Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài toán tụ điện trong Vật lí 11

Do sự đổi mới của kì thi THPT QG, trong nội dung đề thi có toàn bộ chương trình vật lý THPT. Nội dung chương trình vật lý 11 có góp một phần trong nôi dung đề thi THPTQG. Cùng với đó, nhiệm vụ của chương trình vật lý lớp 11 là rèn luyện và chuẩn bị cho học sinh hình thành kỹ năng học tập theo đúng đặc trưng bộ môn. Vật lý lớp 11 có vai trò rất quan trọng, có toàn bộ cách tiếp cận bộ môn, cách vận dụng kiến thức và phát triển tư duy vật lý cho học sinh. Trong phần Vật lý lớp 11 THPT, phần “Tụ điện” có vai trò giúp học sinh bắt đầu hình thành tư duy vật lý và phương pháp tiếp cận một bài toán vật lí, cũng là phần bài tập tương đối khó với nhiều học sinh. Phần này thể hiện rất rõ các thao tác cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn khách quan như:
- Phân tích hiện tượng và huy động các kiến thức có liên quan để đưa ra kết quả của từng nội dung được đề cập.
- Sử dụng kiến thức toán học có liên quan để thực hiện tính toán đơn giản hoặc suy luận tiếp trong các nội dung mà bài yêu cầu.
- Sử dụng kiến thức thực tế để suy luận, để biện luận kết quả của bài toán (Xác nhận hay nêu điều kiện để bài toán có kết quả).
Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để học sinh có những kỹ năng giải các bài tập vật lý nói chung, các bài tập về tụ điện nói riêng một cách lôgíc, chặt chẽ, đặc biệt là làm thế nào để qua việc rèn luyện kỹ năng giải các bài tập động học chất điểm là một nội dung cụ thể giúp học sinh phát triển tư duy vật lý.
Trong quá trình giảng dạy bộ môn Vật lý ở bậc trung học phổ thông, tôi nhận thấy: Ở mỗi phần kiến thức đều có yêu cầu cao về vận dụng kiến thức đã học được vào giải bài tập. Vì vậy ở mỗi phần người giáo viên cũng cần đưa ra được những phương án hướng dẫn vận dụng kiến thức một cách tối ưu để học sinh có thể nhanh chóng tiếp thu và dễ dàng vào giải các bài tập cụ thể.
Theo nhận thức của cá nhân tôi, trong việc hướng dẫn học sinh giải bài tập cần phải thực hiện được một số nội dung sau:
- Phân loại các bài tập của phần theo hướng ít dạng nhất.
- Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức và thứ tự các thao tác cần thực hiện.
- Hình thành cho học sinh cách trình bày bài giải của phần kiến thức đó.
SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT NGÔ GIA TỰ BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: “Phương pháp giải bài toán tụ điện trong Vật lí 11” Tác giả sáng kiến: Trương Thị Thái Mã lĩnh vực: 12.54 Lập Thạch, năm 2020 MỤC LỤC 1. Lời giới thiệu: .................................................................................................................1 2. Tên sáng kiến:.................................................................................................................3 3. Tác giả sáng kiến: ...........................................................................................................3 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: ...........................................................................................3 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến:...........................................................................................3 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu tiên hoặc áp dụng thử: .......................................3 7. Mô tả bản chất sáng kiến: ...............................................................................................3 7.