Báo cáo khoa học ứng dụng sư phạm: vận dụng phương pháp giản đồ vecto nhằm nâng cao kết quả học tập môn lý 12 trường THPT Văn Bàn khi học chương dòng diện xoay chiều

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LÀO CAI TRƯỜNG THPT S HUYN VN BN Đề tài NGHIÊN CứU KHOA HọC SƯ PHạM ứng dụng : VN DNG PHNG PHP GIẢN ĐỒ VÉCTƠ NHẰM NÂNG CAO KẾT QUẢ HỌC TẬP MÔN VẬT LÝ CỦA HỌC SINH LỚP 12 TRƯỜNG THPT SỐ VĂN BÀN KHI HỌC XONG CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Giáo viên : Lương Cao Thắng Đơn vị: Trường THPT số huyện Văn Bàn Văn Bàn, tháng năm 2013 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai MỤC LỤC TÓM TẮT GIỚI THIỆU Trang PHƯƠNG PHÁP I – Khách thể nghiên cứu II – Thiết kế nghiên cứu III – Quy trình nghiên cứu IV – Đo lường thu thập liệu 10 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ Phân tích liệu 11 Bàn luận 13 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận 14 Khuyến nghị 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 PHỤ LỤC 16 Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai TÓM TẮT Do yêu cầu việc đổi kiểm tra đánh giá, học sinh buộc phải trải qua kì thi mơn vật lí theo hình thức trắc nghiệm Học sinh cần trang bị cho than nhiều kĩ năng, hiểu chất vấn đề phải có phương pháp giải tập thật linh hoạt có kết cao Thực tế địi hỏi người giáo viên phải tìm tịi phương pháp, cách thức hướng dẫn học sinh học vừa phù hợp, vừa dễ hiểu nhanh chóng tìm đáp án Trong chương “Dòng điện xoay chiều”, để hướng dẫn học sinh làm số tập, giáo viên dùng phương pháp đại số, gắn liền với biểu thức định luật Ôm biểu thức rút từ lí thuyết (thực chất xây dựng phương pháp giản đồ vectơ) học sinh khó hiểu chất, để giải tập trắc nghiệm dài tốn thời gian Giải pháp hướng dẫn học sinh vận dụng phương pháp giản đồ vectơ vào giải số tập, nhằm cung cấp cho em học sinh phương pháp ngắn gọn mà mang lại hiệu cao, gây hứng thú học tập, vận dụng vào giải tập đặc biệt với hình thức thi trắc nghiệm Nghiên cứu tiến hành hai nhóm tương đương hai lớp 12A2, 12A3 trường THPT số Văn Bàn Lớp thực nghiệm lớp 12A3 thực giải pháp thay dạy tiết ôn tập chương “Dòng điện xoay chiều” (Thuộc chương III chương trình chuẩn) Lớp đối chứng lớp 12A2 giảng dạy theo phương pháp đại số Với việc vận dụng phương pháp giản đồ véctơ có ảnh hưởng rõ rệt đến kết học tập học sinh Lớp thực nghiệm thông qua kiểm tra đánh giá đạt kết cao lớp đối chứng Điểm số trung bình kiểm tra sau tác động lớp thực nghiệm 6,60, lớp đối chứng 5,77 Kết phép kiểm chứng t-test p = 0,01 Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai < 0,05 có ý nghĩa có khác biệt lớn điểm trung bình lớp thực nghiệm lớp đối chứng Kết cho thấy chênh lệch nhóm thực nghiệm nhóm đối chứng có ý nghĩa, khơng phải ngẫu nhiên Điều chứng minh rằng, việc sử dụng phương pháp giản đồ véctơ có nâng cao kết học tập mơn vật lí học sinh lớp 12 trường THPT số Văn Bàn học xong chương “Dòng điện xoay chiều” Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai GIỚI THIỆU Các tập phần dòng điện xoay chiều sách giáo khoa, sách tập vật lý 12 chương trình chủ dùng phương pháp đại số, gắn liền với biểu thức định luật Ôm biểu thức rút từ lí thuyết Thực tế việc vận dụng kiến thức chương kì thi đa dạng phong phú đồng thời gắn liền với vấn đề thời gian làm Việc sử dụng phương pháp giản đồ véctơ giúp học sinh có nhìn tổng qt dạng tập; tính tốn nhanh, đặc biệt tốn điện áp, độ lệch pha, toán cực trị, viết phương trình điện áp, cường độ dịng điện , giúp đạt hiệu cao tiết kiệm thời gian làm Tại trường THPT số Văn Bàn, giáo viên cố gắng khai thác tập sách giáo khoa, sách tập phương pháp