SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH I SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP “ CHUẨN HÓA SỐ LIỆU” ĐỂ GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN MẠCH RLC NỐI TIẾP CÓ T
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH I
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
HƯỚNG DẪN HỌC SINH SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP “ CHUẨN HÓA SỐ LIỆU” ĐỂ GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN MẠCH RLC NỐI TIẾP CÓ TẦN SỐ DÒNG ĐIỆN THAY ĐỔI - CHƯƠNG
TRÌNH VẬT LÝ 12
Người thực hiện: Trần Thị Hiếu
Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc môn: Vật lý
Trang 2THANH HÓA, NĂM 2017
MỤC LỤC
I MỞ ĐẦU
II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3
3.3 Tiến trình dạy - học 4
4.1 Mục đích thực nghiệm 10
4.2 Nội dung thực nghiệm 10
4.3 Phương pháp thực nghiệm 10
4.4 Kết quả thực nghiệm 11
III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I MỞ ĐẦU
1 Lí do chọn đề tài
Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay, học sinh muốn đạt kết quả cao thì không những phải học tốt, hiểu sâu và rộng các nội dung trong chương trình mà còn phải có tốc độ làm bài nhanh Trong môn vật lý lượng câu hỏi định lượng trong
đề khá nhiều thì tốc độ giải toán quyết định lớn đến điểm thi của các em Vì vậy
Trang 3việc tìm ra các phương pháp giải toán nhanh, gọn, đơn giản, dễ hiểu, dễ vận dụng vào giải các bài tập vật lý sẽ góp phần giúp học sinh đạt điểm số cao hơn trong các
kì thi
Trong nhiều năm giảng dạy vật lý 12 tôi nhận thấy có rất nhiều bài toán khó đặc biệt là phần điện xoay chiều thường được chọn làm câu chốt của đề thi trung học phổ thông quốc gia mà nếu biết cách giải và giải theo cách truyền thống thì cũng phải mất tới 5-7 phút mới xong, chưa kể vì tính toán phức tạp nên còn dễ nhầm lẫn Vì vậy tôi luôn dành thời gian tìm kiếm trên các diễn đàn vật lý hoặc trao đổi với đồng nghiệp để thu thập các phương pháp giải mới nhanh, gọn, dễ hiểu và ít sai sót trong khi vận dụng, từ đó vận dụng vào việc giảng dạy của mình nhằm mang lại hiệu quả cao trong việc học và thi của học sinh
Trong số các phương pháp mà tôi đã vận dụng thì tôi tâm đắc nhất với phương pháp “chuẩn hóa số liệu” do thầy Nguyễn Đình Yên nghiên cứu và đề xuất Phương pháp này có thể vận dụng để giải nhiều bài tập vật lý ở các chương khác nhau một cách đơn giản và nhanh gọn
Trong chương điện xoay chiều vật lý 12 có rất nhiều bài toán khó đặc biệt bài toán về mạch RLC có tần số hoặc tần số góc của dòng điện thay đổi có cách giải dài và phức tạp, do vậy khi giảng dạy phần này tôi nhận thấy có nhiều học sinh khá chán nản, và hầu như chỉ có vài em học tốt thì mới cố gắng học nhưng cũng không mấy hứng thú
Vấn đề đặt ra là cần có một cách giải mới các bài tập dạng này, cách giải phải dễ hiểu, dễ vận dụng, biến đổi toán học đơn giản và đặc biệt là rút gắn thời gian làm bài
Trước vấn đề đặt ra như trên tôi mạnh dạn lựa chọn đề tài: “ Hướng dẫn học sinh sử dụng phương pháp “chuẩn hóa số liệu” để giải nhanh các bài toán mạch RLC nối tiếp có tần số dòng điện thay đổi – Chương trình vật lý 12” làm
đề tài sáng kiến kinh nghiệm của mình nhằm tăng hứng thú và hiệu quả học tập môn vật lý ở học sinh khối 12
2 Mục đích nghiên cứu