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................................................3 1. Lý thuyết tụ điện:........................................................................................................3 1.1. Tụ điện: ....................................................................................................................3 1.2. Điện dung của tụ điện: .............................................................................................3 1.3. Năng lượng điện trường trong tụ điện: ....................................................................4 1.4. Ghép tụ điện:............................................................................................................4 1.5. Chú ý khi giải bài tập:..............................................................................................5 2. Chia dạng bài tập: .......................................................................................................6 7.2. BÀI TẬP TỤ ĐIỆN .........................................................................................................7 1. Một số dạng bài tập có lời giải:...................................................................................7 1.1. Dạng 1: Bài toán về tính điện tích, điện dung, hiệu điện thế và năng lượng điện của tụ điện của tụ điện:...................................................................................................7 1.2. Dạng 2: Bài toán ghép các tụ điện chưa tích điện: .................................................9 1.3. Dạng 3: Bài toán ghép tụ điện đã tích điện - Điện lượng di chuyển trong một đoạn mạch:....................................................................................................................13 1.4. Dạng 4: Bài toán giới hạn hoạt động của tụ điện: ................................................17 1.5. Dạng 5: Bài toán về năng lượng điện trường của tụ điện – Mật độ năng lượng của tụ điện: ..........................................................................................................................19 1.6. Dạng 6: Bài toán chuyển động của điện tích trong tụ điện:..................................23 2. Bài tập vận dụng tự giải:...........................................................................................26 Bài tập tự luận: .............................................................................................................31 KẾT LUẬN.......................................................................................................................37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................39 8. Những thông tin cần bảo mật:...........................................................................................39 9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến:..................................................................39 10. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả và theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu kể cả áp dụng thử nếu có: .....................................................................................................39 11. Danh sách những tổ chức/ cá nhân đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng sáng kiến lần đầu (nếu có): .........................................................................................................................40 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 1. Lời giới thiệu: Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình giáo dục phổ thông, trong hệ thống giáo dục phổ thông của nước ta. Học tập tốt bộ môn vật lý giúp con người nói chung và học sinh nói riêng có kỹ năng tư duy sáng tạo, làm cho con người linh hoạt hơn, năng động hơn trong cuộc sống cũng như trong công việc. Môn vật lý là môn học quan trọng đối với số đông học sinh. Để tiếp tục học tập ở những bậc học cao hơn và phát triển tốt trong tương lai thì học sinh phải vượt qua được kỳ thi THPT QG. Do nhu cầu thực tiễn mà khối A và A1 có tỷ lệ tuyển vào các trường Đại học, Cao đẳng tương đối lớn, nên số lượng học sinh có nhu cầu học tập bộ môn vật lý tương đối lớn. Vì vậy học bộ môn vật lý không chỉ dừng lại ở mức hình thành những kỹ năng giải quyết được những vấn đề cơ bản mà còn có nhu cầu phát triển cao có thể giải được những bài tập có tính phức tạp, tính tổng hợp cao trong bộ môn Vật lý. Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc trung học phổ thông là thực hiện được những mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề ra là: - Nắm vững được kiến thức của bộ môn. - Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn. - Có hứng thú học tập bộ môn. - Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng đạt hiệu quả cao trong học môn vật lý. - Hình thành ở học sinh những kỹ năng tư duy đặc trưng của bộ môn. Do sự đổi mới của kì thi THPT QG, trong nội dung đề thi có toàn bộ chương trình vật lý THPT. Nội dung chương trình vật lý 11 có góp một phần trong nôi dung đề thi THPTQG. Cùng với đó, nhiệm vụ của chương trình vật lý lớp 11 là rèn luyện và chuẩn bị cho học sinh hình thành kỹ năng học tập theo đúng đặc trưng bộ môn. Vật lý lớp 11 có vai trò rất quan trọng, có toàn bộ cách tiếp cận bộ môn, cách vận dụng kiến thức và phát triển tư duy vật lý cho học sinh. Trong phần Vật lý lớp 11 THPT, phần “Tụ điện” có vai trò giúp học sinh bắt đầu hình thành tư duy vật lý và phương pháp tiếp cận một bài toán vật lí, cũng là phần bài tập tương đối khó với nhiều học sinh. Phần này thể hiện rất rõ các thao tác cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn khách quan như: 1 “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TỤ ĐIỆN TRONG VẬT LÍ LỚP 11” 3. Tác giả sáng kiến: - Họ và tên: Trương Thị Thái - Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Ngô Gia Tự - Số điện thoại: 03 96 96 4142 E_mail: truongthithaivl@gmail.com 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Người viết SKKN: Trương Thị Thái 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Vật lí 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu tiên hoặc áp dụng thử: Trong năm học 2019 - 2020 7. Mô tả bản chất sáng kiến: 7.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Lý thuyết tụ điện: 1.1. Tụ điện: a/ Đinh nghĩa: là hệ gồm hai vật dẫn đặt ngăn cách nhau bởi một lớp cách điện. Mỗi vật dẫn là một bản tụ. - Tụ điện phẳng: Gồm hai bản kim loại phẳng có kích thước lớn, đặt đối diện và song song và cách điện với nhau. - Nhiệm vụ của tụ điện: trong mạch điện tụ điện được dùng để tích điện và phóng điện. - Ký hiệu tụ điện: Trong mạch điện tụ điện được kí hiệu: b/ Cách tích điện cho tụ điện: Để tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản tụ điện với hai cực của một nguồn điện một chiều. Sau khi tụ được nạp điện, điện tích của hai bản tụ có độ lớn bằng nhau nhưng mang điện trái dấu (do hiện tưởng nhiễm điện do hưởng ứng). Khi nhắc đến điện tích của tụ điện, người ta nhắc đến độ lớn điện tích trên mỗi bản tụ. 1.2. Điện dung của tụ điện: a/ Định nghĩa điện dung của tụ điện: Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở môt hiệu điện thế nhất định. Kí hiệu là C Q Q: là điện tích trên tụ điện (C) - Biểu thức: Trong đó: C = U U: là hiệu điện thế giữa hai bản tụ (V) 3 b/ Ghép song song: Hệ tụ điện được ghép như hình dưới gọi là bộ tụ điện ghép song song. C1 C2 A B Cn - Hiệu điện thế: 푈 = 푈1 = 푈2 = ..... = 푈푛 - Điện tích: 푄 = 푄1 + 푄2 + ..... + 푄푛 - Điện dung của bộ tụ: 퐶푏 = 퐶1 + 퐶2 + ..... + 퐶푛 1.5. Chú ý khi giải bài tập: a) Nối tụ vào nguồn thì U không đổi. Ngắt tụ ra khỏi nguồn thì Q không đổi. b) Đặt vào tụ một tấm điện môi ɛ' thì hệ gồm hai tụ ghép nối tiếp, tụ 1 (ɛ , d1) và tụ 2 (ɛ' , d2) với d1 + d2 = d _ Nhúng tụ vào chất điện môi ɛ' thì hệ gồm hai tụ ghép song song, tụ 1 (ɛ , x1) và tụ 2 (ɛ' , x2) với x1 + x2 = x c) Với các bài toán ghép tụ cần chú ý: _ Khi ghép các tụ chưa tích điện trước thì: + Ghép song song: Ub = U1 = U2 = ... ; Qb = Q1 + Q2 + ... ; Cb = C1 + C2 + .... 1 1 1 + Ghép nối tiếp : Ub = U1 + U2 + ... ; Qb = Q1 = Q2 = ... ; ... Cb C1 C2 _ Khi ghép các tụ đã tích điện trước thì: + Ghép song song: U'b = U'1 = U'2 = ... ( sau khi ghép); Cb = C1 + C2 + .... 1 1 1 + Ghép nối tiếp : U'b = U'1 + U'2 + ... ( sau khi ghép) ... Cb C1 C2 + Định luật bảo toàn điện tích cho hệ cô lập: Qi const C1 C2 _ Với tụ cầu cân bằng thì và mạch tương đương là [(C1 nt C2) // (C3 nt C4)] C3 C4 5
Tài liệu đính kèm:
sang_kien_kinh_nghiem_phuong_phap_giai_bai_toan_tu_dien_tron.docx