HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN CỰC TRỊPHẦN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO BẰNG SƠ ĐỒ TƯ DUYLUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍChuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC(BỘ MÔN VẬT LÍ)Mã số: Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM KIM CHUNGDANH MỤC SƠ ĐỒTrangSơ đồ 1.1. Các dạng bài tập vật lí ………………………………11Sơ đồ 1.2. Sơ đồ tư duy về khái niệm đường sức từ và vận dụng. …16Sơ đồ 1.3. Quá trình tư duy sử dụng các phần khác nhau trên bộ não 17Sơ đồ 1.4. Ví dụ sơ đồ tư duy theo đề cương……………………19Sơ đồ 1.5. Ví dụ sơ đồ tư duy theo từng đoạn, từng bài………………20Sơ đồ 1.6. Cấu trúc sơ đồ tư duy điển hình.…………………………..22Sơ đồ 1.7. Ví dụ lập sơ đồ tư duy giải bài toán vật lí………………….24Sơ đồ 2.1. Các kiến thức toán cơ bản sử dụng xét cực trị……………..33Sơ đồ 2.2. Ví dụ giải bài toán cực trị bằng bất đẳng thức Cauchy39Sơ đồ 2.3. Sơ đồ tư duy giải bài toán cực trị bằng Sử dụng giản đồ vec tơ và định lí hàm số sin hoặc cos…………………………...........41Sơ đồ 2.4. Sơ đồ tư duy giải bài toán cực trị dựa vào tam thức bậc 242Sơ đồ 2.5. Sơ đồ tư duy giải bài toán cực trị theo phương pháp khảo sát hàm số.............................................................................................46Sơ đồ 2.6. Sơ đồ tư duy giải bài toán tìm R để công suất cực đại.......48Sơ đồ 2.7. Sơ đồ tư duy giải bài toán tìm R để công suất trên R cực đại..49Sơ đồ 2.8. SĐTD giải BT tìm UL cực đại sử dụng tam thức bậc 2…50Sơ đồ 2.9. Sơ đồ tư duy giải BT tìm UL cực đại sử dụng giản đồ véc tơ..52Sơ đồ 2.10. Sơ đồ tư duy giải BT tìm I cực đại.………………………55
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN CỰC TRỊ PHẦN DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO BẰNG SƠ ĐỒ TƯ DUY LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MƠN VẬT LÍ) Mã số: Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM KIM CHUNG HÀ NỘI LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn Ban giám hiệu trưởng trường Đại học Giáo dục, phịng chức thầy giáo tham gia giảng dạy lớp sau đại học K6, chuyên ngành ’Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí’, trường Đại học giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Kim Chung tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình xây dựng đề cương hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu thầy cô giáo tập thể học sinh lớp 12A5 trường trung học phổ thông Kiến Thụy, huyện Kiến Thụy, thành phố Hải Phịng giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố, mẹ, chồng anh chị em gia đình tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học trường Đại học giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội ! Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Tác giả i DANH MỤC VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN BTVL Bài tập vật lý BĐTD Bản đồ tư DH Dạy học GV Giáo viên HS Học sinh SGK Sách giáo khoa TNSP Thực nghiệm sư phạm THPT Trung học phổ thông DANH MỤC CÁC BẢNG ii Trang Bảng 3.1 Bảng tần suất điểm lớp đối chứng …………………………… 62 Bảng 3.2 Bảng tần suất điểm lớp thực nghiệm … …………………… 62 Bảng 3.3 Các thông số thông kê mô tả lớp thực nghiệm lớp đối chứng … 63 Bảng 3.4 Kiểm định khác trung bình cộng Independent Samples Test……………………………………………… 64 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1 Đồ thị P theo Rtd …………………………….……… iii 44 Hình 3.1 Ảnh nhóm học sinh xây dựng sơ đồ tư ……………… 61 Hình 3.2.