giải đại số hướng dẫn giải để phục vụ cho giảng dạy Qua việc dự thăm lớp giáo viên chuyên môn, thấy giáo viên phần lớn sử dụng hệ thống tập phương pháp giải đại số để hướng dẫn học sinh Giáo viên hướng dẫn học sinh thiết lập phương trình đại số dựa kiện đầu cho, học sinh biết cách vận dụng, chất lí thuyết chưa rõ ràng, dễ nhầm lẫn, gặp khó khăn nhiều toán cần thiết lập nhiều phương trình, đặc biệt tốn nhiều thời gian để hoàn thành tập Giải pháp thay thế: Giải pháp vận dụng phương pháp giản đồ vectơ nhằm nâng cao kết học tập môn vật lí học sinh lớp 12 học xong chương dòng điện xoay chiều Vấn đề vận dụng phương pháp giản đồ véctơ có nhiều viết đề tài liên quan: Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai + “Phương pháp giản đồ vectơ giải tập điện xoay chiều” - Tài liệu Việt Nam + Đề tài: “ Dùng phương pháp giản đồ vectơ để giải tập điện xoay chiều” - Tài liệu Việt Nam Bản thân nhiều thầy cô trường trường THPT tỉnh thực có nhiều đề tài đề cập dùng phương pháp giản đồ vectơ cho giảng dạy chương dòng điện xoay chiều Các đề tài chủ yếu đánh giá ưu điểm đưa phương pháp Một số đề tài áp dụng đem lại hiệu Tuy nhiên việc đem đề tài vào áp dụng chưa phù hợp với đối tượng học sinh trường Tơi muốn có nghiên cứu cụ thể đánh giá hiệu việc đổi phương pháp dạy học thông qua vận dụng phương pháp giản đồ vectơ vào giảng để cung cấp thêm phương pháp giải tập, tính tốn nhanh, đặc biệt tốn điện áp, độ lệch pha, toán cực trị, viết phương trình điện áp, cường độ dịng điện , giúp đạt hiệu cao tiết kiệm thời gian làm Vấn đề nghiên cứu: Việc vận dụng phương pháp giản đồ vectơ nhằm nâng cao kết học tập môn vật lý học sinh lớp 12 trường THPT số Văn Bàn học xong chương “dòng điện xoay chiều” hay không ? Giả thuyết nghiên cứu: Việc vận dụng phương pháp giản đồ vectơ có nâng cao kết học tập môn vật lý học sinh lớp 12 trường THPT số Văn Bàn học xong chương “dòng điện xoay chiều” Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai PHƯƠNG PHÁP I – KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU Khách thể sử dụng để thực nghiên cứu đề tài học sinh lớp 12A2 12A3 trường THPT số Văn Bàn đối tượng có nhiều thuận lợi cho việc nghiên cứu phía đối tượng học sinh giáo viên Học sinh : Chọn lớp: lớp 12A2 lớp 12A3, hai lớp có nhiều điểm tương đồng: trình độ học sinh, số lượng, giới tính, thành phần dân tộc, độ tuổi Bảng 1: Gới tính thành phần dân tộc hai lớp 12A2 12A3 trường THPT số Văn Bàn Học sinh nhóm Nhóm Tổng số Dân tộc Nam Nữ Kinh Tày HMông Dao Thái Giáy 12A2 30 15 15 21 1 12A3 25 13 12 15 0 Ý thức học tập học sinh hai lớp: đa số học sinh ngoan, tích cực, chủ động tham gia học tập Bên cạnh hai lớp cịn nhiều học sinh lực tư hạn chế, trầm, tham gia hoạt động chung lớp Kết kiểm tra tiết học kì I năm học 2012 – 2013 mơn Vật lí tương đương Giáo viên: Dạy hai lớp: 12A2 12A3 Giáo viên có kinh nghiệm cơng tác giảng dạy Giáo viên có lực phương pháp giảng dạy, nhiệt huyết, nhiệt tình có trách nhiệm cao cơng tác giảng dạy giáo dục học sinh Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai II - THIẾT KẾ NGHIÊN CỨU Chọn hai lớp nguyên vẹn: Lớp 12A3 làm nhóm thực nghiệm, lớp 12A2 làm nhóm đối chứng Dùng kiểm tra tiết học kì I năm học 2012 – 2013 làm kiểm tra trước tác động Kết kiểm tra cho thấy điểm trung bình hai nhóm có khác nhau, dùng phép kiểm chứng t-test để kiểm chứng chênh lệch điểm trung bình hai nhóm trước tác động Kết quả: Bảng 2: Kiểm chứng để xác định nhóm tương đương Thực nghiệm TBC Đối chứng 5,06 5,05 p= 0,49 p = 0,49 > 0,05 từ rút kết luận chênh lệch điểm trung bình hai nhóm thực nghiệm đối chứng khơng có ý nghĩa, hai nhóm