SKKN hệ thống bài tập, hướng giải bài tập dòng điện xoay chiều mạch r,l,c nối tiếp (lớp 12 sách nâng cao)

I PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: Dòng điện xoay chiều dao động điện từ cưỡng bức, đổi chiều liên tục trăm lần giây, làm từ trường sinh thay đổi theo Chính điều làm cho dịng điện xoay chiều có số tác dụng to lớn mà dịng điện chiều khơng có Do mà dòng điện xoay chiều ứng dụng rộng rãi thực tế, lĩnh vực khoa học kỹ thuật, sống động lực phát triển kinh tế đất nước Trong q trình giảng dạy mơn vật lý trường THPT cụ thể trường THPT Thiệu Hóa Tơi thấy phận khơng nhỏ học sinh cịn yếu, khơng thể tự phân loại dạng toán điện xoay chiều đặc trưng Việc hiểu vận dụng giản đồ véc tơ để giải tốn điện xoay chiều có đại lượng thay đổi hạn chế Chương “Dòng điện xoay chiều” chương quan chương trình vật lý 12 Việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải tập định tính, tập định lượng chương học sinh thật không dễ dàng Chính vậy, đề tài “ hệ thống tập, hướng dẫn giải tập Dòng điện xoay chiều mạch R,L,C nối tiếp” (lớp 12 chương trình nâng cao) giúp học sinh có hệ thống tập, có phương pháp giải cụ thể dạng với hướng dẫn giải chi tiết bài, từ giúp học sinh hiểu rõ chương dịng điện xoay chiều Đồng thời thơng qua việc giải tập, học sinh rèn luyện kĩ giải tập, phát triển tư sáng tạo lực tự làm việc thân 1.2 Mục đích nghiên cứu: Xây dựng hệ thống tập, hướng dẫn phương pháp giải dạng tập “Dòng điện xoay chiều mạch R,L,C nối tiếp ” Nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức phần dòng điện xoay chiều, sở học sinh tự lực vận dụng kiến thức để giải tập dạng theo phương pháp đưa Nghiên cứu nội dung “Dòng điện xoay chiều mạch R,L,C nối tiếp ” chương trình sách giáo khoa vật lý 12 nâng cao nhằm xác định nội dung kiến thức học sinh cần nắm vững kĩ giải tập học sinh cần rèn luyện Soạn thảo hệ thống tập “Dòng điện xoay chiều mạch R,L,C nối tiếp ”, đưa phương pháp giải theo dạng, hướng dẫn học sinh giải tập hệ thống tập 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Các giáo viên THPT dạy môn vật lý Các học sinh THPT 1.4 Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu lý luận dạy học tập vật lý - Nghiên cứu chương trình vật lý trung học phổ thông: bao gồm sách giáo khoa vật lý 12, sách tập, số sách tham khảo vật lý 12 phần dòng điện xoay chiều - Lựa chọn dạng tập sách giáo khoa, sách tập, sách tham khảo phù hợp với nội dung, kiến thức chương II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: “HỆ THỐNG BÀI TẬP, HƯỚNG GIẢI BÀI TẬP VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MẠCH R,L,C NỐI TIẾP” (LỚP 12 - CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO ) 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1.1 Mục đích, ý nghĩa việc giải tập: Mục đích việc hệ thống tập giải tập vật lý Để việc dạy học đạt kết cao người giáo viên phải biết phát huy tính tích cực học sinh, chọn lựa phương thức tổ chức hoạt động, cách tác động phù hợp giúp học sinh vừa học tập, vừa phát triển nhận thức Việc giải tập Vật lý nhằm mục đích giải tốn, mà cịn có ý nghĩa to lớn việc rèn luyện cho học sinh khả vận dụng kiến thức, kĩ tính tốn, suy luận logic để giải vấn đề thực tế sống Trong trình dạy học tập vật lý, vai trò tự học học sinh cần thiết Để giúp học sinh khả tự học, người giáo viên phải biết lựa chọn tập cho phù hợp, xếp chúng cách có hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp hướng dẫn cho học sinh cách giải để tìm chất vật lý tốn vật lý Muốn giải tập vật lý, học sinh phải biết vận dụng thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái qt hóa, xác định chất vật lý Vận dụng kiến thức vật lý để giải nhiệm vụ học tập vấn đề thực tế đời sống thước đo mức độ hiểu biết học sinh Vì vậy, việc giải tập vật lý phương tiện kiểm tra kiến thức, kĩ học sinh Ý nghĩa việc giải tập vật lý - Giải tập giúp cho việc ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức - Giải tập điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức - Giải tập vật lý rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát - Giải tập hình thức làm việc tự lực cao học sinh - Giải tập vật lý góp phần làm phát triển tư sáng tạo học sinh - Giải tập vật lý để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức học sinh 2.1.2 Phân loại tập vật lý: Phân loại theo phương thức giải a Bài tập định tính b Bài tập định lượng c Bài tập thí nghiệm d Bài tập đồ thị Phân loại theo yêu cầu rèn luyện kĩ năng, phát triển tư học sinh trình dạy học: a Bài tập luyện tập: b Bài tập sáng tạo: c Bài tập nghiên cứu: d Bài tập thiết kế: Phân loại theo hình thức làm a Bài tập tự luận : b Bài tập trắc nghiệm khách quan : 2.1.3 Phương pháp giải tập Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải làm tập gặp khơng khó khăn học sinh thường không nắm vững lý thuyết kĩ vận dụng kiến thức vật lý Vì em giải cách mị 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 lý Chưa xác định mục đích việc giải tập xem xét, phân tích tượng vật lý để đến chất vật lý Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải tập cách khoa học, đảm bảo đến kết cách xác việc cần thiết Có thể vạch dàn chung gồm bước sau: a Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt kiện b Phân tích tượng c Xây dựng lập luận d Lựa chọn cách giải cho phù hợp e Kiểm tra, xác nhận kết biện luận 2.1.4 Hướng dẫn học sinh giải tập vật lý Để việc hướng dẫn giải tâp cho học sinh có hiệu quả, trước hết giáo viên phải giải tập đó, phải xuất phát từ mục đích sư phạm để xác định kiểu hướng dẫn cho phù hợp Ta minh họa sơ đồ sau: Tư giải tập vật lý Phân tích phương pháp giải tập vật lý cụ thể Mục đích sư phạm Xác dịnh kiểu hướng dẫn Phương pháp hướng dẫn giải tập vật lý cụ thể 2.1.5 Lựa chọn sử dụng tập dạy học vật lý Lựa chọn tập Hệ thống tập mà giáo viên lựa chọn phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Bài tập phải từ dễ tới khó, từ đơn giản đến phức tạp (phạm vi số lượng kiến thức, kĩ cần vận dụng từ đề tài đến nhiều đề tài, số lượng đại lượng cho biết đại lượng cần tìm…) giúp học sinh nắm phương pháp giải loại tập điển hình - Mỗi tập phải mắt xích hệ thống tập, đóng góp phần vào việc củng cố, hoàn thiện mở rộng kiến thức - Hệ thống tập cần bao gồm nhiều thể loại tập: tập giả tạo tập có nội dung thực tế, tập luyện tập tập sáng tạo, tập cho thừa thiếu kiện, tập mang tính chất ngụy biện nghịch lý, tập có nhiều cách giải khác tập có nhiều lời giải tùy theo điều kiện cụ thể tập mà giáo viên không nêu lên nêu lên điều kiện mà Sử dụng hệ thống tập: Trong tiến trình dạy học đề tài cụ thể, việc giải hệ thống tập mà giáo viên lựa chọn cho học sinh thường bắt đầu tập định tính hay tập tập dượt Sau học sinh giải tập tính tốn, tập đồ thị, tập thí nghiệm có nội dung phức tạp Việc giải tập tính tốn