng cách đặt vào mạch đó một điện áp xoay chiều. Tần số của dao động điện từ cưỡng bức là tần số của điện áp cưỡng bức. - Đặc điểm: 5 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn + Dao động điện từ cưỡng bức có tần số bằng tần số của điện áp xoay chiều cưỡng bức đã tạo ra nó. + Biên độ của dao động điện từ cưỡng bức phụ thuộc rất mạnh vào hiệu 0 ωω − giữa tần số góc ω của điện áp xoay chiều cưỡng bức và tần số góc của dao động riêng 0 ω của mạch. - Hiện cộng hưởng điện: Hiện tượng biên độ dòng điện của dao dộng điện từ cưỡng bức đạt giá trị cực đại khi tần số góc của nguồn điện xoay chiều kích thích có giá trị bằng tần số góc riêng của mạch dao động được gọi là hiện tượng cộng hưởng điện. Điện từ trường và sóng điện từ. Mức độ cần đạt ở trường THPT. * Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường - Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy. Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là các đường cong kín. - Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường. Đường sức của từ trường bao giờ cũng khép kín. * Điện từ trường - Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường đều sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian và ngược lại, mỗi biến thiên theo thời gian của điện trường cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh. Hai trường biến thiên này liên quan mật thiết với nhau và là hai thành phần của một trường thống nhất, gọi là điện từ trường. 6 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn Vậy: Vùng không gian có sự biến thiên liên tục của điện trường và từ trường được gọi là điện từ trường. * Sóng điện từ. - Định nghĩa: sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. - Đặc điểm của sóng điện từ + Sóng điện từ lan truyền được trong các điện môi(rắn, lỏng, khí) và trong cả chân không.Tốc độ của sóng điện từ trong chân không có giá trị lớn nhất bằng c (với c = 3.10 8 m/s) bằng tốc độ của ánh sáng trong chân không. + Sóng điện từ là sóng ngang: Trong quá trình truyền sóng vectơ cường độ điện trường → E và vectơ cảm ứng từ → B luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. + Trong sóng điện từ, dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau. + Trong quá trình truyền sóng, sóng điện từ mang theo năng lượng. + Sóng điện từ tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và giao thoa. Truyền thông bằng sóng điện từ Mức độ cần đạt ở trường THPT. *Sóng vô tuyến và các loại sóng vô tuyến. - Định nghĩa: Những sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilômet được dùng trong thông tin liên lạc vô tuyến gọi là sóng vô tuyến. - Các loại sóng điện từ: Tên sóng Sóng cực ngắn Sóng ngắn Sóng trung Sóng dài Bước sóng λ m01,0 m10 ÷ m10 m200 ÷ m200 m3000 ÷ m3000> - Sự phản xạ của các sóng vô tuyến trên tầng điện li + Các sóng dài, trung và ngắn đều bị tầng điện li phản xạ với các mức độ khác nhau. 7 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn Đặc biệt, sóng ngắn phản xạ rất tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt đất và mặt nước biển. Do đó các sóng ngắn có thể truyền đi rất ra xa trên mặt đất (qua nhiều lần phản xạ giữa tầng điện li và mặt đất). + Sóng cực ngắn không bị phản xạ mà đi xuyên qua tầng điện li hoặc chỉ có khả năng truyền thẳng từ nơi phát đến nơi thu. Vì vậy sóng cực ngắn hay được dùng để thông tin trong cự li vài chục kilômet hoặc truyền thông tin qua vệ tinh. - Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển. + Khi các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn truyền đi trong khí quyển sẽ bị các phần tử không khí hấp thụ rất mạnh nên các sóng này không thể truyền đi xa được. + Sóng ngắn cũng bị không khí hấp thụ rất mạnh, tuy nhiên, trong một số vùng tương đối hẹp của bước sóng, các sóng ngắn hầu như không bị không khí hấp thụ. Người ta lợi dụng điều này để truyền thông tin đi xa. * Nguyên tắc thu, phát thanh bằng sóng vô tuyến - Nguyên tắc chung của việc thu phát thanh bằng sóng điện từ. + Phải dùng