(SKKN HAY NHẤT) nâng cao khả năng giải bài tập mức vận dụng cao môn vật lý cho học sinh trung học phổ thông thông qua một số bài tập điện xoay chiều có tần số góc thay đổi

MỤC LỤC Mở đầu…………………………………………………………… Trang - Lí chọn đề tài ………………………………………………………… - Mục đích nghiên cứu…………………………………………………… - Đối tượng nghiên cứu…………………………………………………… - Phương pháp nghiên cứu………………………………………………… 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm……………………………………… 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm…………………………… 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm………… 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề ………………………………………………………………… 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường……………………………………… 15 Kết luận, kiến nghị……………………………………………………… Kết luận………………………………………………………………… 16 - Kiến nghị………………………………………………………………… 16 Tài liệu tham khảo 17 - UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 1.com MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Những năm gần đề thi TN THPT Quốc gia thi theo hình thức trắc nghiệm khách quan, câu hỏi liên quan đến mạch điện xoay chiều RLC có tần số góc thay đổi thường cần đến biến đổi toán học phức tạp dài Điều phù hợp để phân hóa học sinh học sinh lại rào cản để em đạt thành tích cao Mục tiêu giáo dục THPT trang bị cho học sinh kiến thức phổ thơng, việc giúp học sinh vượt qua khó khăn gặp phải trình học tập tình cụ thể nhiệm vụ quan trọng Là giáo viên thường nhà trường phân công giảng dạy em học sinh 12 thúc thân cần có kinh nghiệm giúp học sinh vượt qua khó khăn Khi giảng dạy phần điện xoay chiều chương vật lý 12 Tôi nhận thấy hầu hết em học sinh gặp khó khăn giải tập mạch điện có tần số góc thay đổi tài liệu tham khảo chưa phong phú vấn đề này, nhiều hướng giải cịn phức tạp mặt tốn học Qua sinh hoạt chun mơn tơi có trao đổi vấn đề nêu phương hướng giải kinh nghiệm mình, đồng nghiệp hưởng ứng góp ý viết thành kinh nghiệm để người tham khảo Về phần học sinh, học phần tơi có trình bày phương pháp tư truyền thống phương pháp thường học sinh chọn cách Bản thân nhận thấy dạy theo cách giúp kết cải thiện rõ rệt kiểm tra đánh giá học sinh Từ lí chọn đề tài “Nâng cao khả giải tập mức vận dụng cao môn vật lý cho học sinh THPT thông qua giải số tập điện xoay chiều có tần số góc thay đổi” 1.2 Mục đích nghiên cứu - Xây dựng, xếp tập mạch điện xoay chiều có tần số góc thay đổi có tính hệ thống, thơng qua nêu cách giải phù hợp để giải nhanh tập đồng thời để rèn luyện kỹ phân tích phát huy trí tưởng tượng, tính tích cực, tư sáng tạo cho học sinh - Tập cho thân học sinh thói quen nghiên cứu, tìm tịi sáng tạo gặp tốn hay khó 1.3 Đối tượng nghiên cứu + Tìm hiểu kiến thức có liên quan mạch điện xoay chiều có tần số góc thay đổi + Xây dựng cách giải nhanh cho tập thuộc phần kiến thức liên quan + Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi hiệu đề tài, đối tượng thực nghiệm học sinh lớp 12 trường THPT nơi công tác 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài - Đưa tập áp dụng tương tự để học sinh luyện tập UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 2.com Kiểm tra tiếp thu học sinh đề ôn luyện Đánh giá, đưa điều chỉnh phương pháp cho phù hợp đối tượng học sinh NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM - 2.1 Cơ sở lý luận a Các công thức mạch điện xoay chiều không phân nhánh RLC - Giả sử đặt vào hai đầu mạch điện điện áp xoay chiều: u = U0cos(ωt + u) qua