Khảo sát tại trường THPT Bình Minh qua các đợt thi học kì, thi thử ĐH, số học sinh làm được câu hỏi về đồ thị đặc biệt đồ thị điện xoay chiều liên quan đến kĩ thuật xác định độ lệch pha rất ít. là sang kiến cho giáo viên môn vật lý nghiên cứu.
Trang 1CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN
Kính gửi: Hội đồng sáng kiến cấp Sở
Chúng tôi ghi tên dưới đây:
TT Họ và tên Ngày tháng
năm sinh Nơi công tác Chức vụ
Trình độ chuyên môn
Tỷ lệ (%) đóng góp vào việc tạo
ra sáng kiến
1 Nguyễn Văn Dũng 22/10/1986 THPT Bình
2 Nguyễn Thiện Tài 17/01/1981 THPT Bình
3 Công Thị Huyền 25/07/1988 THPT Bình
1 Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng
Là nhóm tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: “Đồ thị các đại lượng tức
thời và kĩ thuật xác định độ lệch pha điện xoay chiều – vật lý 12”
Lĩnh vực áp dụng: Phương pháp giảng dạy môn Vật lý
2 Nội dung
a Giải pháp cũ thường làm:
- Hiện nay, các bài toán về đồ thị nói chung và đồ thị điện xoay chiều nói riêng
là một nội dung quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 12
- Trong những năm gần đây (kể từ năm 2013 cho đến nay) trong các đề thi THPT Quốc Gia, đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh thường xuất hiện các câu hỏi về đồ thị
và gây không ít khó khăn cho học sinh Câu hỏi đồ thị điện xoay chiều xuất hiện là một điều tất yếu bởi vì trong các câu hỏi về đồ thị thường chứa đựng các kiến thức vật lí hay và đặc sắc, mà để giải quyết các bài tập đồ thị đòi hỏi các em phải có những suy luận logic Tài liệu tham khảo đầy đủ về dạng bài tập này còn rất ít, còn nằm rải rác ở nhiều tài liệu khác nhau và chưa hệ thống thành phương pháp giải Vì vậy, mà
Trang 2- Đặc biệt, trong đề thi minh học, đề thi THPT Quốc Gia 2016 – 2017, đề tham khảo THPT Quốc Gia 2017 – 2018 xuất hiện nhiều câu đồ thị liên quan đến kĩ thuật xác định độ lệch pha ở câu vận dụng cao
- Kiến thức được trang bị trong SGK về đồ thị điện xoay chiều còn đơn giản, sơ sài.
- Đây là dạng bài toán khó đã gây khó khăn cho không ít giáo viên và học sinh
vì vẽ đồ thị phức tạp, mất thời gian, là loại bài tập mới và chưa có phương pháp cụ thể, việc biên soạn hệ thống bài tập gây khó khăn cho giáo viên do khả năng tin học còn nhiều hạn chế với một số giáo viên, việc phân tích, định hướng, lựa chọn hướng giải còn nhiều hạn chế
- Khảo sát tại trường THPT Bình Minh qua các đợt thi học kì, thi thử ĐH, số học sinh làm được câu hỏi về đồ thị đặc biệt đồ thị điện xoay chiều liên quan đến kĩ thuật xác định độ lệch pha rất ít
b Giải pháp mới cải tiến
- Thông qua sáng kiến kinh nghiệm “Đồ thị các đại lượng tức thời và kĩ
thuật xác định độ lệch pha điện xoay chiều - vật lý 12 ”, chúng tôi đã xây dựng
được:
+ Tổng quan về đồ thị các đại lượng tức thời, cách xác định các đại lượng đặc trưng từ đồ thị
+ Các kĩ thuật xác định độ lệch pha giữa hai đại lượng tức thời: kĩ thuật chọn chung gốc thời gian – trạng thái và phương pháp đường tròn; kĩ thuật chọn giao điểm
và phương pháp đường tròn
+ Kĩ thuật độ lệch pha và phương pháp giản đồ vecto với bài toán liên quan đến L, C biến thiên
+ Hệ thống bài tập được cập nhật trong đề tham khảo THPT Quốc Gia 2017 –
2018, đề thi THPT Quốc Gia các năm ( từ năm 2014), đề thi thử của các trường THPT, trường đại học trên toàn quốc năm 2016 – 2017 và 2017 – 2018
- Cụ thể là:
Trang 3b1 Tổng quan về đồ thị các đại lượng tức thời, cách xác định các đại lượng đặc trưng từ đồ thị.