coi tương đương Sử dụng thiết kế 2: Kiểm tra trước sau tác động với nhóm tương đương Bảng 3: Thiết kế nghiên cứu Kiểm tra Nhóm trước tác Kiểm tra Tác động sau tác động động Dạy học vận dụng phương pháp giản đồ vectơ vào Thực nghiệm O1 tiết ơn tập chương dịng điện xoay chiều O3 Dạy học không vận dụng O2 phương pháp giản đồ vectơ O4 Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai vào tiết ôn tập chương Đối chứng dịng điện xoay chiều Ở thiết kế tơi sử dụng phép kiểm chứng t-test độc lập III – QUY TRÌNH NGHÊN CỨU Chuẩn bị giáo viên Nghiên cứu phương pháp giản đồ vectơ để giải toán mạch điện xoay chiều Lớp thực nghiệm: Sử dụng phương pháp giản đồ vectơ để giải toán mạch điện xoay chiều vào dạy tiết dạy ôn tập Lớp đối chứng: Không sử dụng phương pháp giản đồ vec tơ để giải toán mạch điện xoay chiều vào dạy tiết dạy ôn tập Tiến trình dạy thực nghiệm Thời gian tiến hành thực nghiệm tuân theo kế hoạch thời khóa biểu ơn tập để đảm bảo tính khách quan Cụ thể: Bảng 4: Thời gian thực Thứ Môn/Lớp Thứ Vật lí 14/11/2012 12A3 Thứ Vật lí 27/11/2012 12A3 Thứ Vật lí 30/11/2012 12A3 Thứ Vật lí 10/12/2012 12A3 Tiết Tên PPCT 17, 18 19, 20 21, 22 23, 24 Các mạch điện xoay chiều Mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp Công suất tiêu thụ mạch điện xoay chiều Hệ số công suất Ôn tập chương III Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai IV – ĐO LƯỜNG VÀ THU THẬP DỮ LIỆU Kiểm tra trước tác động: Dùng kiểm tra tiết học kì I năm học 2012 – 2013 làm kiểm tra trước tác động Kiểm tra sau tác động: Bài kiểm tra thiết kế gồm 10 câu hỏi câu trắc nghiệm khách quant hang điểm khác cho tường mức độ *Tiến trình kiểm tra: Ra đề kiểm tra: Ra đề kiểm tra đáp án sau lấy ý kiến đóng góp giáo viên nhóm Vật lí để bổ sung, chỉnh sửa cho phù hợp; đề kiểm tra phân loại học sinh theo mức độ kiến thức Tổ chức kiểm tra hai lớp thời điểm, đề Để cho khách quan nhờ giáo viên trường chấm theo đáp án xây dựng Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 10 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai PHỤ LỤC I – PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ VECTƠ GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU DÙNG GIẢN ĐỒ VÉCTƠ A CÁCH VẼ GIẢN ĐỒ VÉC TƠ: C L R - Xét mạch R,L,C mắc nối tiếp hình1 B Hình A Các giá trị tức thời dịng điện nhau: iR = iL = iC = i Các giá trị tức thời điện áp phần tử khác ta có: u = uR +uL+uC - Việc so sánh pha dao động điện áp hai đầu phần tử với dòng điện chạy qua so sánh pha dao động chúng với dịng điện chạy mạch Do trục pha giản đồ Frexnel ta chọn trục dòng điện thường nằm ngang Các véc tơ biểu diễn điện áp hai đầu phần tử hai đầu mạch điện biểu diễn trục pha thơng qua quan hệ pha với cường độ dòng điện 1.Cách vẽ giản đồ véc tơ gốc O :Véc tơ buộc(Qui tắc hình bình hành):   (Chiều dương ngược chiều kim đồng hồ) UL -Ta có: ( xem hình 2)   + uR pha với i => U R phương chiều với trục i: Nằm ngang     π UR + uL nhanh pha so với i => U L vng góc với Trục i hướng lên   π   Hình +uC chậm pha so với i => U C vng góc với trục i UC hướng xuống  -> Điện áp hai đầu đoạn mạch là: u = uR +uL + uC => UL        U  U R  UL  U C Chung gốc O, tổng hợp véc tơ lại! (Như Sách Giáo khoa Vật Lý 12 CB)  U LC -Để có giản đồ véc tơ gọn ta không nên dùng quy tắc hình bình hành (rối hình 2b) mà nên dùng quy tắc đa giác( dễ nhìn hình 3O )  UC  I  UL  U   UR Hình 2b  I O  U LC  UR   U  UC Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 16  I Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai 2.Cách vẽ giản đồ véc tơ theo quy tắc đa giác hình (Véc tơ trượt)        U URULU C Từ điểm Xét tổng