mạ ch: Cường độ dòng điện chạy φ i = I0cos(ωt + φi) - Các công thức cảm kháng dung kháng: ZL = ωL; ZC = - Cơng thức tính tổng trở: Z = ZRC= ; ZRL = ;ZLC= với ω = 2πf ; Cuộn dây có thêm điện trở r: Z = - Các công thức điện áp: + Vectơ: + Cực đại: U0 = + Hiệu dụng: U = - Định luật Ơm: - Cơng suất: P = UIcos = I2R = Hệ số công suất: cos = Nếu mạch điện mắc trực tiếp với máy phát điện U U tỉ lệ thuận với ω * Các cơng thức trích từ SGK vật lý 12 Nhận xét: Khi tần số góc ω thay đổi Z L, Zc thay đổi đại lượng thay đổi theo Nếu ω tăng lên n lần ZL tăng lên n lần, ZC giảm n lần ngược lại b Nhận xét tốn học giúp giải nhanh số tập có ω thay đổi - UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 3.com Hàm số y = a, b, c, d, g số, x 1, x2, x3 ẩn số Ta tìm y tìm phụ thuộc (bậc nhất) hai ẩn lại vào ẩn thứ ba sau rút gọn Kết khơng thay đổi ta chọn ẩn tìm giá trị cụ thể hai ẩn cịn lại sau thay vào biểu thức ta kết Đây cách làm hay học từ thầy cô thông qua cộng đồng giáo viên mạng Internet (thường gọi phương pháp chuẩn hóa) 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Những năm đầu dạy dạng thân tơi lúng túng định hướng trình biến đổi tốn học tốn khó Cịn hầu hết em học sinh khơng có cách làm Chỉ số học sinh (học sinh giỏi) có hướng làm không rõ ràng làm không kết Những tương tự sau em làm thường phải biến đổi nhiều thời gian làm cho em e ngại gặp, có bỏ ln tập khó phần Vì nhiệm vụ giáo viên giảng dạy phải tìm cách làm nhanh đặc biệt áp dụng vào làm đề trắc nghiệm cuối em chọn cho cách làm phù hợp mang lại hiệu 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Bằng kinh nghiệm tìm tịi cách giải tác giả khác cuối đưa cách giải riêng thân bên cạnh cách giải truyền thống Từ tơi thấy em hiểu sâu dạng toán vận dụng làm tốn khác tương tự Trong đề tài tơi áp dụng dạy đến hai buổi bồi dưỡng tùy thuộc vào chất lượng học sinh (khoảng từ đến tiết) a Bài tốn tìm hệ số cơng suất tần số góc thay đổi Bài tốn tổng quát: Mắc vào đoạn mạch có hai phần tử RC khơng phân nhánh nguồn điện xoay chiều có tần số góc thay đổi Khi tần số góc ω hệ số cơng suất đoạn mạch cosφ1 Khi tần số mω0 hệ số công suất đoạn mạch cosφ2 = k cosφ1 Tính cosφ2 Hướng dẫn học sinh: Khi tần số ω0: Đặt R = 1, ZC1 = n (Chuẩn hóa) => cosφ1 = Khi tần số mω 0: R = 1, ZC2 = => cosφ2 = UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 4.com Từ cosφ2 = k cosφ1 => = Ta biết m, k => n thay quay lại biểu thức cosφ2 ta kết Nhận xét: Khi chuẩn hóa số liệu, tốn cho dạng tường minh trở thành số cụ thể, ngắn gọn phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm Các ví dụ cụ thể: Ví dụ 1: Mắc vào đoạn mạch có hai phần tử RC khơng phân nhánh nguồn điện xoay chiều có tần số thay đổi Khi tần số góc ω0 hệ số cơng suất đoạn mạch k1 Khi tần số góc đoạn mạch k2 = ω0 hệ số cơng suất k1 Giá trị k2 A Hướng dẫn học sinh: Khi tần số ω0: Đặt R = 1, ZC1 = n Khi tần số Từ cosφ2 = biểu ω0: R = 1, ZC2 = cosφ1 => => cosφ2 = = => n = thay quay lại thức cosφ2 ta được: cosφ2 = Chọn đáp án D Ví dụ 2: Cho mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp Tần số hiệu điện thay đổi Khi tần số f1 f1 cơng suất mạch 80% cơng suất cực đại mà mạch đạt Khi f = 3f hệ số cơng suất bao nhiêu? A 0,8 B 0,53 C 0,6 D 0,96 Hướng dẫn học sinh: - Khi f = f1 ta chuẩn hóa: => cosφ1 = (1) UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 5.com - Khi f = f2 = 4f1 => => cosφ2 = - Cả hai trường hợp có P = 0,8Pmax, mà P = Pmax (2) = => - Từ (1) (2) => n = 0,25 thay vào (1) => R = 1,5 Khi f = 3f1 => => cosφ3 = = 0,96 Chọn D Ví dụ 3: Mắc vào đoạn mạch RLC khơng phân nhánh nguồn điện có tần số thay đổi Ở tần số f = 60 Hz hệ số cơng suất Ở tần số f2 = 120 - Hz, hệ số công suất 0,5 A 0,874 B 0,486 Ở tần số f3 = 90 Hz, hệ số công suất C 0,625 D.0,781 Hướng dẫn học sinh: - Khi f = f1 mạch xảy cộng hưởng ta chuẩn hóa - f = 2f1 => => cosφ2 = = => x = 1,5 Khi f = f3 = 1,5f1 => => cosφ3 = = 0,874 Chọn A Ví dụ 4: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, cuộn dây cảm Biết L = CR2 Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều ổn định, mạch có hệ số công suất với hai giá trị tần số góc ω1 = 50π (rad/s) ω2 = 200π (rad/s) Hệ số công suất đoạn mạch - A B C D Hướng dẫn học sinh: - Khi ω = ω1 ta chuẩn hóa: Vì L = CR2 => R = UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 11.com đặt n-1 = - Với ω0 = Khi ω thay đổi, đặt x = => y = x2 - 2n-1x + Hàm số y đạt cực tiểu x = n-1 = =>ω= Thay y vào (1) => UC(max) = Như để toán xảy hữu hạn điều kiện phải có 2L > CR ωC = , UC(max) = Nhận xét: Kết thu tương tự biện luận ω để UL(max) Điều giúp em dễ dàng nắm công thức giải tập * * ;n= * Tương tự ta có UC(max) thì: Chuẩn hóa: => cosφ = Các ví dụ cụ thể: ; tanφ = ; tanφ tanφRL = - Ví dụ 1: Một đoạn mạch khơng phân nhánh gồm: điện trở 100Ω, cuộn dây cảm có độ tự cảm 15mH tụ điện có điện dung 1μF Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều mà tần số góc thay đổi Khi điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại tần số góc có giá trị A 20000/3 (rad/s) B 20000 (rad/s) C 10000/3 (rad/s) D 10000 (rad/s) UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 12.com Hướng dẫn học sinh: Ta có: n-1 = - => n = Khi UC(max) => ωC = Chọn A Ví dụ 2: Đặt điện áp u =100 cosωt (V) (tần số góc thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch không phân nhánh gồm điện trở 100Ω, cuộn dây cảm có độ tự cảm 15mH tụ điện có điện dung 1μF, điều chỉnh tần số góc để điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại Giá trị cực đại A.50V B.60V C.60 V D.50 V Hướng dẫn học sinh: Ta có: n-1 = - => n = UC(max) = Chọn C Ví dụ 3: Mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp có tần số góc ω thay đổi, cuộn dây cảm Khi ω = 100π (rad/s) điện áp hiệu dụng hai đầu tụ đạt cực đại, ω = 400π (rad/s) điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại Khi tần số góc điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở đạt giá trị cực đại? A 250π rad/s.B 200 π rad/s C 500 π rad/s D 300 π rad/s Hướng dẫn học sinh: - Điện áp hai đầu điện trở đạt cực đại xảy cộng hưởng điện: => Chọn B Ví dụ 4: (ĐH – 2013) Đặt điện áp u = 120 cos2πft (V) (f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm cuộn cảm có độ tự cảm L, điện trở R tụ điện có điện dung C, với CR2 < 2L Khi f = f1 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại Khi f = f = f1 điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở đạt cực đại Khi f = f điện áp hai đầu cuộn cảm đạt cực đại ULmax Giá trị ULmax gần giá trị sau đây: A 85 V B 145 V C 57 V D.173V Hướng dẫn học sinh: UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 13.com - Theo ra: fC = f1, fR = f1 - Mặt khác ta có: fL.fC = fR2 => fL = 2f1 => n = =2 => UL(max) = Chọn B Ví dụ 5: Đặt điện áp u = U0 cos2πft (V), với f thay đổi được, vào đoạn mạch không phân nhánh gồm: điện trở 100Ω, cuộn dây cảm có độ tự cảm 15mH tụ điện có điện