(SKKN 2022) phương pháp khảo sát mạch điện xoay chiều r, l, c mắc nối tiếp có tần số thay đổi

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT TĨNH GIA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU R, L, C MẮC NỐI TIẾP CÓ TẦN SỐ THAY ĐỔI Người thực hiện: Bùi Sỹ Khiêm Chức vụ: Phó hiệu trưởng SKKN thuộc lĩnh vực mơn: Vật lý THANH HỐ, NĂM 2022 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………… I Lí chọn đề tài …………………………………………………… II Mục đích nghiên cứu………………………………………………………………… III Đối tượng nghiên cứu……………………………………………………………… IV Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………… NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM……………………………………… I Cơ sở lí thuyết……………………………………………………………………… 1.1 Bài tốn tổng qt………………………………………………………………… 1.2 Áp dụng phương pháp chuẩn hóa số liệu để khảo sát mạch xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số tần số góc thay đổi……………………………… II Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm…………………… III Giải pháp thực ……………………………………………………………… IV Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường…………………………………………………… 4.1 Đối với hoạt động giáo dục……………………………………………………… 4.2 Đối với thân, đồng ngiệp nhà tường…………………………………… KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ…………………………………………………………… Kết luận……………………………………………………………………………… Kiến nghị……………………………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………… DANH MỤC CÁC SKKN ĐÃ ĐƯỢC XẾP LOẠI……………………………… PHỤ LỤC 1: Tìm lại kết số câu toán tổng quát phương pháp chuẩn hóa số liệu……………………………………………………………… 1 1 3 11 15 16 17 17 18 20 20 20 21 22 24 PHỤ LỤC 2: Bài toán đồ thị mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi……………………………………………………………………………… 26 MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Qua thực tế giảng dạy môn Vật lý việc ôn thi Tốt nghiệp THPT, bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý lớp 12, tác giả nhận thấy chủ đề “Dòng điện xoay chiều” chiếm tỉ lệ cao số lượng câu hỏi thuộc mức độ từ nhận biết đến vận dụng cao; đặc biệt số lượng câu vận dụng cao toàn đề thi Số câu vận dụng cao thường rơi vào toán biến thiên đại lượng Vật lý R, L, C, f tốn đồ thị Vì giảng dạy học tập phần thầy cô em học sinh gặp phải số khó khăn định Về phía thầy nguồn tài liệu tham khảo chủ đề tương đối phong phú, đa dạng Tuy nhiên, tài liệu trình bày chưa thật có hệ thống chưa sâu; tài liệu viết theo cách nên thầy phải chắt lọc đưa vào giảng dạy cung cấp kiến thức cho em học sinh Về phía em học sinh, học tập tập chủ đề mức độ vận dụng vận dụng cao phần lớn em chọn giải pháp ghi nhớ cách máy móc cơng thức vận dụng vào làm tập Vì gặp tốn khó, lạ cần có tư để thực số thao thao biến đổi em khơng làm Trong số toán biến thiên đại lượng mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp tốn biến thiên tần số khó phức tạp Nhằm giúp thầy có nguồn tài liệu giảng dạy để giúp em học sinh hiểu chất vấn đề, giải tập thuộc mức độ vận dụng cao thuộc chủ đề này, tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu “Phương pháp khảo sát mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi”, với mục tiêu xây dựng toán tổng quát mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi thuộc chương trình Vật lý lớp 12 THPT, kèm theo lời giải cách chi tiết, tường minh ý, câu với nhiều cách giải khác kèm theo nhận xét, bình luận nhằm giúp quý thầy cô em học sinh hiểu cách sâu sắc kiến thức thuộc mảng chủ đề II Mục đích nghiên cứu - Nâng cao chất lượng chất lượng giảng dạy chương trình mơn Vật lý nói chung chủ đề “Dịng điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi” nói riêng - Xây dựng tốn lí thuyết tổng quát dòng điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi thuộc chương trình Vật lý lớp 12 THPT - Cung cấp cho thầy giảng dạy mơn Vật lý có thêm tài liệu hữu ích việc bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi tốt nghiệp THPT chủ đề dòng điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi III Đối tượng nghiên cứu Mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi IV Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu từ sách, báo, mạng internet toán mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi - Phương pháp thực nghiệm: trực tiếp giảng dạy lớp thực nghiệm, tổ chức cho em thảo luận, trao đổi, để đưa lời giải khác việc xây dựng ý toán tổng quát - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm: tổ chức kiểm tra, đánh giá kết lớp thực nghiệm lớp đối chứng NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM I Cơ sở lí thuyết 1.1 Bài tốn tổng qt Một mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây cảm có độ tự cảm L, điện trở R, tụ điện có điện dung C mắc nối thứ tự với điều kiện Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều mà có tần số góc thay đổi được, cịn đại lượng khác khơng thay đổi Tìm để: a) cường độ hiệu dụng qua mạch I; điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở UR; công suất tiêu thụ mạch P; hệ số công suất mạch đạt giá trị cực đại Tính ; ) b) điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại Tính c) điện áp hiệu dụng hai tụ đạt giá trị cực đại Tính Gọi giá trị để điện áp hiệu dụng đạt giá trị cực đại a) Tìm mối liện b) So sánh Hãy biểu diễn theo: a) b) c) Thay đổi để Khi độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch; điện áp hai đầu điện trở tụ điện so với cường độ dịng điện Tính Thay đổi để Khi độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch; điện áp hai đầu điện trở cuộn dây so với cường độ dòng điện Tính Thay đổi để Tìm mối liện hệ U L ( max) , U C U lúc đó? U C ( max) , U L Thay đổi để Tìm mối liện hệ U lúc đó? Khi , điện áp tức thời lệch pha so với điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch Tính giá trị nhỏ Khi , điện áp tức thời lệch pha so với điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch Tính giá trị nhỏ 10 Khi 11 Khi ω = ωRL ω = ωRC Giải: Xác định a) (1) ω thì U RL ( max) U RC ( max) Xác định biểu thức tính Xác định biểu thức tính ωRL ωRC để ; ) tính giá trị cực đại (2) Ta có: Ta suy ra: (3) Như vậy: ; mạch xảy tượng cộng hưởng điện giá trị tần số góc b) (4) với ; đặt , (đọc dét tồ); với điều kiện ln tồn Ta có: (5) Biểu thức (5) tam thức bậc hai nên: (6) xác định biểu thức sau: (7) Thay (7) vào (4), ta có: (8) (9) Vậy: c) (10) với đặt Ta có: tham thức bậc ẩn x, hàm số y nên: xác định biểu thức sau: (11) Thay (10) vào (8), ta có: (12) (13) Vậy: Bình luận: - Như ta khảo sát cách chi tiết để tìm biểu thứ ; giá trị tần số góc tương ứng Điều giúp học sinh hiểu chất vấn đề ghi nhớ cách sâu sắc - Từ kết ta có: Để xác định ta phải có điều kiện là: Như vậy, với điều kiện mặt tốn học biểu thức mẫu số ln tồn tại, nghĩa xác định - Thầy cô giáo nên lưu ý với em học sinh cách ghi nhớ sau: + Luôn “phải nhớ” công thức cơng thức tính cách nhớ theo kiểu “đối xứng” , nghĩa là: Với cách nhớ em học sinh dễ dàng tìm biểu thức + Để tránh việc em nhầm lẫn hay viết cơng thức theo thói qn Ở quan trọng cần tìm nên em phải ghi nhớ Tương tự cho trường hợp Tóm lại trường hợp em cần nhớ tính theo tính theo