- Trong điện xoay chiều, các đại lượng tức thời được biểu diễn dưới dạng hàm cos Tương tự như với dao động điều hòa, dựa vào đồ thị hàm cos ta có thể xác định được các đại lượng đặc trưng như biên độ, chu kì và tần số
Phương trình tổng quát của u và i theo t :
u U cos t
i I cos t
�
�
� Trong đó : + I0 và U0 là giá trị cực đại của dòng điện thức thời và điện áp tức thời + ω là tần số góc
- Cách xác định các đại lượng cơ bản và độ lệch pha
Cách xác định: Biên độ và chu kì dao động của điện áp, dòng điện
Cách xác định: Độ lệch pha giữa các đồ thị
Với hai điện áp cùng pha, tại mọi thời
điểm giá trị tức thời của hai điện luôn
cùng dấu với nhau
Với hai điện áp ngược pha, tại mọi thời điểm giá trị tức thời của hai điện luôn ngược dấu với nhau
Trang 401 1
2 02
U u
U u
u U
Với hai đồ thị vuông pha, ta luôn có rằng,
tại một thời điểm khi đồ thị thứ nhất có
giá trị cực đại thì đồ thị thứ hai luôn bằng
0 Với các giá trị ở những thời điểm bất
kì thì
1
Từ đồ thị ta thấy rằng hai điện áp lệch
pha nhau ứng với khoảng thời gian
T t 8
(dựa vào độ chia thời gian mà đồ thị kẻ sẵn)
Vậy độ lệch của hai điện áp khi đó là
T t
8 4
- Bài tập minh họa
Bài tập minh họa 1: (Quốc gia – 2017)
Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của
điện áp xoay chiều u ở hai đầu một đoạn mạch
theo thời gian t Điện áp hiệu dụng ở hai đầu
đoạn mạch này bằng
A 220 V B 110 2V
Hướng dẫn :
+ Từ đồ thị ta xác định được U0 = 220 V →
0
U
2
V
Đáp án B
Trang 5b2 Các kĩ thuật xác định độ lệch pha giữa hai đại lượng tức thời: kĩ thuật chọn chung gốc thời gian – trạng thái và phương pháp đường tròn; kĩ thuật chọn giao điểm và phương pháp đường tròn
* Kĩ thuật chọn giao điểm và phương pháp đường tròn
Một kĩ thuật khác, giúp ta có thể xác định nhanh được độ lệch pha giữa hai đồ thị
là dựa vào giao điểm giữa hai đồ thị Ta có thể thực hiện theo các bước sau:
Bước 1:
+ Xác định giá trị tức thời của đồ thị và trạng thái biến đổi (tăng hay giảm) của hai
đồ thị tại giao điểm
+ Biễu diễn tương ứng hai vị trí này trên đường tròn
Bước 2:
+ Khi đó độ lệch pha giữa hai đồ thị sẽ là
0 0
u 2ar cos
U
� �
� �
Bài tập minh họa 1: Đặt vào hai đầu đoạn
mạch một điện áp xoay chiều u, thì cường độ
dòng điện chạy qua mạch có biểu thức là i Đồ
thị biễu diễn sự phụ thuộc của u (nét liền) và i
(nét đứt) theo thời gian được cho như hình vẽ
Công suất tiêu thụ trên toàn mạch là
Hướng dẫn :
Trang 6+ Tại vị trí giao điểm dòng điện đang cực đại, điện áp đi qua vị trí bằng một nửa cực đại theo chiều dương
Từ hình vẽ ta xác định được 3
→ P = UIcosφ = 110 W Đáp án D
* Kĩ thuật chọn giao điểm và phương pháp đường tròn