Đồ thị tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm …………… 63 DANH MỤC SƠ ĐỒ Trang Sơ đồ 1.1 Các dạng tập vật lí ……………………………… iv 11 Sơ đồ 1.2 Sơ đồ tư khái niệm đường sức từ vận dụng … 16 Sơ đồ 1.3 Quá trình tư sử dụng phần khác não Sơ đồ 1.4 Ví dụ sơ đồ tư theo đề cương…………………… 17 Sơ đồ 1.5 Ví dụ sơ đồ tư theo đoạn, bài……………… 20 Sơ đồ 1.6 Cấu trúc sơ đồ tư điển hình.………………………… 22 Sơ đồ 1.7 Ví dụ lập sơ đồ tư giải tốn vật lí………………… Sơ đồ 2.1 Các kiến thức toán sử dụng xét cực trị…………… 24 Sơ đồ 2.2 Ví dụ giải toán cực trị bất đẳng thức Cauchy 39 Sơ đồ 2.3 Sơ đồ tư giải toán cực trị Sử dụng giản đồ vec tơ định lí hàm số sin cos………………………… 19 33 41 Sơ đồ 2.4 Sơ đồ tư giải toán cực trị dựa vào tam thức bậc 42 Sơ đồ 2.5 Sơ đồ tư giải toán cực trị theo phương pháp khảo sát hàm số Sơ đồ 2.6 Sơ đồ tư giải tốn tìm R để cơng suất cực đại 46 Sơ đồ 2.7 Sơ đồ tư giải tốn tìm R để cơng suất R cực đại 49 Sơ đồ 2.8 SĐTD giải BT tìm UL cực đại- sử dụng tam thức bậc 2… 50 Sơ đồ 2.9 Sơ đồ tư giải BT tìm UL cực đại- sử dụng giản đồ véc tơ 52 Sơ đồ 2.10 Sơ đồ tư giải BT tìm I cực đại.……………………… 55 48 MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn…………………………………………………………… Danh mục viết tắt……………………………………………………… Danh mục bảng biểu…………………………………………………… Danh mục hình vẽ……………………………………………………… Danh mục sơ đồ ……………………………………………………… v i ii iii iv v Mục lục…………………………………………………………… MỞ ĐẦU…………………………………………………………… Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI … 1.1 Bài tập vật lí, vai trị mục đích sử dụng dạy học vật lí … 1.1.1 Bài tập vật lí ……… 1.1.2 Vai trò tập vật lí dạy học……… 1.1.3 Mục đích sử dụng tập vật lí………………………………… 1.2 Các dạng tập vật lí …………………………………………… 1.3 Phương pháp giải tập Vật lí ………………………………… 1.3.1 Các bước giải tập Vật lí …………………………………… 1.3.2 Giải tập Vật lí định tính …………………………………… 1.3.3 Giải tập Vật lí tính tốn …………………………………… 1.3.4 Một số điểm lưu ý học sinh tập thi Vật lí ……… 1.4 Lựa chọn sử dụng tập dạy học vật lí………………… 1.5 Sơ đồ tư dạy học……………………………………… 1.5.1 Sơ đồ tư …………………………………………………… 1.5.2 Các loại sơ đồ tư …………………………………………… 1.5.3 Cách lập sơ đồ tư ………………………………………… 1.6 Xây dựng sử dụng sơ đồ tư hướng dẫn HS giải BTVL… 1.6.1.Xây dựng sơ đồ tư hỗ trợ hướng dẫn học sinh giải tập vật lí… 1.6.2 Tổ chức dạy học sơ đồ tư duy…………………………… 1.6.3 Các ưu nhược điểm dạy học sơ đồ tư duy………… 1.7 Vai trò GV HS trình xây dựng sơ đồ tư duy…… 1.7.1 Vai trò Giáo viên…………………………………………… 1.7.2 Vai trò học sinh…………………………………………… 1.8 Thực trạng việc sử dụng SĐTD DH vật lí trường THPT… 1.8.1 Phương pháp điều tra…………………………………………… 1.8.2 Kết điều tra………………………………………………… 1.9 Kết luận chương 1………………………………………………… Chương 2: SỬ DỤNG SƠ ĐỒ TƯ DUY HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TỐN CỰC TRỊ PHẦN DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU…… 2.1 Những yêu cầu kiến thức kỹ giải tập …………… 2.1.1 Về nội dung kiến thức ………………………………………… 2.1.2 Về kĩ ……………………………………………………… 2.2 Các dạng tốn cực trị phần dịng điện xoay chiều …………… 2.1.1 Các phương pháp giải toán cực trị phần dịng điện xoay chiều………………………………………………………………….… 2.1.2 Các dạng tốn cực trị phần điện xoay chiều………………… 2.3 Xây dựng tiến trình dạy học với tập sơ đồ tư 2.4 Kết luận chương 2……… Chương 3: THỰC NGHIỆP SƯ PHẠM…………………………… vi vi 5 5 11 11 12 13 13 15 15 15 19 21 22 22 24 26 28 28 28 28 28 29 30 32 32 32 38 38 38 45 55 56 58 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ……………… 3.2 Đối tượng phương thức thực nghiệm sư phạm …………… 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm……………… 3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm……………… 3.3 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sư