- Tìm cho bản thân một phương pháp dạy học thích hợp, hiệu quả để có thể tạo ra hứng thú học tập cho học sinh, lôi cuốn được nhiều học sinh tham gia giải các bài tập vật lý, từ đó các em nắm vững hơn các quy luật, hiện tượng trong vật lý
và ngày càng yêu thích môn vật lý
- Đặc biệt giúp học sinh có một phương pháp giải toán vật lý hiệu quả, rút ngắn thời gian làm bài để có thể đạt kết quả cao nhất trong các kì thi, đặc biệt là kì thi trung học phổ thông quốc gia sắp tới
3 Đối tượng nghiên cứu:
- Học sinh khối 12 trường THPT Yên Đinh I trước và sau khi thực nghiệm đề tài
4 Phương pháp nghiên cứu
Trang 4Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã sử dụng các phương pháp sau:
- Phương pháp trao đổi, thảo luận: Giáo viên thực hiện đề tài tiến hành trao đổi, thảo luận với các giáo viên khác trong nhóm bộ môn từ đó rút kinh nghiệm để hoàn thiện đề tài
- Phương pháp thực nghiệm: Giáo viên thực hiện đề tài tiến hành dạy thử nghiệm theo phương pháp đã nghiên cứu trong đề tài
- Phương pháp điều tra: Giáo viên thực hiện đề tài ra các bài tập áp dụng để kiểm tra kết quả tiếp thu và vận dụng phương pháp đã nêu trong đề tài
II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
Trước hết, vật lý là một môn khoa học giúp học sinh nắm được quy luật vận động của thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những quy luật ấy, biết phân tích và vận dụng những quy luật ấy vào thực tiễn Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa…
để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của học sinh có điều kiện để phát triển.[3]
Tuy nhiên với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì áp lực về thời gian làm bài là rất lớn Trong khi đó có rất nhiều các tài liệu về các công thức giải nhanh
mà học sinh được tiếp cận, nên có nhiều học sinh lựa chọn cách học thuộc lòng công thức giải nhanh để khi làm bài chỉ cần thay số vào công thức đó và nhấn máy tính là có kết quả Cách thức này cũng chỉ hiệu quả với những bài toán theo đúng khuôn mẫu của một dạng bài cụ thể, không thể vận dụng cho nhiều bài toán khác nhau, chưa kể khi vào phòng thi các em quên công thức hoặc nhớ sai công thức dẫn đến không làm được bài Vì vậy các em cần có những phương pháp làm bài dễ hiểu, ngắn gọn, dễ vận dụng, và có hướng phát triển tư duy hơn
Phương pháp “ chuẩn hóa số liệu” là cách gọi do các thầy có tên tuổi trong làng luyện thi vật lý đề xuất Về bản chất toán học phương pháp này không phải hoàn toàn mới, đặc biệt đối với các em học sinh có kĩ năng toán học tốt, nhưng học sinh chưa biết cách khái quát vấn đề và đơn giản hóa vấn đề
Dựa trên việc lập tỉ lệ giữa các đại lượng vật lý (thông thường là các đại lượng cùng đơn vị), theo đó đại lượng này sẽ tỉ lệ với đại lượng kia theo một tham
số k nào đó Vì vậy ta có thể tiến hành chuẩn hóa đại lượng này theo đại lượng kia
và ngược lại Nó giống như “ tự chọn lượng chất” trong hóa học [2]
Để dễ hiểu hơn ta có thể xét ví dụ sau:
Tính A=b a c
, biết b = 2a, a=2c Thay vì việc thay b và c theo a vào biểu thức A rồi rút gọn a ở tử và mẫu giống như lâu nay ta vẫn làm để tính A thì ta có thể giải theo phương pháp chuẩn hóa như sau:
Trang 5Chọn c = 1 a = 2, b = 4 Thay vào biểu thức của A ta được:
A = 42152
Cách làm trên rất tường minh, dễ thực hiện, ít nhầm lẫn và cho kết quả chính xác trong thời gian ngắn