Một kĩ thuật khác, giúp ta có thể xác định nhanh được độ lệch pha giữa hai đồ thị
là dựa vào giao điểm giữa hai đồ thị Ta có thể thực hiện theo các bước sau:
Bước 1:
+ Xác định giá trị tức thời của đồ thị và trạng thái biến đổi (tăng hay giảm) của hai
đồ thị tại giao điểm
+ Biễu diễn tương ứng hai vị trí này trên đường tròn
Bước 2:
+ Khi đó độ lệch pha giữa hai đồ thị sẽ là
0 0
u 2ar cos
U
� �
� �
Bài tập minh họa 1: Đặt vào hai đầu đoạn
mạch một điện áp xoay chiều u, thì cường độ
dòng điện chạy qua mạch có biểu thức là i Đồ
thị biễu diễn sự phụ thuộc của u (nét liền) và i
(nét đứt) theo thời gian được cho như hình vẽ
Trang 7Công suất tiêu thụ trên toàn mạch là
Hướng dẫn :
+ Tại vị trí giao điểm dòng điện đang cực đại, điện áp đi qua vị trí bằng một nửa cực đại theo chiều dương
Từ hình vẽ ta xác định được 3
→ P = UIcosφ = 110 W Đáp án D
b3 độ lệch pha và phương pháp giản đồ vecto với bài toán liên quan đến l, c biến thiên.
* Phương pháp giản đồ vecto chung gốc U với bài toán liên quan đến L, C biến thiên.
+ Phương pháp này phù hợp để giải quyết các bài toán
liên quan đến L, C biến thiên và cho biết độ lệch pha
giữa dòng điện trong hai trường hợp
+ Ta biểu diễn điện áp trên các đoạn mạch trong hai
trường hợp bằng các vecto:
U
uur
chung nằm ngang
U uuur R1
trùng với I ur 1
, U uuuur LC1
vuông góc với U uuur R1
→ khi
L thay đổi đầu mút của vecto U uuur R1
luôn nằm trên đường tròn nhận U
uur làm đường kính
U uuuur R 2
trùng với I ur 2
, U uuuuur LC2
vuông góc với U uuuur R 2
→
Trang 8khi L thay đổi đầu mút của vecto U uuuur R 2
luôn nằm trên đường tròn nhận U
uur làm đường kính
→ Trường hợp 1 2 900thì U
R1 = ULC2 và UR2 = ULC1
* Kết hợp kĩ thuật xác định độ lệch pha và phương pháp giản đồ vecto để giải quyết các bài toán liên quan đến l, c biến thiên:
+ Phương pháp giản đồ vecto trình bày ở trên là phương pháp giải quyết khá đặc thù với bài toán có liên quan đến L, C biến thiên Mấu chốt của bài toán vẫn là độ lệch pha giữa hai dòng điện
→ Việc phối hợp các kĩ thuật xác định độ lệch pha và phương pháp giản đồ vecto
sẽ tối ưu cách giải quyết bài toán trên
Bài tập minh họa 1: (Minh Họa – 2018)
Đặt điện áp xoay chiều u = U0cos(ωt + φ)vào
hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở R = 24
Ω, tụ điện và cuộn cảm thuần mắc nối tiếp
(hình H1) Ban đầu khóa K đóng, sau đó khóa
K mở Hình H2 là đồ thị biểu diễn sự phụ
thuộc của cường độ dòng điện i trong đoạn
mạch vào thời gian t Giá trị của U0 gần nhất
với giá trị nào sau đây?
A 170 V B 212 V.
Hướng dẫn:
+ Từ đồ thị, ta thấy rằng dòng điện trong hai trường hợp
là vuông pha nhau
01 02
I 4
I 3
�
�
+ Từ hình vẽ, ta thấy
2 2
U U U 4.24 3.24 120V.
