skkn sử DỤNG hàm SIN (HAY COS) và GIẢN đồ FRE NEN GIẢI bài tập vật lý 12

tailieuonthi SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG XUÂN MỸ Mã số:……………… ĐỀ TÀI SỬ DỤNG HÀM SIN (HAY COS) VÀ GIẢN ĐỒ FRE-NEN GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 12 Người thực hiện: ThS.Nguyễn Ngọc Nghĩ Lĩnh vực nghiên cứu: Phương pháp dạy học môn VẬT LÝ NĂM HỌC 2011 - 2012   tailieuonthi MỤC LỤC MỞ ĐẦU   3 Lí do chọn đề tài   3 2. Mục tiêu của đề tài   5 3. Giả thuyết khoa học  . 5 4. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài   5 5. Đối tượng nghiên cứu của đề tài   5 6. Phạm vi nghiên cứu  . 5 7. Cấu trúc đề tài.   6 NỘI DUNG   7 A. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:   7 I. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA   7 II. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU:   9 B. CƠ SỞ THỰC TIỄN  13 1. Mối liên hệ giữa một dao động theo hàm số sin và một chuyển động  tròn đều.   13 2. Đối với dao động tuân theo định luật hàm sin:  . 13 3. Phương pháp giản đồ Fre-nen:  . 15 4. Hệ thức lượng trong tam giác:  . 16 C. BÀI TOÁN ÁP DỤNG  . 17 Phần I. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA   17 1. Xác định pha ban đầu trong dao động điều hòa.  . 17 2. Quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian xác định.   19 3. Tính khoảng thời gian vật đi từ li độ x1 đến li độ x2.   20 4. Tính số lần vật đi qua một vị trí trong  khoảng thời gian t.  . 22 5. Xác định thời điểm vật đi qua một vị trí xác định.   24 6. Xác định quãng đường lớn nhất và nhỏ nhất vật đi được trong khoảng  thời gian.   25 7. Áp dụng hàm số phức để tính dao động tổng hợp.   28 Phần II. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU   32 1. Áp dụng hàm số sin để giải bài tốn dịng điện xoay chiều.   32 2. Sử dụng hàm số phức để giải bài tốn dịng điện xoay chiều.   35 3. Sử dụng hệ thức lượng trong tam giác để giải bài tốn trong giản đồ  vectơ Fre-nen.   38 KẾT LUẬN   48 TÀI LIỆU THAM KHẢO  . 50     2    tailieuonthi MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Phát triển giáo dục và đào tạo là một trong những động lực quan trọng  thúc đẩy sự nghiệp cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, là điều kiện để  phát  huy  nguồn  lực  con  người,  là  yếu  tố  cơ  bản  để  phát  triển  xã  hội,  tăng  trưởng kinh tế nhanh và bền vững. Văn kiện Đại hội Đảng lần XI khẳng định:  “Phát triển giáo dục quốc sách hàng đầu Đổi bản, toàn diện giáo dục Việt Nam theo hướng chuẩn hoá, đại hoá, xã hội hoá, dân chủ hóa hội nhập quốc tế, đó, đổi chế quản lý giáo dục, phát triển đội ngũ giáo viên cán quản lý khâu then chốt Tập trung nâng cao chất lượng giáo dục, đào tạo, coi trọng giáo dục đạo đức, lối sống, lực sáng tạo, kỹ thực hành, khả lập nghiệp…”.  Sự nghiệp cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước đã và đang đặt ra  nhiều thách thức cho giáo dục và đào tạo. Phải tạo ra đội ngũ nhân lực có tri  thức, tay nghề vững vàng và đủ khả năng hội nhập, theo kịp u cầu của đất  nước  nói  riêng  và  thế  giới  nói  chung.  