Gọi giá trị để điện áp hiệu dụng đạt giá trị cực đại a) Tìm mối liện Theo câu ta có: (14) Như mối liên hệ xác định biểu thức (14) b) So sánh Ta có: Như vậy: Biểu diễn theo a) Hãy biểu diễn theo Ta có: (16) Ta có: (15) (17) Nhân vế biểu thức (17) với U ta được: (18) b) Hãy biểu diễn theo Cách 1: (20) Ta có: (21) Nhân hai vế biểu thức (21) với U ta được: (22) Cách 2: Theo chứng minh ta có: (23) Mặt khác (24) Thay (23) vào (24) ta được: (25) c) Biểu diễn theo Cách 1: (26) Ta có: (27) Nhân hai vế biểu thức (27) với U ta được: (28) Cách 2: Theo chứng minh ta có: (29) Mặt khác (30) Thay (29) vào (30) ta được: (31) Bình luận: - Ở ý cách giải thứ cho kết nhanh gọn, phù hợp với thi trắc nghiệm Do giáo viên lưu ý em học sinh ghi nhớ mối liên hệ quan trọng cần thiết để giải tập trắc nghiệm - Trong công thức để em hoc sinh khơng bị nhầm lẫn ta cần hiểu biểu thức phải ln dương, tỉ số tần số góc thức phải ln nhỏ Như tần số góc tử số phải nhỏ tần số góc mẫu số Tính (32) Ta có độ lệch pha u i xác định: (33) Thay (32) vào (33) ta được: Vậy: (34) Tính (35) Ta có độ lệch pha u i xác định: (36) Thay (35) vào (36) ta được: Vậy: (37) Bình luận: Hai ý hồn tồn tương tự nhau, nên giáo viên cần hướng dẫn hai ý, ý lại cho em học sinh tự làm rút nhận xét với kết tìm Thay đổi để Tìm mối liện hệ Theo chứng minh ta có: Mặt khác: U L ( max) , U C U lúc đó? hay Vậy, mối liên U L ( max) ,U C U xác định biểu thức: (38) Thay đổi để Tìm mối liện hệ Theo chứng minh ta có: Mặt khác: U C ( max) , U L U lúc đó? hay Vậy, mối liên U C ( max) ,U L U xác định biểu thức: (39) Tính giá trị nhỏ Tần số góc thay đổi, ϕ > ⇒ tan ϕ = U L ( max) Z L − ZC Z > tan ϕ RC = − C R R ; đoạn mạch có tính cảm kháng nên α = ϕ + ϕ RC ⇒ tan α = tan(ϕ + ϕ RC ) = Theo Mặt khác − tan ϕ tan ϕ RC 1 U L ( max) ⇒ tan ϕ tan ϕ RC = − ⇒ tan ϕ tan ϕ RC = 2 tan α = Vì tan ϕ + tan ϕ RC tan ϕ + tan ϕ RC = 2(tan ϕ + tan ϕ RC ) − tan ϕ tan ϕ RC Áp dụng bất đẳng thức Cô-si cho hai số dương tan ϕ tan α = 2(tan ϕ + tan ϕ RC ) ≥ 2.2 tan ϕ tan ϕ RC = 2.2 tan ϕ RC (40) tac có: = 2 ⇒ (tan α ) max = 2 Như vậy: ω = ωL U L ( max) , Tính giá trị nhỏ Tần số góc thay đổi, (tan α ) max = 2 tan β U C ( max) Z − ZC Z ϕ < ⇒ tan ϕ = L < tan ϕ RL = L R R ; đoạn mạch có tính dung kháng nên β = ϕ RL + ϕ ⇒ tan β = tan(ϕ RL + ϕ ) = Theo Mặt khác − tan ϕ RL tan ϕ 1 U C ( max) ⇒ tan ϕ tan ϕ RL = − ⇒ tan ϕ RL tan ϕ = 2 tan β = Vì tan ϕ RL + tan ϕ tan ϕ RL + tan ϕ − tan ϕ RL tan ϕ = 2(tan ϕ RL + tan ϕ ) (41) Áp dụng bất đẳng thức Cô-si cho hai số dương tan ϕ RL tan β = 2(tan ϕ RL + tan ϕ ) ≥ 2.2 tan ϕ RL tan ϕ = 2.2 ω = ωC tan ϕ tac có: = 2 ⇒ (tan β ) max = 2 (tan β ) max = 2 U C ( max) Như vậy: , Bình luận: - Câu câu hồn tồn tương tự nhau, nên giáo viên hướng dẫn em làm câu, câu lại giao nhiệm vụ cho em tự nghiên cứu - Khi hướng dẫn em giải hai câu giáo viên nên vẽ giản đồ véc tơ rõ góc hình vẽ để em hiểu sâu chất vấn đề U RL ( max) ω 10 Tìm để U R + Z L2 U RL = I Z RL = R + ( Z L − ZC )2 L −2 y = + ω 2C C R + ω L2 = U U = L y −2 2 + ω 2C C R + ω L2 với Lấy đạo hàm y theo −2 L ( R + ω L2 ) − ( 2 − )2 L2ω Cω ωC C yω' = ( R + ω L2 ) ω ta được: 10 - Giải pháp thứ 2: Lên kế hoạch khảo sát thực nghiệm sư phạm Tác giả tiến hành chọn lớp thực nghiệm lớp đối chứng (lớp thực nghiệp gồm 12C1, 12C5; lớp đối chứng gồm 12C2, 12C3) Các lớp thực nghiệm tác giả trực tiếp giảng dạy; lớp đối chứng nhờ đồng nghiệp tổ Vật lý giảng dạy - Giải pháp thứ 3: Các bước tiến hành lớp thực nghiệm sư phạm + Tác giải chia lớp thực nghiệm thành nhóm có lực học ngang nhau, giao