Tài liệu Biên soạn phần mềm – soạn thảo nhanh bài tập vật lí 11

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÍ VĂN THÀNH TRỌNG LỚP DH5L KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC SƯ PHẠM BIÊN SOẠN PHẦN MỀM – SOẠN THẢO NHANH BÀI TẬP VẬT LÍ 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học) Giáo viên hướng dẫn: ThS. GIANG VĂN PHÚC Long Xuyên, tháng 5 năm 2008 Lời Cảm Ơn Trong thời gian thực hiện đề tài tôi đã học hỏi được rất nhiều điều bổ ích từ thầy hướng dẫn, các đồng sự. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Giang Văn Phúc trên cương vị là người hướng dẫn đề tài. Thầy đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong Tổ Bộ Môn Vật Lí trường Đại Học An Giang; trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu; trường THPT Mỹ Thới và các bạn sinh viên khoa Sư Phạm Vật Lí trường Đại Học An Giang đã đóng góp ý kiến và những kinh nghiệm quý báo cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. MỤC LỤC Phần Mở Đầu ...................................................................................................................1 I. Lý do chọn đề tài ............................................................................................................1 II. Khách thể và đối tượng nghiên cứu ............................................................................2 1. Khách thể nghiên cứu .............................................................................................2 2. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................2 III. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu..................................................................................2 1. Mục tiêu nghiên cứu ...............................................................................................2 2. Nhiệm vụ nghiên cứu..............................................................................................2 IV. Giả thuyết khoa học ....................................................................................................2 V. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................2 VI. Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................................3 VII. Đóng góp của đề tài....................................................................................................3 VIII. Cấu trúc khóa luận...................................................................................................3 Phần II : Nội Dung Nghiên Cứu .......................................................................................5 Chương 1: Cơ Sở Lý Luận................................................................................................5 I. Vai trò và phân loại bài tập định lượng Vật Lí ..........................................................5 1. Vai trò của bài tập trong việc giảng dạy Vật Lí ở trường phổ thông......................5 1.1 Vai trò của bài tập Vật Lí đối với học sinh..................................................5 1.2. Sự cần thiết của bài tập đối với giáo viên ...................................................5 2. Phân loại bài tập định lượng Vật Lí........................................................................6 2.1. Bài tập định lượng......................................................................................6 2.2. Bài tập tập dượt..........................................................................................6 2.2.1. Chương: Từ trường .........................................................................6 2.2.2. Chương: Cảm ứng điện từ...............................................................7 2.2.3. Chương: Khúc xạ ánh sáng.............................................................7 2.2.4. Chương: Mắt và các dụng cụ quang học.........................................8 2.3. Bài tập tổng hợp ........................................................................................9 2.3.1. Chương: Từ trường .........................................................................9 2.3.2. Chương: Cảm ứng điện từ.............................................................10 2.3.3. Chương: Khúc xạ ánh sáng...........................................................12 2.3.4. Chương: Mắt và các dụng cụ quang học.......................................12 II. Visual Basic, một cái nhìn tổng thể. Thiết kế chương trình Visual Basic..........16 1. Cài đặt Visual Basic .............................................................................................17 2. Khởi động Visual Basic .......................................................................................17 3. Cửa sổ làm việc của Visual Basic khi chọn Standard.exe ....................................18 3.1. Title bar (thanh tiêu đề).............................................................................18 3.2. Menu bar (thanh