PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHI THAY ĐỔI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN ======================= PHẦN I: MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Môn Vật lý phận khoa học tự nhiên nghiên cứu tượng vật lý nói chung điện học nói riêng Những thành tựu vật lý ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ngược lại chính thực tiễn sản xuất thúc đẩy khoa học vật lý phát triển Vì học vật lý không dơn học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vật lý vào thực tiễn sản xuất Do q trình giảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có kỹ năng, kỹ xảo thường xuyên vận dụng hiểu biết học để giải vấn đề thực tiễn đặt Bộ môn vật lý đưa vào giảng dạy nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thơng, bản, có hệ thống tồn diện vật lý Hệ thống kiến thức phải thiết thực có tính kỹ thuật tổng hợp đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý đại Để học sinh hiểu cách sâu sắc đủ kiến thức áp dụng kiến thức vào thực tiễn sống cần phải rèn luyện cho học sinh kỹ , kỹ xảo thục hành : Kỹ năng, kỹ xảo giải tập, kỹ đo lường, quan sát … Bài tập vật lý với tư cách phương pháp dạy học, có ý nghĩa quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học vật lý nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt tập vật lý học sinh có những kỹ so sánh, phân tích, tổng hợp … góp phần to lớn việc phát triển tư học sinh Đặc biệt tập vật lý giúp học sinh cố kiến thúc có hệ thống vận dụng kiến thức học vào việc giải tình cụ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… thể, làm cho môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn em Hiện nay, xu đổi mối ngành giáo dục phương pháp giảng dạy phương pháp kiểm tra đánh giá kết giảng dạy thi tuyển Cụ thể phương pháp kiểm tra đánh giá phương tiện trắc nghiệm khách quan.Trắc nghiệm khách quan trở thành phương pháp chủ đạo kiểm tra đánh giá chất lượng dạy học nhà trường THPT Điểm đáng lưu ý nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn kiến thức chương trình, tránh học tủ, học lệch để đạt dược kết tốt việc kiểm tra, thi tuyển học sinh phải nắm vững kiến thức mà cịn địi hỏi học sinh phải có phản ứng nhanh dạng toán, đặc biệt dạng toán mang tính chất khảo sát mà em thường gặp Với mong muốn tìm phương pháp giải tốn trắc nghiệm cách nhanh chóng đồng thời có khả trực quan hoá tư học sinh lôi nhiều học sinh tham gia vào trình giải tập giúp số học sinh khơng u thích khơng giỏi mơn vật lý cảm thấy đơn giản việc giải tập trắc nghiệm vật lý, chọn đề tài: “HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH THAY ĐỔI” II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Làm quen với cơng tác nghiên cứu khoa học - Tìm cho phương pháp để tạo khơng khí hứng thú lôi nhiều học sinh tham gia giải tập lý, đồng thời giúp em đạt kết cao kỳ thi - Nghiên cứu phương pháp giảng dạy vật lý với quan điểm tiếp cận : “Phương pháp Trắc nghiệm khách quan” III, NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Trong đề tài giải nhiệm vụ sau: PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… - Tìm hiểu sở lý luận chung tập vật lý phương pháp tập vật lý nhà trường phổ thông - Nghiên lý thuyết mạch diện xoay chiều -Nghiên cứu lý thuyết khảo sát mạch điện - Vận dung lý thuyết để giải số toán IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết - Giải tập vận dụng V GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Thông thường giải tập mạch điện xoay chiều học sinh gặp phải số tập mang tính chất khảo sát mối liên hệ đại lượng, thông số mạch điện Trên tinh thần trắc nghiệm khách quan, phải giải toán thời gian ngắn khó học sinh Do tơi hệ thống lại loại thường gặp tinh thần phương pháp Grap để em dễ dàng giải gặp phải