véc tơ:   UR  UL       véc tơ U L ta vẽ nối tiếp véc tơ U R (gốc U R     trùng với U L ) Từ véc tơ U R vẽ    nối tiếp véc tơ U C Véc tơ tổng U có gốc gốc     U L có ngọn véc tơ cuối U C (Hình 3) L - lên.; C – xuống.; R – ngang   UC   U Hình Vận dụng quy tắc vẽ ta bắt đầu vẽ giản đồ véc tơ cho toán mạch điện xoay chiều sau! B MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP THƯỜNG GẶP Trường hợp 1: UL > UC  > u sớm pha i     - Phương pháp véc tơ trượt ( Đa giác): Đầu tiên vẽ véc tơ U R , tiếp đến U L cuối        U C Nối  U R với U C ta véc tơ U hình sau: gốc     UL UL   U       UC L  C L U U     UR UL - UC   UR  I   UC Vẽ theo quy tắc hình bình hành(véc tơ buộc)   UL   U RL    UC  ZC   UC  U UL - UC ZL ZL - ZC   R   I đa  giác tổng trở     Z  R  Z L Z C Vẽ theo quy tắc đa giác ( dễ nhìn) Khi cần biểu diễn   U RL    U L  U RL  U  U UL - UC   UR Vẽ theo quy tắc hình bình hành    UC UL - UC   UR Vẽ theo quy tắc đa giác Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 17 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai   UL Khi cần biểu diễn  U    U RC  U  UL - UC   UR   UC   UR UL - UC   UC   U RC   U RC Vẽ theo quy tắc hình bình hành   UL Vẽ theo quy tắc đa giác Trường hợp 2: UL < UC  < 0: u trễ pha so với i ( hay i sớm pha u ) Làm trường hợp ta giản đồ thu gọn tương ứng   UL   UR    UL UL - UC  U   UL   UC   UC   U RL    U RL   UR  U   UC  UL - UC  U       ULC  UL  UC   UR UL - UC   UL   UR    U UL - UC   UC Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 18 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai   UL    UR   UC  UL - UC  U   UR  U   U RC   U RC Trường hợp đặc biệt - Cuộn cảm có điện trở r       Vẽ theo quy tắc từ U R , đến Ur , đến U L , đến U C A     UL  Ur   UC   UL UL - UC    UR   UR    UR   U RC  UL - UC   U r   U RC   UL d   UR N m   UC d  U UL - UC UL   Ud   Ud  U  Ur   UC  U C M  U Rd    U d d L,r B    U    UC R U Rd   Ud d   UL UL - UC  Ur   UC Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 19 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai C Một số công thức toán học thường áp dụng : Hệ thức lượng tam giác vuông: Cho tam giác vuông ABC vuông A đường cao AH = h, BC = b, AC = b, AB = c, CH = b,, BH = c, ta có hệ thức sau: B c' b  ab, ;c  ac, H h  b, c, a c b.c  a.h h b’ 1  2 C A h b c b hệ thức lượng tam giac: A a b c   a Định lý hàm số sin: c b    sin A sin B sin C B  b Định lý hàm số cos: a  b  c  2bc cos A C a Chú ý: Thực có giản đồ chuẩn cho tất toán điện xoay chiều giản đồ vẽ giản đồ thường dùng Việc sử dụng giản đồ véc tơ hợp lí cịn phụ thuộc vào kinh nghiệm người Dưới số tập có sử dụng giản đồ véc tơ làm ví dụ D.CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Ví dụ 1.Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ, cuộn dây cảm có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C, điện trở có giá trị R Hai đầu A, B trì điện áp u = 0 c o s 0 t ( V Cường độ dòng điện chạy mạch có giá trị hiệu dụng là; 0,5A Biết  ) điện áp hai điểm A,M sớm pha dịng điện góc chậm pha điện áp A B góc   Rad; Điện áp hai điểm M B Rad a Tìm R,C? b Viết biểu thức cường độ dòng điện mạch? c Viết biểu thức điện áp hai điểm A M? A C L R B M Lời giải:Chọn trục dòng điện làm trục pha Theo uAM sớm pha   so với cường độ dòng điện uMB chậm pha uAB góc , mà uMB lại chậm pha so với i góc   U AM  nên uAB chậm pha so với dòng điện     Vậy ta có giản đồ vecto sau biểu diện phương trình: U AB  U AM  U MB  Từ giãn đồ vec to ta có:UAM = UAB.tg UMB = UC = UAM/sin   =100/ (V) = 200/ (V)     UR   UL UL - UC       U C20 U MB  Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng U AB Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai UR = UAM.cos  = 50 (V) a Tìm R,C? R = UR/I = 50/0,5 = 100  ; ωZ C=1/ = I/ω U = π C C b Viết phương trình i? i = I0cos(100 πt +  i ) Trong đó: I0 = I =0,5 (A); F -4  i =-  =  (Rad) Vậy i = 0,5 cos(100 πt +  ) (A) c.Viết phương trình uAM? uAM = u0AMcos(100 πt +  AM ) Trong đó: U0AM =UAM =100 (V);  AM =  u AM i   i  Vậy : biểu thức điện áp hai điểm A M: uAM = 100     (Rad)  cos(100 πt + )(V) Kinh nghiệm: vẽ giản đồ véc tơ cần rỏ: Giản đồ vẽ cho phương trình điện áp nào? Các véc tơ thành phần lệch pha so với trục dòng điện góc bao nhiêu? Khi viết phương trình dịng điện điện áp cần lưu ý:  định nghĩa góc lệch pha  =  u-   u=  +  i (1*)  i =  u -  (2*) u i thực chất ta có: i suy ta có: -Nếu tốn cho phương trình u tìm i ta sử dụng (1*) Trong ý b) thuộc trường hợp có  u=  i = -  =-(-  ) =  3 -Nếu tốn cho phương trình i tìm u mạch phần mạch(Trường hợp ý c) này) ta sử dụng (2*) Trong ý c) ta có  AM =  u AM i  i       Ví dụ 2: Cho mạch điện xoay chiều hình L R2 C R1 A B vẽ Điện áp hai đầu có tần số f = 100Hz giá trị hiệu dụng U N M không đổi V 1./Mắc vào M,N ampe kế có điện trở nhỏ pe kế I = 0,3A Dịng điện mạch lệch pha 600 so với uAB, Công suất toả nhiệt mạch P = 18W Tìm R1, L, U 2./ Mắc vơn kế có điện trở lớn vào M,N thay cho Ampe kế vơn kế 60V đồng thời điện áp vôn kế chậm pha 600 so với uAB Tìm R2, C? L R1 B A Lời giải: Mắc Am pe kế vào M,N ta có mạch điện hình bên ( R1 nt L) Áp dụng cơng thức tính cơng suất: P = UIcos  suy ra: U = P/ Icos  Thay số ta được: U = 120V Lại có P = I2R1 suy R1 = P/I2.Thay số ta được: R1 = 200  Từ i lệch pha so với uAB 600 mạch có R,L nên i nhanh pha so với u ta có: Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 21 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai Ω ) L=π H ZL π tg = =  = R =200 3(  L Z R1 Mắc vơn kế có điện trở lớn vào M,N ta có mạch hình vẽ: Vì R1, L khơng đổi nên góc lệch pha uAM so với i mạch không đổi so với chưa   π UM A mắc vôn kế vào M,N vậy: uAM nhanh pha so với i góc  AM = π Từ giả thiết điện áp hai đầu vôn kế u MB trể pha góc so với uAB  Tù ta có giãn đồ véc tơ biểu diễn phương trình véc tơ: U AB     U AB  U AM  U MB O  Từ giãn đồ véc tơ ta có: U AM AB =U +U MB AB -2U U MB π cos  U R1 U R2   U MB thay số ta UAM = 60 V áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch AM ta có: I = UAM/ZAM = 0,15 A Ω U MB 60 400 2 Với đoạn MB Có ZMB= R +Zc = (1) = = I 0,15 3 Ω U 800 Với toàn mạch ta có: Z  (R+R ) +(Z L  ZC ) = AB = (2) I Giải hệ phương trình (1) (2) ta R2=200  ; ZC = 200/   C= π 10-4 F Kinh Nghiệm: 1/Bài tập cho thấy tập dùng tuý phương pháp Ngược lại đại đa số toán ta nên dùng phối hợp nhiều phương pháp giải 2/Trong vẽ giản đồ véc tơ ta bị lúng túng uAB nhanh pha hay trể pha so với i chưa biết rõ! Sự so sánh ZL ZC! Trong trường hợp ta vẽ giấy nháp theo phương án lựa chọn (Đều cho phép giải tốn đến kết cuối cùng) Sau tìm giá trị ZL ZC ta có cách vẽ Lúc vẽ giản đồ xác! Ví dụ 3: Cho mạch điện R,L,C mắc nối tiếp hình vẽ uAB = U c o s t ( V )  C L R + Khi L = L1 = (H) i sớm pha so với uAB A B  2,5 + Khi L = L2 = (H) UL đạt cực đại  4 10 F tính R, ZC 2 2./ biết điện áp hai đầu cuộn cảm đạt cực đại = 200V Xác định điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch 1./ biết C = Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 22 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai Lời giải: Góc lệch pha u i : tg  ULCực đại ta có: Z L  R2  Z 2C ZC Z L  Z C  L  1/ C  R R 2 R  1/  C   L 1/ C Điện áp cực đại hai đầu cuộn dây là: U LMax  U R Z (1) (2) C (3) R 1./Tính R, ZC? Thay