【Bản tiếng Trung】Vật lý trung học phổ thông Bắt buộc Tập 3

📚 Tóm tắt nội dung

Cuốn sách này là tập thứ ba trong chuỗi giáo trình Vật lý Bắt buộc dành cho học sinh trung học phổ thông, chủ yếu bao gồm các nội dung cơ bản về điện từ học, bao gồm trường tĩnh điện, năng lượng trong điện trường, lý thuyết mạch điện, định luật bảo toàn năng lượng điện và những kiến thức sơ khởi về cảm ứng điện từ và sóng điện từ. Chương trình được thực hiện thông qua nhiều hình thức như thí nghiệm, suy nghĩ và thảo luận, phân tích ví dụ nhằm phát triển năng lực cốt lõi vật lý và khả năng nghiên cứu khoa học của học sinh.

Khám phá những bí ẩn vật lý từ các điện tích vi mô đến sóng điện từ vĩ mô, xây dựng hệ thống điện từ học cổ điển sơ khởi hoàn chỉnh.

Tác giả: Viện Nghiên cứu và Phát triển Giáo trình Vật lý, Viện Sách Giáo khoa và Chương trình Giáo dục, Nhà xuất bản Giáo dục Nhân dân

Ghi nhận: Được Hội đồng Chuyên gia Ủy ban Sách Giáo khoa Quốc gia thẩm định và thông qua (2019)

🎯 Mục tiêu học tập

1. Hiểu định luật bảo toàn điện tích, nắm vững khái niệm điện tích nguyên tố và có thể giải thích các hiện tượng vật lý như nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do cảm ứng.
2. Nắm vững định nghĩa cường độ điện trường (phương pháp định nghĩa tỉ số) và nguyên lý chồng chất, biết sử dụng đường sức điện để mô tả quy luật phân bố điện trường.
3. Hiểu đặc tính của vật dẫn trong trạng thái cân bằng tĩnh điện, nắm vững nguyên lý màn chắn tĩnh điện và phóng điện ở đầu nhọn cũng như ứng dụng của chúng trong sản xuất và đời sống.
4. Hiểu đặc điểm công của lực tĩnh điện không phụ thuộc vào quỹ đạo, nắm vững mối quan hệ giữa thế năng và công của lực tĩnh điện.
5. Nắm vững định nghĩa điện thế, hiệu điện thế và thuộc tính vectơ/ vô hướng của chúng, biết vận dụng công thức U = Ed để xử lý các bài toán liên quan đến điện trường đều.
6. Hiểu khái niệm điện dung, nắm vững các yếu tố quyết định điện dung của tụ điện phẳng, biết phân tích chuyển động gia tốc của hạt mang điện trong điện trường.
7. Hiểu vai trò của nguồn điện và định nghĩa dòng điện, dòng điện ổn định, biết giải thích sự hình thành dòng điện từ góc nhìn vi mô.
8. Nắm vững định luật điện trở của vật dẫn, hiểu quy luật thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ, đồng thời làm quen với hiện tượng siêu dẫn.
9. Có thể nhận diện đường đặc trưng V-I, phân biệt các linh kiện tuyến tính và phi tuyến.
10. Hiểu khái niệm công điện, công suất điện và định luật Joule, biết phân biệt quá trình chuyển hóa năng lượng trong mạch thuần trở và không thuần trở.

🔹 Bài học 1: Chương chín: Trường tĩnh điện và ứng dụng

Tổng quan: Chương này dựa trên bản chất vi mô của hiện tượng tĩnh điện, giới thiệu hệ thống các khái niệm về điện tích, định luật bảo toàn điện tích và điện tích nguyên tố. Thông qua việc giới thiệu khái niệm "trường", chương trình tìm hiểu cường độ điện trường – một đại lượng vật lý dùng để mô tả tính chất của trường điện – cùng cách phân tích định tính và định lượng điện trường bằng đường sức điện, điện trường đều và nguyên lý chồng chất. Cuối chương, chương sâu sắc phân tích đặc tính của vật dẫn trong điện trường, bao gồm cân bằng tĩnh điện, phóng điện ở đầu nhọn và màn chắn tĩnh điện, đồng thời thảo luận về phòng chống và ứng dụng tĩnh điện.

Kết quả học tập:

• Hiểu định luật bảo toàn điện tích, nắm vững khái niệm điện tích nguyên tố và có thể giải thích các hiện tượng vật lý như nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do cảm ứng.
• Nắm vững định nghĩa cường độ điện trường (phương pháp định nghĩa tỉ số) và nguyên lý chồng chất, biết sử dụng đường sức điện để mô tả quy luật phân bố điện trường.
• Hiểu đặc tính của vật dẫn trong trạng thái cân bằng tĩnh điện, nắm vững nguyên lý màn chắn tĩnh điện và phóng điện ở đầu nhọn cũng như ứng dụng của chúng trong sản xuất và đời sống.