nhiệm vụ cụ thể cho nhóm lớp nhà Đối với câu tác giả cho đại diện nhóm lên bảng trình bày; sau tổ chức cho em trao đổi, nhận xét, góp ý làm bạn, nhóm khác Cuối tác giả tổng hợp đưa kết luận Đối với câu nâng cao tác giả giảng giải trực tiếp lựa chọn phương pháp vấn đáp, gợi mở để bước giúp em giải vấn đề + Sau nghiên cứu xong toán tổng quát, tác giả cung cấp cho em hệ thống tập bao gồm tự luận trắc nghiệm để em ôn tập khắc sâu kiến thức lĩnh hội; tổ chức cho em làm tập, ôn tập, thảo luận trao đổi, làm tập theo tổ nhóm lớp nhà - Giải pháp thứ tư: Kiểm tra thực nghiệm sư phạm Tác giả tiến hành kiểm tra lớp 12: Lớp 12C1; 12C5 hai lớp thực nghiệm lớp 12C2; 12C3 hai lớp đối chứng Sau giảng dạy xong lớp, tác giả tiến hành kiểm tra (cho lớp thực nghiệm đối chứng làm chung đề kiểm tra), chấm bài, thu thập số liệu để đưa nhận xét, đánh giá kết luận hiệu việc áp dụng đề tài nghiên cứu IV Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 4.1 Đối với hoạt động giáo dục Sau tiến hành giảng dạy lớp thực nghiệm đối chứng, tác giả nhận thấy rằng: em học sinh lớp thực nghiệp hứng thú với giảng; em hoạt động nhóm hiệu quả; em đưa lời nhận xét sâu sắc; lời giải hay sáng tạo đặc biệt câu hỏi thuộc cấp độ vận dụng cao; cịn phía lớp đối chứng em dừng lại mức mức độ áp dụng công thức để giải vấn đề, phần lớn em chưa làm câu thuộc cấp độ vận dụng cao Qua việc kiểm tra, chấm lớp thực nghiệm lớp đối chứng, tác giả thu kết sau: Điểm Lớp Lớp TN 15 phút 12C1 45 phút Lớp TN 15 phút 12C5 45 phút Lớp ĐC 15 phút 12C2 45 phút 10 0 0 0 0 0 0 11 6 17 12 14 12 5 0 0 0 2 10 11 12 13 14 11 0 Sĩ số 42 42 42 20 Lớp ĐC 15 phút 12C3 45 phút 0 0 13 12 15 13 5 0 42 Qua kết kiểm tra tác giả rút số nhận xét sau: - Các lớp thực nghiệm 12C1, 12C5 cao so với lớp đối chứng 12C2, 12C3 tỷ lệ điểm trung bình, điểm cao lớp thực nghiệm nhiều hẳn so với lớp đối chứng theo tỷ lệ phần trăm - Các lớp thực nghiệm nắm vững kiến thức cách hệ thống, khoa học so với lớp đối chứng 4.2 Đối với thân, đồng ngiệp nhà tường Đối với thân tác giả đề tài xuất phát từ thực tế giảng dạy học sinh lớp 12 ôn thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia, bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi Vật lý lớp 12 Đề tài nghiên cứu đứa tinh thần thân mình, với tốn tổng qt xây dựng được, với lời giải chi tiết, minh Đặc biệt khảo sát cách chi tiết súc tích, ngắn gọn mà tài liệu Vật lý nâng cao chưa đề cập đến có đề cập đến sách thầy Chu Văn Biên - Giảng viên trường ĐH hồng Đức, Thanh Hóa phần khảo sát hết U RL ; U RC ω sức phức tạp Ví dụ tốn khảo sát tốn theo thầy Biên thực vơ số phép đặt phụ, sau tính đạo hàm, lập bảng biến thiên rút kết toán Tác giả thiết nghĩ rằng, em lớp 12 kiến thức tốn em trang bị cách tương đối đầy đủ nên không nên biến toán Vật lý thành tốn Tốn học Vì làm chất Vật lý vấn đề; biết Tốn học cơng cụ để làm bật lên chất Vật lý, rút kết luận, hệ quả, định luật,… Với tốn Vật lý tìm cần tính đạo hàm ω U RL ; U RC theo ω ω để U RL ( max ) ; U RC ( max ) cho đạo hàm khơng U RL ( max ) ; U RC ( max) tìm giá trị để Qua thực tế giảng dạy môn Vật lý, tác giả nhận thấy rằng: tốn tìm cực trị (cực đại, cực tiểu) mơn Vật lý sử đạo hàm để tìm tính đạo hàm cho đạo hàm khơng; tốn hỏi tìm cực đại (giá trị lớn nhất) đạo hàm khơng, giá trị biến số cho giá trị hàm số tương ứng cực đại; toán hỏi tìm cực tiểu (giá trị nhỏ nhất) đạo hàm không, giá trị biến số cho giá trị hàm số tương ứng cực tiểu Vì khơng định phải lập bảng biến thiên để tìm cực đại, cực tiểu Khơng Tốn học cực đại, cực tiểu