tổng hợp, tập có nội dung kĩ thuật với kiện không đầy đủ, tập sáng tạo coi kết thúc việc giải hệ thống tập lựa chọn cho đề tài Cần ý cá biệt hóa học sinh việc giải tập vật lý, thông qua biện pháp sau Biến đổi mức độ yêu cầu tập cho loại đối tượng học sinh khác nhau, thể mức độ trừu tượng đầu bài, loại vấn đề cần giải quyết, phạm vi tính phức hợp số liệu cần xử lý, loại số lượng thao tác tư logic phép biến đổi toán học cần sử dụng, phạm vi mức độ kiến thức, kĩ cần huy động Biến đổi mức độ yêu cầu số lượng tập cần giải, mức độ tự lực học sinh trình giải tập 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đối với học sinh trường THPT nói chung THPT Thiệu Hóa, vấn đề giải làm tập chương dòng điện xoay chiều gặp khơng khó khăn học sinh thường khơng nắm vững lý thuyết kĩ vận dụng kiến thức vật lý Vì em giải cách mị mẫm, khơng có định hướng rõ ràng, áp dụng cơng thức máy móc nhiều khơng giải Qua kiểm tra khảo sát lớp 12A,12E ban tự nhiên đầu năm chưa sử dụng sử dụng phương pháp “hệ thống hướng dẫn giải tập Dòng điện xoay chiều mạch R,L,C nối tiếp” Dùng kiểm tra để kiểm chứng cho thấy Bảng điểm kiểm chứng để xác định nhóm tương đương (Trước tác động) Lớp 12A 12E Số HS 44 48 0 11 Điểm/số HS đạt điểm 10 Tổng số điểm Điểm TB 10 13 0 199 4.52 12 14 0 209 4.35 Độ lệch chuẩn 0.17 Sau tác động phương pháp giải tập Dùng kiểm tra để kiểm tra kiến thức học sinh, chấm lấy kết dùng phép kiểm chứng T-Test để kiểm chứng chênh lệch điểm số trung bình nhóm sau tác động Bảng điểm thống kê điểm kiểm tra sau tác động nhóm thực nghiệm đối chứng: Lớp 12A (NTN) 12E (NĐC) Số HS Điểm/số HS đạt điểm 44 48 10 Tổng số điểm Điểm TB 0 12 309 7,02 10 17 0 229 4.77 Độ lệch chuẩn 2,25 PHẦN VẬN DỤNG Hệ thống tập, phương pháp giải tập “Dòng điện xoay chiều mach R,L,C nối tiếp” lớp 12 – Chương trình nâng cao 3.1 LÝ THUYẾT Dịng điện xoay chiều – Mạch R, L, C mắc nối tiếp I Điện áp xoay chiều – Dòng điện xoay chiều Biểu thức điện áp tức thời: Tổng quát: u U o cos t u Với Uo : điện áp cực áp (V) u : pha ban đầu u (rad) : tần số góc vận tốc quay khung (rad/s) Biểu thức cường độ dòng điện tức thời: i I o cos t i , Với Io: cường độ dòng điện cực đại (A), i : pha ban đầu i (rad) Đại lượng: gọi độ lệch pha u so với i ui Nếu > u sớm pha so với i < u trễ pha so với i = u i đồng pha Các giá trị hiệu dụng: - Giá trị hiệu dụng dòng điện xoay chiều nhỏ giá trị cực đại lần Io Uo Eo , , E U Đối với mạch có R; L; C Mạch Các vectơ Fre-nen U I R Định luật Ôm U I= U R u , i pha u trễ pha so với i O U I= C U L U U I= u sớm pha ZC ;ZC= C ZL L ;ZL= O so với i Đối với mạch R, L, C mắc nối tiếp Mạch Các vectơ Fre-nen U Định luật Ôm UL A u tg= R M L N C B pha sovới i Z Z L C UR U LC U U R - Nếu > u nhanh U C pha so với i - Neáu < u chậm pha so với i - Nếu= u, i pha UL I= ZL >ZC U ULC o UR UC Z= R2 Z Z L Z C2 Cơng suất dịng điện xoay chiều Hệ số công suất: Công suất tức thời: Cho dòng điện xoay chiều i I o cos t chạy qua mạch RLC nối tiếp, có u U o cos t , cơng suất tức thời là: hay p UI cos UI cos t p ui U o I o cos t cos t Công suất trung bình: P P UI cos (Với cos hệ số công suất) Cũng công suất tỏa nhiệt R : PR = RI2 U - Hệ số công suất: oR cos R UR Z Cộng hưởng điện: Uo U a Điều kiện để xảy cộng hưởng điện: C L hay LC b Các biểu cộng hưởng điện: - Z = Zmin = R : tổng trở cực tiểu -I U I max : cường độ dòng điện cực đại R - = : u i đồng pha - cos : hệ số công suất cực đại - P = Pmax I R UI U : công suất tiêu thụ cực đại R 2.4 HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI I BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH.: Bài 1:Trong thí nghiệm hình bên Hãy dự đốn độ sáng đèn thay đổi rút lõi sắt khỏi cuộn cảm Giải thích Hướng dẫn giải giải: Ban đầu chưa rút lõi sắt, có dịng điện chạy qua bóng đèn nên bóng đèn sáng Khi rút lõi sắt khỏi cuộn dây độ sáng bóng đèn tăng lên, bóng đèn sáng so với lúc ban đầu Giải thích: Khi rút lõi sắt khỏi cuộn dây, độ tự cảm L cuộn dây giảm ZL giảm Do U khơng thay đổi nên I U tăng Vì vậy, độ sáng bóng đèn tăng lên ZL Bài : Giải thích đoạn mạch xoay chiều gồm cuộn cảm L nối tiếp với tụ điện C thực tế tiêu thụ điện năng? Hướng dẫn giải giải: Có nguyên nhân: - Trong thực tế cuộn dây có r nhỏ, dây nối có rd nên có tỏa nhiệt - Dịng điện xoay chiều qua L tạo từ trường biến thiên làm xuất điện trường biên thiên xạ sóng điện từ - Điện tích C biến thiên làm điện trường biến thiên tạo từ trường biến thiên xạ sóng điện từ Vậy mạch xoay chiều LC với L cảm tiêu thụ điện II BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG Dạng 1: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 1.1 Phương pháp giải chung: - Xác định giá trị cực đại cường độ dòng điện Io điện áp cực đại Uo Xác định góc lệch pha u i: tan Z L Z C U L UC R UR uiu i - Biết biểu thức điện áp đoạn mạch suy biểu thức cường độ dòng điện đoạn mạch ngược lại Trường hợp biết biểu thức cường độ dòng điện tức thời: i I o cos t i biểu thức điện áp có dạng: u U o cos t u U o cos t i Trường hợp biết biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch: u U o cos t u biểu thức cường độ dịng điện tức thời có dạng: i I o cos t u Chú ý: Cũng tính độ lệch pha biên độ hay giá trị hiệu dụng giản đồ Fre-nen 1.2 Bài tập viết biểu thức cường độ dòng điện điện áp: Bài 1: Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 40 , cuộn cảm có hệ số tự cảm L 0,8 H tụ điện có điện dung C 2.10 F mắc nối tiếp Biết dòng điện qua mạch có dạng i 3cos100 t (A) a Tính cảm kháng cuộn cảm, dung kháng tụ điện tổng trở toàn mạch b Viết biểu thức điện áp tức thời hai đầu điện trở, hai đầu cuộn cảm, hai đầu tụ điện, hai đầu mạch điện Hướng dẫn giải giải: a Cảm kháng: 0,8 80 Z L L 100 ZC Dung kháng: Tổng trở: Z R ZL 1 C 100 ZC 50 2.10 402 80 50 50 b Vì uR pha với i nên : u R U oR cos100 t với UoR = IoR = 3.40 = 120V Vậy u 120cos100 t Vì uL nhanh pha i góc nên: u L U oL cos 100 t 100 t Với UoL = IoZL = 3.80 = 240V Vậy u L 240cos (V) 2 (V) Vì uC chậm pha i góc nên: uC U oC cos 100 t Với UoC = IoZC = 3.50 = 150V Vậy uC Áp dụng công thức: tan 150cos 37 100 t 80 50 40 ZL ZC R 37o 180 0,2 (rad) biểu thức hiệu điện tức thời hai đầu mạch điện: u U o cos 100 t Với Uo= IoZ = 3.50 = 150V Vậy u 150cos 100 t 0,2 (V) Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ Biết L H, C 10 10 F đèn ghi (40V- 40W) Đặt vào điểm A N hiệu điện u AN 120 cos100 t (V) Các dụng cụ đo không làm ảnh hưởng đến mạch điện a Tìm số dụng cụ đo b Viết biểu thức cường độ dịng điện điện áp tồn mạch Hướng dẫn giải giải: 10 a Cảm kháng: Z LL 100 10 1 C ZC Dung kháng: 100 10 U 402 R Điện trở bóng đèn: đm P đ đ 120 120 V oAN U Z 402 40 C Số ampe kế: I A I 402 R2 Z U AN 40 40 đm Tổng trở đoạn mạch AN: Z AN Số vôn kế: U 40 AN 120 AN 40 2,12 A b Biểu thức cường độ dịng điện có dạng: i I o cos 100 t