Khai thác có hiệu phương pháp góp phần nâng cao chất lượng nắm kiến thúc, vận dụng đạt kết tốt kỳ thi VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI -Trong giới hạn đề tài đưa phương pháp giải nhanh toán khảo sát mạch điện - Đối tượng áp dụng : Tất học sinh PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THƠNG VÀ VAI TRỊ CỦA NÓ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG 1.1 Vai trị tập vật lý việc giảng dạy vật lý Việc giảng dạy tập vật lý nhà trường không giúp học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức quy định chương trình mà cịn giúp em vận dụng kiến thức để giải nhiệm vụ học tập vấn đề mà thực tiễn đặt Muốn đạt diều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào sống ngày Kỹ vận dụng kiến thức tập thực tiễn đời sống thước mức độ sâu sắc vững vàn kiến thức mà học sinh thu nhận Bài tập vật lý với chức phương pháp dạy học có vị trí đặc biệt dạy học vật lý trường phổ thông Trước hết, vật lý môn khoa học giúp học sinh nắm dược qui luật vận động giới vật chất tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ qui luật ấy, biết phân tích vận dụng qui luật vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp mặt dù người giáo viên có trình bày tài liệu cách mạch lạc, hợp lơgích, phát biểu định luật xác, làm thí nghiệm u cầu, qui tắc có kết xác điều kiện cần chưa đủ để học sinh hiểu nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giải tập vật lý hình thức hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức học để giải tình cụ thể PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… kiến thức trở nên sâu sắc hoàn thiện Trong qua trình giải tình cụ thể tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng thao tác tư phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa , trừu tượng hóa …để giải vấn đề, tư học sinh có điều kiện để phát triển Vì nói tập vật lý phương tiện tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả độc lập suy nghĩ hành động, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn sống học sinh Bài tập vật lý hội để giáo viên đề cập đến kiến thức mà học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh Đặc biệt, để giải tập vật lý hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh việc nhớ lại kiến thức cách tổng hợp, xác nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học học sinh cần phải rèn luyện cho tính phản ứng nhanh tình cụ thể, bên cạnh học sinh phải giải thật nhiều dạng tập khác để có kiến thức tổng hợp, xác khoa học 1.2 Phân loại tập vật lý 1.2.1 Bài tập vật lý định tính hay tập câu hỏi lý thuyết - Là tập mà học sinh khơng cần phải tính tốn (Hay có phép toán đơn giản) mà vận dụng định luật, định lý, qui luật để giải tích tượng thơng qua lạp luận có cứ, có lơgich - Nội dung câu hỏi phong phú, đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức vật lý - Thông thường để giải toán cần tiến hành theo bước: * Phân tích câu hỏi * Phân tích tượng vật lý có đề cập đến câu hỏi để từ xác định định luật, khái niệm vật lý hay qui tắc vật lý để giải câu hỏi * Tổng hợp điều kiện cho với kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi 1.2.2 Bài tập vật lý định lượng Đó loại tập vật lý mà muốn giải ta phải thực loạt phép tính Dựa vào mục đích dạy học ta phân loại tập dạng thành loại: a Bài tập tập dượt: Là tập đơn giản sử dụng nghiên cứu khái niệm hay qui tắc vật lý dó để học sinh vật dụng kiến thức vừa tiếp thu b Bài tập tổng hợp; Là tập phức tạp mà muốn giải học sinh vận dụng nhiều kiến thức nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thuộc nhiều lĩnh vực Đặc biệt, câu hỏi loại nêu dạng trắc nghiệm khách quan yêu cầu học sinh phải nhớ kết cuối dược chứng minh trước để giải cách nhanh chóng Vì u cầu học sinh phải hiểu