có tính chất “địa phương”, nghĩa cực đại khoảng này, lại cực tiểu khoảng nên người ta cần phải lập bảng biến thiên để khảo sát Sau có kết giảng dạy, tác giả trình bày trước tổ chun mơn để lấy ý kiến góp ý, nhận xét, đánh giá đồng nghiệp đánh giá cao tính khả thi đề tài Đặc biệt, nhiều thầy cô tâm đắc việc tác giả xây dựng toán tổng quát với lời giải chi tiết, tường minh mảng chủ đề đặc biệt sử dụng phương pháp chuẩn hóa số liệu để giải toán 21 mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi cách có hiệu Đề tài nghiên cứu cung cấp thêm cho thầy cô, em học sinh tư liệu hỗ trợ đắc lực hiệu trình dạy học mơn Vật lý lớp 12 THPT nói chung, mảng chủ đề tốn “Mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi” nói riêng 22 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài nghiên cứu giải vấn đề sau: Xây dựng toán tổng quát “Mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có tần số thay đổi” Vật lý lớp 12 THPT Đồng thời đưa lời giải cách chi tiết, tường minh câu, ý với nhiều cách giải khác kèm theo nhận xét, bình luận để giúp thầy em hiểu sâu chất vấn đề Đưa hệ thống tập vận dụng từ dễ đến khó để thuận lợi cho việc giảng dạy thầy cô, việc em học sinh tự ôn luyện để khắc sâu kiến thức Với việc đưa nhiều cách giải khác câu, ý khơi dậy niềm đam mê nghiên cứu khoa học, tìm tịi sáng tạo em học sinh, tạo hứng thú trình lĩnh hội tri thức em Kiến nghị Đối với em học sinh phải có tinh thần học tập nghiêm túc, cầu tiến Luôn nêu cao tinh thần tự học rèn luyện Các em phải có kiến thức tổng hợp, biết vận dụng kiến thức môn học khác việc giải vấn đề điều quan trọng em phải có niềm đam mê mơn học, có niềm tin khát khao chinh phục thử thách Đối với giáo viên đứng lớp phải nêu cao tinh thần tự học sáng tạo; không ngừng nghiên cứu tìm tịi phương pháp hữu ích việc truyền thụ tri thức cho em học sinh Ngồi việc có chun mơn vững vàng thầy cần có kiến thức mơn học khác Đặc biệt mơn Tốn học cơng cụ thiếu việc khảo sát tốn Vật lý Đối với nhà trường THPT BGH nhà trường cần tạo điều kiện vật chất tinh thần cho thầy cô giảng dạy có đóng góp lớn mặt chun mơn xây dựng chuyên đề dạy học hữu ích; sáng kiến kinh nghiệm đạt giải cao cấp ngành đem lại hiệu thiết thực áp dụng vào thực tế giảng dạy Bên cạch BGH nhà trường cần có biểu dương, khen thưởng kịp thời để nhân rộng điển hình tiên tiến quan; tạo động lực cho phát triển chung nhà trường Thanh hóa, ngày 28 tháng năm 2022 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG Tôi xin cam đoan SKKN CƠ QUAN thân viết, khơng chép nội dung người khác Người viết SKKN Bùi Sỹ Khiêm 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Duyên Bình (tổng chủ biên), Vũ Quang (chủ biên) Nguyễn Thượng Chung, Tơ Giang, Trần Chí Minh, Ngơ Quốc Qnh, Sách giáo khoa Vật lý lớp 12, NXB Giáo dục Việt Nam, 2018 [2] Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Phạm Quý Tư (chủ biên), Nguyễn Đức Hiệp, Nguyễn Trọng Hưng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Đình Thiết, Vũ Đình Tuý, Phạm Quý Tư, Sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao, NXB Giáo dục Việt Nam, 2018 [3] Trần Văn Dũng, 555 tập Vật lý sơ cấp chọn lọc, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006 [4] Chu Văn Biên, Tuyệt phẩm công phá giải nhanh theo chủ đề kênh VTV2, phần Dao động, NXB tổng hợp thành phố Hồ Chí Minh, 2015 [5] Nguồn tài liệu từ mạng Internet: thư viện Vật lý; thư viện tài liệu 24 DANH MỤC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Bùi Sỹ Khiêm Chức vụ đơn vị cơng tác: Phó hiệu trưởng, trường THPT