NÂNG CAO kỹ NĂNG GIẢI bài tập điện XOAY CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢN đồ FRE NEN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT QUẢNG XƯƠNG II - - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NÂNG CAO KỸ NĂNG GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN Người thực hiện: Lê Mạnh Tuấn Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc mơn: Vật lí THANH HĨA NĂM 2017 MỤC LỤC I MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu II NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận 2.1.1 Mục đích, ý nghĩa việc giải tập 2.1.2 Tác dụng tập Vật lí dạy học Vật lí 2.1.3 Phương pháp giải tập 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.2.1 Đặc điểm tình hình nhà trường 2.2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Cơ sở phương pháp dùng giản đồ Fre-nen để giải toán điện xoay chiều 2.3.2 Cách vẽ giản đồ vectơ 2.3.2.1 Giản đồ vectơ buộc (Quy tắc hình bình hành) 2.3.2.2 Giản đồ vectơ trượt (Quy tắc đa giác) 2.4 Một số tốn chứng minh tính hiệu phương pháp sử dụng giản đồ Fre-nen so với phương pháp đại số 2.5 Các dạng toán giải theo phương pháp giản đồ Fre-nen 2.5.1 Phương pháp sử dụng vectơ buộc 2.5.1 Phương pháp sử dụng vectơ trượt 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 1 1 2 2 2 3 4 1 6 9 3.2 Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN……………………………………………………………………… 22 I MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Bài tập Vật lí cơng cụ hữu ích, có ý nghĩa quan trọng việc học Vật lí trường phổ thơng Thơng qua việc giải tốt tập Vật lí em có kỹ so sánh, phân tích, tổng hợp…do góp phần to lớn việc phát triển tư học sinh Đặc biệt tập Vật lí giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống vận dụng kiến thức học vào việc giải tình cụ thể, làm cho môn lôi cuốn, hấp dẫn em Tuy vậy, Vật lí mơn học khó sở tốn học Bài tập Vật lí đa dạng phong phú Trong phân phối chương trình số tiết tâp lại so với nhu cầu cần củng cố kiến thức cho học sinh Chính thế, người giáo viên phải làm để tìm phương pháp tốt nhằm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích mơn học Giúp học sinh việc phân loại dạng tập hướng dẫn cách giải cần thiết Việc làm có lợi cho học sinh thời gian ngắn nắm dạng tập, nắm phương pháp giải từ phát triển hướng tìm tòi lời giải cho dạng tương tự Chúng ta biết chương trình Vật lí lớp 12, tập điện xoay chiều phức tạp khó Việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải tập định lượng chương học sinh thật không dễ dàng Qua năm đứng lớp nhận thấy học sinh thường lúng túng việc tìm cách giải dạng tập tốn Với mong muốn tìm phương pháp giải tốn trắc nghiệm cách nhanh chóng, đồng thời có khả trực quan hóa tư học sinh lôi nhiều học sinh tham gia vào trình giải tập, giúp số học sinh khơng u thích khơng giỏi mơn Vật lí cảm thấy đơn giản việc giải tập trắc nghiệm Vật lí, tơi chọn đề tài “Nâng cao kỹ giải tập điện xoay chiều phương pháp giản đồ Fre-nen” 1.2 Mục đích nghiên cứu Chuyên đề nhằm giúp học sinh khắc sâu kiến thức lí thuyết, có hệ thống tập phương pháp giải chúng, giúp em nắm cách giải từ chủ động vận dụng phương pháp làm tập Từ hoc sinh có thêm kỹ cách giải tập Vật lí, giúp em học sinh nhanh chóng giải tốn trắc nghiệm tập điện xoay chiều phong phú đa dạng 1.3 Đối tượng nghiên cứu Phương pháp giải tập Vật lí nói chung phương pháp dùng giản đồ Fre-nen để giải số tập điện xoay chiều, chương trình Vật lí 12 bản; Áp dụng với học sinh lớp học 12C1; 12C2; 12C3 năm học 2016-2017 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lí luận phương pháp giải tập vật lí Áp dụng giải tập điện xoay chiều, dưa phương pháp giải tập điện xoay chiều cách vận dụng giản đồ vectơ Lựa chọn