Hướng dẫn học sinh giải bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao bằng sơ đồ tư duy

1 Hướng dẫn học sinh giải bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao bằng sơ đồ tư duy Guiding the students to do the Extreme alternating current exercise in the

1

Hướng dẫn học sinh giải bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao bằng

sơ đồ tư duy Guiding the students to do the Extreme alternating current exercise in

the advanced grade 12th Physics through mind-map NXB H : ĐHGD, 2012 Số trang 85 tr +

Nguyễn Thị Mến

Trường Đại học Quốc gia Hà Nội; Trường Đại học Giáo dục Luận văn ThS ngành: Lý luận và phương pháp dạy học (Bộ môn Vật Lí);

Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn: T.S Phạm Kim Chung

Năm bảo vệ: 2012

Abstract Xây dựng hệ thống các bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp 12

nâng cao, bằng sơ đồ tư duy Xác định các phương pháp giải các bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao Xây dựng sơ đồ tư duy để hướng dẫn học sinh giải các bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao Thiết kế tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý bằng sơ đồ tư duy

Keywords: Vật lý; Phương pháp dạy học; Dòng điện xoay chiều; Bài toán cực trị; Sơ đồ tư

duy

Content

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Bài tập vật lí có vai trò quan trọng trong việc củng cố kiến thức, rèn luyện kĩ năng, vận dụng kiến thức vật lí giải quyết vấn đề trong vật lí và cuộc sống Một vấn đề đặt ra là cần có các phương pháp giải bài tập và hướng dẫn học sinh giải bài tập với tốc độ nhanh, chính xác, đồng thời giúp học sinh phát triển tư duy

Sơ đồ tư duy (SĐTD)là một công cụ tổ chức tư duy hiệu quả, đồng thời là một phương tiện ghi chép đầy sáng tạo, mở rộng và đào sâu các ý tưởng Sử dụng SĐTD trong dạy và học mang lại hiệu quả cao, phát triển tư duy logic, khả năng phân tích tổng hợp, học sinh hiểu bài, nhớ lâu, thay cho ghi nhớ dưới dạng thuộc lòng, „học vẹt‟

Trong chương trình vật lí lớp 12, phần dòng điện xoay chiều là nội dung trọng tâm, trong đó bài toán cực trị trong phần dòng điện có nhiều phương pháp giải dựa trên yêu cầu bài toán,việc lựa chọn phương pháp giải thường gặp khó khăn cho học sinh Việc vận dụng SĐTD trong hướng dẫn học

2

sinh giải bài tập là một trong những biện pháp giúp học sinh lựa chọn được phương pháp giải bài tập hiệu quả

Vì những lí do trên tôi quyết định lựa chọn đề tài: “Hướng dẫn học sinh giải bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp12 nâng cao bằng sơ đồ tư duy”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Sử dụng sơ đồ tư duy hướng dẫn học sinh hệ thống hóa các dạng bài tập và giải các bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp12 nâng cao” một cách hiệu quả

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xây dựng hệ thống các BT cực trị phần trên bằng sơ đồ tư duy

- Xác định các phương pháp giải các bài toán cực trị phần trên

- Xây dựng SĐTD để hướng dẫn HS giải BT cực trị phần trên

- Thiết kế tiến trình hướng dẫn HS giải bài tập vật lí bằng SĐTD

- TNSP và đánh giá hiệu quả của các biện pháp đã đưa ra

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học phần Dòng điện xoay chiều - Vật lý lớp 12 " bằng sơ đồ tư duy

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Bài toán cực trị đối với mạch điện R, L, C mắc nối tiếp

5 Giả thuyết nghiên cứu

Thiết kế và sử dụng sơ đồ tư duy để hướng dẫn học sinh giải các dạng bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều trong chương trình vật lí 12 nâng cao sẽ giúp học sinh tích cực, chủ động trong việc hệ thống hóa kiến thức, phát triển kĩ năng giải bài tập phần này

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu thực tiễn

- Thực nghiệm sư phạm

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Chương 2: Xây dựng và sử dụng sơ đồ tư duy hướng dẫn HS giải bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều vật lí lớp12 nâng cao

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

3

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 BTVL, vai trò và mục đích sử dụng trong dạy học vật lí

1.1.1 Bài tập vật lí

Theo X.E.Camenetxki và V.P.Oorrekhop „trong thực tế dạy học bài tập vật lí được hiểu là một vấn

đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí…‟

Bài tập vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lí của học sinh và rèn kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn

1.1.2 Vai trò của bài tập vật lí trong dạy và học

Vai trò của bài tập vật lí trong dạy học như sau:

-Giải BTVL giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực

tế, học tập với đời sống

- BTVL sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc

- BTVL có tầm quan trọng đặc biệt rèn luyện cho HS tính sáng tạo, độc lập trong suy nghĩ, rèn luyện

tư duy, đức tính kiên trì và sự yêu thích môn học, bồi dưỡng PPNC khoa học cho HS

- BTVL là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phương tiện để kiểm tra kiến thức

kĩ năng của HS một cách hiệu quả

- BTVL có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp

1.1.3 Mục đích sử dụng bài tập vật lí

Bài toán Vật lí có thể được sử dụng như là:

- Phương tiện nghiên cứu tài liệu mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách vững chắc

- Phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ lý thuyết với thực tế, học tập với đời sống

- Rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh

- Phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức cho học sinh một cách sinh động và có hiệu quả

- Rèn luyện những đức tính: tự lập, cẩn thận, kiên trì, tinh thần vượt khó cho học sinh

- Phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của HS

1.2 Các dạng bài tập vật lí

Dựa vào phương thức giải, chia thành các dạng như sau (sơ đồ 1):

4

Sơ đồ 1.1 Các dạng bài tập vật lí 1.3 Phương pháp giải bài tập Vật lí

1.3.1 Các bước giải bài tập Vật lí

Việc giải bài tập vật lí bao gồm các bước chính sau đây:

1 Tìm hiểu đầu bài

2 Phân tích hiện tượng

3 Xây dựng lập luận

4 Biện luận

1.3.2 Giải bài tập Vật lí định tính

Bài tập định tính thường có 2 dạng: giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra

a) BT giải thích hiện tượng có thể đưa ra một qui trình sau đây:

- Tìm hiểu đầu bài

- Phân tích hiện tượng

- Xây dựng lập luận

b) Bài tập dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đầu bài, xác định

những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán hiện tượng gì xảy ra và xảy ra như thế nào

1.3.3 Giải bài tập Vật lí tính toán

Khi giải bài tập tính toán cần phải thực hiện bước 1 và 2 giống như khi giải bài tập định tính Riêng bước 3 về xây dựng lập luận có thể sử dụng hai phương pháp sau: Phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

1.3.4 Một số điểm lưu ý khi học sinh bài tập và bài thi Vật lí

Một số điểm nhỏ sau đây, nếu học sinh không chú ý dễ mắc các lỗi: Phải ghi rõ đơn vị ở kết quả sau cùng, cần phân biệt các loại đơn vị khác nhau, kiểm tra giá trị của các đại lượng sao cho có nghĩa và phù hợp trong thực tế…

1.4 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lí

Trong dạy học bất cứ một đề tài nào, giáo viên cần lựa chọn một hệ thống bài tập thỏa mãn các yêu cầu sau:

5

- Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp

-Mỗi bài tập là một mắt xích trong hệ thống bài tập nhằm củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức -Hệ thống bài tập cần có nhiều thể loại: giả tạo, thực tế, luyện tập, sáng tạo, ngụy biện,

1.5 Sơ đồ tư duy trong dạy học

1.5.1 Sơ đồ tư duy

Tư duy là sản phẩm cao cấp của một dạng vật chất hữu cơ có tổ chức cao, đó là bộ não của con người Khi sử dụng sơ đồ tư duy xây dựng các kiến thức thì ở giữa sơ đồ tư duy là một ý tưởng chính hay hình ảnh trung tâm (Sơ đồ 1.2)

Sơ đồ 1.2 Sơ đồ tư duy về khái niệm đường sức từ và vận dụng

1.5.2 Các loại sơ đồ tư duy

Có ba loại SĐTD cơ bản nhằm giúp bạn sắp xếp kiến thức và học tập một cách hiệu quả đó là: SĐTD

theo đề cương, SĐTD cho từng chương, SĐTD theo đoạn, theo từng bài học

1.5.3 Cách lập sơ đồ tư duy

Bước 1: Vẽ chủ đề ở trung tâm

Bước 2: Vẽ tiêu đề phụ

Bước 3 Trong tiêu đề phụ vẽ thêm các ý và các chi tiết hỗ trợ

1.6 Xây dựng và SĐTD trong hướng dẫn HS giải BTVL

1.6.1 Xây dựng SĐTD hỗ trợ hướng dẫn HS giải BTVL

Nguyên tắc xây dựng sơ đồ tư duy trong giải bài tập vật lí như sau:

- Đặt vấn đề cần giải quyết, đại lượng cần tìm ở trung tâm

- Vẽ các tiêu đề phụ bao gồm các kiến thức liên quan gắn với tiêu đề chính Nhánh trái gồm các kiến thức, biểu thức vật lí liên quan, nhánh phải là các kiến thức toán học liên quan

- Các đường liên kết giữa các nhánh bằng nét đứt có mũi tên chỉ ra kiến thức, biểu thức mới được tạo

ra từ các nhánh con

- Nhánh trung tâm được tạo ra từ nhánh trái (vật lý), nhánh bên phải (toán học) là lời giải của bài toán

Giải bài tập vật lí bằng sơ đồ tư duy có thể làm các bước sau:

6

1) Phân tích bài toán, xác định dữ kiện và yêu cầu Biểu diễn yêu cầu của bài toán ở chủ đề trung tâm

2) Biểu diễn các dữ kiện ở các tiêu đề phụ: Nhánh trái là các kiến thức vật lí liên quan trực tiếp đến đại lượng ở trung tâm Nhánh phải là kiến thức toán học liên quan đến yêu cầu bài toán Phương pháp giải thể hiện ở tiêu đề phụ giữa

3) Xây dựng các mối liên hệ giữa các dữ kiện và đại lượng cần tìm bằng các nét đứt

4) Thiết lập các phương trình đại số để giải tìm ẩn cần tìm của bài toán có thể đặt bên cạnh các nhánh hoặc ở ô giữa các nhánh Phần cuối nhánh giữa sẽ là kết quả cần tìm (có thể đặt trong ô tròn) Ngoài

ra có thể sử dụng màu sắc để phân biệt các thành phần trên

Sơ đồ 1.6 Ví dụ lập sơ đồ tƣ duy giải bài toán vật lí

1.6.2 Tổ chức dạy học bằng sơ đồ tư duy

Quy trình tổ chức và sử dụng sơ đồ tư duy trong dạy học vật lí

+ Chọn nội dung không gian lớp học

+ Thiết kế kế hoạch bài học

+ Tổ chức dạy học vật lí bằng sơ đồ tư duy

1.6.3 Các ưu và nhược điểm khi dạy học bằng sơ đồ tư duy

Khi sử dụng sơ đồ tư duy trong dạy học nó giúp ta: sáng tạo hơn, tiết kiệm thời gian ghi chép hơn, suy nghĩ tốt hơn, ghi nhớ dễ dàng, có cái nhìn bức tranh kiến thức một cách tổng thể, biết sắp xếp ý tưởng một cách logic, mạch lạc, giúp ta tổng hợp kiến thức dễ hơn,dễ nắm được trọng tâm vấn đề

1.7 Vai trò của GV và HS trong quá trình xây dựng sơ đồ tƣ duy

1.7.1 Vai trò của Giáo viên

Giáo viên tổ chức, hướng dẫn học sinh tiến hành các hoạt động học tập khám phá tri thức mới, giúp các em có cái nhìn vào vấn đề một cách đúng đắn, đúng hướng

7

1.7.2 Vai trò của học sinh

Học sinh là đối tượng của hoạt động dạy đồng thời là chủ thể của hoạt động học Do đó học sinh là người chủ động, tích cực đi tìm kiến thức thông qua sự tổ chức và hướng dẫn của giáo viên

1.8 Thực trạng việc sử dụng SĐTD trong DHVL ở trường THPT

1.8.1 Phương pháp điều tra

Quá trình điều tra được tiến hành ở trường: Trung học phổ thông Kiến Thụy-huyện Kiến Thụy – thành phố Hải Phòng

+Điều tra giáo viên:

+ Điều tra học sinh

+ Dự giờ 5 giáo viên

1.8.2 Kết quả điều tra

+ Kết quả điều tra với giáo viên

- Qua trao đổi trực tiếp với các giáo viên, thì 90% số giáo viên được trao đổi đều tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh theo tiến trình nội dung bài học Hình thức theo kiểu truyền thống Còn 10%

số giáo viên đã có sử dụng SĐTD trong dạy học kiến thức

- Nghiên cứu giáo án của giáo viên, kết quả 90% giáo án thiết kế tiến trình dạy học theo phương pháp truyền thống

+ Kết quả điều tra với học sinh

Các em nói đó là do kiến thức quá nhiều, có quá nhiều công thức, định luật, định lí cần nhớ, nhìn chung giờ học quá căng thẳng, nhiều áp lực, không thoải mái, nên các em thấy mệt mỏi HS tiếp thu kiến thức một cách thụ động