phạm …………… 3.3.1 Phân tích định tính diễn biến học q trình TNSP 3.3.2 Phân tích định lượng kết TNSP ……………………… 3.4 Kết luận chương 3………………………………………………… KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ……………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… PHỤ LỤC…………………………………………………………… vii 58 58 58 58 59 59 62 66 67 70 73 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Bài tập vật lí có vai trị quan trọng việc củng cố kiến thức, rèn luyện kĩ năng, vận dụng kiến thức vật lí giải vấn đề vật lí sống Hiện nay, dạy học vật lí trường THPT, giáo viên thường phân chia tập dựa yêu cầu toán học hướng dẫn học sinh giải tập vật lí theo dạng Đặc biệt, áp dụng hình thức thi trắc nghiệm, với tập trắc nghiệm đòi hỏi giải tập nhanh xác, nên nhiều học sinh vận dụng cách máy móc bước giải tập, nhận dạng tập, áp dụng cơng thức sử dụng máy tính để tính tốn với tốc độ nhanh xác, việc phát triển tư sáng tạo học sinh việc giải tập vật lí cịn hạn chế Một vấn đề đặt cần có phương pháp giải tập hướng dẫn học sinh giải tập với tốc độ nhanh, xác, đồng thời giúp học sinh phát triển tư Sơ đồ tư (Mind Map -hay gọi Bản đồ tư duy) – sáng tạo Tony Buzan mang lại hiệu tích cựu cho người sử dụng nhiều lĩnh vực khác Sơ đồ tư công cụ tổ chức tư hiệu quả, đồng thời phương tiện ghi chép đầy sáng tạo, mở rộng đào sâu ý tưởng Nhờ kết nối nhánh, ý tưởng liên kết với khiến sơ đồ tư bao quát ý tưởng phạm vi rộng, giúp cho việc ghi nhớ lâu bền tạo điều kiện thuận lợi để phân tích, xử lí, rút kết luận xây dựng mơ hình đối tượng cần nghiên cứu Sử dụng sơ đồ tư dạy học mang lại hiệu cao, phát triển tư logic, khả phân tích tổng hợp, học sinh hiểu bài, nhớ lâu, thay cho ghi nhớ dạng thuộc lòng, ‘học vẹt’ Lí thuyết sơ đồ tư đề cập đến tài liệu Lí luận dạy học nói chung Nhiều cơng trình nghiên cứu khác đề cập để việc sử dụng Graph việc dạy học vật lí dạy lí thuyết, ơn tập chương chưa quan tâm nhiều đến việc sử dụng sơ đồ tư hướng dẫn học sinh giải tập vật lí nói chung tốn cực trị phần dịng điện xoay chiều nói riêng Trong chương trình vật lí lớp 12, phần dịng điện xoay chiều nội dung trọng tâm, tập phần có nhiều nội dung thi cấp, tốn cực trị phần dịng điện xoay chiều tốn bản, có nhiều phương pháp giải dựa yêu cầu toán,việc lựa chọn phương pháp giải thường gặp khó khăn cho học sinh Việc vận dụng sơ đồ tư hướng dẫn học sinh giải tập biện pháp giúp học sinh lựa chọn phương pháp giải tập hiệu Vì lí tơi định lựa chọn đề tài: “Hướng dẫn học sinh giải tốn cực trị phần dịng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao sơ đồ tư duy” Mục tiêu nghiên cứu Sử dụng sơ đồ tư hướng dẫn học sinh hệ thống hóa dạng tập giải tốn cực trị phần dịng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao” cách hiệu Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng hệ thống tốn cực trị phần dịng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao, sơ đồ tư - Xác định phương pháp giải tốn cực trị phần dịng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao - Xây dựng sơ đồ tư để hướng dẫn HS giải tốn cực trị phần dịng điện xoay chiều vật lí lớp 12 nâng cao - Thiết kế tiến trình hướng dẫn HS giải BTVL sơ đồ tư - Thực nghiệm sư phạm đánh giá hiệu biện pháp đưa Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy học giáo viên học sinh trình dạy học PHỤ LỤC PHỤ LỤC GIÁO ÁN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Sử dụng sơ đồ tư để giải toán cực trị điện xoay chiều(vật lí 12) I Mục tiêu học Kiến thức - Trình bày PP tốn học để xét cực trị đại lượng - Viết công thức xác định