Giáo án Vật Lí 12 Chương 4: Dao động và sóng điện từ mới nhất

HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)

Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Ở chương 3 ta đã tìm hiểu mạch RLC nối tiếp và các mạch RC, RL. Hôm nay ta sẽ tìm hiểu một mạch LC nối tiếp xem có tính chất gi? Ta sẽ biết được sau khi học bài “MẠCH DAO ĐỘNG”

HS định hướng nội dung của bài

MẠCH DAO ĐỘNG

HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)

Mục tiêu:

- Các định nghĩa về mạch dao động và dao động điện từ.

- Nêu được vai trò của tụ điện và cuộn cảm trong hoạt động của mạch LC.

- Viết được biểu thức của điện tích, cường độ dòng điện, chu kì và tần số dao động riêng của mạch dao động..

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Minh hoạ mạch dao động

- Dựa vào hình vẽ giải thích và hướng dẫn hs đi đến định nghĩa và các tính chất của mạch dao động

- HS ghi nhận mạch dao động.

- HS quan sát việc sử dụng hiệu điện thế xoay chiều giữa hai bản tụ → hiệu điện thế này thể hiện bằng một hình sin trên màn hình.

I. Mạch dao động

1. Gồm một tụ điện mắc nối tiếp với một cuộn cảm thành mạch kín.

- Nếu r rất nhỏ (» 0): mạch dao động lí tưởng.

2. Muốn mạch hoạt động → tích điện cho tụ điện rồi cho nó phóng điện tạo ra một dòng điện xoay chiều trong mạch.

3. Người ta sử dụng hiệu điện thế xoay chiều được tạo ra giữa hai bản của tụ điện bằng cách nối hai bản này với mạch ngoài.

- Vì tụ điện phóng điện qua lại trong mạch nhiều lần tạo ra dòng điện xoay chiều → có nhận xét gì về sự tích điện trên một bản tụ điện?

- Trình bày kết quả nghiên cứu sự biến thiên điện tích của một bản tụ nhất định.

- Trong đó ω (rad/s) là tần số góc của dao động.

- Phương trình về dòng điện trong mạch sẽ có dạng như thế nào?

- Nếu chọn gốc thời gian là lúc tụ điện bắt đầu phóng điện → phương trình q và i như thế nào?

- Từ phương trình của q và i → có nhận xét gì về sự biến thiên của q và i.

- Cường độ điện trường E trong tụ điện tỉ lệ như thế nào với q?

- Cảm ứng từ B tỉ lệ như thế nào với i?

- Có nhận xét gì về  trong mạch dao động

- Chu kì và tần số của dao động điện từ tự do trong mạch dao động gọi là chu kì và tần số dao động riêng của mạch dao động?

→ Chúng được xác định như thế nào?

- Giới thiệu cho hs khái niệm năng lượng điện từ

- Trên cùng một bản có sự tích điện sẽ thay đổi theo thời gian.

- HS ghi nhận kết quả nghiên cứu.

- Lúc t = 0 → q = CU₀ = q₀ và i = 0

→ q₀ = q₀cosφ → φ = 0

- HS thảo luận và nêu các nhận xét.

- Tỉ lệ thuận.

- Chúng cũng biến thiên điều hoà, vì q và i biến thiên điều hoà.

- Tiếp thu

II. Dao động điện từ tự do trong mạch dao động

1. Định luật biến thiên điện tích và cường độ dòng điện trong một mạch dao động lí tưởng

- Sự biến thiên điện tích trên một bản:

- Phương trình về dòng điện trong mạch:

- Nếu chọn gốc thời gian là lúc tụ điện bắt đầu phóng điện

Vậy, điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i trong mạch dao động biến thiên điều hoà theo thời gian; i lệch pha π/2 so với q.

2. Định nghĩa dao động điện từ

- Sự biến thiên điều hoà theo thời gian của điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện (hoặc cường độ điện trường ) trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ tự do.

3. Chu kì và tần số dao động riêng của mạch dao động

III. Năng lượng điện từ

- Tổng năng lượng điện trường và năng lượng từ trường trong mạch gọi là năng lượng điện từ

- Mạch dao động lý tưởng năng lượng điện từ được bảo tòan.