sóng điện từ cao tần làm sóng mang. + Phải biến điệu sóng mang. + Ở nơi thu phải tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu cao tần. + Khi tín hiệu thu nhỏ phải khuếch đại chúng bằng mạch khuếch đại. - Sơ đồ khối của máy phát thanh vô tuyến đơn giản. Micrô (1); mạch phát dao động điện từ cao tần (2); mạch biến điệu (3); mạch khuếch đại cao tần (4) và anten phát (5). - Sơ đồ khối của một máy thu thanh vô tuyến đơn giản 8 6 3 4 5 2 1 4 5 3 1 2 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn Anten thu(1); mạch chọn sóng (2); mạch khuếch đại cao tần biến điệu (3); mạch tách sóng(4); mạch khuếch đại âm tần(5) và loa (6). 2.2. Các kĩ năng cơ bản học sinh cần rèn luyện Cùng với việc nắm vững kiến thức cơ bản ở trên HS cần rèn luyện những kĩ năng cơ bản sau: - Kĩ năng suy luận lí thuyết. + Từ kiến thức đã học về tụ điện về hiện tượng cảm ứng điện từ HS suy luận trong mạch LC có một dao động điện từ. + Kĩ năng vận dụng những kiến thức đã học liên hệ với các qui luật phương trình mới học để đưa ra những kết luận tương tự. + Từ các khái niệm về điện trở R là thuần trở của cuộn dây, điện trở R này gây ra hiệu ứng Jun-Lenxơ tỏa nhiệt làm năng lượng của mạch giảm. Năng lượng của mạch còn mất do bức xạ sóng điện từ ra không gian xung quanh làm cho dao động của mạch LC là dao động tắt dần. Từ đó muốn duy trì dao động phải bù năng lượng. + Từ kiến thức về điện từ trường, hiện tượng cộng hưởng suy luận ra sóng điện từ, cách phát và thu sóng điện từ. - Kĩ năng quan sát các hình ảnh mô phỏng để hiểu rõ bản chất hiện tượng một cách sâu sắc và các quá trình xảy ra trong mạch với các qui luật được rút ra từ lí thuyết - Kĩ năng vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng có liên quan, giải thích sự tạo thành dao động điện từ trong mạch dao động, sự tạo thành điện từ trường, sóng điện từ, tính chất sóng điện từ, sự thu và phát sóng điện từ. - Kĩ năng vẽ đồ thị, ứng dụng kiến thức để giải bài tập. 3. Soạn thảo hệ thống câu hỏi theo phương pháp trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn chương "Dao động và sóng điện từ" Vật lí lớp 12 -THPT 9 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn Ở đây chúng tôi soạn thảo hệ thống câu hỏi theo phương pháp trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn cho chương "Dao động và sóng điện từ ", mỗi câu hỏi có 4 lựa chọn trong đó chỉ có một lựa chọn đúng. Các phương án nhiễu được xây dựng trên sự phân tích những sai lầm của HS khi học chương "Dao động và sóng điện từ ". Trong hệ thống các câu hỏi có thể dùng để làm bài kiểm tra đầu giờ, cuối giờ, 15 phút, 1 tiết hoặc các bài kiểm tra cuối chương, cuối kì. Tùy vào mục đích kiểm tra và đối tượng kiểm tra mà GV có thể chọn số lượng và câu hỏi cụ thể. Nghiên cứu về cách phân loại các hoạt động nhận thức, vận dụng vào phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng tôi chỉ quan tâm đến ba trình độ nắm vững tri thức là: nhận biết (nhớ), hiểu và áp dụng trong trường hợp quen thuộc, vận dụng linh hoạt giải quyết vấn đề mới. 3.1.Bảng ma trận 2 chiều liên hệ giữa nội dung kiến thức và cấp độ nhận thức. Trong chương "Dao động và sóng điện từ", chúng tôi chia ra thành bốn khối kiến thức cơ bản: 1. Dao động điện từ trong mạch LC lí tưởng. 2. Dao động điện từ tắt dần, dao điện từ duy trì và dao động điện từ cưỡng bức. 3. Sóng điện từ. 4. Truyền thông bằng sóng điện từ. Trình độ Nội dung Nhận biết (nhớ) Hiểu và áp dụng trong tình huống quen thuộc Vận dụng (vận dụng linh hoạt giải quyết vấn đề mới) 1. Dao động điện từ trong mạch LC lí tưởng +Nhận ra được cấu tạo của mạch LC. + Nhớ được các công thức LC= ω + Giải thích được sự hoạt động của mạch LC. + Hiểu được mối quan hệ giữa điện dung của tụ điện và độ tự cảm của + Xác định được ω ,f,T trong các mạch dao động có 10 [...]