cách sâu sắc để vận dụng kiến thức mức độ cao 1.2.3.Bài tập đồ thị Đó tập mà kiện đề cho dạng đồ thị hay q trình giải ta PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… phải sử dụng dồ thị ta phân loại dạng câu hỏi thành loại: a Đọc khai thác đồ thị cho: Bài tập loại có tác dụng rèn luyện cho học sinh ký đọc đồ thị, biết cách đoán nhận thay đổi trạng thái vật thể, hệ vật lý, tượng hay trình vật lý Biết cách khai thác từ đồ thị để giải vấn đề cụ thể b Vẽ đồ thị theo liệu cho : tập rèn luyện cho học sinh kỹ vẽ đồ thị, biết cách chọn hệ tọa độ tỉ lệ xích thích hợp để vẽ đồ thị xác 1.2.4 Bài tập thí nghiệm: loại tập cần phải tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, để tìm số liệu, kiện dùng việc giải tập.Tác dụng cụ thể loại tập Giáo dục, giáo dưỡng giáo dục kỹ thuật tổng hợp Đây loại tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú đặc biệt địi hỏi học sinh nhiều tính sáng tạo CHƯƠNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU I DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU * Cách tạo dịng điện xoay chiều → Khung dây kim loại kín quay B với vận tốc góc ω quanh trục đối xứng từ trường có véc tơ cảm ứng từ vng góc với trục quay mạch có dịng điện biến thiên điều hịa với tần số góc ω gọi dịng điện xoay chiều Khi khung dây quay vịng (một chu kì) dịng điện khung dây đổi chiều lần * Hiệu điện xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều Nếu i = Iosinωt u = Uosin(ωt + ϕ) Nếu u = Uosinωt i = Iosin(ωt - ϕ) U−oZ1-CZ ) Với Io = ; Z = ; tgϕ = = R 2ωZ+LL(Z C −L Z RωC * Các giá trị hiệu dụng R dòng điện xoay chiều U E I oo I = ; U = E = * Lý sử dụng giá trị hiệu dụng dòng điện xoay chiều + Với dịng điện xoay chiều ta khó xác định giá trị tức thời i u chúng biến thiên nhanh, lấy giá trị trung bình chúng chu kỳ, giá trị + Khi sử dụng dịng điện xoay chiều, ta cần quan tâm tới tác dụng tức thời thời điểm mà tác dụng thời gian dài + Tác dụng nhiệt dòng điện tỉ lệ với bình phương cường độ dịng điện nên khơng phụ thuộc vào chiều dòng điện + Ampe kế vơn kế đo cường độ dịng điện hiệu điện xoay chiều dựa vào tác PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… dụng nhiệt dòng điện nên gọi ampe kế nhiệt vôn kế nhiệt, số chúng cường độ hiệu dụng hiệu điện hiệu dụng dòng điện xoay chiều * Các loại đoạn mạch xoay chiều + Đoạn mạch có điện trở thuần: uR U R pha với i ; I = + Đoạn mạch có tụ điện: uC trể πR pha i góc I = ; với ZC = dung kháng U12C tụ điện + Đoạn mạch có cuộn dây ωZπCC cảm: uL sớm pha i góc I =; với ZL = ωL cảm kháng U2L cuộn dây + Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Z L (không phân nhánh): Độ lệch pha ϕ u i xác định theo biểu thức: Z − Z1 tgϕ = = ωLL + C R ωC Cường độ hiệu dụng xác định theo R định luật Ôm: I = Với Z = tổng trở R + (Z L - Z C ) đoạn mạch + Cộng hưởng đoạn mạch RLC Khi ZL = ZC hay ω = dịng UU12 điện mạch đạt giá trị cực đại I max = , R đại Pmax = , u pha với i (ϕ = 0) công suất mạch đạt giá trị cực LC Khi ZL > ZC u nhanh pha i (đoạn mạch có tính cảm kháng) Khi ZL < ZC u trể pha i (đoạn mạch có tính dung kháng) R tiêu thụ lượng dạng toả nhiệt, Z L ZC không tiêu thụ lượng nguồn điện xoay chiều + Cách nhận biết cuộn dây có điện trở r Xét tồn mạch, nếu: Z ≠ ; U ≠ URR2 + (U ZRLL − U Z CC ))22 Z P ≠ I2R cosϕ ≠ cuộn dây có điện trở r ≠ Xét cuộn dây, nếu: Ud ≠ UL Zd π ≠ ZL Pd ≠ cosϕd ≠ ϕd ≠ cuộn dây có điện trở r ≠ * Cơng suất dịng điện xoay chiều + Cơng suất dòng điện xoay U R chiều: P = UIcosϕ = I2R = + Hệ số công suất: cosϕ = ZR2 Z + Ý nghĩa hệ số công suất cosϕ Trường hợp cosϕ = tức ϕ = U 0: mạch có R, mạch RLC có cộng hưởng điện (ZL = ZC) P = Pmax = R UI = Trường hợp cosϕ = tức ϕ = π ± : Mạch có L, có C, có L C mà khơng có R P = Pmin = Để nâng cao hệ số công suất mạch cách mắc thêm vào mạch cuộn cảm tụ điện thích hợp cho cảm kháng dung kháng mạch xấp xỉ để cosϕ ≈ Đối với động điện, tủ lạnh, … nâng cao hệ số công suất cosϕ để giảm cường độ dòng điện U Z PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… II LÝ THUYẾT PHỤC VỤ ĐỀ TÀI mạch điện xoay chiều thường gặp mạch điện RLC khơng phân nhánh hình vẽ AB A Các thông số mạch điện xoay chiều: Điện trở R, điện dung C tụ diện độ tự cảm L cuộn dây Tần số góc , chu kỳ T, tần số f ω pha ban đầu dịng diện Thơng thường giải tốn thay đổi thơng số để đại lượng đạt giá trị cực đại học sinh (Từ trung bình trở xuống) nghĩ đến tượng cộng hưởng điện (ZL=ZC) thực tế lúc vậy, cần phải thấy rõ chất đại lượng, ý nghĩa thay đổi mối quan hệ biện chứng đại lượng Các hệ tượng cộng hưởng điện: Hiệu điện uAB pha với cường độ dòng - điện i Cosϕ = Hệ số Công suất mạch đạt - giá trị cực đại => P=Pmax=UI Tổng trở điện trở thuần: Z=R uR pha với uAB Số Ampe kế giá trị I = U cực đại R tượng cộng hưởng điện: Các thay đổi liên quan đến ω a Giữ nguyên R,L,C thay đổi tần ϕ = số góc ( Dẫn tới thay đổi tần số f) Hiệu điện uAB pha với cường độ dịng điện i ; I=Imax……… R Vì lúc ta có R=Z Cosϕ = = Z =>ZL-ZC=0 hay ZL=ZC ω b Giữ nguyên giá trị L,R, thay đổi C để I=Imax ( Số ampe kế đạt giá trị cực đại) U1 Ta có ; U=const nên I= Lω = Cω I=Imax => cộng hưởng R + ( Lω − ) điện Cω c Giữ nguyên giá trị C,R, thay đổi L để I=Imax ( Số ampe kế đạt giá trị cực đại) U1 Ta có ; U=const nên I= Lω = Cω I=Imax => cộng hưởng R + ( Lω − ) điện Cω d Giữ nguyên giá trị C,R, thay đổi L để hiệu điện hai tụ đạt giá trị cực đại: UC=UCmax U Ta có U=const U C = Z C I = Z C Zc=const nên để R + (Z L − Z C ) UC=UCmax Thì ta phải có ZL-ZC=0 => có cộng hưởng điện ω ω PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… e nguyên giá trị L,R, thay đổi ω C để hiệu điện hai hai đầu cuộn dây cảm đạt giá trị cực đại: UL=ULmax U Ta có U=const U L = Z L I = Z C 2 ZL=const nên để R + (Z L − Z C ) UL=ULmax Thì ta phải có ZL-ZC=0 => có cộng hưởng điện Các thay đổi không liên quan đến tượng cộng hưởng điện: a Mạch điện RLC khơng phân ω nhánh có L,C, không đổi Thay đổi R để công suất tiêu thụ mạch đạt giá trị cực đại, số Ampe kế cực đại … Phân tích: Khi L,C, khơng đổi mối liên hệ ω ZL ZC khơng thay đổi đổi thay đổi R không gây tượng cộng hưởng Chứng minh: Ta có P=RI2=R = , U2 (Z L − Z C ) Do U=Const nên để R +((ZZLL −−ZZCc))22 R + R+ P=Pmax ta phải có đạt giá R R trị Áp dụng bất dẳng thức Cosi cho số dương R (ZL-ZC)2 ta được: = b.Mạch điện RLC ( Z2 Z − − Z Z) Vậy giáphân tri có khơng nhánh R+ L L C C lúc đókhơng dấu “=” bất R R,C, đổi.củaThay đẳng thức xảy nên ta có R= Phân tích: U cóP=P I=Imax= U max= Ta Do Uvà phụ L không Z2LZ−L Z−CZ C thuộc vào Z mà phụ thuộc ω vào ZL nghĩa UL= f(L) nên Chứng minh: Ta biểu diễn hiệu điện giản đồ véc tơ hình vẽ (ZZ(LZL −L−Z−ZCZC C) 2) R + ≥ R RR Theo định lý hàm số sin ta có U => => U L = Z L I = Z L Mặt khác ta lại có =const R + (Z L − Z C ) UAB = const nên để UL=ULmax Sinβ Sinα = U L U AB Sinβ = U AB UU0 L = Sinβ 0oAB U RSinα Sinα = R = U RC R + Z C2 U AB U 0L ... dịng điện biến thiên điều hịa với tần số góc ω gọi dòng điện xoay chiều Khi khung dây quay vịng (một chu kì) dịng điện khung dây đổi chiều lần * Hiệu điện xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều. .. TÀI -Trong giới hạn đề tài đưa phương pháp giải nhanh toán khảo sát mạch điện - Đối tượng áp dụng : Tất học sinh PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH ……… PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THƠNG VÀ VAI... dụng R dòng điện xoay chiều U E I oo I = ; U = E = * Lý sử dụng giá trị hiệu dụng dòng điện xoay chiều + Với dòng điện xoay chiều ta khó xác định giá trị tức thời i u chúng biến thiên nhanh, khơng