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.
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN Kính gửi: Hội đồng sáng kiến cấp Sở Chúng ghi tên đây: TT Họ tên Ngày tháng năm sinh Nguyễn Văn Dũng 22/10/1986 Nguyễn Thiện Tài 17/01/1981 Công Thị Huyền 25/07/1988 Nơi cơng tác Chức vụ THPT Bình Minh THPT Bình Minh THPT Bình Minh Trình độ chun mơn Tỷ lệ (%) đóng góp vào việc tạo sáng kiến Giáo viên ĐH 35 Giáo viên ĐH 35 Giáo viên ThS 30 Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng Là nhóm tác giả đề nghị xét cơng nhận sáng kiến: “Đồ thị đại lượng tức thời kĩ thuật xác định độ lệch pha điện xoay chiều – vật lý 12” Lĩnh vực áp dụng: Phương pháp giảng dạy môn Vật lý Nội dung a Giải pháp cũ thường làm: - Hiện nay, toán đồ thị nói chung đồ thị điện xoay chiều nói riêng nội dung quan trọng chương trình Vật lý lớp 12 - Trong năm gần (kể từ năm 2013 nay) đề thi THPT Quốc Gia, đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh thường xuất câu hỏi đồ thị gây khơng khó khăn cho học sinh Câu hỏi đồ thị điện xoay chiều xuất điều tất yếu câu hỏi đồ thị thường chứa đựng kiến thức vật lí hay đặc sắc, mà để giải tập đồ thị đòi hỏi em phải có suy luận logic Tài liệu tham khảo đầy đủ dạng tập ít, nằm rải rác nhiều tài liệu khác chưa hệ thống thành phương pháp giải Vì vậy, mà khơng học sinh cảm thấy lúng túng trước tập đồ thị điện xoay chiều Trang | - Đặc biệt, đề thi minh học, đề thi THPT Quốc Gia 2016 – 2017, đề tham khảo THPT Quốc Gia 2017 – 2018 xuất nhiều câu đồ thị liên quan đến kĩ thuật xác định độ lệch pha câu vận dụng cao - Kiến thức trang bị SGK đồ thị điện xoay chiều đơn giản, sơ sài - Đây dạng tốn khó gây khó khăn cho khơng giáo viên học sinh vẽ đồ thị phức tạp, thời gian, loại tập chưa có phương pháp cụ thể, việc biên soạn hệ thống tập gây khó khăn cho giáo viên khả tin học nhiều hạn chế với số giáo viên, việc phân tích, định hướng, lựa chọn hướng giải nhiều hạn chế - Khảo sát trường THPT Bình Minh qua đợt thi học kì, thi thử ĐH, số học sinh làm câu hỏi đồ thị đặc biệt đồ thị điện xoay chiều liên quan đến kĩ thuật xác định độ lệch pha b Giải pháp cải tiến - Thông qua sáng kiến kinh nghiệm “Đồ thị đại lượng tức thời kĩ thuật xác định độ lệch pha điện xoay chiều - vật lý 12 ”, xây dựng được: + Tổng quan đồ thị đại lượng tức thời, cách xác định đại lượng đặc trưng từ đồ thị + Các kĩ thuật xác định độ lệch pha hai đại lượng tức thời: kĩ thuật chọn chung gốc thời gian – trạng thái phương pháp đường tròn; kĩ thuật chọn giao điểm phương pháp đường tròn + Kĩ thuật độ lệch pha phương pháp giản đồ vecto với toán liên quan đến L, C biến thiên + Hệ thống tập cập nhật đề tham khảo THPT Quốc Gia 2017 – 2018, đề thi THPT Quốc Gia năm ( từ năm 2014), đề thi thử trường THPT, trường đại học toàn quốc năm 2016 – 2017 2017 – 2018 - Cụ thể là: Trang | b1 Tổng quan đồ thị đại lượng tức thời, cách xác định đại lượng đặc trưng từ đồ thị - Trong điện xoay chiều, đại lượng tức thời biểu diễn dạng hàm cos Tương tự với dao động điều hòa, dựa vào đồ thị hàm cos ta xác định đại lượng đặc trưng biên độ, chu kì tần số Phương trình tổng quát u i theo t : � u U cos t u � � i I0 cos t i � Trong : + I0 U0 giá trị cực đại dòng điện thức thời điện áp tức thời + ω tần số góc - Cách xác định đại lượng độ lệch pha Cách xác định: Biên độ chu kì dao động điện áp, dòng điện Cách xác định: Độ lệch pha đồ thị Đồ thị pha Với hai điện áp pha, thời điểm giá trị tức thời hai điện dấu với Đồ thị ngược pha Với hai điện áp ngược pha, thời điểm giá trị tức thời hai điện ngược dấu với Trang | u1 U 01 u U 02 u1 U 01 u2 U 02 Đồ thị vuông pha Đồ thị lệch pha Với hai đồ thị vng pha, ta ln có rằng, thời điểm đồ thị thứ có giá trị cực đại đồ thị thứ hai Với giá trị thời điểm 2 �u1 � �u � � � � � �U 01 � �U 02 � Từ đồ thị ta thấy hai điện áp lệch pha ứng với khoảng thời gian t T (dựa vào độ chia thời gian mà đồ thị kẻ sẵn) Vậy độ lệch hai điện áp t T - Bài tập minh họa Bài tập minh họa 1: (Quốc gia – 2017) Hình bên đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện áp xoay chiều u hai đầu đoạn mạch theo thời gian t Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch A 220 V B 110 V C 110 V D 220 V Hướng dẫn : + Từ đồ thị ta xác định U0 = 220 V → U U0 110 2 V Đáp án B Trang | b2 Các kĩ thuật xác định độ lệch pha hai đại lượng tức thời: kĩ thuật chọn chung gốc thời gian – trạng thái phương pháp đường tròn; kĩ thuật chọn giao điểm phương pháp đường tròn * Kĩ thuật chọn giao điểm phương pháp đường tròn Một kĩ thuật khác, giúp ta xác định nhanh độ lệch pha hai đồ thị dựa vào giao điểm hai đồ thị Ta thực theo bước sau: Bước 1: + Xác định giá trị tức thời đồ thị trạng thái biến đổi (tăng hay giảm) hai đồ thị giao điểm + Biễu diễn tương ứng hai vị trí đường tròn Bước 2: �u � 2ar cos � � �U � + Khi độ lệch pha hai đồ thị Bài tập minh họa 1: Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u, cường độ dòng điện chạy qua mạch có biểu thức i Đồ thị biễu diễn phụ thuộc u (nét liền) i (nét đứt) theo thời gian cho hình vẽ Cơng suất tiêu thụ toàn mạch A 100 W B 200 W C 50 W D 110 W Hướng dẫn : Trang | + Tại vị trí giao điểm dòng điện cực đại, điện áp qua vị trí nửa cực đại theo chiều dương Từ hình vẽ ta xác định → P = UIcosφ = 110 W Đáp án D * Kĩ thuật chọn giao điểm phương pháp đường tròn Một kĩ thuật khác, giúp ta xác định nhanh độ lệch pha hai đồ thị dựa vào giao điểm hai đồ thị Ta thực theo bước sau: Bước 1: + Xác định giá trị tức thời đồ thị trạng thái biến đổi (tăng hay giảm) hai đồ thị giao điểm + Biễu diễn tương ứng hai vị trí đường tròn Bước 2: �u � 2ar cos � � �U � + Khi độ lệch pha hai đồ thị Bài tập minh họa 1: Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u, cường độ dòng điện chạy qua mạch có biểu thức i Đồ thị biễu diễn phụ thuộc u (nét liền) i (nét đứt) theo thời gian cho hình vẽ Trang | Cơng suất tiêu thụ toàn mạch A 100 W B 200 W C 50 W D 110 W Hướng dẫn : + Tại vị trí giao điểm dòng điện cực đại, điện áp qua vị trí nửa cực đại theo chiều dương Từ hình vẽ ta xác định → P = UIcosφ = 110 W Đáp án D b3 độ lệch pha phương pháp giản đồ vecto với toán liên quan đến l, c biến thiên * Phương pháp giản đồ vecto chung gốc U với toán liên quan đến L, C biến thiên + Phương pháp phù hợp để giải toán liên quan đến L, C biến thiên cho biết độ lệch pha dòng điện hai trường hợp + Ta biểu diễn điện áp đoạn mạch hai trường hợp vecto: uur U chung nằm ngang uuur ur uuuur uuur U R1 trùng với I1 , U LC1 vng góc với U R1 → uuur L thay đổi đầu mút vecto U R1 ln nằm uur U làm đường kính đường tròn nhận uuuu r ur uuuuu r uuuu r U R trùng với I , U LC2 vng góc với U R → Trang | uuuu r U R L thay đổi đầu mút vecto ln nằm uur đường tròn nhận U làm đường kính → Trường hợp 1 2 90 UR1 = ULC2 UR2 = ULC1 * Kết hợp kĩ thuật xác định độ lệch pha phương pháp giản đồ vecto để giải toán liên quan đến l, c biến thiên: + Phương pháp giản đồ vecto trình bày phương pháp giải đặc thù với toán có liên quan đến L, C biến thiên Mấu chốt toán độ lệch pha hai dòng điện → Việc phối hợp kĩ thuật xác định độ lệch pha phương pháp giản đồ vecto tối ưu cách giải toán 