menu).............................................................................18 3.3. Thanh công cụ (Toolbar) ..........................................................................19 3.4. Hộp công cụ (Toolbox) .........................................................................20 3.5. Cửa sổ thuộc tính .....................................................................................21 3.6. Form Layout Windows .............................................................................25 3.7. Project Explorer Windows........................................................................26 III. Thiết kế chương trình Visual Basic ......................................................................26 1. Thiết kế chương trình............................................................................................26 2. Thiết kế giao diện ................................................................................................26 3. Viết code cho chương trình .................................................................................28 3.1 Biến, kiểu và cách khai báo .......................................................................30 3.1.1. Biến ...............................................................................................30 3.1.2. Một số kiểu biến được sử dụng trong đề tài..................................30 3.1.3. Cách khai báo các biến .................................................................30 3.2. Các phép toán trong Visual Basic đã được sử dụng trong đề tài ..............30 3.2.1 Các toán tử trong Visual Basic ......................................................30 3.2.2. Thứ tự ưu tiên trong các phép toán ...............................................30 3.2.3. Toán tử gán:a = b ..........................................................................30 3.2.4. Toán tử quan hệ ............................................................................31 3.2.5. Toán tử logic .................................................................................31 3.3. Cấu trúc điều khiển của Visual Basic được sử dụng trong đề tài ............31 3.4. Một số lệnh của Visual Basic được sử dụng trong đề tài..........................31 3.4.1. Lệnh End.......................................................................................31 3.4.2. Lệnh Exit Sub ...............................................................................31 3.4.3. Lệnh Beep .....................................................................................31 3.4.4. Lệnh Load .....................................................................................32 3.5. Một số hàm của Visual Basic được sử dụng trong đề tài..........................32 3.5.1. Hàm Abs (Number).......................................................................32 3.5.2. Hàm Sin (Number As Double) .....................................................32 3.5.3. Hàm Cos (Number As Double) ....................................................32 3.5.4. Hàm Tan (Number As Double).....................................................32 3.5.5. Hàm Atn (Number As Double).....................................................32 3.5.6. Hàm Sqr (Number) .......................................................................32 3.5.7. Hàm Exp (Number).......................................................................32 3.5.8. Hàm Val (String)..........................................................................32 IV. Ví dụ: Chương Trình Giải Phương Trình Bậc Nhất ax + b = 0 ..................................32 1. Thiết kế giao diên..................................................................................................32 2. Viết code cho chương trình ..................................................................................34 Chương 2: Sử dụng Visual Basic để hỗ trợ giải một số các bài tập tiêu biểu Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học)........................................37 I. Chuẩn bị ........................................................................................................37 1. Soạn thảo một số bài tập định lượng tiêu biểu của Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học)....................................................37 2. Chuyển các bài tập nói trên sang File hình (.jpg)...............................37 2.1. Chuyển tất cả các bài tập đã soạn bằng file Word sang file PDF. Bằng cách sử dụng chương trình Foxit Reader 2.2. .............37 2.2. Chuyển tất cả các bài tập từ file PDF sang File hình (.jpg). Bằng cách sử dụng chương trình Corel PHOTO-PAINT X3 ........37 II. Thiết kế giao diện........................................................................................................38 III. Viết Code cho từng đối tượng trong chương trình.............................................42 1. Code của Combo1.......................................................................................42 