Vì vậy khi đề ra cho tỷ lệ giữa các đại lượng cùng đơn vị, hoặc biểu thức liên hệ giữa các đại lượng ấy với nhau, hoặc biểu hiện rõ trong công thức cần dùng
để tính toán chứa tỷ số của các đại lượng cùng đơn vị Ta có thể chọn đại lượng chuẩn hóa rồi mới bắt đầu tính toán (tức là ta chọn một đại lượng bằng 1- thường là chọn đại lượng nhỏ nhất, hoặc đại lượng mà nó bằng một đại lượng khác trong dữ kiện của đề bài) Các đại lượng khác được biểu diễn theo “đại lương chuẩn hóa” này
Các bài toán về mạch RLC nối tiếp trong đó dòng điện có tần số thay đổi có rất nhiều bài liên quan đến tỷ lệ giữa các đại lượng cùng đơn vị, khi đó ta lựa chọn phương pháp “chuẩn hóa số liệu” là vô cùng hợp lí
2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
- Trong quá trình giảng dạy và ôn luyện vật lý 12 tôi nhận thấy có nhiều bài tập về mạch RLC nối tiếp trong đó dòng điện có tần số hay tần số góc thay đổi mà giải theo phương pháp đại số truyền thống thì rất phức tạp, nhiều ẩn số, rườm rà, mất nhiều thời gian
- Nhiều học sinh ngại làm dạng bài tập nói trên và khi kiểm tra hoặc thi thử các em thường bỏ qua loại bài này hoặc khoanh bừa
- Khi ôn luyện cho học sinh ở phần sóng âm tôi đã hướng dẫn phương pháp “ chuẩn hóa số liệu” và được các em rất hứng thú, tiếp nhận tốt, đa số biết vận dụng một cách thành thạo
3 Giải pháp và tổ chức thực hiện
Để giải quyết thực trạng trên tôi đã lựa chọn chủ đề: “Sử dụng phương pháp
“chuẩn hóa số liệu” để giải bài tập về mạch RLC nối tiếp có tần số dòng điện thay đổi” vào giảng dạy trong thời lượng hai tiết học thêm ở chương “ Dòng điện xoay
chiều – Vật lý 12”
Dưới đây là đề xuất về giáo án của hai tiết dạy nói trên
3.1 Mục tiêu:
- Kiến thức
+ Biết cách xác định dạng bài tập có thể sử dụng phương pháp “ chuẩn hóa số liệu”
+ Nắm được các bước giải bài toán bằng phương pháp “ chuẩn hóa số liệu”
+ Vận dụng được các kiến thức cơ bản phần điện xoay chiều vào giải toán
- Kĩ năng được hình thành và phát triển:
+ Nhận biết được các bài toán có thể sử dụng hiệu quả phương pháp nêu trên
Trang 6+ Giải được các bài tập về mạch RLC có dòng điện thay đổi tần số bằng phương pháp “ chuẩn hóa số liệu” một cách nhanh gọn và chính xác
- Thái độ:
+ Học sinh hứng thú với bài học khi làm quen với phương pháp mới từ đó giúp các
em thêm yêu thích môn vật lý
+ Qua hoạt động nhóm các em hiểu nhau hơn, đoàn kết hơn
3.2 Chuẩn bị:
- Giáo viên
+ Nghiên cứu tài liệu về phương pháp “chuẩn hóa số liệu”
+ Nghiên cứu các dạng bài tập về mạch RLC nối tiếp có tần số dòng điện thay đổi
- Học sinh
+ Xem lại cách giải bài tập phần sóng âm bằng phương pháp “chuẩn hóa số liệu” + Ôn lại các kiến thức cơ bản về mạch RLC nối tiếp, công thức tính công suất, hệ
số công suất
3.3 Tổ chức hoạt động dạy học:
Tiết 1
Hoạt động 1: Giới thiệu vào bài và kiểm tra bài cũ (7 phút)
- Giới thiệu: Các em đã được biết đến phương
pháp “ chuẩn hóa số liệu” khi học phần sóng
âm Đây là một phương pháp khá hay và dễ
vận dụng, đặc biệt rút ngắn thời gian làm bài
đúng không nào? Hôm nay cô sẽ tiếp tục giới
thiệu với các em một ứng dụng khác của
phương pháp này, đó là vận dụng vào giải bài
tập về mạch RLC nối tiếp có tần số hoặc tần số
góc của dòng điện thay đổi
- Hỏi: Có em nào nhớ để giải bài toán phần
sóng âm theo phương pháp “chuẩn hóa số
liệu” thì ta phải làm những bước cơ bản nào?