số giải hệ phương trình (1),(2) với ẩn R  2./Thay ULMAX đại lượng tìm ta tìm U Phụ bài: Chứng minh (2) (3) O Ta có giãn đồ véc tơ sau biểu diễn phương trình véc tơ:              U  (U R  U C )  U L  U  U RC  U L Từ giãn đồ véc tơ, áp dụng định lí hàm số sin cho tam giác OMN ta được: UL U U U   UL  sin   sin  R sin  sin  sin  R  ZC Từ (4) ta thấy U, R, ZC = const nên UL biến thiên theo sin  Ta có: UL max sin  = suy  =900 Vậy ULMax ta có: U LMax  U R  Z 2C R  U   M U L  H    U RC UL - UC   U R    UC N (CM công thức(3) ) Tam giác MON vuông vuông O nên : U U U2 Z2 R  2C Z UL R2  1/ 2C  RC  U L  RC  RC  ZL  RC   (CM công thức(2) ) UC sin 900 sin  UC ZC ZC 1/  C U RC Hay: Z L  R  Z C R  1/  2C   L ZC 1/ C E.BÀI TẬP 1.Dạng 1: Viết biểu thức i u: (Tìm điện áp, cường độ dòng điện tức thời) Bài 1: Mạch điện hình vẽ, vơn kế: V1 75V, V2 125 V, uMP = 100 cos(100πt) (V), cuộn cảm L có điện trở R Cho RA = 0, RV1= RV2 = ∞ Biểu thức điện áp uMN:  L,r C N A uMN = 125 cos(100πt + ) (V) P M A V1 V2 N 2 B uMN = 75 cos(100πt + ) (V) 75  C uMN = 75 cos(100πt + ) (V) M 125  D uMN = 125 cos(100πt + ) (V) 100 Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng P23 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai rL Dựa vào giản đồ có uMN vng pha UMP có đáp án C A R C M B Bài 2: Đặt điện áp xoay chiều u = 120 cos(t )V vào hai đầu đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn AM cuộn dây có điện trở r có độ tự cảm L, đoạn MB gồm điện trở R mắc nối tiếp với tụ điện C Điện áp hiệu dụng đoạn MB gấp đôi điện áp hiệu dụng R cường độ hiệu dụng dòng điện  mạch 0,5 A Điện áp đoạn MB lệch pha so với điện áp hai đầu đoạn mạch a Tính cơng suất tiêu thụ tồn mạch b Viết biểu thức dịng điện qua mạch E U r M UR F Giải: a Vẽ giản đồ véctơ:  Xét tam giác MFB ta có: MBF   góc có cạnh tương ứng vng góc, đó: U  sin   R     U MB Công suất tiêu thụ đoạn mạch là: P = UIcos  =120 0,5 UL UAM UC URC U B φ A   b Biểu thức dòng điện mạch là: i  0,5 2cos  t   A 6  dụng Dạng 2: Bài toán liên quan đến điện áp hiệu dụng cường độ hiệu Bài 3: Đặt điện áp u = 220 cos100t (V) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn AM gồm cuộn cảm L mắc nối tiếp với điện trở R, đoạn MB có tụ điện C Biết điện áp hai đầu đoạn mạch AM điện áp hai đầu đoạn mạch MB có giá trị hiệu dụng lệch pha 2/3 A Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch AM A 220 V B 220/ V C 220 V D 110 V Giải: Tam giác AMB Tam giác => UAB=U =220(V) =UAM Chọn C A L, C R M B  U AM  M <   UL /3    UR  U B   UC Bài 4: Đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở 30 () mắc nối tiếp với cuộn dây Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây 120 V Dòng điện mạch lệch pha /6 so với điện áp hai đầu đoạn mạch lệch pha /3 so với điện áp hai đầu cuộn dây Cường độ hiệu dụng dòng qua mạch A.3 (A) B 3(A) C 4(A) D (A) Giải: R M L,r B A Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 24 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai Tam giác AMB cân M => UR= MB=120V => I=UR/R = 120/30 = 4(A) Chọn C   U A /6   UR B  UL 120V /3 M   Ur E Bài 5: Trên đoạn mạch xoay chiều khơng phân nhánh có bốn điểm theo thứ tự A, M, N B Giữa hai điểm A M có điện trở thuần, hai điểm M N có tụ điện, hai điểm N B có cuộn cảm Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều 240V – 50 Hz uMB uAM lệch pha /3, uAB uMB lệch pha /6 Điện áp hiệu dụng R A 80 (V) B 60 (V) C 803 (V) D 603 (V) B Giải: L,r C R Vẽ mạch điện vẽ giản đồ véc-tơ M N A B 240V  UL Tam giác AMB cân M nên ta có góc ABM = /6 UR U Theo ĐL hàm sin:   U R  80 3(V) sin 30 sin120 A /6 M   UR UC N Dạng 3: Bài toán ngược