Tĩnh Gia TT Tên đề tài SKKN Tổ chức buổi học ngoại khoá “Dịng điện chất khí” Vật lý lớp 11 THPT Sử dụng phương pháp toạ độ định luật bảo tồn để giải tốn chuyển động parabol chất điểm lớp 10 THPT Tổ chức buổi học ngoại khố “Tình u Vật lý Thiên văn học”lớp 12 THPT Sử dụng phương pháp tọa độ phương pháp lượng để giải tốn tìm độ cao cực đại vật ném xiên lớp 10 nâng cao THPT Tổ chức buổi học ngoại khóa Vật lý “Sóng điện từ việc bảo vệ môi trường” lớp 12 THPT Sử dụng phép tính vi phân việc khảo sát thay đổi nhỏ chu kì dao động điều hòa lắc đơn Tổ chức hoạt động dạy học số kiến thức phần "Quang hình học” Vật lí 11 nâng cao phương pháp thực nghiệm Sử dụng phép tính vi phân việc khảo sát thay đổi nhỏ chu kì dao động điều hòa lắc đơn Cấp đánh giá Kết xếp loại đánh giá (Ngành GD xếp loại cấp huyện/tỉnh; (A, B, Tỉnh ) C) Năm học đánh giá xếp loại Ngành GD cấp tỉnh C 2006-2007 Ngành GD cấp tỉnh C 2007-2008 Ngành GD cấp tỉnh B 2010-2011 Ngành GD cấp tỉnh C 2011-2012 Ngành GD cấp tỉnh C 2012-2013 Ngành GD cấp tỉnh B 2013-2014 Ngành GD cấp tỉnh C 2014-2015 Cấp tỉnh B 2014-2015 25 10 11 12 13 14 15 16 Một số kinh nghiệm giảng dạy chủ đề: “Sai số cách tính sai số” Vật lý lớp 12 THPT Phương pháp khảo sát mạch điện chiều RC, RL việc bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý lớp 11 trường THPT Tĩnh Gia Tổ chức hoạt động trải nghiệm sáng tạo học sinh lớp 11C1 trường THPT Tĩnh gia dạy học chương Từ trường Cảm ứng điện từ vật lý lớp 11 THPT Phương pháp khảo sát mạch điện chiều RC, RL việc bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý lớp 11 trường THPT Tĩnh Gia Áp dụng định lý Vi-et việc khảo sát toán biến thiên lặp mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp Rèn luyện kĩ giải tập Vật lý lớp 10 THPT thơng qua tốn lắc đơn lắc lò xo Áp dụng định lý Vi-et việc khảo sát toán biến thiên lặp mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp Phương pháp giảng dạy chủ đề “Dao động tắt dần” việc bồ dưỡng học sinh giỏi ôn thi THPT Quốc Gia Vật lý lớp 12 THPT Ngành GD cấp tỉnh B 2015-2016 Ngành GD cấp tỉnh B 2016-2017 Ngành GD cấp tỉnh B 2017-2018 Cấp tỉnh B 2017-2018 Ngành GD cấp tỉnh B 2018-2019 Ngành GD cấp tỉnh B 2019-2020 Cấp tỉnh B 2020-2021 Ngành GD cấp tỉnh B 2021-2022 26 PHỤ LỤC ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN HÓA ĐỂ TÌM LẠI MỘT SỐ KẾT QUẢ TRONG BÀI TỐN TỔNG QUÁT Sau ta áp dụng phương pháp chuẩn hóa số liệu để tìm lại số kết khảo sát toán tổng quát, cụ thể ta tìm lại kết từ câu đến câu xem cách giải “thứ hai” cho câu Bài toán tổng quát Một mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây cảm có độ tự cảm L, điện trở R, tụ điện có điện dung C mắc nối thứ tự với điều kiện Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều mà có tần số góc thay đổi được, cịn đại lượng khác không thay đổi Thay đổi để Khi độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch; điện áp hai đầu điện trở tụ điện so với cường độ dòng điện Tính Thay đổi để Khi độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch; điện áp hai đầu điện trở cuộn dây so với cường độ dịng điện Tính Thay đổi để Tìm mối liện hệ U L ( max) , U C U lúc đó? U C ( max) , U L Thay đổi để Tìm mối liện hệ U lúc đó? Giải: Thay đổi để Khi độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch; điện áp hai đầu điện trở tụ điện so với cường độ dịng điện Tính Ta có: ω = ωL ⇒ U L ( max ) ⇒ ⇒ tan ϕ tan ϕ RC = chuẩn hóa số liệu: Z L = n  ZC =   R = 2n − Z L − ZC − ZC n −1 −1 = =− R R 2n − 2n − tan ϕ tan ϕ RC = − Vậy: Thay đổi để Khi độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch; điện áp hai đầu điện trở cuộn dây so với cường độ dòng điện Tính Ta có: ω = ωC ⇒ U C ( max) ⇒ ⇒ tan ϕ tan ϕ RL = chuẩn hóa:  ZC = n  Z L =   R = 2n − Z L − ZC Z L 1− n 1 = =− R R 2n − 2 n − 27 tan ϕ tan ϕ RL = − Vậy: Thay đổi để Tìm mối liện hệ Ta có: ω = ωL ⇒ U L ( max ) ⇒ U L ( max) , U C chuẩn hóa số liệu: U lúc đó? Z L = n  ZC =   R = 2n −  U U n U L ( max ) = − n −2 = n − U n2 U2  2 ⇒ ⇒ U − U = − =U L ( max ) C 2 2 U U n −1 n −1 U = I Z = = C C  2n − + (n − 1) n −1 Như vậy: 2 U L2( max ) − U C2 = U hay U L2( max) = U + U C2 Thay đổi để Tìm mối liện hệ Ta có: ω = ωC ⇒ U C ( max) ⇒ U C ( max) , U L chuẩn hóa số liệu: U lúc đó? ZC = n  Z L =   R = 2n −  U U n U C ( max ) = − n −2 = n − U 2n2 U2  2 ⇒ ⇒ U − U = − =U2 C ( max ) L 2 2 U U n − n − U = I Z = = L  L 2n − + (1 − n) n − 2 U C2 ( max ) − U L2 = U U c2( max) = U + U L2 Như vậy: hay Bình luận: Với việc vận dụng phương pháp chuẩn hóa số liệu để tìm lại số kết toán tổng quát cho ta kết xác, nhanh gọn phù hợp với việc giải tập trắc nghiệm khách quan Nhiện vụ giáo viên giao cho nhóm, em học sinh, yêu cầu em thảo luận tìm kết quả, nhằm cố khắc sâu thêm kiến thức học Khi em thành thạo phương pháp chuẩn hóa số liệu em rèn luyện cho kỹ giải tập tương đối tốt, em cảm thấy tự tin làm bài, đặc biệt tập mức độ vận dụng vận dụng cao …………………………………… 28 PHỤ LỤC BÀI TẬP ĐỒ THỊ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU R, L, C MẮC NỐI TIẾP CÓ TẦN SỐ THÂY ĐỔI Câu 1: Cho mạch điện xoay chiều AB mắc nối tiếp hình vẽ Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U không đổi tần số góc ω thay đổi Điện ω, áp hiệu dụng hai đầu AN MB phụ thuộ c vào chúng biểu diễn đồ thị U hình vẽ bên Hiệu điện hai đầu đoạn mạch gần với giá trị sau đây? C N M A L R A 37 V B B 52 V 50V D C 64 V Giải: Cách 1: Ta có: ω = ωRL ⇒ U RL ( max) ⇒ chọn số liệu chuẩn hóa: Z L = p  U ⇒ U RL ( max ) = = 34, 4(V ) ZC = −2 − p  R = p p − (1) ω = ω R = ωCH ⇒ U RL Mặt khác: U Z L' '2 = R + ZL = U 1+ R R (2) 29 Z L' = ωR L = Ta có: U RL ωRL L Z L p = = = p p p p thay vào (2), ta suy  1+ p= ≈ 1,366  Z p  = U 1+ = U 1+ = U 1+ =U ⇒ R p (2 p − 2) p(2 p − 2)  1− < o ⇒ (loai) p =  '2 L Thay p ≈ 1,366 U − 1,366 −2 vào (1), ta có: = 34, ⇒ U ≈ 50, 00267(V ) ⇒ ω = ωRC ⇒ U RC ( max ) ⇒ chọn D Cách 2: Ta có: chọn số liệu chuẩn hóa: ZC = p  U ⇒ U RC ( max ) = = 34, 4(V ) Z L = 1 − p −2  R = p p − (1) ω = ω R = ωCH ⇒ U RC = Mặt khác: Z C' = Ta có: U RL = ωR C = pωRC C ZC p Z' U R + Z C' = U + C2 R R = p = p (2) p thay vào (2), ta suy  1+ p= ≈ 1,366  Z p  = U 1+ = U 1+ = U 1+ =U ⇒ R p (2 p − 2) p(2 p − 2)  1− < o ⇒ (loai) p =  '2 L Thay p ≈ 1,366 U − 1,366−2 vào (1), ta có: = 34, ⇒ U ≈ 50, 00267(V ) ⇒ chọn D Bình luận: Hai cách giải hồn tồn tương tự nhau, khác số chuẩn hóa nên giáo viên hướng dẫn em học sinh làm cách, cách lại giao nhiệm vụ cho em tự làm để cố khắc sâu kiến thức học Câu 2: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đối tần số thay đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở 30 R, cuộn dây cảm L tụ điện C mắc nối tiếp hình vẽ, 2L > R 2C Hình vẽ bên đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện áp hiệu dụng UR điện áp hiệu dụng UAN theo giá trị tần số góc ω y = 0,97 x U L ( max ) Nếu có giá trị gần với giá trị sau đây? A 145V C 150 V B 141 V D 138 V Giải: U R = I R = Ta có: ω = ⇒ U R =  = ⇒ ω = ωR ⇒ U R ( max) = U 2 R + (Z L − ZC ) (Z − Z ) ω → +∞ ⇒ U → 1+ L C  R R U R U Như vậy, đồ thị (1) biểu diễn U R phụ thuộc vào ω ω, đồ thị (2) biểu