i (A) Ta có : tan ZC AN R đ rad 40 40 AN rad iuANANAN Io I 3A (V) Vậy i 3cos 100 t (A) Biểu thức hiệu điện hai điểm A, B có dạng: u AB U o cos 100 t u (V) Tổng trở đoạn mạch AB: Z Uo Ta có: tan ABRđ ZL ZC I o ZAB Z AB 402 10 40 50 3.50 150 V Z L 10 40 C Rđ 40 37 180 uiAB 37 rad AB 180 rad 20 Z R U Vậy u AB 150cos 100 t 20 (V) Khi Imax Z U R Dạng 2: MẠCH ĐIỆN RLC CÓ CỘNG HƯỞNG Bài 1: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ Biết R = 50 ,L H Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u 220 cos100 t (V) Biết tụ điện C thay đổi a Định C để điện áp đồng pha với cường độ dòng điện b Viết biểu thức dòng điện qua mạch Hướng dẫn giải giải: a Để u i đồng pha:0 mạch xảy tượng cộng hưởng điện ZL=ZC L C 1 10 F L 100 C b Do mạch xảy cộng hưởng điện nên Zmin = R U U 220 4,4 (A) Io o o Z 50 R Pha ban đầu dòng điện: i Vậy i 4, cos100 t 0 u (A) Bài 2: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ Biết R = 200 , L H, C 10 F Đặt vào hai đầu mạch điện hiệu điện xoay chiều u 100cos100 t (V) a Tính số ampe kế UL IZL U UZ L R L C ,b LC - Lập biểu thức: UC IZC C L Đặt a L C y L y ax bx c 2 2L C R , b C U LC C ,c 1, x C 2 1 2 U 2 U C R L C ,c 1, x L R LC 2L R 2 Đặt a U 2L R y C y ax bx c - Dùng tam thức bậc hai ẩn phụ x để tìm giá trị cực tiểu y, cuối có chung kết quả: U 2LU U L max C max R 4LC R2C2 oL L R2 C L , oC R L C (với điều kiện C R ) C L - Các trường hợp linh hoạt sử dụng công thức vẽ giản đồ Fre-nen để giải toán Bài tập xác định giá trị cực đại Umax thay đổi L, C, f Bài Mạch điện hình vẽ Cuộn dây cảm có độ tự cảm L = 0,318H, R = 100 , tụ C tụ xoay Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch có biểu thức u 200 cos100 t (V) a Tìm C để điện áp hai đầu tụ đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực đại b Tìm C để điện áp hai đầu MB đạt cực đại, tính giá trị cực đại Hướng dẫn giải giải: Cách 1: Phương pháp đạo hàm: Ta có: UC IZC R U UZ C ZL ZC R 2 Z L 12 ZL Z Đặt y R ZL Z C C C R2 y ' 02 R Z L2 Z L2 x 2 x.ZL x ZL y' L R hay ZL ZL ZC ZL R 2R2 Z x Bảng biến thiên: R y 1) Z C UCmax ymin Khảo sát hàm số: y 2 Z L2 x 2 x.ZL (với x 1 R Z 22ZLZ C ymin x U ZL 15 2 ZL Z L2 x 2ZL Z R2 Z C C 1002 L ZL100 1002 200 ZC U R Z L2 R U C max 5.10 F 100 200 200 100 1002 200 100 Cách 2: Phương pháp dùù̀ng tam thức bậc hai U UC IZC UZ C Ta có: 2 R U 2 Z L ZC (V) R ZL 1 Đặt y R ZL2 2ZL C ax bx ZC 1Z C (với x Z Z ZC 2 ZL y ; a R2 ZL2 ; b 2ZL ) C UCmax ymin Vì hàm số y có hệ số góc a > 0, nên y đạt cực tiểu x b hay ZL Z 2a R ZC ZC U U R U1 200 100 200 ZL UL ZL 100 L C 100 100 ZL Z R C P 10 O 200 100 (F) 100 UR 200 2V I U C max Cách R 100 : Phương pháp dùù̀ng giản đồ Fre-nen.(Hình vẽ) U Ta có: U U L U R UC Vì U sin sin R R R U1 UC U UC Áp dụng định lý hàm số sin, ta có: U Q UC sin sin sin không đổi nên UCmax sin cực đại hay sin = ZL UL Z2 ZC R2 Z 200 L ZL sin cos 1002 1002 ZL 100 R2 ZL2 200 1002 1002 C max R 100 b Tìm C để UMbmax, UMBmax = ? Lập biểu thức: U U C ZC 200 (V) U 1 100 200 U1 U ZL Z C 5.10 Z1 Z C F 16 UMB IZMB U UZMB R 2 Z L2 2ZLZC 2 R ZC Khảo sát hàm số y: Z L2 2Z L x 2 R x y ' Z L x x.Z L R Đặt y Giải phương trình (*) x ZC 100 100 4.100 y R Z C2 (với x = ZC) => UMBmax ymin với y ' x xZ L R2 (*) ZL2 4R2 (x lấy giá trị dương) ZL 2ZLZC R x2 ZC ZL ZL 2ZLZC ZC U 2 501 162 Lập bảng biến thiên: điện dung C 0,197.10 F 100 162 ZC Thay x ZC ZL2 4R2 4R2 ZL ymin 4R U 2 2ZL U vào