Đáp án C
Trang 9Bài tập minh họa 2: (Nguyễn Khuyến)
Đặt điện áp xoay chiều u = U0cos(ωt + φ) vào
hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R,
cuộn cảm thuần L và tụ C mắc nối tiếp Đồ
thị biểu diễn điện áp hai đầu điện trở lúc đầu
là uR, sau khi nối tắt tụ C là uR’ như hình vẽ
Hệ số công suất của mạch sau khi nối tắt tụ C
là bao nhiêu?
A
3
.
2 2
C
2
.
1 5
Hướng dẫn:
+ Ta thấy rằng điện áp trên điện trở sau khi ngắt tụ và
ban đầu vuông pha nhau
Vì uR luôn vuông pha với uLC nên đầu mút của của U uuur R
luôn nằm trên đường tròn nhận U ur
làm đường kính
+ Từ hình vẽ, ta có UL = U1R
Hệ số công suất
2R
cos
Lưu ý, ở đây ta đã chuẩn hóa U1R = 1
Đáp án C
- Nội dung chi tiết trình bày ở phần phụ lục
3 Hiệu quả kinh tế, xã hội dự kiến đạt được
1 Việc tự giải quyết hệ thống bài tập đồ thị các đại lượng tức thời và kĩ thuật xác định độ lệch pha điện xoay chiều giúp học sinh hiểu rõ bản chất, phương pháp giải bài toán Từ đó, học sinh có thể nhận dạng các bài toán đồ thị tương tự, hoặc các bài toán đồ thị mới trong chương dao động cơ, sóng cơ, dao động và sóng điện từ Chính điều đó kích thích sự say mê, tìm tòi khám phá, nâng cao năng lực tự học ở mỗi học sinh Sáng kiến được kết tinh những kinh nghiệm đã được kiểm chứng qua các hoạt động giảng dạy các lớp ôn thi THPT Quốc Gia, bồi dưỡng HSG trong nhiều năm và đã đạt được những kết quả đáng khích lệ
Trang 102 Xây dựng bộ tài liệu tham khảo bổ ích cho các em học sinh ôn thi THPT Quốc Gia, ôn thi học sinh giỏi THPT, cũng như các bạn đồng nghiệp làm nguồn tư liệu khi giảng dạy bài toán liên quan đến đồ thị
4 Điều kiện và khả năng áp dụng
Với xu thế đề thi THPT quốc gia có tính phân hóa cao hiện nay, câu hỏi đồ thị điện xoay chiều xuất hiện là một điều tất yếu bởi vì trong các câu hỏi về đồ thị
thường chứa đựng các kiến thức vật lí hay và đặc sắc, mà để giải quyết các bài tập đồ thị đòi hỏi các em phải có những suy luận logic Tài liệu tham khảo đầy đủ về dạng bài tập này còn rất ít, còn nằm rải rác ở nhiều tài liệu khác nhau và chưa hệ thống thành phương pháp giải Do vậy cần thiết phải bổ sung cho học sinh các kiến thức
và phương pháp giải bài toán đồ thị
Từ kinh nghiệm của bản thân trong các năm luyện thi đại học và bồi dưỡng học sinh giỏi cũng như tìm tòi, tham khảo chúng tôi hệ thống lại các phương pháp giải đó
thông qua sáng kiến “Đồ thị các đại lượng tức thời và kĩ thuật xác định độ lệch pha
điện xoay chiều – vật lý 12” với mong muốn giúp đỡ các em học sinh nắm bắt được
cách giải dạng toán này nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy và học Thông qua chuyên đề này hy vọng các em sẽ tự tin hơn, có kiến thức vững chắc hơn trong các kì thi sắp tới
Chắc chắn nội dung sáng kiến không tránh khỏi những khiếm khuyết nhất định Rất mong nhận được sự góp ý, phê bình của các thầy, cô và bạn bè đồng nghiệp
Chúng tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn là trung thực, đúng sự thật
và hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật
XÁC NHẬN CỦA BGH
Bình Minh, ngày 14 tháng 4 năm 2018
Người nộp đơn
Nguyễn Thiện Tài
Trang 11Nguyễn Văn Dũng
Công Thị Huyền