2. Code của Combo2.......................................................................................45 3. Code của Combo (Bài Tập) ........................................................................48 4. Code của Image ..........................................................................................49 5. Code của nút Giải .......................................................................................49 6. Code của nút Tiếp Tục................................................................................52 7. Code của nút Kết Thúc ...............................................................................53 IV. Một số kỹ thuật được áp dụng ..........................................................................53 1. Một số kỹ thuật được sử dụng để tăng khả năng chịu lỗi cho chương trình53 1.1. Đề bài được load lên không đúng với tùy chọn của người sử dụng ..53 1.2. Đứng chương trình khi người sử dụng đánh Text vào các Combo....54 1.3.Dữ kiện hiện lên trong chương trình không đúng với dữ kiện của bài mà người sử dụng đã chọn ........................................................................54 1.4. Lỗi do người sử dụng nhập giá trị không phải số vào các ô text ......55 1.5. Chưa nhập đủ các giá trị theo yêu cầu bài mà click Giải...................56 1.6. Kết quả tính được không có ý nghĩa Vật Lí. .....................................57 1.7. Chương trình không chạy khi nhập quá nhiều dữ liệu cho một đối tượng .........................................................................................................58 1.8. Phép toán của chương trình không áp dụng đúng với bài tập mà người sử dụng đã chọn ..............................................................................59 1.9. Các hàm được dùng trong Visual Basic rất hạn hạn chế ...................59 1.10. Phép toán của chương trình sẽ cho kết quả sai khi máy tính đang sử dụng dấu “,” để ngăn cách giữa phần nguyên và phần thập phân. ...........59 2. Một số kỹ thuật được sử dụng để tăng sự tiện nghi cho người sử dụng ...............59 2.1. Kỹ thuật thiết kế giao diện ........................................................................59 2.2. Phím tắt .....................................................................................................60 2.3. Tự quy đổi đơn vị......................................................................................60 V. Viết code cho một bài tập mẫu...................................................................................60 1. Bài giải bài 0501 ...................................................................................................60 2. Viết code cho bài 0501 .........................................................................................60 Phần III: Kết Luận ..........................................................................................................63 I. Thử nghiệm đánh giá ...................................................................................................63 II. Tổng kết .................................................................................................................63 1. Ưu điểm của phần mềm - Soạn Thảo Nhanh Bài Tập Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học) .........................................................................................63 2. Khuyết điểm của phần mềm - Soạn Thảo Nhanh Bài Tập Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học) ....................................................................................64 III. Hướng phát triển của đề tài ..................................................................................64 IV. Kiến nghị .................................................................................................................64 PHẦN MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học công nghệ phát triển như vũ bão. Công nghệ thông tin đã được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống và sản xuất, vì thế để có thể bắt kịp xu thế của thời đại và hòa mình vào dòng phát triển chung của đất nước, Bộ GD – ĐT nước ta đã và đang tiến hành cải cách nội dung và phương pháp giảng dạy trong nhà trường ở mọi cấp học, mọi ngành học. Bên cạnh việc đổi mới nội dung, đổi mới về phương pháp giảng dạy, việc ứng dụng nghệ thông tin vào công tác giảng dạy là rất quan trọng. Nó giúp người giáo viên có thể kiểm tra, đánh giá chất lượng học tập của học sinh một cách nhanh chóng và chính xác hơn, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục. Bằng cách ứng dụng các phần mềm tin học vào việc soạn thảo các bài tập, các đề kiểm tra, như các phần mềm (Novoasoft ScienceWord 5.0; McMIX…). Các phần mềm này nếu được sử dụng một cách có chọn lọc và hiệu quả sẽ mang lại kết quả cao trong việc kiểm tra đánh giá chất lượng học tập của học sinh. Qua khảo sát, các giáo viên Vật Lí – sinh viên khoa sư phạm Vật Lí đều nhất trí cho rằng việc soạn thảo các bài tập định lượng, các đề kiểm tra Vật Lí phổ thông có một số vấn đề sau: - Hiện nay việc kiểm tra đánh giá chất lượng học tập của học sinh Trung Học Phổ Thông chủ yếu dựa trên phương pháp trắc nghiệm khách quan, nên cần soạn thảo rất nhiều bài tập và các đề kiểm tra. - Việc phân loại và hệ thống các bài tập định lượng tiêu biểu của từng chương, từng phần mất rất nhiều thời gian. - Để soạn thảo hoàn chỉnh một đề bài tập định lượng của chương trình Vật Lí phổ thông thường mất rất nhiều công sức. Nhưng trên thực tế thì không phải lúc nào cũng đạt được kết quả như mong muốn. Việc ứng dụng các phần mềm vào việc soạn thảo các bài tập Vật Lí phổ thông chưa phong phú, chưa thực sự có chiều sâu. Một phần là do hạn chế về trình độ tin học của giáo viên, một phần là do cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin hiện nay trong trường học chưa tốt, chưa thực sự đáp ứng được yêu cầu của thực tế giảng dạy và nghiên cứu của giáo viên. Không những thế, việc ứng dụng các phần mềm hỗ trợ cho việc soạn thảo các bài tập Vât Lí phổ thông hiện nay nói chung chỉ dừng lại ở mức độ hỗ trợ về vẽ hình và trộn đề trắc nghiệm với những đáp án cố định không thể thay đổi được... Chứ chưa có phần mềm nào có thể thay thế người giáo viên phân loại các bài tập định lượng, tính toán và cho ra kết quả được. Qua thời gian học tập và nghiên cứu ở trường đại học An Giang, được tiếp xúc và làm quen với nhiều phần mềm lập trình khác nhau. Tôi nhận thấy rằng Visual Basic là một trong những phần mềm lập trình có ngôn ngữ khá đơn giản và có khả năng ứng dụng cao. Nó có thể giải quyết được vấn đề soạn thảo nhanh các bài tập Vật Lí phổ thông. Với những lý do trên, tôi quyết định nghiên cứu đề tài: Biên Soạn Phần Mềm – Soạn Thảo Nhanh Bài Tập Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học). 1 II. Khách thể và đối tượng nghiên cứu 1. Khách thể nghiên cứu Sách Giáo Khoa, Sách Bài Tập và một số sách tham khảo Vật Lí 11 (Phần : Điện Từ Học & Quang Hình Học). Tìm hiểu môi trường lập trình của Visual Basic. 2. Đối tượng nghiên cứu Một số bài tập định lượng tiêu biểu (Phần: Điện Từ Học và Quang Hình Học) của chương trình Vật Lí 11. Phần Mềm – Soạn Thảo Nhanh Bài Tập Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học). III. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu 1. Mục tiêu nghiên cứu Qua đề tài này, nhằm tạo ra phần mềm “Soạn Thảo Nhanh Bài Tập Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học)” hỗ trợ cho giáo viên biên soạn nhanh các bài tập định lượng của chương trình Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học). 2. Nhiệm vụ nghiên cứu Quá trình nghiên cứu có thể tóm tắt qua các bước: - Phân loại, hệ thống, nghiên cứu nội dung và phương pháp giải các bài tập định lượng của chương trình Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học) trong sách giáo khoa, sách bài tập và các sách tham khảo. - Tiến hành giải và xây dựng các thuật toán hỗ trợ cho lập trình. - Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình, giao diện đồ họa và các ứng dụng của Visual Basic. - Biên soạn từng bài tập cụ thể, sau đó kết nối thành một tổng thể chung cho tất cả các bài. - Đánh giá kết quả thu được sau khi nghiên cứu. IV. Giả thuyết khoa học Nếu soạn thảo được phần mềm “Soạn Thảo Nhanh Bài Tập Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học)” thì nó sẽ hỗ trợ tốt cho người giáo viên trong việc giải các bài tập Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học) nói riêng và góp phần nâng cao hiệu quả trong việc soạn thảo các đề trắc nghiệm nói chung. V. Phương pháp nghiên cứu Khi thực hiện đề tài này, tôi có sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau đây: - Phương pháp đọc sách và tài liệu tham khảo. - Phương pháp phân loại và hệ thống hóa các lý thuyết và các bài tập. - Phương pháp phân tích và tổng hợp. - Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn. 2 - Tham khảo các sản phẩm cùng loại. - Tham gia các diễn đàn Visual Basic, câu lạc bộ Visual Basic. VI. Phạm vi nghiên cứu Vai trò và phân loại một số bài tập định lượng tiêu biểu của Sách Giáo Khoa, Sách Bài Tập và một số sách tham khảo Vật Lí 11 (Phần : Điện Từ Học & Quang Hình Học). Ngôn ngữ lập trình, giao diện đồ họa và các ứng dụng của Visual Basic. VII. Đóng góp của đề tài Nghiên cứu đề tài này giúp tôi có được một hệ thống kiến thức tương đối hoàn chỉnh về phần mềm Visual Basic, đồng thời tích lũy được một số kiến thức và kinh nghiệm trong việc giải các bài tập Vật Lí 11 (Phần : Điện Từ Học & Quang Hình Học). Góp phần hỗ trợ đắc lực cho giáo viên các trường Trung Học Phổ Thông soạn thảo nhanh các bài tập Vật Lí 11 (Phần : Điện Từ Học & Quang Hình Học), tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức. Nếu được sử dụng tốt nó còn có tác dụng rất lớn trong việc rèn luyện kỹ năng thực hành giải bài tập của học sinh. Bên cạnh đó còn có thể dùng làm tư liệu tham khảo cho sinh viên các khóa sau học tập và nghiên cứu. Góp phần làm phong phú thêm cho thư viện tư liệu của bộ môn Vật Lí. VIII. Cấu trúc khóa luận Phần I : Mở Đầu Phần II : Nội Dung Nghiên Cứu Chương 1: Cơ sở lý luận I. Vai trò và phân loại bài tập định lượng Vật Lí 1. Vai trò của bài tập trong việc giảng dạy Vật Lí ở trường phổ thông 1.1. Vai trò của bài tập Vật Lí đối với học sinh 1.2. Sự cần thiết của bài tập đối với giáo viên 2. Phân loại bài tập định lượng Vật Lí 2.1. Bài tập định lượng 2.2. Bài tập tập dượt 2.3. Bài tập tổng hợp II. Visual Basic, một cái nhìn tổng thể. Thiết kế chương trình Visual Basic 1. Cài đặt Visual Basic 2. Khởi động Visual Basic 3. Cửa sổ làm việc của Visual Basic III. Thiết kế chương trình Visual Basic 3 1. Thiết kế chương trình 2. Thiết kế giao diện 3. Viết code cho chương trình IV. Ví dụ: Giải phương trình bậc nhất ax + b = 0 Chương 2: Sử Dụng Visual Basic Hỗ Trợ Giải Một Số Bài Tập Định Lượng Tiêu Biểu Của Chương Trình Vật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học) I. Chuẩn bị 1. Soạn thảo một số bài tập định lượng tiêu biểu của chương trìnhVật Lí 11 (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học) trên Microsoft Word 2. Chuyển các File bài tập sang File hình.jpg 2.1. Chuyển tất cả các bài tập từ file Word sang file PDF 2.2. Chuyển tất cả các bài tập từ file PDF sang File hình (.jpg) II. Thiết kế giao diện III. Viết code cho từng tường đối tượng trong chương trình IV. Một số kỹ thuật được sử dụng 1. Một số kỹ thuật được sử dụng để tăng khả năng chịu lỗi của chương trình 2. Một số kỹ thuật được sử dụng để tăng sự tiện nghi cho người sử dụng V. Viết code cho một bài tập mẫu 1. Bài giải bài 0501 2. Viết code cho bài 0501 Phần III: KẾT LUẬN I. Thử nghiệm đánh giá II. Tổng kết 1. Ưu điểm của phần mềm 2. Khuyết điểm của phần mềm III. Hướng phát triển của phần mềm IV. Kiến nghị Tài Liệu Tham Khảo 4 Phần II : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN I. Vai trò và phân loại bài tập định lượng Vật Lí 1. Vai trò của bài tập trong việc giảng dạy Vật Lí ở trường phổ thông 1.1 Vai trò của bài tập Vật Lí đối với học sinh Việc giảng dạy Vật Lí trong các trường phổ thông không chỉ làm cho học sinh hiểu được một cách sâu sắc đầy đủ những kiến thức qui định trong chương trình, mà còn phải làm cho các em biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết các nhiệm vụ học tập và những vấn đề của thực tiễn cuộc sống đặt ra. Muốn vậy cần phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh thói quen và kỹ năng, kỹ xảo vận dụng những kiến thức đã học vào cuộc sống hằng ngày. Kỹ năng vận dụng kiến thức trong học tập và trong thực tiễn đời sống chính là thước đo mức độ sâu sắc và vững vàng của những kiến thức mà học sinh thu nhận được. Bài tập Vật Lí với chức năng là một phương pháp dạy học, có một vị trí đặc biệt quan trọng trong việc giảng dạy Vật Lí ở trường phổ thông. Trước hết bài tập Vật Lí giúp học sinh hiểu sâu hơn những kiến thức Vật Lí, biết phân tích chúng và ứng dụng vào thực tiễn và đời sống. Trong nhiều trường hợp, dù giáo viên cố gắng trình bày tài liệu một cách mạch lạc, hợp logic, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng các yêu cầu, quy tắc và cho ra kết quả chính xác đi nữa. Thì đó chỉ mới là điều kiện cần chứ chưa phải là điều kiện đủ để học sinh hiểu sâu và nắm vững kiến thức. Chỉ có thông qua các bài tập ở hình thức này hay hình thức khác, nhằm tạo điều kiện cho học sinh tự lực vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau, thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc hoàn thiện và biến thành vốn riêng của các em. Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đặt ra học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như so sánh, tổng hợp, khái quát hóa, trừu tượng hóa... để giải quyết các vấn đề, do đó tư duy của học sinh có điều kiện được rèn luyện và phát huy. Vì thế có thể nói bài tập Vật Lí là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, tính kiên trì trong khắc phục khó khăn của học sinh. Bài tập Vật Lí là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức mà trong giờ học không có điều kiện để đề cập, nhằm bổ sung những kiến thức còn thiếu cho học sinh. Giúp cho việc thu nhận kiến thức của các em được chặt chẽ, logic và có hệ thống. Để giải các bài tập học sinh phải nhớ lại những kiến thức vừa mới học, phải vận dụng những kiến thức của nhiều phần, nhiều chương khác nhau (nhất là đối với bài tập có nội dung tổng hợp), hoặc phải đào sâu một khía cạnh nào đó của kiến thức, do đó bài tập là một hình thức ôn tập, hệ thống hóa kiến thức rất có hiệu quả. Ngoài ra nếu xét về mặt điều khiển hoạt động nhận thức, ta thấy bài tập còn là một phương tiện tốt để kiểm tra việc thu nhận kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo của học sinh. [1] 5 1.2. Sự cần thiết của bài tập đối với giáo viên Xu hướng mới của nền Giáo Dục hiện nay là: Dạy cho học sinh kỹ năng thực hành và kiểm tra đánh giá chất lượng học tập của các em theo phương pháp trắc nghiệm khách quan. Do đó đã tạo cho giáo viên một áp lực rất lớn là phải soạn được nhiều bài tập định lượng một cách nhanh chóng và chính xác trên các mẫu bài tập của Sách Giáo Khoa và Sách Bài Tập. ™ Từ hai nguyên nhân trên ta thấy được sự cần thiết phải ra đời một phần mềm giúp người giáo viên phân loại và soạn thảo nhanh các bài tập định lượng của chương trình Vật Lí (Phần: Điện Từ Học & Quang Hình Học). Trong giới hạn đề tài này chúng tôi đã đáp ứng được phần nào nhu cầu cấp thiết nói trên. 2. Phân loại bài tập định lượng Vật Lí 2.1. Bài tập định lượng Bài tập định lượng là những bài tập mà muốn giải nó ta phải thực hiện một loạt các phép tính. Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân bài tập này thành hai loại: Bài tập tập dượt và bài tập tổng hợp. [2] 2.2. Bài tập tập dượt Bài tập tập dượt là bài tập đơn giản được sử dụng ngay sau khi nghiên cứu một khái niệm, một định luật hay một quy tắc Vật Lí nào đó. Loại bài tập này có tác dụng giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn mặt định lượng của các khái niệm, các định luật Vật Lí vừa mới nghiên cứu. Đồng thời nó cũng tạo điều kiện giúp học sinh giải được những bài toán tính toán tổng hợp phức tạp hơn. [3] Một số bài tập dược đã được sử dụng trong đề tài 2.2.1. Chương: từ trường Bài 0401: Một thanh dài 2m có dòng điện I = 5 A chạy qua, được đặt vuông góc với từ trường đều có độ lớn B = 0,1 T. Tính lực từ tác dụng lên thanh? Bài Làm: Lực từ tác dụng lên thanh: F = B . I .l = 1 ( N ) Bài 0406: Dòng điện thẳng dài có cường độ I = 5 A đặt trong không khí. Tính cảm ứng từ tại vị trí cách dòng điện 0,2 m. Bài Làm: I B = 2.10−7. = 5.10−6 (T ) r Cảm ứng từ tại điểm đang xét: Bài 0407: Tính cảm ứng từ tại tâm của khung dây tròn có dòng điện I = 2A chạy qua. Biết khung dây tròn được tạo bởi 200 vòng dây sít nhau, có bán kính 0,2 m. Khung dây được đặt trong không khí. Bài Làm: Cảm ứng từ tại tâm khung dây: B = 2π .10−7. N I = 1, 26.10−3 (T ) R 6 Bài 0408: Một ống dây có chiều dài 20 cm gồm N = 5000 vòng quấn đều theo chiều dài ống, ống dây không có lõi và đặt trong không khí. Cường độ dòng điện qua dây dẫn của ống là 0,5 A. Tính cảm ứng từ trong lòng ống dây. Bài Làm: Cảm ứng từ trong lòng ống dây: B = 4π .10−7. N I = 15, 7.10−3 (T ) l Bài 0412: Bắn một điện tử tích điện e = 1,6.10-19 C, với vận tốc v = 108 m/s vào một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10-4 T theo phương vuông góc với đường sức từ. Tính lực từ tác dụng lên điện tử. Bài Làm: Lực từ tác dụng lên điện tử: f = q.v.B.sin α = 3, 2.10−15 ( N ) 2.2.2. Chương: Cảm ứng điện từ r Bài 0501: Tính từ thông gây bởi một từ trường đều B (B =0,02 T) qua một hình phẳng có chu vi là hình vuông cạnh a = 10 cm. Véctơ pháp tuyến của hình phẳng hợp r với B một góc 450. Bài làm: Từ thông qua hình phẳng: Φ = B.S .cos α = 2.10−4 (Wb) Bài 0508: Tính độ tự cảm của một ống dây hình trụ có chiều dài 0,5 m gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có bán kính 10 cm. Bài Làm: Độ tự cảm của ống dây là: L = 4.π .10−7. N2 N2 .S = 4.π .10−7. .π .R 2 ≈ 0, 08 ( H ) l l Bài 0511: Một cuộn tự cảm có độ tự cảm 0,1 H; trong đó dòng điện biến thiên đều 200 A/s thì suất điện động tự cảm xuất hiện. Tìm giá trị của suất điện động tự cảm. Bài Làm: Giá trị của suất điện động tự cảm: e t c = L ∆i = 20 (V ) ∆t Bài 0513: Cuộn tự cảm có L = 2,0mH. Trong đó có dòng điện cường độ 10A. Năng lượng tích lũy trong cuộn đó bằng bao nhiêu? Bài Làm: Năng lượng tích lũy trong cuộn: W= 1 2 L.i = 0,1 ( J ) 2 2.2.3. Chương: Khúc xạ ánh sáng Bài 0601: Ánh sáng đi từ không khí vào một chất lỏng trong suốt với góc tới i = 450, thì tia khúc xạ ứng với góc khúc xạ r = 300. Tính chiết suất của chất lỏng. Bài Làm: 7 n1.sin i = n2 .sin r ⇒ n2 = Chiết suất của chất lỏng: sin i = 2 sin r Bài 0604: Tốc độ ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s và tinh thể A có chiết suất n = 2,42. Tính tốc độ truyền ánh sáng trong tinh thể A. Bài Làm: n= Ta có: c v ⇒ v= c m ≈ 1, 24.108 ( ) n s 2.2.4. Chương: Mắt và các dụng cụ quang học Bài 0613: Cho tia sáng truyền tới lăng kính như hình vẽ. Biết góc chiết quang A = 450, tia ló truyền đi sát mặt AC. Tính góc lệch tạo bởi lăng kính. Bài Làm: D = i1 + i2 − A = 450 Góc lệch tạo bởi lăng kính có giá trị: Bài 0701: Một thấu kính phân kì có độ tụ -5dp. Nếu vật đặt cách kính 30cm thì ảnh hiện ra ở đâu và độ phóng đại bao nhiêu? Bài Làm: - Tiêu cự của kính: f = 1 = −20 (cm) D d′ = - Ảnh cách thấu kính một khoảng: k= - Số phóng đại của ảnh: d. f = −12 (cm) d− f ( ảnh ảo) A′B′ d′ = − = 0, 4 d AB Bài 0711: Một người cận thị lớn tuổi chỉ còn nhìn thấy rõ các vật trong khoảng cách mắt 50cm ÷ 60cm . Tính độ tụ các kính phải đeo để người này có thể: - Nhìn xa vô cùng mà không điều tiết. - Đọc được sách khi đặt gần mắt nhất, cách mắt 25cm. Coi kính đặt sát mắt. Bài Làm: Để nhìn ở xa thì