HOẠT ĐỘNG 3:  Hoạt động luyện tập (10')

Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Câu 1: Trong mạch dao động có sự biến thiên tương hỗ giữa

A. điện trường và từ trường.

B. điện áp và cường độ điện trường,

C. điện tích và dòng điện.

D. năng lượng điện trường và năng lượng từ trườn

Câu 2: Một tụ điện có điện dung C = 10 μF được tích điện áp U_o = 20 V. Sau đố cho tụ phóng điện qua một cuộn cảm L = 0,01 H, điện trở thuần không đáng kể. (Lấy π = √10). Điện tích của tụ điện ở thời điểm t₁ = 2,5.10^-4 s kể từ lúc tụ điện bắt đầu phóng điện là

A. q = 2.10^-4 C

B. q = 0

C. q = √3.10^-4 C

D. q = √2.10^-4 C

Câu 3: Điện tích của một bản tụ điện trong một mạch dao động lí tưởng biến thiên theo thời gian theo hàm số q = q₀cosωt. Biểu thức của cường độdòng điện trong mạch sẽ là i = I₀cos(ωt + φ) với:

A. φ = 0.

B. φ = π/2.

C. φ = -π/2.

D. φ = π.

Câu 4: Một mạch dao động điện từ gồm một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và hai tự điện C₁ và C₂. Khi mắc cuộn dây riêng với từng tụ điện C₁và C₂ thì chu kì dao động của mạch tương ứng là T₁ = 6 ms và T₂ = 8 ms. Chu kì dao động của mạch khi mắc đồng thời cuộn dây với tụ điện C₁ nối tiếp tụ điện C₂

A. 6,4 ms

B. 4,6 ms

C. 4,8 ms

D. 8,4 ms

Câu 5: Một mạch điện dao động điện từ lí tưởng có L = 5 mH ; C = 0,0318 mF. Điện áp cực đại trên tụ điện là 8 V. Khi điện áp trên tụ điện là 4 V thì cường độ dòng điện tức thời trong mạch là

A. 0,55 A

B. 0,45 A

C. 0,55 mA

D. 0,45 mA

Câu 6: Một mạch dao động điện từ gồm một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và hai tự điện C₁ và C₂. Khi mắc cuộn dây riêng với từng tụ điện C₁và C₂ thì chu kì dao động của mạch tương ứng là T₁ = 6 ms và T₂ = 8 ms. Chu kì dao động của mạch khi mắc đồng thời cuộn dây với tụ điện C₁ nối tiếp tụ điện C₂

A. 6,4 ms

B. 4,6 ms

C. 4,8 ms

D. 8,4 ms

Câu 7: Một mạch điện dao động điện từ lí tưởng có L = 5 mH ; C = 0,0318 mF. Điện áp cực đại trên tụ điện là 8 V. Khi điện áp trên tụ điện là 4 V thì cường độ dòng điện tức thời trong mạch là

A. 0,55 A

B. 0,45 A

C. 0,55 mA

D. 0,45 mA

Câu 8: Một mạch dao động từ LC lí tưởng. Khi điện áp giữa hai đầu bản tụ điện là 2 V thì cường độ dòng điện đi qua cuộn dây là i, khi điện áp giữa hai đầu bản tụ điện là 4 V thì cường độ dòng điện qua cuộn dây là i/2. Điện áp cực đại giữa hai đầu cuộn dây là

A. 4 V

B. 2√5 V

C. 2√3 V

D. 6 V

Câu 9: Khi mắc tụ điện C₁ vào mạch dao động thì tần số dao động riêng của mạch là 6 kHz. Khi ta thay đổi tụ điện C₁ bằng tụ điện C₂ thì tần số dao động của mạch là 8 kHz. Khi mắc tụ điện C₁ nối tiếp tụ điện C₂ vào mạch dao động thì tần số riêng của mạch là

A. 14 kHz

B. 7 kHz

C. 12 kHz

D. 10 kHz

HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’)

Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Bài 8 (trang 107 SGK Vật Lý 12): Tính chu kì và tần số dao động riêng của một mạch dao động, biết tụ điện trong mạch có điện dung là 120pF và cuộn cảm có độ tự cảm là 3mH.