CHƯƠNG 2

SỬ DỤNG SƠ ĐỒ TƯ DUY HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN CỰC TRỊ PHẦN

DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 2.1 Những yêu cầu về kiến thức và kỹ năng giải bài tập

2.1.1 Về nội dung kiến thức

Các kiến thức cơ bản học sinh cần có khi giải bài tập về bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều:

+ Về toán học: (sơ đồ 2.1)

Trên cơ sở nghiên cứu PP toán học để xét bài toán cực trị, chúng tôi xây dựng sơ đồ tư duy về PP này

+ Về Vật lí:

- HS cần nhớ được các công thức tính cácđại lượng đặc trưng cho mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp

- Hiện tượng cộng hưởng điện

8

- Nhớ và biến đổi được các công thức tính công suất

- Hiểu được ý nghĩa hệ số công suất và điều kiện cực đại

2.1.2 Về kĩ năng

- Tính được các đại lượng đặc trưng cho mạch điện RLC

- Tính các giá trị cực đại, cực tiểu của các đại lượng: hiệu điện thế (ULmax,, Umax…), công suất

(Pmax,Pmin…), tổng trở (Zmin,Zmax…), cường độ dòng điện (Imax,Imin),…

-Sử dụng được giản đồ Fresnen giải bài toán điện xoay chiều để tìm các đại lượng như:

u,I,U,P,R,r,Z…

- Từ các biểu thức U,P,I…vận dụng kiến thức toán vẽ được đồ thị của các hàm số đó Từ đó tìm các quy luật của chúng

2.2 Các dạng bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều

2.2.1 Các PP giải bài toán cực trị phần dòng điện xoay chiều

Phương pháp 1: Dùng bất đẳng thức Côsi

Phương pháp 2: Sử dụng giản đồ vec tơ và định lí sin hoặc cos

Phương pháp 3: Dựa vào tam thức bậc 2:

Phương pháp 4: Khảo sát hàm số

2.2.2 Các dạng bài toán cực trị phần điện xoay chiều

2.2.2.1 Phân loại bài toán theo đại lượng đạt cực trị

1 Cực đại của công suất :

2.Cực đại của hiệu điện thế :

3 Cực đại của I :

2.2.2.2 Giải các dạng bài toán bằng sơ đồ tư duy

Trên cơ sở phân loại bài toán cực trị như trên, chúng tối xây dựng hệ thống các dạng bài tập, xây dựng các SĐTD để hướng dẫn học sinh giải BTVL phần này Đồng thời với mỗi bài tập đều có lời giải chi tiết theo sơ đồ tư duy, ví dụ cụ thể như Bài toán 1 dưới đây

Bài toán 1.Cực trị về công suất

Cho mạch điện xoay chiều R,L,C mắc nối tiếp

a Giữ L,C,ω không đổi Thay đổi R , tìm R để

Công suất tiêu thụ trên mạch AB cực đại

Công suất tiêu thụ trên R đạt cực đại

Công suất tiêu thụ trên r trên cuộn dây đạt cực đại

b Với R=const Thay đổi L hoặc C hoặc ω để công suất tiêu thụ trên AB cực đại , tìm công suất cực đại và các đại lượng nào đó

+ Phương pháp giải bài toán:

Cách 1 Áp dụng bất đẳng thức Cauchy

9

Hướng dẫn giải

Phần a:

+Tìm R để công suất trên mạch AB cực đại

Sơ đồ 2.6 SĐTD giải bài toán tìm R để công suất cực đại

Ta có:

Ta thấy trên cả tử và mẫu đều chứa , ta chia tử và mẫu cho ta thu được

Và dùng bất đẳng thức cho mẫu số ta suy ra :

Đạt khi hay suy ra

Nếu r=0 thì và đạt khi

+ Tìm công suất tiêu thụ trên R đạt cực đại

10

Sơ đồ 2.7 SĐTD giải BT tìm R để công suất trên R cực đại

Ta có

Chia cả tử và mẫu cho R ta được

Ta áp dụng bất đẳng thức cauchy cho số hạng R,

T a có được đạt khi

+ Tìm công suất tiêu thụ trên cuộn dây đạt cực đại

Ta có

Phần b:

Công suất tiêu thụ trên mạch

Các đại lượng biến thiên đều nằm trong số hạng và vì nên

khi hiệu , tức là lúc này mạch có cộng hưởng điện và cũng từ Hay Ta sẽ tìm được L hoặc C hoặc ω khi bài toán cho 2 đại lượng nào