phải có: f1 = −OK CV ⇒ D1 = 1 1 =− = −1,5 (dp) f1 OK CV Để đọc sách ở gần mặt nhất, phải đeo kính có tiêu cự f 2 ứng với độ tụ D2 : 1 1 1 1 1 + = = − d d ′ f 2 d Ok Cc ⇒ f2 = Ok Cc . d Ok Cc − d ⇒ D2 = Ok Cc − d = 2 (dp ) Ok Cc . d 8 Bài 0720: Một kính lúp có tiêu cự f = 4cm . Một người mắt tốt có khoảng nhì rõ ngắn nhất là OCc = 24cm đặt sát mắt sau kính lúp để quan sát một vật. Tìm độ bội giác khi ngắm chừng ở cực cận. Bài Làm: Gc = kc = Độ bội giác khi ngắm chừng ở cực cận: f − d c′ f + OCc = =7 f f Bài 0801: Kính hiển vi có tiêu cự vật kính và thị kính là f1 = 0,5cm ; f 2 = 2,5cm. Độ dài quang học của kính là δ = 17cm . Người quan sát có mắt không bị tật và có khoảng cực cận OCc = 20cm . Tính số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực. Bài Làm: Số bội giác khi ngắm chừng ở vô cực: G∞ = δ .OCc f1. f 2 = 272 Bài 0805: Vật kính của một kính thiên văn dùng trong trường học có tiêu cự f1 = 1, 2m . Thị kính của một thấu kính hội tụ có tiêu cự f 2 = 4cm . Tính khoảng cách giữa hai kính và số bộ giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực. Bài Làm: - Khi ngắm chừng ở vô cực. - Khoảng cách giữa hai kính: O1O2 = f1 + f 2 = 1, 24m - Số bội giác của kính tiên văn: G∞ = f1 = 20 f2 2.3. Bài tập tổng hợp Đó là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó phải vận nhiều khái niệm, nhiều định luật, nhiều quy tắc và công thức ở những phần và chương khác nhau của chương trình. Mục đích của loại bài tập này là ngoài việc đào sâu, mở rộng, cũng cố kiến thức, nó còn giúp học sinh thấy được mối liên hệ giữa những phần khác nhau của chương trình, biết lựa chọn và phối hợp kiến thức để giải các vấn đề do bài tập đặt ra. Với mục đích như vậy, nội dung các bài tập tổng hợp rất phong phú, đa dạng và có mức độ khó dễ khác nhau. Bài tập tổng hợp thường tập trung vào các trọng tâm của chương trình. Ta cần lưu ý trong việc lựa chọn bài tập, những bài tập lựa chọn phải là điển hình, đại diện được những nội dung và phương pháp giải cơ bản của mỗi loại, có như vậy mới đi đúng trọng tâm và giúp học sinh giải được những bài tập tương tự. Khi giải những bài tập tính toán học sinh thường gặp những khó khăn trong việc phân tích các hiện tượng Vật Lí có trong nội dung bài tập, trong việc lựa chọn các công công thức, các định luật, các quy tắc cũng như các phương pháp đúng đắn để giải. Vì vậy khi giải các bài tập Vật Lí nói chung ta cần phải phân tích tỉ mỉ các hiện tượng và các quá trình chứa đựng trong nội dung bài tập. Đối với bài tập tính toán, đó là cơ sở để vạch ra tiến trình giải một cách hợp lý, để chọn đúng các định luật, các kiến thức Vật Lí liên quan. [4] Một số bài tập tổng hợp được sử dụng trong đề tài 9 2.3.1. Chương: Từ trường r Bài 0403: Giữa hai cực của nam châm chữ U là từ trường đều có B hướng thẳng đứng xuống, người ta treo một dây dẫn có chiều dài l = 50 cm, khối lượng 10g nằm ngang trong từ trường bằng hai dây mảnh nhẹ. Biết góc lệch giữa dây treo so với phương thẳng đứng khi cho dòng điện I = 2 A đi qua dây là 450. Cho g = 9,8 m/s2.Tính độ lớn của cảm ứng từ B. r Bài Làm: T α r r r r - Hệ ở trạng thái cân bằng: T +P+F =0 B r F - Lực từ tác dụng lên thanh: F = B . I . l = P. tg α I m . g . tgα - Độ lớn của từ trường: B= = 0,1 (T ) r I .l P r Bài 0404: Hai thanh nằm song song cách nhau l = 30 cm đặt trong từ trường B hướng lên hợp với mặt phẳng hai thanh ray góc 300, B = 0,04 T. Một thanh kim loại MN đặt trên thanh ray, có thể dịch chuyển không ma sát vuông góc với ray. Nối hai thanh ray với nguồn điện ξ = 20 V ; r = 0,5 Ω (đầu M nối với cực dương); điện trở thanh ray và dây dẫn là R = 9,5 Ω . Tính lực từ tác dụng lên thanh kim loại? r Bài Làm: B M - Cường độ dòng điện qua dây lim loại là: I= - ξ R+r = 2 ( A) α I l ξ Lực từ tác dụng lên thanh kim loại: F = B . I . l .sin α = 0, 012 ( N ) N Bài 0417: Hạt êlectron có vận tốc đầu bằng 0, được gia tốc qua một hiệu điện thế r r r 400V. Tiếp đó, nó được dẫn vào một miền có từ trường đều với B ⊥ v ( v là vận tốc của êlectron). Quỹ đạo của êlectrôn trong đó là một đường tròn bán kính R = 7cm. Xác r định độ lớn của cảm ứng từ B . Bài Làm: - Công của lực điện trường bằng độ biến thiên động năng: A = / qe / U = - Bán kính quỹ đạo của êlectrôn: - Từ (1) và (2): ⇒ B = R= m.v / qe / .B 1 me v 2 2 (1) (2) 1 2me .U = 0,96.10−3 (T ) R / qe / 2.3.2. Chương: Cảm ứng điện từ Bài 0504: Một ống dây hình trụ dài gồm N = 1000 vòng dây, diện tích mỗi vòng S = 100cm 2 . Ống dây có R = 16 Ω , hai đầu đoản mạch và được đặt trong từ trường đều: 10 r véctơ cảm ứng từ B song song với trục của hình trụ và có độ lớn tăng đều 4.10−2 T / s . Tính công suất toả nhiệt trong ống dây. Bài Làm: ∆Φ ∆ ( N .B.S .cos α ) = = i.R ∆t ∆t - Suất điện động trong ống dây: / ec / = - Cường độ dòng điện cảm ứng: i= - Công suất toả nhiệt trong ống dây: P = R . i 2 = 0, 01 (W ) ∆B N .S . = 0, 025 ( A) ∆t R Bài 0507: Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm N = 1000 vòng dây, mỗi vòng có r bán kính R = 5 cm. Ống dây được đặt trong từ trường đều, B song song với trục hình ∆B trụ, có độ lớn tăng đều với thời gian theo quy luật = 10−2 T . Nối hai đầu ống dây s ∆t −4 với một tụ điện có điện dung C = 10 F . Hãy tính năng lượng của tụ điện tích được. Bài Làm: - N vòng Độ lớn suất điện động cảm ứng trong ống dây: r B ∆Φ ∆B ∆B .N .S .cos α = .N .