dung 1μF Thay đổi f để điện áp hiệu dụng tụ cực đại, dịng điện mạch A trễ u 0,1476rad B sớm u 0,1476rad C trễ u 0,4636rad D sớm u 0,4636rad Hướng dẫn học sinh: - Ta có: n-1 = - => n = Khi ω = ωC để UC(max) ta có: tanφ = = => φ = - 0,4636 (rad) Chọn D Ví dụ 6: Đặt điện áp u = U0 cos2πft (V), với f thay đổi được, - vào đoạn mạch RLC nối tiếp (cuộn dây cảm) Lần lượt thay đổi để f = fC f = fL điện áp hiệu dụng tụ cực đại điện áp hiệu dụng cuộn cảm cực đại Nếu 2f L = 3fC hệ số công suất f = fL bao nhiêu? A B C.0,5 D Hướng dẫn học sinh: - Ta có: n = Khi f = fL cosφ = Các tập tương tự: - = Chọn A UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 14.com Ví dụ 7: Đặt điện áp u = U0 cos2πft (V) (f thay đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối thứ tự gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C, với 2L >R2C Khi f = f0 UCmax tiêu thụ công suất 0,75 công suất cực đại Khi f = f + 100 Hz ULmax hệ số cơng suất tồn mạch k Tìm f0 A f0 = 150 Hz B f0=80 Hz C f0.=100 Hz D f0 = 50 Hz Ví dụ 8: u = U cos2πft (V) (f thay đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối thứ tự gồm điện trở R, cuộn cảm L có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C, với 2L > R C Khi f = fC UCmax tiêu thụ cơng suất 2/3 công suất cực đại Khi f = fC hệ số cơng suất tồn mạch A 1/ 10 B /2 C 0,5 D 2/ Ví dụ 9: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi vào hai đầu đầu đoạn mạch AB gồm điện trở R, cuộn cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C Khi f = f điện áp hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đạt UCmax Khi tần số f2 = đạt cực f1 điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở đại Khi tần số f = f2 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện 150 Giá trị UCmax gần giá trị sau đây? A.200V B.220VC.120V D.180V Ví dụ 10: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U = 120 V, tần số f thay đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm cuộn dây cảm L, điện trở R tụ điện C mắc nối thứ tự Khi tần số f1 điện áp hai đầu đoạn mạch chứa RC điện áp hai đầu cuộn dây L lệch pha góc 135 Khi tần số f2 điện áp hai đầu đoạn mạch chứa RL điện áp hai đầu tụ điện lệch pha góc 135 Khi tần số f3 xảy tượng cộng hưởng Biết Điều chỉnh tần số đến điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại U Cmax Giá trị UCmax gần giá trị sau đây? A 123 V B 223 V C 130 V D 180,3 V 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường - Đối với hoạt động giáo dục: Kinh nghiệm “hướng dẫn học sinh giải tập mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp có tần số góc thay đổi” mang lại hiệu rõ rệt ôn luyện, giúp em học sinh chuẩn bị tốt cho kì thi THPT Quốc gia năm vừa qua tham gia giảng dạy Kinh UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 15.com nghiệm giúp em tiết kiệm nhiều thời gian ôn luyện phần này, em hứng thú học quan trọng cho em cách giải nhanh gọn tốn với độ xác cao Kinh nghiệm giúp em học sinh học cách sáng tạo gặp vấn đề khó Kết cụ thể mà tơi khảo sát qua năm dạy, trước thực đề tài sau ôn luyện thực đề tài sau: Khi chưa áp dụng Sau áp dụng Đối với thân: Từ hiệu mang lại kinh nghiệm đam mê với cơng việc làm Kích thích thân tìm tịi, sáng tạo q trình giảng dạy Kinh nghiệm giúp giảm bớt áp lực giảng phần kiến thức khó trình bày - Đối với đồng nghiệp nhà trường: Đối với thầy cô giảng dạy môn kinh nghiệm mà tơi trình bày tài liệu q để tham khảo trình giảng dạy qua