diễn U AN U R ( max ) = U = 100(V ) phụ thuộc vào từ đồ thị ta có ω = ωRL ⇒ U RL ( max) ⇒ - Khi chuẩn hoá số liệu: U  Z L = p U = =x RL ( m ax )   − p −2  ⇒ ZC =   CR R = p p −   L = p ( p − 1) (1) ω = ωR = ωCH ⇒ U RL Mặt khác: Ta có: U Z' = R + Z L' = U + L2 R R ω L Z p Z L' = ωR L = RL = L = = p p p p (2) thay vào (2), ta suy U RL = U + Z L' p = U 1+ = U 1+ =y R p (2 p − 2) p (2 p − 2) (3) 31 y = x  p = 1, 208 p (2 p − 2) ⇒  p = 2,109  U  p = −3 < ⇒ (loai ) − p −2 U 1+ Từ (2) (3) ta suy ra: ω = ωL ⇒ U L ( max ) = Khi n= U − n −2 ωL = ωC với (4) CR ⇒ = 1− CR 2L n 1− 2L (5) So sánh (5) (1), ta được: CR 1 = − = p ( p − 1) ⇒ n = 2L n − p ( p − 1) (6) Từ (4) (6), ta có: p = 1, 208 ⇒ n = 100 ≈ 1,336 ⇒ U L ( max ) = ≈ 150, 7996(V ) − 1, 208(1, 208 − 1) − 1,336−2 P = 2,109 ⇒ n = n = ≈ −0, 7468 < ⇒ (loai ) − 2,109(2,109 − 1) U L ( max ) ≈ 150, 7996(V ) ⇒ Như vậy: Chọn C Câu 3: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U khơng đổi tần số thay đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn dây cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp (sao cho R2C < 4L) Hình vẽ bên đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện áp hiệu dụng đoạn RL bình phương hệ số công suất cos 2φ đoạn mạch theo giá trị tần số góc ω Giá trị U gần với giá trị sau đây? A 1,9 V B 1,5 V C 1,3 V Giải: ω = ωRL ⇒ U RL ( max) ⇒ - Khi chuẩn hoá số liệu: U  Z L = p U = RL ( m ax )   − p −2  ⇒  ZC =   CR R = p p −   L = p( p − 1) D 1,2 V (1) 32 CR < L ⇒ Theo giả thuyết 1< p < p>1 nên: CR = p( p − 1) < ⇔ −1 < p < 2L , điều kiện (2) U U RL ( max ) = − p −2 Từ đồ thị ta thấy cosϕ =p Áp dụng công thức: U RL ( max) = Nhu ta có: = 2(V ) cos 2ϕ = 0,9  p = ⇒ (loai) 2 p2 ⇒ = 0,9 ⇔  2 p + p −1 p + p −1  p = 1, U − 1,5 −2 = ⇒U = (V ) ≈ 1, 4907(V ) ⇒ Chọn B Câu 4: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U không đổi tần số thay đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn dây cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp Hình vẽ bên đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện áp hiệu dụng đoạn RL điện áp hiệu dụng L theo giá trị tần số góc ω Biết y2 – x2 = 99 (rad2/s2) Giá trị ω để điện áp hiệu dụng R cực đại gần với giá trị sau đây? A 30 rad/s B 21 rad/s C 25 rad/s D 19 rad/s Giải: Vì URL = > UL = → đường nằm biểu diễn URL - Khi ω = ωRL = x ⇒ U RL ( max) ⇒ ⇒ U RL ( max ) = U − p −2 chuẩn hoá số liệu: Z L = p  ZC =  R = p p −  p = 1, 25 = 1, 667U ⇒   p = −1, 25 ⇒ (loai ) 33 - Khi: ω = ωL = y ⇒ U L ( max) = U − n −2  n = 1, 4546 = 1,377U ⇒   n = −1, 4546 < ⇒ (loai ) Mặt khác ta có mối liên hệ tần số góc : ωRL x  ω R = p = 1, 25 y 1, 4546  ⇒ = = 1, 0787  x 1, 25 ω = y = nω = 1, 4546 x R  L 1, 25 Ta có hệ: y  x = 24, 5999 x 24, 5999  = 1, 0787 ⇒ ⇒ ωCH = ω R = = ≈ 22, 0028( rad / s) x 1, 25 1, 25  y − x = 99  y = 26,5359  ⇒ Chọn B ………………………………… 34 ... 28 PHỤ L? ?C BÀI TẬP ĐỒ THỊ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU R, L, C M? ?C NỐI TIẾP C? ? TẦN SỐ THÂY ĐỔI C? ?u 1: Cho mạch điện xoay chiều AB m? ?c nối tiếp hình vẽ Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều c? ? giá trị... nói chung chủ đề “Dịng điện xoay chiều R, L, C m? ?c nối tiếp c? ? tần số thay đổi? ?? nói riêng - Xây dựng tốn lí thuyết tổng quát dòng điện xoay chiều R, L, C m? ?c nối tiếp c? ? tần số thay đổi thu? ?c chương... toán đ? ?c thù mạch điện xoay chiều R, L, C m? ?c nối tiếp c? ? tần số tần số g? ?c thay đổi vi? ?c áp dụng phương pháp chuẩn hóa số liệu để giải tập đem lại hiệu cao, giảm đến m? ?c c? ?c tiểu thao t? ?c tính