tìm R,L,C R LR Bài 6: Cho đoạn mạch xoay chiều nối tiếp gồm: Điện trở R = 60Ω; Cuộn cảm có L = 0,255H; UAB = 120V khơng đổi; tần số dòng điện f = 50Hz tụ điện có điện dung C biến thiên Hãy xác định giá trị C để điện áp hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại Giải  Điện áp hai đầu mạch biểu diễn véc tơ quay U     hình vẽ U  U R  U L  U C    gọi φ, φ’là góc lệch pha U RL U so với I Theo định lí hàm số sin ta có: Uc  sin( ' ) U sin(   ') => U C  /3 I   Ur CL R sin(  '   ) U cos  ' Khi C biến thiên φ thay đổi, UC cực đại sin(φ’- φ) = => φ’- φ =π/2 tanφ = -cotanφ’ hay tanφ.tanφ’ = -1  Z L  ZC R  R ZL  R2  ZL ZC  ZL = 125Ω => C = 25,4μF Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 25 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai Bài 7: Đặt điện áp xoay chiều tần số 50 Hz vào hai đầu đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn AM gồm điện trở R = 1003  mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L, đoạn MB có tụ điện có điện dung C = 0,05/ (mF) Biết điện áp hai đầu đoạn mạch MB điện áp hai đầu đoạn mạch AB lệch pha /3 Giá trị L A 2/ (H) B 1/ (H) C 3/ (H) D 3/ (H) Giải:    Z C   C 200       A E B : B E  A E c o t a n   1   Z L B E 1 0  Z C  ZL  L      H Chọn B Dạng 4: Công suất tiêu thụ -Hệ số công suất Bài 8: Cho đoạn mạch AMNB AM có tụ điện C, MN có cuộn dây(L,r),NB có điện trở R Điện áp đầu đoạn mạch u = 50 cos100t (V) Thay đổi R đến I=2(A) thấy UAM = 50 (V) uAN trễ pha /6 so với uAB, uMN lệch pha /2 so với uAB Tính cơng suất tiêu thụ cuộn dây ? C L; r R Giải: UAM = UC = 50 (V) B N A M UAB = 50 (V) Góc lệch pha u i UC – UL = UAB sin  UL = 50 - 75  UMN O = 75 (V) (V) Góc lệch pha uMN i   = E UR /6  Ur => Ur = UL/tan = UL r= = 75 – 37,5 I Công suất tiêu thụ cuộn dây: Pd = I2r = 40W  - /6 /3 Ur = 10 UAB UAM Bài 9: Cho đoạn mạch AMNB AM có tụ điện C, MN có cuộn dây (L,r), NB có điện trở R Điện áp đầu đoạn mạch u = 50 cos100t (V) Thay đổi R đến I = Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 26 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai R L; r C M B N 2(A) thấy UAM = 50 (V) uAN trễ pha /6 so với uAB, uMN lệch pha /2 so với uAB Tính cơng suất tiêu thụ cuộn dây ? Giải: Ta có giản đồ sau:   U MB A   UL   UR   Ur   U   UC Từ giản đồ ta có ABM tam giác  UL = UC/2 = 25 (V)  Ur = 25(V)  Pr = IUr = 50(W) Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 27 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai II ĐỀ VÀ ĐÁP ÁN KIỂM TRA SAU TÁC ĐỘNG ĐỀ KIỂM TRA SAU TÁC ĐỘNG Câu 1: Biểu thức điện áp xoay chiều hai đầu đoạn mạch u = 200cos t (V), thời điểm t1 đó, điện áp u = 100(V) giảm Hỏi đến thời điểm t2 sau t1 1/4 chu kỳ, điện áp u bao nhiêu? A 100 (V) B -100 (V) C 100 (V) D -100 (V) Câu 2: Một đoạn mạch gồm điện trở R mắc nối tiếp với tụ điện Hệ số công suất mạch 0,5 Tỉ số dung kháng tụ điện điện trở R là: A 1/ B C D 1/ Câu 3: Cho đoạn mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây mắc nối tiếp với tụ điện Độ lệch pha  điện áp hai đầu cuộn dây so với cường độ dòng điện mạch Điện áp hiệu dụng giũa hai đầu tụ điện lần điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây Độ lệch pha điện áp hai đầu cuộn dây so với điện áp hai đầu đoạn mạch  2  A  B C D 3 Câu 4: Đặt điện áp xoay chiều u = 200 cos100 t (V ) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở 100, cuộn cảm tụ điện mắc nối tiếp Khi đó, điện áp hai đầu tụ điện  uc  100 cos(100 t  ) (V) Công suất tiêu thụ đoạn mạch AB A 400 W B 220 W C 220 W D 100 W Câu 5: Cho đoạn mạch xoay chiều R, L(thuần), C hình vẽ R C L Độ lệch pha điện áp u hai đầu đoạn mạch cường độ dòng điện i  