tập minh họa chương trình, phù hợp phát huy ưu điểm phương pháp Thực nghiệm sư phạm lớp học phù hợp II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận 2.1.1 Mục đích, ý nghĩa việc giải tập [6] Q trình giải tập Vật lí nói chung tập điện xoay chiều nói riêng q trình tìm hiểu điều kiện tốn, xem xét tượng Vật lí đề cập, dựa vào kiến thức Vật lí để tìm chưa biết sở biết Thông qua hoạt động giải tập, học sinh củng cố lý thuyết tìm lời giải cách xác, mà hướng cho học sinh cách suy nghĩ, lập luận để hiểu rõ chất vấn đề, có nhìn đắn khoa học Vì thế, mục đích đặt giải tập điện xoay chiều làm cho học sinh hiểu sâu sắc quy luật Vật lí, biết phân tích ứng dụng chúng vào vấn đề thực tiễn, vào tính tốn kĩ thuật cuối phát triển lực tư duy, lực tư giải vấn đề Muốn giải tập điện xoay chiều, học sinh phải biết vận dụng thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hóa…để xác định chất vấn đề cần giải Vì vậy, việc giải thành thạo tập điện xoay chiều phương tiện kiểm tra kiến thức, kĩ học sinh 2.1.2 Tác dụng tập Vật lí dạy học Vật lí [6] Trong giai đoạn xây dựng kiến thức, học sinh nắm chung, khái quát khái niệm, định luật trừu tượng Trong tập điện xoay chiều, học sinh phải vận dụng kiến thức khái quát, trừu tượng vào trường hợp cụ thể đa dạng, nhờ mà học sinh nắm biểu cụ thể chúng thực tế Bài tập Vật lí phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khi giải tập, học sinh phải nhớ lại kiến thức học, có phải sử dụng tổng hợp kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần chương trình 2.1.3 Phương pháp giải tập [8] Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải tập gặp khơng khó khăn học sinh thường khơng nắm vững lý thuyết kĩ vận dụng kiến thức Vật lí Vì em giải cách mò mẫm, khơng có định hướng rõ ràng, áp dụng cơng thức máy móc nhiều khơng giải Có nhiều nguyên nhân: - Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải tập Vật lí - Chưa xác định mục đích việc giải tập xem xét, phân tích tượng Vật lí để đến chất Vật lí Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải tập cách khoa học, đảm bảo đến kết cách xác việc cần thiết Nó khơng giúp học sinh nắm vững kiến thức mà rèn luyện kĩ suy luận logic, làm việc cách khoa học, có kế hoạch Bài tập điện xoay chiều đa dạng phức tạp, phương pháp giải phong phú Vì phương pháp cụ thể mà áp dụng để giải tất tập Từ phân tích nêu trên, vạch dàn chung gồm bước sau: * Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt kiện - Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa thuật ngữ quan trọng, xác định đâu ẩn số, đâu kiện - Dùng kí hiệu tóm tắt đề cho gì? Hỏi gì? Dùng hình vẽ mơ tả lại tình huống, minh họa cần * Phân tích tượng - Nhận biết liệu cho đề có liên quan đến kiến thức nào, khái niệm nào, tượng nào, quy tắc Vật lí - Xác định giai đoạn diễn biến tượng nêu đề bài, giai đoạn bị chi phối đặc tính nào, định luật Có học sinh hiểu rõ chất tượng, tránh áp dụng máy móc công thức * Xây dựng lập luận Thực chất bước tìm quan hệ ẩn số phải tìm với kiện cho Đối chiếu kiện cho phải tìm liên hệ với nào, qua công thức, định luật để xác lập mối liên hệ Thành lập phương trình cần với ý có ẩn số có nhiêu phương trình * Lựa chọn cách giải cho phù hợp Xuất phát từ kiện cho đầu lựa chọn cách sử dụng giản đồ vectơ buộc hay vectơ trượt cho toán * Kiểm tra, xác nhận kết biện luận - Từ mối liên hệ bản, lập luận giải để tìm kết - Phân tích kết cuối để loại bỏ kết không phù hợp với điều kiện đầu tập Việc biện luận cách để kiểm tra đắn trình lập luận 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.2.1 Đặc điểm tình hình nhà trường Trường THPT Quảng Xương II thành lập từ tháng năm 1967, đến nhà trường trải qua 50 năm rèn luyện trưởng thành Nhà trường đóng địa bàn xã Quảng Ngọc, Quảng Xương, Thanh Hóa Vùng tuyển sinh nhà trường vùng đồng bằng, với học sinh chủ yếu em nơng Trường có đội ngũ giáo viên vững vàng tay nghề, nhiệt tình, tâm huyết với cơng tác giáo dục giảng dạy, em học sinh đa phần ngoan, chịu khó, với khả tư mức 2.2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Theo phân phối chương trình Vật lí lớp 12 tập điện xoay chiều phức tạp khó, số tiết tập lại so với nhu cầu cần nắm kiến thức cho học sinh Qua năm đứng lớp nhận thấy học sinh thường lúng túng việc tìm cách giải dạng tập tốn Và yêu cầu đổi đánh giá học sinh phương pháp trắc nghiệm khách quan học sinh nắm dạng phương pháp giải giúp em nhanh chóng trả Trong việc giải tập dòng điện xoay chiều, đa số học sinh thường dùng phương pháp đại số phương pháp giản đồ vectơ học sinh thường dùng ngại vẽ hình, ngại tư Khi đọc đề xong, em thường muốn có cơng thức đại số cho dạng số bấm máy Điều thiếu sót lớn người dạy người học Vật lí Điều đáng tiếc phương pháp giản đồ vectơ dùng giải toán điện xoay chiều hay ngắn gọn đặc biệt tốn liên quan đến độ lệch pha Có nhiều toán giải phương pháp đại số dài dòng phức tạp giải phương pháp giản đồ vectơ tỏ hiệu ngắn gọn, trực quan Việc khai thác hiệu phương pháp góp phần nâng cao hiệu việc nắm kiến thức khả vận dụng để đạt kết cao kỳ thi 2.3 Các sáng giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Cơ sở phương pháp dùng giản đồ Fre-nen để giải toán điện xoay chiều [2] + Mỗi đại lượng xoay chiều đặt vectơ có độ dài tỉ lệ với giá trị hiệu dụng đại lượng đó; + Vectơ vẽ mặt phẳng pha, có gốc chiều dương pha để tính góc pha; + Góc hai vectơ độ lệch pha hai đại lượng đó; + Phép cộng đại số đại lượng xoay chiều thay phép tổng hợp vectơ tương ứng; r + Chọn gốc pha vectơ cường độ dòng điện I cho mạch mắc nối tiếp; + Các thông tin đại lượng xoay chiều hoàn toàn xác định từ kết tính tốn giản đồ vectơ 2.3.2 Cách vẽ giản đồ vectơ [1] R C L B - Xét mạch R, L, C mắc nối tiếp hìnhA M N bên Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp xoay chiều Tại thời điểm giá trị tức thời dòng điện nhau: i R = iL = iC = i Nếu cường độ dòng điện có biểu thức i = I0 cosωt biểu thức điện áp hai điểm AM, MN NB là:  u R = u AM = U R cosωt  π  u L = u MN = U L cos(ωt + )  π  u C = u NB = U Ccos(ωt - ) u AB = u AM + u MN + u NB Do điện áp hai đầu A,B: Các đại lượng biến thiên điều hòa tần số nên chúng biểu diễn ur ur ur ur u R ↔ U R u L ↔ U L u C ↔ U C u AB ↔ U AB vectơ Frexnel: ; ; ; ur ur uur uur U AB = U R + U L + U C (Trong độ lớn vectơ biểu thị điện áp hiệu dụng nó) - Việc so sánh pha dao động điện áp hai đầu phần tử với dòng điện chạy qua so sánh pha dao động chúng với dòng điện chạy mạch Do trục pha giản đồ Fre-nen ta chọn trục dòng điện thường nằm ngang Các vectơ biểu diễn điện áp hai đầu phần tử hai đầu mạch điện biểu diễn trục pha thông qua quan hệ pha ur với cường độ dòng điện UL 2.3.2.1 Giản đồ vectơ buộc (Quy tắc hình bình hành) a Cách vẽ giản đồ vectơ gốc O [1] -Chọn trục tọa độ nằm ngang trục dòng điện, điểm O làm gốc ur uur uur U R , U L , U C theo nguyên tắc: -Ta vẽ vectơ ur + uR pha với i ⇒ U R phương r chiều với trục I : π C ur + uL nhanh pha so với i ⇒ U L vng r góc với trục I hướng lên L π ur C U C vuông ⇒ + uC chậm pha so với i r góc với trục I hướng xuống ur ur U L Cộng hai vectơ phươngur ngược chiều U C O trước, sau cộng tiếp với U R theo quy tắc hình bình hành + Chú ý đến số hệ thức tam giác vuông uuur U ur ur U U A c b b/ h C a c/ a = b + c  1 1  2= 2+ h b c h = b / c / B ur r UR I ur U AB ur UR r I Các bước giải tốn + Chọn trục gốc trục dòng điện, sử dụng điều kiện pha i u đoạn mạch Dựa vào giản đồ vectơ xác định được: U = U 2R + ( U L − U C ) ur uur ur U LC = U L +U C tan ϕ = UL − UC UR cosϕ = UR U ur uur UL - UC + Khi vẽ giản đồ vectơ cần lưu ý đến tỉ lệ độ dài vectơ với giá trị độ lớnuu theo r đề độ lệch pha chúng Dựa vào định lý hàm số sin, cosin, Pitago, U tính chất tam giác để xác định đại lượng theo yêu cầu toán ur + Sau vẽ giản đồ vectơ cần xác định xem góc α khơng đổi để tính U tanα, ur tam giác có cạnh biểu diễn giá trị cần tìm, có góc urCsau xét khơng đổi đốiU diện R với cạnh không đổi, dùng định lý sin để tính biện luận UL ϕ b Một số trường hợp thường gặp [1] + Trường hợp 1: UL > UC ⇔ ϕ > 0, u sớm pha i uuu r uuu r uuu r U U U R , tiếp đến L cuối C Nối gốc Đầu tiên vẽ vectơ u u u u r u u r ur U R với U LC ta vectơ U hình sau: r I 10 ur uur UurL - UuurC UL - UC ur Khi cần biểu diễn U RL ur UL ur Khi cần biểu diễn U RC ur UL ur U RLu r u r U U ϕ ur UC ϕ ur ur r UR I UR ur UC + Trường hợp 2: UL < UC ⇔ ϕ < 0, u trễ pha so với i ( hay i sớm pha u ) ur UL ur U RC ur UR r I ϕ u urr uur u r U L - URC C uur ur U Uur RL u rr u rU L +U C u U = LC ur U RL U UL UL u r ur ur rU UR UR I C + Trường hợp riêng u r U 10 ur UC r I ϕ ur uur UL - UC ur U ur UC ur U RC r I ur uur UL - UC 12 từ A sang B nối đuôi theo nguyên tắc: R – ngang; L - lên.; C – xuống Độ dài vectơ tỉ lệ với giá trị hiệu dụng tương ứng ϕ - Nối điểm giản đồ có liên quan u đến uur kiện toán: Nối A uuur AB biểu diễn điện áp uAB,vectơ AN biểu diễn điện áp uAN, vectơ uuurB vectơ MB biểu diễn điện áp uNB ur ur U UR N M -Biểu diễn số liệu lên giản đồ u u rr UAB R U -Dựa vào hệ thức lượng ur tam giác để tìm điện áp góc chưa biết UL Nhận xét: ur UC B r I A + Các điện áp phần tử biểu diễn vectơ mà độ lớn vectơ tỷ lệ với điện áp hiệu dụng + Độ lệch pha điện áp góc hợp vectơ tương ứng biểu diễn chúng + Độ lệch pha điện áp cường độ dòng điện góc hợp vectơ biểu diễn với trục i + Việc giải toán nhằm xác định độ lớn cạnh góc tam giác dựa vào định lý hàm số sin, hàm số cosin cơng thức tốn học + Nếu cuộn dây khơng cảm (trên đoạn ur uur uur uur ur U = MN có L r) AB U r + U L + U R + U C ta vẽu r L trước sau: L- lên, r- ngang, R- ngang Ud urM UL ur U r urN U R ur ur U AB C xuống vẽ r trước nha sau: r- ngang, L- lên, R- ngang C xuống UC B r I + Trong toán học tam giác giải A biết trước yếu tố ( cạnh góc; góc cạnh; ba cạnh) yếu tố ( ba góc ba cạnh) Để làm điều ta sử dụng định lý sin hàm số cosin b c  a = =  sin A sin B sin C  a = b + c − 2bc  b = a + c − 2ac  ur 2  c = a + b − 2r ab  U 12 ur UC A ur uur U L - UC c b C a B ur UR ur ur U L -U C ur ur U RCU L r I ur U Rd13 urur d UU C uur uur uur uur U = U R + Uu + UC Lr Ví dụ: Xét tổng véc tơ: ur ur ur U U UL U Từ điểm vectơ L ta vẽ nối tiếp vectơ R ur ur d U (gốc R trùng với U L ) Từ ur ur ur U U vectơ R vẽ nối tiếp vectơ u rC Vectơ tổng U có gốc ur C R vectơ cuối U L có làU gốc ur UC ϕ ur UR ϕ ur U ur U r Chú ý: Khi giải toán ta phải dựa vào điều kiệnIcủa ϕ ur UC uu r U toán để xác định sử dụng phương pháp để giải tốn nhanh Thơng thường nên sử dụng phương pháp vectơ trượt phương pháp đơn giản hiệu giải nhanh không tốn thời gian b Một số trường hợp thường gặp [1] + Trường hợp 1: UL > UC ⇔ ϕ > 0, u sớm pha i ur ur ur ur U R, U U L C Đầu tiên vẽ vectơ tiếp đến cuối Nối gốc U R với ur ur U C ta vectơ U hình sau: u r U ur UR ur UL + Trường hợp 2: UL < UC ⇔ ϕ < 0: u trễ pha so với i ( hay i sớm pha u ) 13 r I 14 r uu ru ur uuu r U U U R ,r tiếp đến U L cuối C Nối gốc uuu rĐầu tiên vẽ vectơ uuu r uur U R với U C ta vectơ U hình sau: ur UuCr r U ϕ R ur U RL ur Lr ur U u I ur ur UL - U C ϕ ur ur U UL u r u r UC U RL L,r ϕ ur r U RU L -U C ur UR I ur ur UL - U C ur ur r U UC Iur ur U -U u r ur B M U UL + Trường hợp đặc biệt - Cuộn cảm có điện r r trở uurthuần u uuu r ur u r u r U , đến U , đến U U RC Vẽ theo quy tắc từ U , đến UC A R C L Nm R r C L ur r ur U LI-U C ur UC C ϕd u r U Chú ý: Thực khơng thể có giản đồ chuẩn choRC tất toán điện xoay chiều ur giản đồ vẽ giản đồ thường u u u u r ϕ vào kinh nghiệm dùng Việc sử dụngU giản L đồ vectơ hợp lí phụ thuộc U RLDưới số tập có sử dụng giản đồ vectơ làm ví dụ người u r U 2.4 Một số tốn chứng minh tính hiệu phương pháp sử dụngu r ur UL - U C giản đồ Fre-nen so với phương pháp đại số Bài 1: Cho mạch điện hình vẽ Giá trị phần tử mạch L= 14 50 H, C = F, R = 2r π π Điện áp hai đầu đoạn mạch ϕ ur UR ur U u = U cos100πt ur UR 15 Điện áp hiệu dụng hai điểm A, N ur UL U AN = 200 V điện áp tức thời π hai điểm MN lệch pha so với điện áp tức thời hai điểm AB Xác định giá trị U , R, r Viết biểu thức dòng điện mạch [1] A Cách 1: Phương pháp đại số  Z = ωL = 100π = 100 Ω L  π  1  = 200 Ω  ZC = ωC = 50.10-6  100π π  + Tính: R L,r M C B N + Vì điện áp tức thời hai điểm MN lệch pha so với điện áp tức thời hai π điểm AB nên: uuu r Ud tgϕMN tgϕAB = -1 ZL ZL -ZC 100 100 - 200 100 200 = −1 ⇔ = −1 ⇒ r = Ω, R = 2r = Ω r R+r r 2r + r 3 + Cường độ hiệu dụng: U U AN 200 I = AN = = = 1A 2 ZAN ( R+r ) +ZL 100 +100 + Theo định luật Ôm: ⇔ ( U AB = I.ZAB = I ) ur UCđiện: so với dòng ( R+r ) + ( ZL -ZC ) = 200 V ⇒ U = 200 V + Độ lệch pha uAB Z -Z 100 - 200 1π tgϕAB = L C = =⇒ ϕAB = 200 100 R+r + 3 ur U RC u r ur U riur= 2cos 100πt+ π ÷ A 6  + Vậy, biểu thức dòng Uđiện: Rd uuu rU L Cách 2: Phương pháp vectơ trượt Ud ur U ϕ ur ϕ d + Vẽ giản đồ vectơ ur ur ur ur U ⊥ U ⇒ U ⊥ U Rr L NM AB ⇒ NM ⊥ AB Vậy nên M trực ⊥ + Do AO NB tâm ΔABN 15 UR ur ur UL - U C r I 16 + Vì ZC = 2ZL ⇒ U C = 2U L ⇒ NO = OB Do đó, AO đường trung tuyến AO ΔABN Vì Suy M trọng tâm ΔABN + Vậy, M vừa trọng tâm vừa trực tâm ∆ABN , ∆ABN đều, tức là: U AB = U AN = U NB = 200 V R = 2r ⇒ U R = 2U r ⇒ MO = N + Tính được: U = U AB = 200 V I= UC NB 200 = = = 1A ZC ZC 200 + Cường độ hiệu dụng: + Từ giản đồ tính được: 2 200 U R = AO = 200sin600 = V 3 U 200 R 100 ⇒R= R = (Ω), r = = Ω I 3 + Từ giản đồ nhận thấy, i AB sớm pha u AB ur Ur ur UR A ur UL O M ur UC π B π  i = 2cos 100πt + ÷ A 6  + Vậy, biểu thức dòng điện: Nhận xét + Cách 1: Bài tốn giải phức tạp phải giải hệ phương trình Nếu độ lệch pha uMN so với uAB π khơng phải khơng có phương trình tgϕ MN tgϕ AB = −1 học sinh không xác định giá trị ẩn số Đối với học sinh có học lực trung bình việc tính tốn hết khó khăn em + Cách 2: Học sinh vẽ giản đồ vectơ tìm yêu cầu đề cách dễ dàng cách tối ưu để học sinh lựa chọn Bài 2: Cho mạch điện hình Điện trở R = 80 Ω , vôn kế V1 đo điện áp hai đầu đoạn mạch AM, vôn kế V điện áp hai đầu đoạn mạch MB ( điện trở vôn kế lớn) Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp u AB = 240 2cos100πt V dòng điện chạy mạch có giá trị hiệu dụng 3A π Điện áp tức thời hai đầu vơn kế lệch pha , số vôn kế V2 U V2 = 80 V V1 Xác định L, C, r số vôn kế Cách 1: Phương pháp đại số 16 A [3] C R M L,r N B 17 U U   ZAB = AB ; Z MB = V2 I I   tgϕ tgϕMB = -1 Ta có:  AN 240 2   ( 80+r ) + ( ZL -ZC ) =   (80+r) +(Z L -Z C ) = 19200  80 ⇔  r + ( ZL -ZC ) =  ⇒ r +(Z L -ZC ) = 6400   -Z Z -Z  -ZC ZL -ZC = -1  C L C = -1  80 r r  80  (1)  r = 40 Ω  200  ⇒  ZL = Ω   80 Ω ⇒ r = 40Ω, L=  ZC =  Giải hệ phương trình (1) H, C = 3π 3.10-3 F 8π U = I.Z = I R +Z2 = 160 V AN C + Số V1: V1 Cách 2: Phương pháp vectơ buộc + Vẽ giản đồ vectơ hình + Sử dụng định lí hàm số cosin cho tam giác thường: ( ) ( 2402 + 80 - 80 ) π ⇒ϕ = α⇒= 30 2.240.80 U 80 U C = U R tgα=80 V ⇒ ZC = C = Ω I + U 200 U L = U C + 80 3sin2ϕ=200 V ⇒ Z L = L = Ω I UR U V1 = U AN = =160 V cosα + Số Vôn kế V1: cosϕ = ur UC ur UL = ur U MB ϕϕ ur 17 ur UC Ur α ϕ ur UR ur U r I ur U AN 18 Nhận xét + Cách 1: Bài toán giải phức tạp phải giải hệ phương trình Đối với học sinh có học lực trung bình việc tính tốn hết khó khăn em + Cách 2: Học sinh vẽ giản đồ vectơ tìm yêu cầu đề cách dễ dàng cách tối ưu để học sinh lựa chọn 2.5 Một số toán giải theo phương pháp giản đồ Fre-nen 2.5.1 Phương pháp sử dụng vectơ buộc Bài 1: Cho mạch điện hình vẽ Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch π u AB = 170 2cos(100πt+ ) V , UMN = UNB = 70 V, UAM = 170 V Cuộn dây có điện trở r hoạt động Tính độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch so với cường độ dòng điện.[3] L,r C R Phân tích B M N + Đoạn mạch theo thứ tự cuộn dây ( L,r) nối tiếp A với tụ điện (C) nối tiếp điện trở (R) + Cuộn dây có điện trở r hoạt động độ lệch pha điện α φ cd O π áp hai đầu cuộn dây với dòng điện qua mạch khác φ RCφ AB + Đề cho UMN = UNB, UAM ur U cd + Tính Δφ = φ AB - φi Hướng dẫn Ta có uAB = uR + uC + ucd ur uur uur ur ⇒ U AB = U R + U C + U cd ur UR Từ giản đồ vectơ ta có U RC = tanφ RC U R2 +U C2 = 70 V UC = = ⇒ φ RC = π rad UR 2 Lại có: U RC = U AB + U cd - 2U AB U cd cosα 18 ur UC ur U RC ur U ABr I 19 ( 1702 +170 - 70 ) U +U -U π = = 0,83 ⇒ α = rad 2U AB U cd 2.170.170 Mặc khác ta thấy ΔOU AB U RC cân UAB nên π π5 = 2π rad · OU = U · U O= U AB RC AB RC ⇒ cosα = AB cd RC Độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch so với cường độ dòng điện 2π π 3π - = rad 20 Bài 2: Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R, tụ điện C cuộn dây L cảm mắc nối tiếp Điện áp hiệu dụng U AB = 15 V, UAM = 20 V, UMB = 25 V Tính L R C hệ số cơng suất mạch?[4] B Phân tích A M + Đoạn mạch theo thứ tự điện trở (R) nối tiếp với tụ điện (C) nối tiếp cuộn dây (L) ur + Cuộn dây khơng có điện trở r hoạt động U MB độ lệch pha điện áp hai đầu cuộn dây với Δφ = π dòng điện qua mạch ur U AB + Đề cho UAB, UAM, UMB + Tính cosφ = ? O Hướng dẫn Dựng giản đồ vectơ hình vẽ + Ta có : u AB = u AM + u MB ϕ ur U AM ur uur uur U = U + U MB AB AM Từ giản đồ vectơ ta thấy: r I ur U MB ur ur 2 U = U + U ⇒ U ⊥ U AM AB AM MB + Mà : AB cosφ = U AM = 0,8 U MB Từ giản đồ vectơ ta tính hệ số cơng suất Bài 3: Một đoạn mạch xoay chiều gồm tụ điện nối tiếp với cuộn dây Biết 2π điện áp hai đầu cuộn dây lệch pha so với điện áp tụ điện, điện áp hai đầu đoạn mạch có giá trị hiệu dụng 100 V chậm pha cường độ π dòng điện Tìm điện áp tụ điện cuộn dây.[5] Phân tích + Đoạn mạch theo thứ tự tụ điện (C) nối tiếp cuộn dây (L) 19 O 20 ur UR 2π + Điện áp hai đầu cuộn dây lệch pha so với điện áp π 2πtụ điện cuộn dây có điện trở r hoạt động + Đề cho U=100V điện áp hai đầu đoạn mạch π chậm pha cường độ dòng điện Hướng dẫn Dựng giản đồ vectơ hình vẽ · OU = π rad · OU = 2π rad U U R d C Ta thấy : ur Ud ur UL r I u r U ur Ud · UO = ·UU O = π rad ⇒ U = U = 100V U d d d Xét ΔU d OU có · UO = ·UU O = π radÞ U = U = 100 V U C C C Mặt khác ΔU C OU có 2.5.2 Phương pháp sử dụng vectơ trượt Bài Đoạn mạch xoay chiều gồm điện trở R = 30 Ω , mắc nối tiếp với cuộn dây Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây 120 V Dòng điện mạch π π lệch pha so với điện áp hai đầu đoạn mạch lệch pha so với điện áp hai đầu cuộn dây Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng qua A mạch?[1] L,r R M B Phân tích + Giản đồ đoạn mạch gồm điện trở (R) nối tiếp với cuộn dây (Lr) + Chọn trục dòng điện làm trục pha π π + Theo dòng điện mạch lệch pha so với điện áp lệch pha so với điện áp hai đầu cuộn dây ur ur ur + Vậy ta có giản đồ vectơ sau biểu diễn phương trình: U AB = U AM + U MB π Từ giản đồ hình 1, ta vẽ vectơ phụ nối A với B M với B ta hình Từ giản đồ hình 2, ta suy I Hướng dẫn ∆ AMB cân M π Do UR= MB= 120V I= 20 UR =4A R A ur UR Hình M B B ur UL ur U Lr ur U rH r I A ur ur M UR UHr Hình I 21 Bài Đặt điện áp u = 220 2cos100πt V vào hai đầu đoạn mạch AB gồm hai R L C đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM B M gồm cuộn cảm L mắc nối tiếp với điện trở A R, đoạn MB có tụ điện C Biết điện áp hai đầu đoạn mạch AM điện áp hai đầu đoạn mạch MB có giá trị hiệu dụng lệch pha 2π Tính điện áp hai đầu đoạn mạch AM.[7] Phân tích + Đoạn mạch theo thứ tự cuộn dây (L) nối tiếp điện trở (R) nối tiếp với tụ điện (C) ur ur ur + Biểu diễn vectơ U R , U L , U C giản đồ Từ giản đồ hình ta vẽ vectơ phụ nối A với B M với B ta hình Từ giản đồ hình 2, ta suy UAM Hướng dẫn ur uur ur U = U + U AM R L Từ hình vẽ ta thấy Theo đề ta có UAM = UC 2π ur ur Mặc khác: U AM U C lệch pha góc Do ΔAMB tam giác Từ ta có UAM = U = 200 V ur UR M ur UL A B Hình ur UR r I ur UC ur ur U L U AM A 200V ur U Hình M 2π r I ur UC B Bài Trong thực hành học sinh muốn quạt điện loại 180 V120 W hoạt động bình thường điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 220 21 22 V, nên phải mắc nối tiếp quạt với biến trở Ban đầu học sinh để biến trở có giá trị 80 Ω thấy cường độ dòng điện hiệu dụng mạch 0,7 A công suất thiêu thụ quạt điện đạt 90% Khi muốn quạt hoạt động bình thường phải điều chỉnh biến trở nào? [1] Phân tích + Đoạn mạch quạt điện (động điện) biến trở (R) nối tiếp hình vẽ: A ur ur ur U U U R AB AM + Biểu diễn vectơ , , giản đồ ϕq M ĐC R B Từ giản đồ ta tìm cos tìm I, UR2 R2 So sánh R2 R1 đưa kết Hướng dẫn + Khi R = R1 = 80 Ω quạt điện hoạt động định mức ta có: P' = U MB1I1cosφq ⇒ UMB1 = P' 0,9.120 1080 = = I1cosφq 0,7cosφq 7cosφq ; U R = I1R1 = 0,7.80 = 56 V + Vẽur giảnurđồ vectơ: ur Từ U AB = U R + U MB ⇒ AB R1 U =U +U MB1 ur U AB +2U R1 U MB1 cos ϕq ⇒ cos ϕq = 0,9223 + Khi R = R2 quạt điện hoạt động bình ϕ AB thường ta có: Pdm = U dm I 2cosφq ⇒ I2 = Pdm ≈ 0,7228 A U dm cosφq ; UR2 ϕq ur UR ur U MB r I = I2R2 = 0,7228 R2 2 U 2AB =U R2 +U dm +2U R U dm cos ϕq = (0, 7228R ) + U dm + 20, 7228R U dm cos ϕq ⇒ R2 ≈ 59 Ω Vậy để quạt hoạt động bình thường phải giảm điện trở lượng R1 – R2 ≈ 80 – 59 = 21 Ω 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Sau hướng dẫn chi tiết cho học sinh cách sử dụng giản đồ véc-tơ vào giải số toán điện xoay chiều điển hình, tơi tiến hành kiểm tra đánh giá mức độ nhận thức học sinh số kiểm tra Dưới bảng số liệu tổng hợp điểm ba lớp 12C1, 12C2 12C3 năm học 2016-2017 Học sinh sử dụng phương pháp đại số Lớp (SS) Điểm Điểm yếu Điểm TB Điểm Điểm giỏi 12C1 (44) 17 18 Tỉ lệ % 2,3 8,6 40,9 18,2 12C2 (45) 24 10 Tỉ lệ % 4,4 13,3 53,3 22,2 6,7 22 23 12C3 (43) 10 23 Tỉ lệ % 9,3 23,3 53,5 14,0 Học sinh sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen Lớp Điểm Điểm yếu Điểm TB Điểm Điểm giỏi 12C1 (44) 0 22 14 Tỉ lệ % 0 18,2 50,0 31,8 12C2 (45) 16 20 Tỉ lệ % 4,4 35,6 44,4 15,6 12C3 (43) 26 12 Tỉ lệ % 9,3 60,5 27,9 2,3 Bảng số liệu cho thấy kết hoạt động nhận thức học sinh sử dụng phương pháp giản đồ véc-tơ tốt, đảm bảo mục tiêu, yêu cầu chuyên đề III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Thông việc phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm“Nâng cao kỹ giải tập điện xoay chiều phương pháp giản đồ Fre-nen”, số năm, đặc biệt phạm vi rộng 2016-2017 tự nhận thấy: - Phương pháp giản đồ Fre-nen dùng giải tập điện xoay chiều hay ngắn gọn đặc biệt toán liên quan đến nhiều điện áp hiệu dụng đến nhiều độ lệch pha Có nhiều tốn giải phương pháp đại số dài dòng phức tạp giải phương pháp giản đồ Fre-nen tỏ hiệu - Đối với giáo viên, sáng kiến kinh nghiệm tài liệu có giá trị cơng tác giảng dạy chương III “Dòng điện xoay chiều” góp phần làm phong phú thêm cách giải tập dòng điện xoay chiều - Việc vận dụng phương pháp giúp giáo viên, học sinh chủ động nghiên cứu, phát huy khả tư sáng tạo học, qua hiểu sâu hơn, có hứng thú mơn học Từ kết nghiên cứu, thân rút học kinh nghiệm sau: - Đối với giáo viên phải khơng ngừng tìm tòi phương pháp có hiệu cao, áp dụng đối tượng học sinh, nhằm phát triển tư cho học sinh đồng thời nâng cao kỹ hứng thú môn học - Đối với học sinh để nâng cao kỹ giải tập cần có phương pháp phù hợp cách lựa chọn phương pháp cho đem lại hiệu cao 23 24 Trong hạn hẹp thời gian chun mơn, tơi cố gắng trình bày lại điều góp nhặt, tích lũy q trình giảng dạy Dù cố gắng tơi tự nhận thấy đề tài nhiều hạn chế cần đầu tư hoàn thiện thời gian tới Tôi mong hội đồng khoa học nhà trường xem xét, góp ý để tơi hoàn chỉnh đề tài 3.2 Kiến nghị Nhằm giúp đỡ giáo viên nâng cao kinh nghiệm, tay nghề việc dạy học, giúp em học sinh biết cách tư lơgíc, phân tích, tổng hợp, xử lí thơng tin Theo tơi, hàng năm phòng trung học phổ thông thuộc Sở giáo dục đào tạo cần lựa chọn cung cấp cho trường phổ thông số sáng kiến, viết có chất lượng, có khả vận dụng cao để triển khai nhà trường Đây hội để sáng kiến phát huy tính khả thi theo tên gọi Tơi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VI Thanh Hóa, ngày 25 tháng 05 năm 2017 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết Lê Mạnh Tuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO Chu Văn Biên (2016), Bí luyện thi THPT Quốc gia mơn Vật lí theo chủ đề, NXB Đại học quốc gia, Hà Nội Lương Duyên Bình (2015), Sách giáo khoa Vật lý 12 CB, NXB Giáo dục, Hà Nội Hà Văn Chính – Trần Nguyên Tường (2007), Các dạng bài tập mạch điện xoay chiều không phân nhánh, NXB Đại học sư phạm, Hà Nội Bùi Quang Hân (1997), Giải toán Vật lý 12 dòng điện xoay chiều và sóng điện từ, NXB Giáo dục, Hà Nội Trần Ngọc (2011), Phân loại và phương pháp giải các dạng bài tập Vật lý 12, NXB Đại học quốc gia, Hà Nội 24 25 Nguyễn Đức Thâm - Nguyễn Ngọc Hưng (1999), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh dạy học Vật lý trường phổ thông, NXB Đại học quốc gia, Hà Nội Nguyễn Anh Thi (2005), Phương pháp giải toán mạch điện xoay chiều, NXB Giáo dục, Hà Nội Phạm Hữu Tòng (1999), Vận dụng các phương pháp nhận thức khoa học dạy học Vật lý, NXB Giáo dục, Hà Nội DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Lê Mạnh Tuấn Chức vụ đơn vị công tác: Giáo viên trường THPT Quảng Xương II T T 25 Tên đề tài Cấp Kết đánh giá đánh giá xếp loại xếp loại Soạn thảo tiến trình hướng dẫn học Sở sinh xây dựng kiến thức dạy bài: GD&ĐT C Năm học đánh giá xếp loại 2003-2004 26 “Khái niệm từ thông Hiện tượng cảm ứng điện từ” 26 Soạn thảo tiến trình hướng dẫn học sinh xây dựng kiến thức dạy bài: Sở “Hiện tượng cảm ứng điện từ GD&ĐT trường hợp đơn giản” Soạn thảo tiến trình hướng dẫn học Sở sinh xây dựng kiến thức số GD&ĐT chương từ trường lớp 11 C C 2004-2005 2005-2006 Phát huy tính hiệu việc Sở tìm tần suất vật dao động điều GD&ĐT hòa phương pháp vẽ đường C 2012-2013 Phát triển lực vận dụng kiến thức học sinh THPT qua hệ Sở thống tập nhiệt động lực học – GD&ĐT Vật lí lớp 10 C 2014-2015 ... 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lí luận phương pháp giải tập vật lí Áp dụng giải tập điện xoay chiều, dưa phương pháp giải tập điện xoay chiều cách vận dụng giản đồ vectơ Lựa chọn tập. .. cao kỹ giải tập điện xoay chiều phương pháp giản đồ Fre- nen , số năm, đặc biệt phạm vi rộng 2016-2017 tự nhận thấy: - Phương pháp giản đồ Fre- nen dùng giải tập điện xoay chiều hay ngắn gọn đặc... đề tài Nâng cao kỹ giải tập điện xoay chiều phương pháp giản đồ Fre- nen 1.2 Mục đích nghiên cứu Chuyên đề nhằm giúp học sinh khắc sâu kiến thức lí thuyết, có hệ thống tập phương pháp giải chúng,