Thực hiện nhiệm vụ học tập:

- HS sắp xếp theo nhóm và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV

Chu kì: 3,77.10^-6 và tần số dao động riêng của mạch dao động: 0,265 (MHz)

HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’)

Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Hệ thống hóa kiến thức bài qua sơ đồ tư duy

HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)

Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Điện từ trường và sóng điện từ là hai nội dung quan trọng nhất của thuyết ĐIỆN TỪ của Mắc-xoen.Hôm nay ta sẽ tìm hiểu một trong những nội dung đó là “ĐIỆN TỪ TRƯỜNG”

- HS tìm hiểu và định hướng nội dung của bài

Tiết 37

ĐIỆN TỪ TRƯỜNG

HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)

Mục tiêu: - định nghĩa về từ trường.

- Phân tích được một hiện tượng để thấy được mối liên quan giữa sự biến thiên theo thời gian của cảm ứng từ với điện trường xoáy và sự biến thiên của cường độ điện trường với từ trường.

- Nêu được hai điều khẳng định quan trọng của thuyết điện từ.

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Y/c Hs nghiên cứu Sgk và trả lời các câu hỏi.

- Trước tiên ta phân tích thí nghiệm cảm ứng điện từ của Pha-ra-đây → nội dung định luật cảm ứng từ?

- Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng chứng tỏ điều gì?

- Nêu các đặc điểm của đường sức của một điện trường tĩnh điện và so sánh với đường sức của điện trường xoáy?

(- Khác: Các đường sức của điện trường xoáy là những đường cong kín.)

- Tại những điện nằm ngoài vòng dây có điện trường nói trên không?

- Nếu không có vòng dây mà vẫn cho nam châm tiến lại gần O → liệu xung quanh O có xuất hiện từ trường xoáy hay không?

- Vậy, vòng dây kín có vai trò gì hay không trong việc tạo ra điện trường xoáy?

- Ta đã biết, xung quanh một từ trường biến thiên có xuất hiện một điện trường xoáy → điều ngược lại có xảy ra không. Xuất phát từ quan điểm “có sự đối xứng giữa điện và từ” Mác-xoen đã khẳng định là có.

- Xét mạch dao động lí tưởng đang hoạt động. Giả sử tại thời điểm t, q và i như hình vẽ

→ cường độ dòng điện tức thời trong mạch?

- Mặc khác q = CU = CEd

Do đó: Điều này cho phép ta đi đến nhận xét gì? 

- HS nghiên cứu Sgk và thảo luận để trả lời các câu hỏi.

- Mỗi khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện cảm ứng.

- Chứng tỏ tại mỗi điểm trong dây có một điện trường có  cùng chiều với dòng điện. Đường sức của điện trường này nằm dọc theo dây, nó là một đường cong kín.

- Các đặc điểm:

a. Là những đường có hướng.

b. Là những đường cong không kín, đi ra ở điện tích (+) và kết thúc ở điện tích (-).

c. Các đường sức không cắt nhau …

d. Nơi E lớn → đường sức mau…

- Có, chỉ cần thay đổi vị trí vòng dây, hoặc làm các vòng dây kín nhỏ hơn hay to hơn…

- Có, các kiểm chứng tương tự trên.

- Không có vai trò gì trong việc tạo ra điện trường xoáy.

- HS ghi nhận khẳng định của Mác-xoen.

- Cường độ dòng điện tức thời trong mạch:

- Dòng điện ở đây có bản chất là sự biến thiên của điện trường trong tụ điện theo thời gian.

I. Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường

1. Từ trường biến thiên và điện trường xoáy

a.

- Điện trường có đường sức là những đường cong kín gọi là điện trường xoáy.

b. Kết luận

- Nếu tại một nơi có từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy.

2. Điện trường biến thiên và từ trường

a. Dòng điện dịch

- Dòng điện chạy trong dây dẫn gọi là dòng điện dẫn.

* Theo Mác – xoen:

- Phần dòng điện chạy qua tụ điện gọi là dòng điện dịch.

- Dòng điện dịch có bản chất là sự biến thiên của điện trường trong tụ điện theo thời gian.

b. Kết luận:

- 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.