- Đúng vậy
Còn đối với bài tập về mạch RLC nối tiếp
có tần số hoặc tần số góc của dòng điện thay
đổi thì ta sẽ làm thế nào? Để dễ hình dung sau
đây ta sẽ xét một vài ví dụ cụ thể
- Nghe giảng.
- Trả lời:
+ Chọn đại lượng chuẩn hóa (Lấy bằng 1)
+ Tính giá trị của các đại lượng khác theo đại lượng chuẩn hóa + Thay giá trị của các đại lượng trên vào công thức để tính toán
Hoạt động 2: Giải bài tập mẫu (38 phút)
Trang 7viên của học sinh
- Ghi đề bài lên
bảng
- Yêu cầu học sinh
giải bài này theo
phương pháp đại số
thông thường
- Gọi một học sinh
lên bảng trình bày
-Ta thấy xuyên suốt
bài toán là công thức
tính cos , là tỉ số
của các đại lượng
cùng đơn vị Đặc biệt
các em quan sát công
thức cos 3 sau khi
thay R, Z L'' ,Z C'' ta rút
gọn a ở cả tử và mẫu
Vậy để bài toán trở
nên đơn giản ngay từ
đầu ta hãy chọn a =
1, tức là ta sử dụng
phương pháp “ chuẩn
hóa số liệu”
- Ta sẽ giải lại bài
toán trên theo
phương pháp “chuẩn
- Ghi đề bài vào vở
- Giải bài toán theo yêu cầu của giáo viên
- Đại diện học sinh lên bảng trình bày
- Nghe giảng
- Theo dõi lời giải của giáo
1 Một số ví dụ:
Ví dụ 1: Đặt vào một đoạn mạch RLC
không phân nhánh một nguồn điện xoay chiếu có tần số thay đổi được Ở tần số f1 =
60 Hz thì hệ số công suất bằng 1, ở tần số f2
= 120 Hz thì hệ số công suất là 0 , 5 2 Ở tần
số f3 = 90 Hz thì hệ số công suất là bao nhiêu? [1]
Bài giải:
Cách 1:
+ f=f1=60 Hz: cos 1 1 Z LZ C a
+ f = f2= 120 Hz = 2f1
a Z
a Z C
L
5 , 0
2 ' '
R R
Z Z R
R
C L
5 , 1 2
5 , 0 5 , 0 2
2 5 , 0 cos
2 2
2 ' ' 2 2
+f = f3=90Hz =1,5f1
3 2
5 , 1 ''
''
a Z
a Z
C L
874 , 0 3
2 5 , 1 5
, 1
5 , 1 cos
2 2
2 '' '' 2 3
a a a
a
Z Z R
R
C L
Cách 2:
Vì ở tần số f1 hệ số công suất bằng 1 nên
C
L Z
Z và ta chọn bằng 1
Ta có bảng chuẩn hóa như sau:
Trang 8hóa số liệu”
- Giáo viên vừa trình
bày vừa giảng
- Cô vừa trình bày
cách giải theo
phương pháp “chuẩn
hóa số liệu” Các em
có nhận xét gì về
cách giải trên?
- Đúng vậy đó là ưu
điểm của phương
pháp này Sau đây ta
làm thêm một vài ví
dụ nữa để các em
làm quen với phương
pháp giải mới này
- Ghi đề bài ví dụ 2
- Hỏi: Các công thức
cần sử dụng trong
bài này là gì?
- Ta thấy các công
thức này đều là tỉ số
của các đại lượng
cùng đơn vị nên ta có
thể sử dụng phương
pháp “chuẩn hóa số
liệu”
- Hỏi: Ta nên chọn
viên
- Nhận xét:
+ Biến đổi toán học đơn giản, dễ hực hiện, ít nhầm lẫn
+ Gắn gọn hơn phương pháp thông thường
- Ghi đề bài
-Trả lời:
Công thức P,
Pmax, cos
f2=120 2 0,5
(*) 2 5 , 0
5 , 0 2
cos
2 2
2
R
R
f3=90 1,5 2/3
2 3
3 / 2 5 , 1
cos
R
R
Từ (*) ta tìm được R = 1,5 Thay vào biểu thức của cos 3ta được: cos 3 0 , 874
Ví dụ 2: Cho mạch điện xoay chiều gồm
R,C,L mắc nối tiếp Tần số của điện áp thay đổi được Khi tần số là f1 và 4f1 công suất trong mạch như nhau và bằng 80% công suất cực đại mà mạch có thể đạt được Khi f
= 3f1 thì hệ số công suất là bao nhiêu?[2]
Trang 9đại lượng nào bằng
1?
- Đúng vậy vì f1 nhỏ
nhất nên ZL1 nhỏ
nhất, ta nên chọn
1
1
L
Z
- Tuy nhiên ở bài này
ZL1 không bằng ZC1
Nên ta chọn ZC1= a
- Với những gợi ý
như trên các em hãy
giải bài toán này
bằng phương pháp
“chuẩn hóa số liệu”
cho cô?
- Gọi đại diện học
sinh lên bảng trình
bày
- Gọi học sinh khác
nhận xét bài
- Nhận xét và hoàn
thiện bài làm của học
sinh
- Ghi đề bài ví dụ 3
lên bảng
- Hỏi: Tương tự như
hai bài trên một em
-Trả lời:
Chọn Z L1 1
- Cả lớp tự làm bài
- Đại diện lên trình bày, các thành viên còn lại theo dõi lời giải của bạn để rút
ra nhận xét
- Nhận xét bài làm của bạn
- Ghi đề bài
Bài giải:
Ta có bảng chuẩn hóa:
2 1
1 a R
R U P
f2=4f1 4 a/4
2 2
2 2
4 /
4 a R
R U P
f3=3f1 3 a/3 cos 3 R2 3 a/ 32
R
Theo giả thiết : P1 = P2 = 0,8 Pmax
Từ P1= P2 1 2 4 / 42 4
Từ P1= 0,8Pmax 1 4 0,8 6
2 2
2
2
R
U R
R U
Thay a = 4 và R = 6 vào biểu thức của
3
cos ta được cos 3 0 , 98
Ví dụ 3:
Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng
U không đổi, tần số f thay đổi được vào hai đầu đoạn mạch R,C mắc nối tiếp Khi tần số
là f1 hoặc f2 = 3f1 thì cường độ hiệu dụng qua mạch tương ứng là I1 và I2 với I2 = 2I1 Khi tần số là
2
1 3
f
f Tìm
1
3
I I
?[1]
Trang 10hãy xác định công
thức liên hệ xuyên
suốt bài toán và đại
lượng chuẩn hóa ở
bài này cho cô?
- Phân 4 nhóm học
sinh và yêu cầu các
nhóm viết lời giải
vào giấy khổ lớn
- Yêu cầu các nhóm
cử đại diện mang sản
phẩm gắn lên bảng
- Yêu cầu các nhóm
quan sát và nhận xét
bài làm của nhóm
khác
- Nhận xét và đưa ra
lời giải hoàn thiện
- Trả lời:
Công thức liên hệ là biểu thức của I và
ta chọn là
Zc1= 1
- Tự lực làm việc theo nhóm
- Đại diện nhóm gắn sản phẩm lên bảng
- Đọc và nhận xét bài làm của nhóm khác
Bài giải:
Ta có bảng chuẩn hóa
f ZC Cường độ hiệu dụng
1
R
U I
f2=3f1 1/3 2 2 1 / 32
R
U I
2
1 3
f
2 2
3
2
R
U I
Theo giả thiết: I2= 2I1
2 1/3 2 1
R
U R
U
7
R
Vậy:
) ( 2 ) 0,8
3
7 (
1 ) 3
7 ( 2
1
2 2
2 2
2 2 1
R
R I
I
Tiết 2 Hoạt động 3: Khái quát lại các bước giải bài tập về mạch RLC nối tiếp có tần số dòng điện thay đổi theo phương pháp “chuẩn hóa số liệu”(15 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung
- Hỏi: Sau khi giải các
bài tập trên các em hãy:
+ Nêu cách nhận biết
loại bài toán có thể giải
bằng phương pháp
“chuẩn hóa số liệu”
- Trả lời:
+ Cách nhận biết: Bài toán có tần số hoặc tần số góc thay đổi qua nhiều giá trị và các công thức liên hệ trong bài toán là
tỷ lệ của các đại lượng cùng đơn vị
2 Nhận dạng bài toán:
- Đề cho tần số hoặc tần
số góc thay đổi qua nhiều giá trị