Công suất tiêu thụ đoạn AN là: A M N B (ZL + ZC)I2 A UIcos  D (ZL - ZC)I2 C Câu 6: Cho đoạn mạch gồm điện trở R nối tiếp với tụ điện có điện dung C Khi dịng điện xoay chiều có tần số góc  chạy qua tổng trở đoạn mạch A   R2     C  B R   C  C R   C  2 D   R2     C  Câu 7: Cường độ dịng điện ln ln sớm pha điện áp hai đầu đoạn mạch A Đoạn mạch có R L mắc nối tiếp B Đoạn mạch có cuộn cảm L C Đoạn mạch có L C mắc nối tiếp D Đoạn mạch có R C mắc nối tiếp  Câu 8: Đặt điện áp u = U cos(100t  ) (V) vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp  cường độ dịng điện qua mạch i = I cos(100t  ) (A) Hệ số công suất đoạn mạch : Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 28 B Lương Cao Thắng A 0,50 Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai B 1,00 C 0,86 D 0,71 Câu 9: Đặt điện áp u  220 cos100 t (V) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn AM gồm điện trở R mắc nối tiếp với cuộn cảm L, đoạn MB có tụ điện C Biết điện áp hai đầu đoạn mạch AM điện áp hai đầu đoạn mạch MB 2 có giá trị hiệu dụng lệch pha Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch AM 220 A 220 V B 220 V C 110 V D V Câu 10: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ Cho biết: R = 50(); C L R ZC = 50 3( ) ; cuộn dây cảm có hệ số tự cảm L Đặt B A M N vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp: u AB = U cos100t (V)  Tính cảm kháng để u AN u MB lệch pha góc ? A ZL = 50 ( ) B ZL = 50 3( ) C ZL = 50(  1) D ZL = 50(  1) - HẾT ĐÁP ÁN KIỂM TRA SAU TÁC ĐỘNG A B C D 1(0,5đ) 2(0,5đ) 3(1,5đ) 4(1,5đ) 5(1,5đ) 6(0,5đ) 7(0,5đ) 8(1,5đ) 9(0,5đ) 10(1,5đ) Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 29 Lương Cao Thắng Trường THPT số Văn Bàn tỉnh Lào Cai III BẢNG ĐIỂM LỚP ĐỐI CHỨNG 12A2 Trước STT Họ tên TĐ Nguyễn Tuấn Anh Lương Duy Cương Lương Xuân Đạt 4.5 La Thị Đẹp 5 Hoàng Thị Điều 6 Ma Thị Hà La Thị Hải 5.5 Hoàng Thị Hằng 4.5 Ma Thị Hiền 5.5 10 Triệu Ông Lủ 11 Phùng Văn Lụa 12 Lự Việt Luân 13 La Văn Luân 5.5 14 Triệu Thị Mủi 15 Hoàng Văn Nam 4.5 16 Nguyễn Thị Năm 5.5 17 Lương Thị Nga 7.5 18 Hoàng Văn Nghĩa 19 Hà Thị Ngọc 20 Bàn Tòn Nhỉ 4.5 21 Triệu Tòn Sú 22 Lương Văn Tân 3.5 Sau TĐ 5.5 4.5 4.5 5.5 6 5.5 5.5 5.5 5 4.5 5.5 4.5 23 Lý A Thắng 3.5 24 25 26 27 28 Ma Văn Thê Hoàng Như Thùy Hứa Thị Thủy La Thị Thương Hoàng Thị Tiện Vũ Hà Huyền Trang Lương Thị Trường 4.5 3.5 5 5.5 5.5 5.5 Sau TĐ 6.5 6.5 5.5 5.5 5 6.5 7.5 6.5 7.5 8.5 7.5 8.5 7.5 6.5 8.5 LỚP THỰC NGHIỆM 12A3 Trước STT Họ tên TĐ Giàng A Chư 5.5 Ma Thị Cúc Lã Thị Định Hoàng Văn Đức Hoàng Văn Đức Hà Văn Giáp 2.5 Lự Thu Hà Hoàng Thị Hoàn 4.5 Nguyễn Lan Hương 10 Hà Ngọc Khánh 5.5 11 Bàn Thị Thúy Lan 4.5 12 Hoàng Văn Lợi 6.5 13 Bùi Thị Nga 14 Lương Thị Lý 15 Bàn Tòn San Nhất 16 Lự Sung Phong 6.5 17 Hoàng Thị Pọm 5.5 18 Hoàng Mạnh Quyền 4.5 19 Triệu Ông San 20 Lương Thị Sáng 21 Hoàng Xuân Thanh 22 Lù Thị Thảo 5.5 Nguyễn Quyết 23 4.5 Thắng 24 Tạ Thị Vân 5.5 25 Trần Tiến 6.5 29 30 5.5 8.5 8.5 Nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng 30 ... cứu sử dụng sử dụng phương pháp giản đồ vectơ làm nâng cao kết học tập môn vật lý học sinh lớp 12 trường THPT số Văn Bàn học xong chương ? ?Dòng điện xoay chiều? ?? phương pháp dạy học giúp học Nghiên... thay thế: Giải pháp vận dụng phương pháp giản đồ vectơ nhằm nâng cao kết học tập mơn vật lí học sinh lớp 12 học xong chương dòng điện xoay chiều Vấn đề vận dụng phương pháp giản đồ véctơ có nhiều... xoay chiều? ?? hay không ? Giả thuyết nghiên cứu: Việc vận dụng phương pháp giản đồ vectơ có nâng cao kết học tập môn vật lý học sinh lớp 12 trường THPT số Văn Bàn học xong chương ? ?dòng điện xoay chiều? ??