π .R 2 = ec = ∆t ∆t ∆t - R Năng lượng tích luỹ được trong tụ điện: 1 1 1 ⎛ ∆B ⎞ W = C.U 2 = C. ec2 = .C. ⎜ N . .π .R 2 ⎟ 2 2 2 ⎝ ∆t ⎠ 2 C W = 3, 08.10−9 ( J ) Bài 0519: Một ống dây dài l = 40 cm gồm 1200 vòng dây nằm ngang trong không khí. Trục ống vuông góc với từ trường đều có B0 = 0,005 T. Trong lòng ống dây có treo một kim nam châm lệch góc α = 450 .Tìm I. r r Bài Làm: - B Kim nam châm chỉ chiều của từ trường tổng hợp trong lòng ống dây khi có dòng điện đi qua: r r r Ta có: B = B i + B0 r r r r B i ⊥ B0 ⇒ B i = B0 (1) r r B i , B0 = 450 ( - B0 α r Bi ) Từ thông qua ống dây: Φ = L . I = N .B i . S .cos α (2) 11 - I= Từ (1) và (2): N .B 0 . S L = N .B 0 . S 2 N 4.π .10 S l −7 = B0 .l 4.π .10−7.N = 1,33 ( A) 2.3.3. Chương: Khúc xạ ánh sáng Bài 0611: Một người thợ lặn ở dưới nước nhìn thấy mặt trời ở độ cao Â= 600 so với đường chân trời. Tính độ cao thực của mặt trời so với đường chân trời. Biết chiết 4 suất của nước là n = . 3 Bài Làm: - Hướng của mặt trời mà người thợ lặng nhìn thấy là hướng của tia sáng khúc xạ vào nước. S∞′ ) Góc khúc xạ: r = 900 − A S∞ )⎞ i ⎛4 sin i = n sin r ⇒ i = ac sin ⎜ cos A ⎟ Góc tới: ⎝3 ⎠ Độ cao thực của mặt trời so với đường chân trời: )⎞ ⎛4 x = 900 − i = 900 − ac sin ⎜ cos A ⎟ = 48, 20 ⎝3 ⎠ r 600 Bài 0612: Một cây gậy dài 2m cắm thẳng đứng ở đáy hồ. Gậy nhô khỏi mặt nước 0,5m. Ánh sáng mặt trời chiếu xuống hồ theo phương hợp với pháp tuyến của mặt nước góc 600. Tìm chiều dài bóng của cây gậy in trên đáy hồ. Bài Làm: - Bóng của cây gậy trên đáy hồ: - Áp dụng định luật khúc xạ: BC = BJ + JC = AH .tan i + BH .tan r 2 sin i sin i ⎛ sin i ⎞ sin i = n sin r ⇒ sin r = ⇒ cos r = 1 − ⎜ ⎟ ⇒ tan r = 2 n ⎝ n ⎠ n − (sin i) 2 - Vậy bóng của gậy trên đáy hồ: BC = 0,5.tan i + 1,5. A sin i n − (sin i ) 2 2 = 2,15 (m) i I H r B J C 12 2.3.4. Chương: Mắt và cách dụng cụ quang học Bài 0702: Thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm . Vật AB đặt trên trục chính, vuông góc với trục chính có ảnh A’B’ cách vật một đoạn a = 18cm . Xác định vị trí của vật? Bài Làm: - Trong mọi trường hợp: a = / d + d′ / - Ngoài ra ta có: d′ = - Từ (1) và (2): ƒ Với : Thì ƒ Với : Thì (1) d. f (2) d− f d + d′ = a (vật thật cho ảnh thật) d 2 − ad + af = 0 ( vô nghiệm a<4f ) d + d ′ = −a (vật thật cho ảnh ảo) d 2 + ad − af = 0 (có hai nghiệm) d1 = 12 (cm) (nhận) Hai vị trí của vật: ; d 2 = −30 (cm) (loại) Bài 0704: Một vật phẳng nhỏ AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ (L), cho một ảnh thật A1 B1 có độ lớn k1 gấp 3 lần vật. Đưa vật ra xa (L) thêm một khoảng a = 5cm ta thu được ảnh thật A2 B2 có độ lớn k2 gấp 2 lần vật. a. Xác định tiêu cự của thấu kính và vị trí ban đầu của vật AB . b. Xác định a để thu được ảnh thật A2 B2 = n . A1 B1 (với n < 1 ). Áp dụng với n = 1/ 2 Bài Làm: a. Xác định tiêu cự của thấu kính và vị trí ban đầu của vật AB . - - Trước khi dời AB và ảnh A1 B1 cùng là thật, nên k1 < 0 . ƒ L AB ⎯⎯ → A1 B1 Sơ đồ tạo ảnh: d1 d1′ ƒ Số phóng đại ảnh: − k1 = − d1′ f =− d1 d1 − f ⇒ d1 = (k1 + 1) f k1 (1) Sau khi dời AB và ảnh A2 B2 cùng là thật, nên k2 < 0 . ƒ Sơ đồ tạo ảnh: L AB ⎯⎯ → A2 B2 d2 d 2′ 13 ƒ - Số phóng đại ảnh: d′ f f −k2 = − 2 = − =− (d1 + a ) − f d2 d2 − f ⇒ d1 = (k2 + 1) f −a k2 (2) (k1 + 1) (k + 1) f = 2 f −a k1 k2 Từ (1) và (2) : ƒ Tiêu cự của thấu kính: ƒ Vị trí ban đầu của vật: f = k1.k2 .a = 30 (cm) k1 − k2 d1 = d1′. f = 40 (cm) d1′ − f b. Xác định a để thu được ảnh thật A2 B2 = n . A1 B1 (với n < 1 ). Áp dụng với n = A2 B2 = n . A1 B1 ⇒ Theo đề bài: ⇒ ⇒ a= - A2 B2 = n . A1 B1 A2 B2 AB d′ = n . 1 1 ⇒ − 2 = n .(− k1 ) d2 AB AB f f = n.k1 ⇔ = n.k1 (d1 + a ) − f d2 − f ⇒ - 1 2 (n.k1 + 1) f − n.k1.d1 = 10 (cm) n.k1 Vậy từ vị trí ban đầu thấu kính được dời thêm một đọan: a = 10 (cm) Bài 0704: Hai thấu kính, một hội tụ ( f1 = 20cm ), một phân kì ( f 2 = −10cm ), có cùng trục chính. Khoảng cách hai quang tâm là l = 30cm . Vật AB vuông góc với trục chính được đặt bên trái L1 và cách L1 một đoạn d1 . a. Cho d1 = 20cm , hãy xác định vị trí và số phóng đại ảnh cuối cùng cho bởi hệ hai thấu kính. b. Tính d1 để ảnh sau cùng là ảnh ảo và bằng n lần vật. Áp dụng n = 2 . Bài Làm: a. Tìm vị trí và số phóng đại ảnh cuối cùng cho bởi hệ: - Sơ đồ tạo ảnh: - Ta có: - Số phóng đại: L1 L2 AB ⎯⎯⎯⎯ → A1 B1 ⎯⎯⎯⎯ → A2 B2 d1 ; d1′ d 2 ; d 2′ ld − l. f1 − d1 f1 ; d 2 = l − d1′ = 1 d1 − f1 d1′ = d1. f1 d1 − f1 d 2′ = d2 . f2 f 2 (ld1 − lf1 − d1 f1 ) = = −10 (cm) d 2 − f 2 d1 (l − f1 − f 2 ) − lf1 + f1 f 2 k= ⎛ d′ ⎞ ⎛ d′ ⎞ A2 B2 f1. f 2 1 = k1.k2 = ⎜ − 1 ⎟ . ⎜ − 2 ⎟ = = AB ⎝ d1 ⎠ ⎝ d 2 ⎠ d1 (l − f1 − f 2 ) − lf1 + f1 f 2 2 14