đại lượng đặc trưng cho mạch điện xoay chiều R,L,C mắc nối tiếp - Mô tả bước lập sơ đồ tư để giải toán cực trị - Phân tích , so sánh, lựa chọn vận dụng cách giải toán phù hợp nhanh cho dạng toán cực trị điện xoay chiều Kỹ - Tính đại lượng đặc trưng cho mạch điện RLC như: độ tự cảm, điện dung tụ điện,tổng trở đoạn mạch, điện trở R, điện trở cuộn dây, hiệu điện hai đầu đoạn mạch U, tính hiệu điện hai đầu điện trở UR, hiệu điện hai đầu tụ điện U C, hiệu điện hai đầu cuộn cảm UL, cường độ dòng điện I, cường, độ lệch pha dịng điện hiệu điện , cơng suất tiêu thụ mạch P, tần số góc ω… -Tính giá trị cực đại, cực tiểu đại lượng: hiệu điện (ULmax,, Umax…), công suất (Pmax,Pmin…), tổng trở (Zmin,Zmax…), cường độ dòng điện (Imax,Imin),… -Sử dụng giản đồ Fresnen giải toán điện xoay chiều để tìm đại lượng như: u,I,U,P,R,r,Z… -Từ biểu thức U,P,I…vận dụng kiến thức toán vẽ đồ thị hàm số Từ tìm quy luật chúng 75 II Chuẩn bị đồ dùng dạy học - HS chuẩn bị giấy A0, bút chì bút chì màu III Tiến trình dạy học Hoạt động (10 phút) KIỂM TRA BÀI CŨ Hoạt động GV - HS Nội dung - GV gọi HS lên bảng trả lời Kiến thức học sinh cần nắm câu hỏi (đã chuẩn bị nhà được: từ trước) Để giải toán cực trị dòng điện xoay chiều cần nhớ kiến thức nào? Hãy nêu cách giải toán cực trị toán học? -GV gọi HS nhận xét câu trả lời bạn - GV nhận xét đưa sơ đồ tư 2.1 Hoạt động (7 phút) Sử dụng sơ đồ tư giải BT cực trị bất đẳng thức Cauchy - GV yêu cầu HS Phương pháp 1: Dùng bất đẳng thức Côsi nhắc lại bất đẳng thức Ví dụ: Cho mạch điện Cosi nêu điều kiện áp xoay dụng? chiều RLC R GV yêu cầu HS giải thay đổi (R cịn gọi biến trở) Tìm tập sau: giá trị R để Công suất tỏa nhiệt điện Bài 1: Cho mạch điện trở R đạt cực đại 76 xoay chiều RLC Cách giải (sơ đồ 2.2): R thay đổi (R cịn gọi biến trở) Tìm giá trị R để Công suất tỏa nhiệt điện trở R đạt cực đại -GV nêu câu hỏi gợi ý: - Hãy viết biểu thức tính cơng suất P?, - Làm để xác định P cực đại? -Công suất tỏa nhiệt P đạt cực đại nào? - Hãy sử dụng sơ đồ tư để mô tả cách giải tốn Sơ đồ 2.3 Sơ đồ ví dụ giải toán cực trị bất đẳng thức Cauchy 77 Hoạt động (10 phút) Sử dụng sơ đồ tư giải toán cực trị sử dụng giản đồ véc tơ định lí hàm sin cosin -GV yêu cầu học Phương pháp 2:Sử dụng giản đồ véc tơ sinh vè giản đồ véc tơ định lí hàm sin cosin mạch RLC nối + Vẽ giản đồ véc tơ tiếp(UL>UC) + Dựa vào giản đồ vectơ định lý hàm -GV yêu cầu học số sin tam giác: sinh từ giản đồ véc tơ , kết - Định lí hàm số sin tam giác: hợp với hàm sin cosin tam giác tìm cơng thức UL, UL U L U - Định lí hàm số cosin tam giác: O α β U i R γ U U C RC Ví dụ: Ta có hiệu điện cuộn dây : U L = IZ L = Z L U R + ( Z L − ZC )2 78 , R; ZC U số khơng đổi Ta dùng phương pháp khảo sát hàm số theo biến số ZL Tuy nhiên với cách khảo sát hàm số phức tạp Với phương pháp dùng giản đồ Vectơ tốn giải dể rút nhiều kết luận (sơ đồ 2.4) Theo giản đồ vectơ định lý hàm số sin UL U tam giác ta có : sin(α + β ) = sin γ U R R Và sin γ = cos β = U = 2 = const , suy R + ZC RC UL = U U sin(α + β ) = sin(α + β ) sin γ cos β Do cosβ U giá trị không đổi nên hiệu điện ULmax sin(α + β ) = ⇒ α + β = π Theo hệ thức tam giác vng ta có: U RC = U CU L , từ suy Z L Z C = R + Z C2 Tóm lại: R + Z C2 Khi Z L = U L max = U ZC R + Z C2 R Khi ULmax hiệu điện tức thời hai đầu mạch nhanh pha uRC gúc 900 79 Sơ đồ 2.4 Sơ đồ tư giải toán cực trị Sử dụng giản đồ vec tơ định lí hàm số sin cos Hoạt động (10 phút) Sơ đồ tư giải toán cực trị dựa vào tam thức bậc Phương pháp 3:Dựa vào tam thức bậc + Chuyển biểu thức cần xét dạng + a>0 đỉnh Parabol 80 có + a