biểu thức y 4R2 2ZL ZL U ZL ZL 4R 4R Z 2 Z L 4R 2 L 200 100 1002 4.1002 (V) 324 MB max y 2R 2.100 Bài 2: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp u AB 100 cos t (V) ( thay đổi được) Khi UR = 100V ; UC 50 V ; P = 50 W Cho L Ta có: U H UL > UC Tính UL chứng tỏ giá trị cực đại UL Hướng dẫn giải giải: U U L UC Thay giá trị U, UR, UC ta được: 2 506 100 UL 50 UL 100 (V) R Cơng suất tiêu thụ tồn mạch: P UI cos UI (vì0 ) I P 50 1A 50 U U ZL I L Z 100 100 R L L 17 100 100 U R 100 100 I rad/s ZC 50 UC I 50 C Ta có: 1 2 C LC L 1 ax bx R L 2 Với x R 2 ; ; 2 b 4ac R4 C L max y y LC 2UL 2 R 4LC C R 100 L b (vì a > 0) 2a R 4LC R2C2 L U C L 2L R ULmax ymin Tam thức bậc hai y đạt cực tiểu x b2 2 L a L R U y 2 C LC U 2.50 U LC 100 10 F C IZL U L Z UL Đặt y 4L a 2.50 1 10 10 100 100 (V) Vậy U L UL max 100 (V) Dạng 6: XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN R, L, C CHỨA TRONG HỘP KÍN Phương pháp giải chung: + Vẽ giản đồ Fre-nen cần thiết + Dựa vào kiện cho, độ lệch pha, vận dụng quy luật dịng điện xoay chiều, tính tốn suy luận để xác định phần tử chứa hộp kín + Chú ý trường hợp sau: - Nếu u i pha hộp đen có điện trở R hay có đủ ba phần tử điện R, L, C ZL = ZC - Nếu u i vng pha hộp đen khơng có điện trở thuần, có cuộn dây tự cảm L, có tụ điện C có hai - Nếu u sớm pha i góc nhọn mạch có điện trở R cuộn dây tự cảm L, ba phần tử điện R, L, C ZL > ZC - Nếu u chậm pha i góc nhọn hộp đen có điện trở tụ điện, có ba phần tử điện R, L, C ZC > ZL - Các kiến thức dùng để tính tốn định lượng: để giải toán hộp đen ta phải vận dụng nhiều dạng tập trình bày trên, dựa vào công thức liên quan để tính giá trị phần tử điện chứa hộp kín Bài tập xác định phần tử điện chứa hộp đen: Cho mạch điện hình vẽ Tụ điện C1 có điện dung thay đổi Điện trở R1 = 100 , cuộn dây cảm có độ tự cảm L1 = 0,318H Hộp kín X chứa hai 18 ba phần tử điện (thuần Ro, Lo, Co) Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp xoay chiều có U = 200V, f = 50Hz - Khi C1 = 1,59.10-5F uMB nhanh pha uAM góc 12 rad - Nếu điều chỉnh C1 để uAM trùng pha với dòng điện cơng suất tiêu thụ mạch P = 200W Hãy xác định phần tử chứa hộp kín X giá trị chúng Hướng dẫn giải giải: Ta có: Z L L1 f L1 50.0,318 100 1 U L ZC1 200 C1 f C1 50.1,59.10 100 200 1 tan Z L ZC1 100 R1 U UL MB o O d U R Ta có giản đồ Fre-nen hình vẽ Vì UR o 22 U rad L1 U C1 46 Vậy hộp kín X chứa Ro nối tiếp Lo Ta có: tan Z Lo Z Lo R R Z U AM U (1) C1 Lo R o o Điều chỉnh C1 để uAM đồng pha với dòng điện đoạn AM xảy cộng hưởng điện, nên ZL1 = ZC1 = 100 U2 Công suất mạch: P I R1 Ro Z R1 Ro U2R R 200 100 R o o 2 (2) PR R 200 2 Z 100 R Z Ro ZLo 100 o o Lo Từ (1) (2) R 50 o ZLo 50Lo Lo Z 50 0,159 H 50 Lo o Vậy hộp kín X chứa R 50 nối tiếp cuộn cảm Lo 0,159 H o Dạng 7: GIẢI TOÁN NHỜ GIẢN ĐỒ VEC-TƠ Phương pháp giải chung: - Với tập giải theo phương pháp đại số gặp nhiều khó khăn (phải xét nhiều trường hợp, số lượng phương trình nhiều, giải phức tạp giải phương pháp đại số…) phương pháp giải tốn nhờ giản đồ vec-tơ thuận lợi nhiều, cho kết nhanh chóng, gọn gàng (như tốn hộp kín xét dạng 7) - Dạng toán thường dùng toán cho biết độ lệch pha điện áp u so với u2 nên dùng giản đồ vec-tơ để giải, gồm bước sau: + Vẽ giản đồ vec-tơ + Dựa vào giản đồ vec-tơ, sử dụng định lý hàm số sin, cos để tìm đại lượng chưa biết Bài tập giải toán giải đồ vec-tơ: 19 Cho mạch điện hình vẽ Cuộn dây cảm, điện