Để  đạt  được  mục  tiêu  đó,  nhiệm  vụ  quan trọng của giáo dục và đào tạo là phải đổi mới phương pháp dạy học, chú  ý nhiều hơn đến khả năng phân tích, tổng hợp, giải quyết vấn đề của học sinh;  kích thích tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh. Học sinh  nắm bắt  vấn đề một cách nhanh chóng và giải quyết vấn đề trong khoảng thời gian hạn  chế nhất định, đó cũng là vấn đề quan trọng trong cuộc sống hiện đại, quyết  đinh đến sự thành cơng của cuộc sống.  Giờ dạy học vật lí ở trường phổ thơng vẫn nặng về lý thuyết, giáo viên  ít chú ý đến bài tập cho học sinh, chưa quan tâm khai thác và phát huy hết vai  trị của bài tập. Đa số học sinh học theo kiểu thuộc lịng, làm bài tập sách giáo  khoa  mà  giáo  viên  yêu  cầu.  Kết    quả  là  học  sinh  thụ  động,  không  biết  vận  3    tailieuonthi dụng kiến thức vào thực tiễn, vào tình huống mới, vì vậy khơng đáp ứng được  u cầu của xã hội hiện đại.  Bài tập vật lívới tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết  sức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật líở nhà trường phổ  thơng. Thơng qua việc giải tốt các bài tập vật lícác học sinh sẽ có được những  kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc  phát triển tư duy của học sinh. Đặc biệt bài tập vật lí giúp học sinh củng cố  kiến  thức có hệ  thống  cũng như vận  dụng  những kiến thức  đã  học  vào  việc  giải quyết những tình huống cụ thể, làm cho bộ mơn trở nên lơi cuốn, hấp dẫn  các em hơn.  Hiện  nay,  trong  xu  thế  đổi  mới  của  ngành  giáo  dục  về  phương  pháp  giảng dạy cũng như phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả giảng dạy và thi  tuyển. Cụ thể là phương pháp kiểm tra đánh giá bằng phương tiện trắc nghiệm  khách  quan.  Trắc  nghiệm  khách  quan  đang  trở  thành  phương  pháp  chủ  đạo  trong kiểm tra đánh giá chất lượng dạy và học trong nhà trường THPT. Điểm  đáng  lưu  ý  là  nội  dung  kiến  thức  kiểm  tra  tương  đối  rộng,  địi  hỏi  học sinh  phải học kĩ, nắm vững tồn bộ kiến thức của chương trình, tránh học tủ, học  lệch và để đạt được kết quả tốt trong việc kiểm tra, thi tuyển học sinh khơng  những phải nắm vững kiến thức mà cịn địi hỏi học sinh phải có kỹ năng làm  nhanh đối với các dạng tốn mà các em thường gặp trong các kỳ thi.   Xuất phát từ những lý do trên, tơi chọn đề tài “Sử dụng hàm sin (hay cosin) giản đồ Fre-nen giải tập Vật lí12” 4    tailieuonthi Mục tiêu đề tài Xây  dựng  được  hệ  thống  phương  pháp  giải  bài  tập  vật  lí12  liên  quan  đến hàm sin và giản đồ Fre-nen.  Giả thuyết khoa học Nếu sử dụng bài tập về hàm sin và giản đồ Fre-nen trong dạy học Vật lí  thì  có  thể  tích  cực  hóa  hoạt  động  nhận  thức  của  học  sinh  qua  đó  góp  phần  nâng cao hiệu quả dạy học vật lí ở trường trung học phổ thơng.  Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Trên cơ sở đề tài đã xác định mục tiêu đề tài đã đặt ra, nhiệm vụ nghiên  cứu của đề tài như sau:  Nghiên  cứu  lý  luận  và  thực tiễn  của  việc  dạy  học  giờ  bài  tập  vật  lí  ở  trường trung học phổ thơng.  Nghiên cứu  lý  thuyết  về  phương  pháp    sử  dụng  kiến  thức bài tập  vào  việc sử dụng vào q trình dạy học vật lí ở trường trung học phổ thơng.  Nghiên cứu  chương  trình  vật lí  phần dao động điều  hịa  và  dịng  điện  xoay chiều chương trình Vật lí 12 cơ bản.  Đối tượng nghiên cứu đề tài   Hoạt động dạy học phần dao động điều hịa và dịng điện xoay chiều.    Giáo viên dạy mơn Vật lílớp 12 dùng làm tài liệu tham khảo,hướng dẫn  học sinh giải bài tập, đặc biệt là các giải các câu trắc nghiệm định lượng.    Học sinh học lớp 12 luyện tập để kiểm tra, thi mơn Vật lí.  Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu  phương pháp  giải nhanh bài  tập  về  dao  động  điều  hòa  và  dòng điện xoay chiều.  5    tailieuonthi Cấu trúc đề tài MỞ ĐẦU NỘI DUNG A CƠ SỞ LÝ THUYẾT  I Dao động điều hòa  II Dịng điện xoay chiều  B CƠ SỞ THỰC TIỄN  C BÀI TỐN ÁP DỤNG  Phần I. Dao động điều hịa  Phần II. Dịng điện xoay chiều  KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 6    tailieuonthi NỘI DUNG A CƠ SỞ LÝ THUYẾT: I DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA 1. Phương trình dao động: x = Acos(t + )   2. Vận tốc tức thời: v = - Asin(t + )   v        luôn  cùng  chiều  với  chiều  chuyển  động  (vật  chuyển  động  theo  chiều  dương thì v>0, theo chiều âm thì v 0  phạm vi  giá trị của k )  * Liệt kê n nghiệm đầu tiên (thường n nhỏ)  * Thời điểm thứ n chính là giá trị lớn thứ n  8. Các bước giải bài tốn tìm số lần vật đi qua vị trí đã biết x (hoặc v, a, Wt,  Wđ, F) từ thời điểm t1 đến t2.  * Giải phương trình lượng giác được các nghiệm  * Từ t1  UC = 2UL.  A  M  Ta vẽ giản đồ vectơ như hình bên.  Vì NB = 2MN nên  BAN vng cân tại A,  B  suy ra AN = AB  UAN = U AB = 200V.  Bài (ĐH-09). Đặt một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U vào hai đầu  đoạn mạch AB gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, điện trở thuần R và tụ  điện có điện dung C mắc nối tiếp theo thứ tự trên. Gọi UL, UR và UC_lần lượt  là các điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mỗi phần tử. Biết điện áp giữa hai đầu  44    tailieuonthi  đoạn mạch AB lệch pha   so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch NB (đoạn  mạch NB gồm R và C ). Hệ thức nào dưới đây là đúng?    A.  U  U 2R  U C2  U 2L     B.  U C2  U 2R  U 2L  U       C.  U 2L  U 2R  U C2  U     D.  U 2R  U C2  U 2L  U   Bài giải: - Sơ đồ mạch điện giản đồ vectơ hình vẽ R  A  L  C  B  N  - Áp dụng định lý Pitago cho  2  U NB  U AB  U C2  U R2   2 tam giác vng ta có:  U L2  U AB  U AB    UR   U NB      UL   UC   Bài (ĐH-11). Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối  tiếp. Đoạn mạch AM gồm điện trở thuần R1 mắc nối tiếp với tụ điện có điện  dung  C,  đoạn  mạch  MB  gồm  điện  trở  thuần  R2  mắc  nối  tiếp  với  cuộn  cảm  thuần có độ tự cảm L. Đặt điện áp xoay chiều có tần số và giá trị hiệu dụng  khơng đổi vào hai đầu đoạn mạch AB. Khi đó đoạn  mạch AB tiêu thụ cơng  suất bằng 120 W và có hệ số cơng suất bằng 1. Nếu nối tắt hai đầu tụ điện thì  điện áp hai đầu đoạn mạch AM và MB có cùng giá trị hiệu dụng nhưng lệch   pha nhau  , cơng suất tiêu thụ trên đoạn mạch AB trong trường hợp này bằng    A. 75 W.    B. 90 W.    Bài giải:  - Sơ đồ mạch điện như hình  R1  C  R2  A  N  45    C. 160 W.    D. 180 W.  L  B  tailieuonthi vẽ.  - Ban đầu, mạch xảy ra cộng hưởng:   P1  U2  120  U  120.( R1  R2 )  (1)  R1  R2  U AB   U NB  - Lúc sau, khi nối tắt C, mạch cịn R1R2L, giản   /6  đồ vectơ được biểu diễn như hình vẽ:    UL    3 U R2    U R1   UR1 = UMB ;  = /3  Từ giản đồ   = /6     tan   ZL ( R  R2 )   ZL    R1  R2 3  P2  ( R1  R2 ) I  ( R1  R2 )   U2  ( R1  R2 ) Z2 120( R1  R2 ) ( R1  R2 )  ( R1  R2 )  3   90  Đáp án C.    C  L  Bài 10. Cho mạch điện như hình vẽ:  R  A  B  N  M   uAB =  192 2cos(100t  +  )   (V)  UMN = UNB = 70 (V); UAM = 192 (V).  Viết biểu thức hiệu điện thế hai đầu  B  đoạn NB.  Bài giải:  U AB   Áp dụng hệ thức lượng trong  ABN ta có:  A  46     U R  M   UC   N    UL   U NB   i   Ur   tailieuonthi cosNAB  2 U AB  U AN  U NB  0.25882 2U ABU AN  NAB = 750 ;  ABN = 300.   AMN vuông cân tại M nên  MAB  450    BAM  = 300 =     NBU L = 300 mà  MNB =  NBU L  ( sole trong).    BNU r = 600 =    Vậy biểu thức của hiệu điện thế giữa hai điểm NB:    uNB =  192 2cos(100t  +  )  (V).          47    tailieuonthi KẾT LUẬN Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài đã đề ra, đề tài đạt được  một số kết quả sau:  - Bài tập vật lí là một phần khơng thể thiếu trong q trình giảng dạy  bộ  mơn vật lí ở trường phổ thơng. Nó là phương tiện để nghiên cứu tài liệu  mới, để ơn tập, để rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức và bồi dưỡng  phương pháp nghiên cứu khoa học.  - Thơng qua điều tra, đã thu được kết quả thiết thực và giúp ích nhiều  cho việc nghiên cứu, nhanh chóng nắm bắt được thực trạng dạy học vật lí hiện  nay.  - Trong đề tài này tơi chỉ mới tìm cho mình một vài phương pháp và  chỉ áp dụng cho một số dạng tốn, tất nhiên là khơng trọn vẹn, để giúp học  sinh  giải  được  những  bài  toán  cơ  bản  nhất,  nhằm  mục  đích  giúp  các  em  có  được kết quả tốt trong các kỳ thi, đặc biệt là thi dưới hình thức trắc nghiệm  khách quan.  - Xây dựng cơ sở lý luận của việc sử dụng hàm sin và giản đồ Fre-nen  để giải bài tập. Trình bày cách giải một bài tập và vai trị của nó trong dạy học  vật lí.  - Xây  dựng  được  hệ  thống  bài  tập  từ  cơ  bản  đến  nâng  cao  trong   chương trình vật lí trung học phổ thơng. Với mỗi bài  tập trình bày cách giải  ngắn gọn  và  nhanh  nhất  có  thể  để bài trong  thời  gian có  hạn  của  các đề thi  tuyển sinh, hướng  dẫn chi tiết rõ ràng, cụ thể.  - Kết quả sau khi học sinh nắm được cách giải thì tỉ lệ đạt u cầu cao,  rút ngắn được thời gian giải bài tập.  - Tơi viết đề tài này khơng để phủ nhận vai trị của phương pháp đại số  mà  với  phương  pháp  này  sẽ  giúp  cho  học  sinh  giải  các  bài  toán  vật  lí,  liên  48    tailieuonthi quan đến nội dung đề tài, một cách nhanh và chính xác nhất. Vì vậy nếu như  chương trình vật lí 12 mà khơng được sử dụng phương pháp giải bài tập này  sẽ là một thiệt thịi rất lớn cho học sinh.   -  Do  thời  gian  có  hạn  nên  đề  tài  này  chưa  được  áp  dụng  rộng  rãi  và  chắc chắn khơng tránh được những thiếu sót. Vì vậy rất mong được sự góp ý  của q thầy cơ giáo và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hồn thiện hơn và  để được áp dụng rộng rãi hơn cho các đối tượng học sinh.    Hướng phát triển của đề tài:  - Mở  rộng  phạm  vi  áp  trên  học  sinh  các  lớp  khác  nhau  của  trường  trung học phổ thơng và sinh viên các trường sư phạm chun ngành Vật lí.  - Xây dựng với phạm vi rộng hơn trong chương trình Vật li phổ thơng  với nhiều nội dung  và phương pháp giải nhanh  bài tập. Đáp ứng được  u  cầu địi hỏi của các kỳ thi tuyển cấp quốc gia.  Một số kiến nghị:  - Giáo viên dạy ở các trường phổ thơng cho học sinh tăng cường giờ  bài tập cho học sinh.  - Đưa nhiều dạng bài tập vào dạy học vật lí ở các mức độ khác nhau  phù hợp với khả năng thực tế của học sinh nhằm tích cực hóa hoạt động nhận  thức của học sinh. Khi đó, hiệu quả dạy học sẽ được nâng cao hơn.        49    tailieuonthi TÀI LIỆU THAM KHẢO - Đảng Cộng sản Việt Nam (2011), Văn kiện đại hội đại biểu tồn quốc lần thứ XI, NXB chính trị quốc gia, Hà Nội.  - Lương Dun Bình – Vũ Quang (2009), Vật lí 12, NXB Giáo dục Việt  Nam.  - Hồng Chúng (1983), Phương pháp thống kê tốn học khoa học giáo dục, NXB Giáo dục, Hà Nội.  - David Halliday, Robert Resick, Jearl Walkerr (1999), Cơ sở vật lí, tập 4  Điện học 1, NXB Giáo dục, Hà Nội.  -  David Halliday, Robert Resick, Jearl Walkerr (1999), Cơ sở vật lí, tập  5 Điện học 2, NXB Giáo dục, Hà Nội.  - Ngơ  Sĩ  Đình,  Chu  Văn  Biên  (2010),  Chuyên đề: Phương pháp vectơ trượt – Một phương pháp giải toán điện xoay chiều RLC khơng phân nhánh, Hội nghị Giảng dạy Vật lí tồn quốc, Hà Nội.  - Lê Văn Giáo (2002), Bài giảng phương pháp giải tập Vật lí, ĐHSP  Huế.  - Trần  Văn  Hạo  –  Vũ  Tuấn  (2010), Giải tích 12,  NXB  Giáo  dục  Việt  Nam.  - Vũ Thanh Khiết (2001), Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thơng, mơn Vật lí, tập 2, NXB Giáo dục.  - Vũ Thanh Khiết (2001), Chun đề bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông, môn Vật lí, tập 3, NXB giáo dục.  - Nguyễn Thế Khơi (2009), Vật lí 12 nâng cao, NXB Giáo dục Việt  Nam.  - Nguyễn Thế Khơi (2009), Bài tập Vật lí 12 nâng cao, NXB Giáo dục  Việt Nam.  - Vũ Quang (2009), Bài tập Vật lí 12, NXB Giáo dục Việt Nam.  - Phạm Hữu Tịng (2006), Những vấn đề giáo dục vật lí phổ thơng nay, NXB ĐHSP, Hà Nội.  - Đề thi Tốt nghiệp THPT và đề thi tuyển sinh Đại học các năm.    50