🔹 Bài học 2: Chương mười: Năng lượng trong trường tĩnh điện

Tổng quan: Chương này tập trung vào các thuộc tính năng lượng của trường tĩnh điện, bắt đầu từ đặc điểm công của lực tĩnh điện, đưa ra các đại lượng vật lý cốt lõi như thế năng điện, điện thế và hiệu điện thế. Qua việc khám phá mối quan hệ định lượng giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường, chương tiết lộ tính chất năng lượng của điện trường, mở rộng sang nguyên lý lưu trữ năng lượng trong tụ điện và ứng dụng gia tốc hạt mang điện trong điện trường, cuối cùng quay về đời sống để giải thích bản chất vật lý của các công nghệ như hút tĩnh điện, lọc bụi, phun sơn và in ảnh.

Kết quả học tập:

• Hiểu đặc điểm công của lực tĩnh điện không phụ thuộc vào quỹ đạo, nắm vững mối quan hệ giữa thế năng điện và công của lực tĩnh điện.
• Nắm vững định nghĩa điện thế, hiệu điện thế và thuộc tính vectơ/vô hướng của chúng, biết vận dụng công thức U = Ed để xử lý các bài toán liên quan đến điện trường đều.
• Hiểu khái niệm điện dung, nắm vững các yếu tố quyết định điện dung của tụ điện phẳng, biết phân tích chuyển động gia tốc của hạt mang điện trong điện trường.

🔹 Bài học 3: Chương mười một: Mạch điện và ứng dụng

Tổng quan: Chương học này bao gồm lý thuyết cơ bản và ứng dụng thực tiễn về mạch điện, từ cơ chế hình thành dòng điện ở cấp vi mô đến các công cụ đo lường mạch điện ở cấp vĩ mô. Trọng tâm là tìm hiểu cách nguồn điện duy trì dòng điện ổn định, đặc tính điện trở của vật dẫn (bao gồm điện trở suất và hiện tượng siêu dẫn), đặc tính năng lượng của pin lithium-ion, cũng như cách sử dụng máy đo đa năng một cách thành thạo để đo các đại lượng điện.

Kết quả học tập:

• Hiểu vai trò của nguồn điện và định nghĩa dòng điện, dòng điện ổn định, biết giải thích sự hình thành dòng điện từ góc nhìn vi mô.
• Nắm vững định luật điện trở của vật dẫn, hiểu quy luật thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ, đồng thời làm quen với hiện tượng siêu dẫn.
• Có thể nhận diện đường đặc trưng V-I, phân biệt các linh kiện tuyến tính và phi tuyến.

🔹 Bài học 4: Chương mười hai: Năng lượng điện và định luật bảo toàn năng lượng

Tổng quan: Chương này tập trung vào quá trình chuyển hóa, truyền tải năng lượng điện và quy luật bảo toàn năng lượng ở cấp vĩ mô. Bắt đầu từ chuyển hóa năng lượng trong mạch điện ở cấp vi mô (công điện và nhiệt điện), chương giới thiệu đại lượng vật lý cốt lõi mô tả đặc tính nguồn điện – suất điện động – và thiết lập định luật Ôm cho mạch kín. Qua thí nghiệm đo suất điện động và điện trở trong của pin khô và pin trái cây, học sinh sẽ nắm được phương pháp xử lý dữ liệu thí nghiệm (như phương pháp đồ thị U-I). Cuối cùng, chương mở rộng đến định luật bảo toàn năng lượng ở cấp vĩ mô và phát triển bền vững năng lượng, thảo luận về chiều hướng chuyển hóa năng lượng và ý nghĩa xã hội của nó.

Kết quả học tập:

• Hiểu khái niệm công điện, công suất điện và định luật Joule, biết phân biệt quá trình chuyển hóa năng lượng trong mạch thuần trở và không thuần trở.
• Hiểu khái niệm suất điện động, nắm vững định luật Ôm cho mạch kín và có thể giải các bài toán tổng hợp liên quan.
• Nắm vững nguyên lý và phương pháp đo suất điện động và điện trở trong của nguồn điện, biết sử dụng đồ thị U-I để xử lý dữ liệu thí nghiệm.

🔹 Bài học 5: Chương mười ba: Cảm ứng điện từ và năng lượng vi mô sơ khởi

Tổng quan: Đơn vị học này nhằm dẫn dắt học sinh từ hiện tượng từ trường ở cấp vĩ mô tiến đến hiện tượng cảm ứng điện từ phức tạp, và cuối cùng đi sâu vào sóng điện từ cùng khái niệm lượng tử hóa năng lượng ở cấp vi mô. Chương bao gồm mô tả từ trường (đường sức từ, cường độ từ trường, từ thông), điều kiện xuất hiện cảm ứng điện từ, nền tảng lý thuyết trường điện từ của Maxwell, cũng như khái niệm lượng tử năng lượng do Planck đề xuất.

Kết quả học tập:

• Nắm vững các khái niệm từ trường, cường độ từ trường và từ thông, biết vận dụng quy tắc Ampère để xác định mối quan hệ giữa hướng dòng điện và hướng từ trường.
• Hiểu bản chất hiện tượng cảm ứng điện từ và có thể xác định chính xác điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng.
• Biết về sự hình thành, đặc tính lan truyền của sóng điện từ và phân bố phổ sóng điện từ, nhận diện ý nghĩa đột phá của lượng tử hóa năng lượng đối với vật lý hiện đại.