nâng cao chất lượng giảng dạy cho mơn, nâng cao chất lượng giảng dạy nhà trường Một sáng kiến kinh nghiệm phát huy hiệu có tác dụng thúc đẩy phong trào tự nghiên cứu nhà trường, phát huy tích tích cực cộng đồng thầy giáo - Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Những học kinh nghiệm tổng kết được: Trong trình giảng dạy học sinh không giảng dạy kiến thức mà giáo viên phải thể vai trò mình: có kinh nghiệm giảng dạy phần kiến thức đó, phát huy tính tích cực học sinh điểm nào, thời điểm áp dụng tốt học sinh - Khả áp dụng SKKN vào thực tế dạy học: SKKN áp dụng cho tất em học sinh từ trung bình trở lên, đặc biệt có hiệu cao - UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 16.com học sinh giỏi Cũng biến SKKN thành tài liệu tự học học sinh THPT - Khả phát triển mở rộng phạm vi nghiên cứu SKKN: Đối với phương pháp chuẩn hóa ta áp dung cho tất dạng tập có thay đổi đại lượng mạch điện xoay chiều Đối với toán mạch điện xoay chiều khơng phân nhánh RLC có tần số góc thay đổi thời gian tới tơi hồn chỉnh cho số kiểu tập cịn lại tốn URL(max) URC(max) 3.2 Kiến nghị + Với BGH Trường THPT: Cần tổ chức nhiều buổi sinh hoạt tổ nhóm chun mơn để báo cáo chuyên đề ôn thi học sinh giỏi THPT Quốc gia + Với Sở Giáo dục Đào tạo Thanh Hóa: Bộ mơn Vật lý cần tổ chức hội thảo chuyên môn tập trung phương pháp giảng dạy chuyên đề để giáo viên học hỏi giao lưu, đúc kết kinh nghiệm quý báu thầy giảng dạy tồn tỉnh Những đề tài có tính thiết thực áp dụng cho kỳ thi THPT Quốc gia nên công bố rộng rãi để toàn giáo viên học sinh tỉnh tiếp cận Từ nâng cao chất lượng dạy học đạt kết cao kỳ thi học sinh giỏi THPT Quốc gia XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 16 tháng năm 2021 Tôi cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Đỗ Văn Tuyến TÀI LIỆU THAM KHẢO UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 17.com Sách giáo khoa Vật lí 12 NC Tác giả: Nguyễn Thế Khơi (Tổng chủ biên) - NXB Giáo dục năm 2008 Nguồn tài liệu mạng trang violet.vn, thuvienvatly.com Bổ trợ kiến thức Vật lý phần điện xoay chiều Tác giả: Chu Văn Biên – NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội năm 2013 Các đề thi học sinh giỏi tỉnh, đề thi thử đại học trường đề thi đại học năm gần DANH MỤC UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 18.com SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN, TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Đỗ Văn Tuyến Chức vụ đơn vị công tác: Trường THPT Lê Lợi TT Tên đề tài SKKN Dùng phương pháp giản đồ véc tơ trượt để giải toán hộp kín Ngành GD cấp tỉnh mạch điện xoay chiều Hướng dẫn học sinh dùng véc tơ quay để tìm thời gian dao động điều hịa, dao động điện từ điện xoay chiều Hướng dẫn học sinh lớp 10 giải tập hệ quy chiếu phi quán tính UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail 19.com ... cao khả giải tập mức vận dụng cao môn vật lý cho học sinh THPT thông qua giải số tập điện xoay chiều có tần số góc thay đổi? ?? 1.2 Mục đích nghiên cứu - Xây dựng, xếp tập mạch điện xoay chiều có tần. .. tần số góc thay đổi Bài tốn tổng qt: Mắc vào đoạn mạch có ba phần tử RLC khơng phân nhánh nguồn điện xoay chiều có tần số góc thay đổi Mạch điện thỏa mãn 2L > CR Tìm giá trị tần số góc ω để điện. .. nguồn điện xoay chiều có tần số góc thay đổi Khi tần số góc ω hệ số cơng suất đoạn mạch cosφ1 Khi tần số mω0 hệ số cơng suất đoạn mạch cosφ2 = k cosφ1 Tính cosφ2 Hướng dẫn học sinh: Khi tần số ω0: