Xây dựng, soạn thảo và sử dụng hệ thống bài tập chương dòng điện xoay chiều vật lí 12 nhằm phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN TIẾN ĐẠI XÂY DỰNG, SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG "DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU" - VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN TIẾN ĐẠI XÂY DỰNG, SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG "DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU" - VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH Ngành: Lý luận phương pháp dạy học mơn Vật Lí Mã số: 8.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Thị Kim Liên THÁI NGUYÊN - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Xây dựng, soạn thảo sử dụng hệ thống tập chương “Dòng điện xoay chiều" - Vật lí 12 nhằm phát triển tư sáng tạo cho học sinh" kết nỗ lực cố gắng nghiên cứu, tìm tòi, tra cứu tài liệu giúp đỡ, định hướng tận tình PGS.TS Vũ Thị Kim Liên Các kết nêu luận văn hoàn toàn trung thực, chưa cơng bố cơng trình tác giả Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với khẳng định Thái Nguyên, tháng năm 2018 Tác giả Nguyễn Tiến Đại i LỜI CẢM ƠN Trong q trình hồn thành luận văn này, tác giả nhận giúp đỡ tận tình thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, gia đình người thân Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới người giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Thị Kim Liên người tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, cô giáo tổ PPDH Vật lý, khoa Vật lý - Trường Đại học sư phạm Thái Nguyên, giúp đỡ, động viên tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Mặc dù tác giả có nhiều cố gắng, song khả có hạn nên luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết Tác giả mong thơng cảm đóng góp ý kiến thầy giáo, giáo bạn đọc để luận văn hoàn chỉnh Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới ban giám hiệu thầy cô giáo trường THPT Bình Giang, tổ Lý - Hóa Trường THPT Bình Giang tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian dài học tập nghiên cứu luận văn Thái Nguyên, tháng năm 2018 Tác giả Nguyễn Tiến Đại ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .iv DANH MỤC BẢNG, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ v MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học Giới hạn phạm vi nghiên cứu Dự kiến đóng góp đề tài Phương pháp nghiên cứu 10 Dự kiến cấu trúc luận văn Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG, SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG "DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU"- VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2 Cơ sở lý luận 1.2.1 Bài tập vật lí 1.2.2 Tư sáng tạo việc phát triển tư sáng tạo cho học sinh 16 1.3 Cơ sở thực tiễn 22 1.3.1 Thực trạng hoạt động dạy học BTVL tập chương "Dòng điện xoay chiều" Vật lí 12 trường Trung học phổ thơng 22 1.3.2 Nguyên nhân, biện pháp đề xuất phương hướng khắc phục iii khó khăn, trở ngại việc phát triển tư sáng tạo cho HS 26 Kết luận chương 29 iii Chương XÂY DỰNG, SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG "DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU"- VẬT LÍ 12 VÀ MỘT SỐ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI TẬP NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH 30 2.1 30 Đặc điểm cấu trúc nội dung chương “Dòng điện xoay chiều"- vật lí 12 2.1.1 Vị trí chương “Dòng điện xoay chiều" chương trình vật lí trung học phổ thông 30 2.1.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Dòng điện xoay chiều" - vật lí 12 30 2.1.3 Mục tiêu dạy học 32 2.2 Xây dựng, soạn thảo sử dụng hệ thống tập chương "Dòng điện xoay chiều"- vật lí 12 nhằm phát triển tư sáng tạo 33 2.2.1 Xây dựng, soạn thảo sử dụng hệ thống tập 33 Kết luận chương 75 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 76 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 76 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 76 3.3 Đối tượng, nội dung tiến trình thực nghiệm sư phạm 76 3.3.1 Đối tượng thực nghiệm 76 3.3.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 77 3.3.3 Tiến trình thực nghiệm sư phạm 77 3.4 Đánh giá kết 78 3.4.1 Kết định tính 78 3.4.2 Kết định lượng 78 3.5 Nhận xét kết luận từ thực nghiệm sư phạm 83 Kết luận chương 86 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ BT Bài tập BTVL Bài tập vật lí GV Giáo viên HS Học sinh iv PPDH Phương pháp dạy học SGK Sách giáo khoa SBT Sách tập THPT Trung học phổ thông v DANH MỤC BẢNG, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ Bảng: Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số kết kiểm tra 79 Bảng 3.2 Bảng phân phối tần suất bảng phân phối tần suất luỹ tích 80 Bảng 3.3 Bảng tham số thống kê 80 Đồ thị: Đồ thị 3.1 Đồ thị phân phối tần suất .82 Đồ thị 3.2 Đồ thị phân phối tần suất luỹ tích 83 Sơ đồ: Sơ đồ 1.1: Phân loại tập vật lí 10 Sơ đồ 2.1: Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Dòng điện xoay chiều” 31 Cơng suất tiêu thụ đoạn mạch là: U2 P  RI  R  200  340(W) R2   Z L  ZC 0,25đ  b) Dòng điện biến đổi với tần số góc tần số góc điện áp  100 rad/s Do để viết biểu thức i(t) cường độ dòng điện, ta phải tìm biên độ I0 độ lệch pha I0  u so với i  U0  2 (A) Z tan   Z L ZC  0,25đ  ZC     (rad) 0,25đ Biểu thức cường độ dòng điện là:  100 t  i  I0cos t     2cos  (A) 0,25đ   c) Biểu thức điện áp hai điểm A,M Tổng trở đoạn mạch AM là: Z AM  R2  ZL2  100 Ω Biên độ điện áp đoạn mạch AM là: U AM0  Z AM I0  200 0,25đ (V) 0,25đ Độ lệch pha điện áp uAM với dòng điện mạch là: tan   AM  ZL  R  (rad) 0,25đ Biểu thức điện áp hai điểm A, M là: u U AM    cos 100 t  AM0        200 2cos 100 t      AM     0,25đ Trước hết ta lập cơng thức tính cơng suất tiêu thụ biến trở theo điện trở R biến trở Ta có: P RI  RU  U2  U2 R2   Z L Z  C R  Z Z  L Z L  ZC 0,25đ C R (Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho số mẫu) Vậy PMax  U2 = 400 (W) L  ZC 0,25đ Z Z Z  R  L R  R  Z L  ZC = 50 Ω Bài 3: (3,5điểm) a Khi L = 1/ (H) ZL = 2fL = 100 (); ZC = 1/(2fC) = 200 () Tổng trở: Z  R2  (ZL  ZC)2  100 2() 0,25đ 0,25đ Cường độ dòng điện: I = U/ Z = 1(A) Công suất: P = UI Cos = I2.R = 100 (W) Hệ số công suất: Cos = R/ Z = 0,707 0,25đ 0,25đ 0,25đ Độ lệch pha i u: tan = (ZL – ZC )/ R = -1   = - /4 Vậy i = Cos(100t + /4)(A) b Để công suất mạch cực đại xẩy tượng cộng hưởng  ZL = ZC = 200 => L = 2/ (H) 0,25đ 0,25đ 0,25đ c Tìm L để UL đạt cực đại L UL  Thay giá trị tổng trở vào ta được: U U L  I Z  Z L Z UZ L R  Z L2  2Z L ZC  ZC  U R 2Z Z C  ZL   U 0,5đ y  C ZL U L max  y  ymin X ymin Khi  Z  C (tại đỉnh pa bol) ZL R  ZC 0,5đ R R  ZC ZL  R2   ZC X Vậy ULMax = U/ C  250  L  ymin = 100 10 2, (H )  = 316 (V) 0,25đ 0,25đ PHỤ LỤC HỆ THỐNG BÀI TẬP TỰ GIẢI Bài 1: Dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua đoạn mạch có biểu thức có biểu  thức cường độ i  I cos(t  ) , I0 > Tính từ lúc t = 0(s) điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng dây dẫn đoạn mạch thời gian nửa chu kì dòng điện    dq => i   q  i.dt  Đáp số: Ta có : 0, 5T   I  0 dt  I sin(t  )  q    cos(t   ) 2I  Bài 2: Cho mạch hình vẽ: Điện trở R, cuộn dây cảm L tụ C mắc nối tiếp Các vơn kế có điện trở lớn, V1 V R L C Chỉ UR=5(V), V2 UL=9(V), V U=13(V) Hãy tìm số V3 biết mạch có V1 V2 V3 tính dung kháng? Đáp số: UC = 21(V) số vơn kế V3 Bài 3: Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở R mắc nối tiếp với tụ điện C có điện dung thay đổi được, đoạn mạch MB cuộn dây cảm có độ tự cảm L Thay đổi C để điện áp hiệu dụng đoạn mạch AM đạt cực đại thấy điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở cuộn dây UR = 100 V, UL = 100V Tính điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điệ Đáp số: UC = 200(V) ( loại nghiệm âm) Bài 4: Đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn AM gồm điện trở R1 = 40() mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C = 10 3 4 (F), đoạn mạch MB gồm điện trở R2 mắc với cuộn cảm Đặt vào A, B điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng tần số khơng đổi điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch AM 7 MB là: u AM  50 cos(100 t  )(V) uMB  150 cos100 t(V) 12 Tính hệ số cơng suất đoạn mạch AB Đáp số : Cosφ = R1  R2 (R1  R2 )  (Z L  Z C )2  0,84 Bài 5: Cho mạch điện xoay chiều mắc nối thứ tự: điểm A, cuộn dây, điểm E, tụ điện, điểm B Có vôn kế V mắc vào hai điểm E B Điện áp hai   đầu mạch uAB = 60 co s100 t   (V) Điều chỉnh giá trị điện dung C tụ điện 6  để vôn kế V giá trị cực đại 100V Viết biểu thức điện áp uAE  π  Đáp số : uAE  80 cos  100πt   V   Bài 6: Cho mạch điện hình vẽ: Biết L = R A L C B 4 (H), C = 2.10 (F), uAB = 200cos100t(V)   R phải có giá trị để công suất toả nhiệt R lớn ? Tính cơng suất Đáp số : R = 50  => Pmax = 200W Bài 7:Cho mạch điện xoay chiều gồm ba phần tử mắc nối tiếp R = 20(), L = 0, (H), C =  (F) A R L M C B 400 Cuộn cảm khơng có điện trở Cho biết điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch u = 100cos100  t (V) a, Viết biểu thức cường độ dòng điện tức thời b, Xác định UAM, công suất tiêu thụ mạch c, Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch khơng đổi Cho tần số góc thay đổi, với giá trị  mạch có cộng hưởng dòng điện Viết biểu thức cường độ dòng điện Đáp số: a) i = 2,5 cos(100  + t  ) (A) b)UAM = IZAM = 50 (V); P = I2R = (2,5)220 = 125 (W) c)i = cos100  2t (A) Bài 8: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ Điện dung C có giá trị thay đổi cuộn dây cảm Điều chỉnh giá trị C ghi lại số lớn vôn kế thấy UCmax = 3ULmax Khi UCmax gấp lần URmax? Đáp số: UC m a x  UR m a x C R Bài 9: Cho mạch điện hình vẽ: A N X B M UAB = cost; uAN = 180 2cos(100 t   )(V) ZC = 90(); R = 90(); uAB = 60 2cos(100 t)(V) a Viết biểu thức uAB(t) b Xác định X Biết X đoạn mạch gồm hai ba phần tử (RO, Lo (thuần), CO) mắc nối tiếp Đáp số: a Biểu thức uAB(t): uAB= 190 2cos(100 t   +0,1 )(V) = 190 cos 100 t  0, 4  (V ) b Trong X chứa hai phần tử X phải chứa RO LO 10 0, (H)   100 => RO=30(  ) ;  L0  Bài 10: Cho mạch điện chứa ba linh kiện ghép nối tiếp: A a X M *Y N Z * B R, L (thuần) C Mỗi linh kiện chứa hộp kín X, Y, Z Đặt vào hai đầu A, B mạch điện hiệu điện xoay chiều u  2cos2 ft(V) Khi f = 50Hz, dùng vôn kế đo UAM = UMN = 5V; UNB = 4V; UMB = 3V Dùng ốt kế đo cơng suất mạch P = 1,6W Khi f  50Hz số ampe kế giảm Biết RA  O; RV   a Mỗi hộp kín X, Y, Z chứa linh kiện ? b Tìm giá trị linh kiện Đáp số: a) X chứa R, Y chứa cuộn cảm có độ tự cảm L điện trở r Z chứa C b) f  50Hz số (a) giảm f = 50Hz mạch có cộng điện hưởng R U A   25() I 0,2  ZL  ZC U  NB U r   15()   0,2 I  r  I  U I MB 20 0,2  L (H)  100  3  10 C  2  20.100  (F)   15() 0,2 Bài 11: Trong trình truyền tải điện từ máy phát điện đến nơi tiêu thụ, công suất nơi tiêu thụ (tải) giữ không đổi Khi hiệu điện hiệu dụng hai đầu tải U độ giảm đường dây 0,1U Giả sử hệ số công suất nơi tiêu thụ Để hao phí truyền tải giảm 100 lần so với trường hợp đầu phải nâng hiệu điện hai đầu máy phát điện lên đến bao nhiêu? Đáp số:Cần phải nâng hiệu điện hai đầu máy phát điện lên đến U2= 10,01U Bài 12: Một máy phát điện cung cách mạch ngồi cơng suất P1 = 2MW, hiệu điện hai cực máy phát U1 = 2000V Tính cường độ dòng điện hiệu dụng máy cung cấp, biết hiệu điện pha với cường độ dòng điện Dòng điện đưa vào cuộn sơ cấp máy biến có hiệu suất H = 97,5% Cuộn sơ cấp có N1 = 160 vòng, cuộn thứ cấp có N2= 1200 vòng Dòng điện cuộn thứ cấp dẫn đến nơi tiêu thụ băng dây dẫn có điện trở R = 10 Tính hiệu điện thế, công suất nơi tiêu thụ hiệu suất tải điện Đáp số: P1 I1 = U1 = 1000A U2= N N1 U I11 = 130A; U = I2R = 1300V; U2 U1 = 15000V; I2 = H U3 = U2 - U = 13700V; P3 = U3I3 = 1781000W; Ht = P3 P1 = 89% MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ... 29 iii Chương XÂY DỰNG, SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG "DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU"- VẬT LÍ 12 VÀ MỘT SỐ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI TẬP NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH ... VIỆC XÂY DỰNG, SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG "DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU"- VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Trong học Vật lí, xây. .. chương: Chương 1: Cơ sở lý luận thực tiễn việc xây dựng, soạn thảo sử dụng hệ thống tập chương "Dòng điện xoay chiều" - Vật lí 12 nhằm phát triển tư sáng tạo cho học sinh Chương 2: Xây dựng, soạn