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 cuộn cảm mắc nối tiếp (hình H1) Ban đầu khóa K đóng, sau khóa K mở Hình H2 đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ dòng điện i đoạn mạch vào thời gian t Giá trị U0 gần với giá trị sau đây? A 170 V B 212 V C 127 V Hướng dẫn: D 255 V + Từ đồ thị, ta thấy dòng điện hai trường hợp vuông pha I01 � � I02 � A + Từ hình vẽ, ta thấy 2 U U 01 U 02 4.24 3.24 120 V Đáp án C Trang | Bài tập minh họa 2: (Nguyễn Khuyến) Đặt điện áp xoay chiều u = U0cos(ωt + φ) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ C mắc nối tiếp Đồ thị biểu diễn điện áp hai đầu điện trở lúc đầu uR, sau nối tắt tụ C uR’ hình vẽ Hệ số cơng suất mạch sau nối tắt tụ C bao nhiêu? A 2 B 2 C D Hướng dẫn: + Ta thấy điện áp điện trở sau ngắt tụ ban đầu vng pha uuur Vì uR vuông pha với uLC nên đầu mút của ur ln nằm đường tròn nhận U làm đường kính + Từ hình vẽ, ta có UL = U1R cos UR U 2R 2 U 22 12 Hệ số công suất Lưu ý, ta chuẩn hóa U1R = Đáp án C - Nội dung chi tiết trình bày phần phụ lục Hiệu kinh tế, xã hội dự kiến đạt Việc tự giải hệ thống tập đồ thị đại lượng tức thời kĩ thuật xác định độ lệch pha điện xoay chiều giúp học sinh hiểu rõ chất, phương pháp giải tốn Từ đó, học sinh nhận dạng tốn đồ thị tương tự, toán đồ thị chương dao động cơ, sóng cơ, dao động sóng điện từ Chính điều kích thích say mê, tìm tòi khám phá, nâng cao lực tự học học sinh Sáng kiến kết tinh kinh nghiệm kiểm chứng qua hoạt động giảng dạy lớp ôn thi THPT Quốc Gia, bồi dưỡng HSG nhiều năm đạt kết đáng khích lệ Trang | Xây dựng tài liệu tham khảo bổ ích cho em học sinh ôn thi THPT Quốc Gia, ôn thi học sinh giỏi THPT, bạn đồng nghiệp làm nguồn tư liệu giảng dạy toán liên quan đến đồ thị Điều kiện khả áp dụng Với xu đề thi THPT quốc gia có tính phân hóa cao nay, câu hỏi đồ thị điện xoay chiều xuất điều tất yếu câu hỏi đồ thị thường chứa đựng kiến thức vật lí hay đặc sắc, mà để giải tập đồ thị đòi hỏi em phải có suy luận logic Tài liệu tham khảo đầy đủ dạng tập ít, nằm rải rác nhiều tài liệu khác chưa hệ thống thành phương pháp giải Do cần thiết phải bổ sung cho học sinh kiến thức phương pháp giải toán đồ thị Từ kinh nghiệm thân năm luyện thi đại học bồi dưỡng học sinh giỏi tìm tòi, tham khảo chúng tơi hệ thống lại phương pháp giải thơng qua sáng kiến “Đồ thị đại lượng tức thời kĩ thuật xác định độ lệch pha điện xoay chiều – vật lý 12” với mong muốn giúp đỡ em học sinh nắm bắt cách giải dạng tốn nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học Thông qua chuyên đề hy vọng em tự tin hơn, có kiến thức vững kì thi tới Chắc chắn nội dung sáng kiến không tránh khỏi khiếm khuyết định Rất mong nhận góp ý, phê bình thầy, cô bạn bè đồng nghiệp Chúng xin cam đoan thông tin nêu đơn trung thực, thật hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật Bình Minh, ngày 14 tháng năm 2018 XÁC NHẬN CỦA BGH Người nộp đơn Nguyễn Thiện Tài Trang | 10 Nguyễn Văn Dũng Công Thị Huyền Trang | 11 ... lệch pha điện xoay chiều - vật lý 12 ”, xây dựng được: + Tổng quan đồ thị đại lượng tức thời, cách xác định đại lượng đặc trưng từ đồ thị + Các kĩ thuật xác định độ lệch pha hai đại lượng tức thời: ... cực đại dòng điện thức thời điện áp tức thời + ω tần số góc - Cách xác định đại lượng độ lệch pha Cách xác định: Biên độ chu kì dao động điện áp, dòng điện Cách xác định: Độ lệch pha đồ thị Đồ thị. .. hỏi đồ thị đặc biệt đồ thị điện xoay chiều liên quan đến kĩ thuật xác định độ lệch pha b Giải pháp cải tiến - Thông qua sáng kiến kinh nghiệm Đồ thị đại lượng tức thời kĩ thuật xác định độ lệch