... hòa cùng tần số tức là cùng qui luật và nhớ được biểu thức WC = 2C chọn phương án sai D Câu 5: Khi mạch dao động lí tưởng hoạt động, hai đại lượng biến thi n điều hòa ngược pha nhau là A điện tích của tụ điện và cường độ dòng điện trong mạch B điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản tụ C năng lượng từ trường và năng lượng điện từ D năng lượng điện trường và năng lượng từ trường Mục tiêu: Kiểm... duy trì và lệch ω và ω0 Khi ω = dao động điện từ cưỡng + Lấy được ví dụ ω0 thì cộng hưởng bức về dao động điện từ cưỡng bức * Điện từ trường + Phát biểu được mối quan hệ giữa sự biến thi n theo thời gian của từ trường và điện trường xoáy + Phát biểu được mối quan hệ giữa sự biến thi n theo 3 Sóng điện từ thời gian của điện trường và từ trường + Phát biểu được định nghĩa điện từ trường *Sóng điện từ... Trường THPT Bình Sơn và năng lượng điện từ sẽ chọn phương án sai C Câu 6 :Khi giảm khoảng cách giữa hai bản của tụ điện phẳng trong mạch dao động thì chu kì dao động điện từ trong mạch A tăng B giảm C không thay đổi D Không trả lời được vì thi u giá trị của L Mục tiêu: Kiểm tra kiến thức về sự phụ thuộc của chu kì dao động điện từ vào điện dung của tụ điện phẳng Mức độ nhận thức: Hiểu Phân tích các phương... về sóng điện từ + Nhớ được các đặc điểm của sóng điện từ + Phân biệt được điện trường xoáy và điện + Vẽ được mô hình trường tĩnh đường sức của điện + Giải thích được sự tồn từ trường tại không thể tách rời giữa điện trường và từ trường + Nhớ được công thức tính bước sóng của sóng điện từ 14 ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn trong chân không λ= c = c.T f + Giải thích được sự hình thành sóng điện. .. đơn vị của L sẽ chọn phương án sai A.Nếu không đổi đơn vị của L và f sẽ chọn phương án sai C Nếu nhớ nhầm công thức f = 1 LC và vẫn đổi đúng đơn vị sẽ chọn phương án sai D Câu 4: Năng lượng điện trường trong mạch dao động LC biến đổi tương tự cùng qui luật với A động năng của vật dao động điều hòa B thế năng của vật dao động điều hòa C cơ năng của vật dao động điều hòa D cả thế năng và động năng của vật... trường và năng xác định hay tìm các Dao LC có điện trở càng lớn thì giá trị tức thời q,u,i động điện dao động điện từ trong + Giải thích được khi có tắt dần, mạch tắt dần càng nhanh dao động điện từ tắt dần + Áp dụng định dao động trong mạch LC thì các luật bảo toàn và điện từ đại lượng I0, Q0, U0 đều chuyển hóa năng duy trì và giảm dần theo thời gian lượng giải bài toán dao động dao động điện từ điện. .. dao động riêng của + Giải thích sự tạo dao LC mạch động điện từ duy trì *Dao động điện từ cưỡng bằng tranzito bức + Trả lời được câu hỏi dao động điện từ cưỡng bức là gì ? 13 trong mạch ThS.Phạm Hoài Nam Trường THPT Bình Sơn + Nhớ được tần số của dao động điện từ cưỡng bức bằng tần số của điện áp cưỡng bức + Nhớ được biên độ của dao động điện từ cưỡng + So sánh được dao bức phụ thuộc sự chênh động điện. .. được sóng vô điểm của sóng điện từ để xác định một tuyến với sóng cơ trong 3 vectơ + Nhớ được 4 loại sóng vô + Hiểu được tại sao sóng → → → E , B, v khi biết các tuyến điện từ lại là sóng vectơ còn lại + Nêu được vai trò của ngang tầng điện li đối với các loại 4.Truyền sóng vô tuyến + Trả lời được câu hỏi thế + Phân biệt được các bằng sóng nào là mạch dao động kín loại sóng vô tuyến + Vận dụng được và. .. phương án sai C Câu 16: Một mạch dao động điện từ lí tưởng có chu kì dao động riêng là 6.10 -3(s) Tìm thời gian ngắn nhất kể từ khi tụ điện bắt đầu phóng điện đến khi điện tích trên tụ bằng nửa giá trị cực đại của nó A 1 (s) 3000 B 1 (s) 1500 C 1 (s) 1000 D 1 (s) 2000 Mục tiêu: Kiểm tra kiến thức về sự biến thi n của điện tích trên tụ điện theo thời gian ở mạch LC Mức độ nhận thức: Vận dụng Phân tích các... C// và Cnt thì chọn phương án sai A Nếu chỉ để ý đến mắc 2 tụ song song mà không để ý đến trước đó hai tụ đã mắc nối tiếp thì thấy C tăng 2 lần nên chọn phương án sai C Nếu suy luận sai f ~ 1 và suy luận đúng C thì thấy f tăng 4 lần nên chọn phương án sai D C Câu 12: Một mạch dao động điện từ gồm một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và một tụ điện có điện dung C Điện tích cực đại trên tụ điện là Q 0 Vào