- Ta đã biết giữa điện trường và từ trường có mối liên hệ với nhau: điện trường biến thiên → từ trường xoáy và ngược lại từ trường biến thiên

→ điện trường xoáy.

→ Nó là hai thành phần của một trường thống nhất: điện từ trường.

- Mác – xoen đã xây dựng một hệ thống 4 phương trình diễn tả mối quan hệ giữa:

+ điện tich, điện trường, dòng điện và từ trường.

+ sự biến thiên của từ trường theo thời gian và điện trường xoáy.

+ sự biến thiên của điện trường theo thời gian và từ trường.

- HS ghi nhận điện từ trường.

- HS ghi nhận về thuyết điện từ.

II. Điện từ trường và thuyết điện từ Mác - xoen

1. Điện từ trường

- Là trường có hai thành phần biến thiên theo thời gian, liên quan mật thiết với nhau là điện trường biến thiên và từ trường biến thiên.

2. Thuyết điện từ Mác – xoen

- Khẳng định mối liên hệ khăng khít giữa điện tích, điện trường và từ trường.

+ điện tich, điện trường, dòng điện và từ trường.

+ sự biến thiên của từ trường theo thời gian và điện trường xoáy.

+ sự biến thiên của điện trường theo thời gian và từ trường.

HOẠT ĐỘNG 3:  Hoạt động luyện tập (10')

Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Câu 1: Trong điện từ trường, vectơ cường độ điện trường và vectơ cảm ứng từ luôn

A. có phương vuông góc với nhau

B. cùng phương, ngược chiều

C. cùng phương, cùng chiều

D. có phương lệch nhau 45º

Câu 2: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về điện từ trường?

A. Khi một từ trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy.

B. Điện trường xoáy là điện trường có đường sức là những đường cong không kín.

C. Khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy.

D. Điện trường xoáy là điện trường có đường sức là những đường cong kín.

Câu 3: Khi điện áp giữa hai bản tụ biến thiên theo thời gian thì

A. trong tụ điện không phát sinh ra từ trường vì không có dòng điện chay qua lớp điện môi giữa hai bản tụ điện.

B. trong tụ điện chỉ xuất hiện điện trường biến thiên mà không có từ trường vì không có dòng điện.

C. trong tụ điện xuất hiện điện từ trường và từ trường biến thiên với cùng một tần số.

D. trong tụ điện không xuất hiện cả điện trường và từ trường vì môi trường trong lòng tụ điện không dẫn điện.

Câu 4: Tìm phát biểu sai về điện từ trường.

A. Một từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra một điện trường xoáy ở các điểm lân cận.

B. Một điện trường biến thiên theo thời gian sinh ra một từ trường ở các điểm lân cận.

C. Điện trường và từ trường không đổi theo thời gian cùng có các đường sức là những đường cong khép kín.

D. Đường sức của điện trường xoáy là các đường cong kín bao quanh các đường sức từ của từ trường biến thiên.

Hướng dẫn giải và đáp án

HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’)

Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập về điện từ trường

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Yêu cầu HS thảo luận

Có ý kiến cho rằng không gian bao quanh một điện tích có thể chỉ có điện trường nhưng cũng quanh điện tích đó có thể có điện trường. Ý kiến này đúng hay sai? Vì sao?

- GV Phân tích nhận xét, đánh giá, kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh.

- HS sắp xếp theo nhóm, chuẩn bị bảng phụ và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV

Báo cáo kết quả hoạt  động và thảo luận

- Đại diện các nhóm

- Đại diện các nhóm nhận xét kết quả

- Các nhóm khác có ý kiến bổ sung.(nếu có)

Ý kiến cho rằng không gian bao quanh một điện tích có thể chỉ có điện trường nhưng cũng quanh điện tích đó có thể có điện từ trường. Ý kiến này đúng vì tùy theo hệ quy chiếu của con người ta quan sát mà diện tích có thể đứng yên hay chuyển động. Nếu đứng yên ta chỉ nhận được điện trường, nếu chuyển động thì nhận được điện từ trường.

HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’)

Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Tự tìm hiểu và làm thêm các bài tập nâng cao.

Vẽ sơ đồ tư duy khái quát lại ND bài học.