trở ampe kế không đáng kể, điện trở vôn kế lớn Đặt vào hai đầu AB điện áp u AB 120 cos100 t (V) Khi L H điện áp uAN trễ pha so với uAB uMB sớm pha so với uAB Tìm R, C 33 Hướng dẫn giải giải: U 300 , ZLL 100 Cảm kháng: U oAB AB 120 V Ta có : U AB U AM U MN UNB U AM U MB U R UMB rad Từ giản đồ Fre-nen, ta thấy OPQ tam giác U AN UR U AB cos 120.cos 60 3V => U MB U AB 120 V ; 16 120 60 V U AB cos OPQ nên OR đường trung tuyến R trung điểm PQ UC = UMB = 60V Vì UMB = UL - UC UL = UMB + UC = 2UMB = 2.60 = 120V UR Ta có : IR U R UL Tương tự: IZL UC UL IZC UL C IZL U ZL UL R R ZL U C UL Z C 60 300 R C ZL UL 1 10 ZC 100 150 15 150 120 U ZC UL M ZL 60 300 150 120 U Q MB O U AB U R UC N F 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm: Qua kiểm tra khảo sát lớp 12A,12E ban tự nhiên chưa sử dụng sử dụng phương pháp “hệ thống hướng dẫn giải tập Dòng điện xoay chiều mạch R,L,C nối tiếp” Dùng kiểm tra để kiểm chứng cho thấy - Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn kiểm tra hai lớp (NTN NĐC) trước tác động SMD = 0.17 - Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn kiểm tra hai lớp (NTN NĐC) sau tác động SMD = 2,5 Điều có nghĩa mức độ ảnh hưởng tác động lớn Kết khẳng định chênh lệch điểm trung bình hai lớp ngẫu nhiên mà tác động áp dụng đề tài Qua kết thu nhận q trình ứng dụng, tơi nhận thấy viêc thực giải pháp hệ thống tập đưa phương pháp giải tập mạch RLC nối tiếp nâng cao ky giai bai tâp cho hoc sinh, học sinh tích cực, hứng thú học tập đồng thời thu nhận kiến thức kỹ giáo viên giảng dạy Nhờ đo mà học sinh học vât li có tập trung môn học, làm tăng kết học tập học sinh nhiều Đề tài “Hệ thống tập, hướng dẫn giải tập dòng điện xoay chiều mạch R,L,C nối tiếp – Lớp 12 Chương trình nâng cao” giáo viên tổ vật lý trường THPT Thiệu Hóa áp dụng dạy lớp 12 có hiệu 20 I UR AN P III KẾT LUẬN Kết luận + Đề tài “Hệ thống tập, hướng dẫn giải tập dòng điện xoay chiều mạch R,L,C nối tiếp – Lớp 12 Chương trình nâng cao” viết tinh thần nhằm giúp học sinh có hiểu biết đầy đủ phương pháp giải dạng tập vật lý “Dòng điện xoay chiều” lớp 12, sở rèn luyện kĩ giải dạng tập + Nội dung đề tài viết theo chủ đề, dạng toán cụ thể, bám sát nội dung sách giáo khoa vật lý lớp 12 nâng cao, gồm mục sau: Mục “Tóm tắt lý thuyết” tóm tắt kiến thức cần thiết để giải tập dòng điện xoay chiều mạch RLC nối tiếp Mục “Các dạng tập phương pháp giải” gồm hai phần: - Bài tập định tính: giới thiệu số tập định tính, đưa câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh giải - Bài tập định lượng: giới thiệu dạng tập định lượng thường gặp, phương pháp giải dạng tập này, kèm theo số tập từ đến nâng cao hướng dẫn học sinh giải + Khi giải dạng tập mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp, để kết nhanh, thuận tiện việc thi trắc nghiệm địi hỏi học sinh phải nắm đặc trưng riêng dạng từ làm “tắt” kết nhanh + Trong dạng tập sử dụng phương pháp giản đồ véc tơ tỏ hiệu dùng phương pháp đại số thông thường Đề xuất Qua trình giảng dạy thực tế trường THPT Thiệu Hóa tơi nhận thấy: + Thứ nhất: Ngồi việc truyền thụ kiến thức giáo khoa, giáo viên cần phân loại dạng tập rõ loại tập có đặc trưng cần ghi nhớ + Thứ hai : Cần cung cấp thêm cho em số kiến thức toán học hệ thức lượng tam giác, định lý hàm sin, hàm cos rèn luyện cho em kỹ vẽ véc tơ quay tổng hợp véc tơ + Thứ ba: Ngoài tập SGK, SBT vật lý NC Giáo viên đề cương ôn tập để em ôn luyện thêm + Thứ tư: Lãnh đạo nhà trường cần quan tâm tạo điều kiện, đầu tư trang thiết bị đồ dùng thí nghiệm, động viên khuyến khích giáo viên có sáng kiến tốt Trên kinh nghiệm giảng dạy mà đúc kết được; kinh nghiệm cịn có hạn, nên chắn cịn hạn chế, thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến Quý Thầy Cô bạn bè đồng nghiệp để sáng kiến kinh nghiệm có ích việc truyền thụ tri thức cho học sinh Xin chân thành cảm ơn! Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép người khác XÁC NHẬN Thanh Hóa, ngày 20 tháng năm 2018 CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Giáo viên thực đề tài Đinh Văn Ba 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Quang Hân, Giải Tốn Vật Lý 12 Dịng Điện Và Sóng Điện Từ, NXB Giáo Dục năm 1997 Hà Văn Chính – Trần Nguyên Tường, Các Dạng Bài Tập Mạch Điện Xoay Chiều Không Phân Nhánh, NXB Đại Học Sư Phạm, năm 2007 Lê Văn Thơng, Giải Tốn Vật Lý Điện Xoay Chiều, NXB Trẻ, năm 2000 Lê Văn Thông – Nguyễn Văn Thoại, Giải Bộ Đề Thi Tuyển Sinh Đại Học Theo Phương Pháp Chủ Đề Môn Vật Lý Cơ Học Điện Xoay Chiều, NXB Trẻ, năm 1994 Nguyễn Anh Thi, Phương Pháp Giải Toán Mạch Điện Xoay Chiều, NXB Giáo Dục, năm 2005 Nguyễn Cảnh Hịe – Nguyễn Mạnh Tuấn, Phương Pháp Giải Tốn Vật Lý 12 Theo Chủ Đề, NXB Giáo Dục Việt Nam, năm 2009 Nguyễn Đức Thâm - Nguyễn Ngọc Hưng, Tổ Chức Hoạt Động Nhận Thức Cho Học Sinh Trong Dạy Học Vật Lý Trường Phổ Thông, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 1999 Nguyễn Đức Thâm - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Xuân Quế, Phương Pháp Dạy Học Vật Lý Ở Trường Phổ Thông, NXB Đại Học Sư Phạm Nguyễn Quang Lạc, Rèn Luyện Kĩ Năng Giải Bài Tập Vật Lý THPT Dao Động Sóng Điện Từ - Điện Xoay Chiều, NXB Giáo Dục Việt Nam, năm 2009 10 Nguyễn Thế Khôi, Sách Giáo Khoa Vật Lý 12 Nâng Cao, NXB Giáo Dục, năm 2008 11 Nguyễn Thế Khôi, Sách Giáo Viên Vật Lý 12 Nâng Cao, NXB Giáo Dục, năm 2008 12 Phạm Thế Dân, 206 Bài Toán Điện Xoay Chiều, Dao Động Sóng Điện Từ, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, năm 2003 13 Trần Ngọc – Trần Hoài Giang, Phương Pháp Giải Nhanh Các Dạng Bài Tập Vật Lý Trọng Tâm, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 2008 14 Trần Quang Phú – Huỳnh Thị Sang, Tuyển Tập 351 Bài Toán Vật Lý 12, NXB Trẻ, năm 1993 15 Vũ Thanh Khiết, Giải Các Bài Toán Vật Lý Sơ Cấp Tập 1, NXB Hà Nội, năm 2002 22 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: Đinh Văn Ba Chức vụ đơn vị công tác: Tổ trưởng CM- Trường THPT Thiệu Hóa TT Tên đề tài SKKN Phát huy tính tự lực học sinh THPT Cấp đánh giá xếp loại (Phòng, Sở, Tỉnh ) Kết đánh giá Năm học xếp loại đánh giá (A, B, C) xếp loại Tỉnh C 1999-2000 Tỉnh B 2001-2002 Tỉnh B 2013-2014 Kiểm tra đánh giá kết học tập khâu quan trọng thúc đẩy chất lượng dạy học nhà trường Phương pháp giải tập điện xoay chiều mạch RLC cos R,L,C, thay đổi 23 MỤC LỤC I PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: 1.2 Mục đích nghiên cứu: 1.3 Đối tượng nghiên cứu: 1.4 Phương pháp nghiên cứu: II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: 2.1.1 Mục đích, ý nghĩa việc giải tập: Mục đích việc hệ thống tập giải tập vật lý 2 Ý nghĩa việc giải tập vật lý 2.1.2 Phân loại tập vật lý: Phân loại theo phương thức giải 2 Phân loại theo yêu cầu rèn luyện kĩ năng, phát triển tư Phân loại theo hình thức làm 2.1.3 Phương pháp giải tập 2.1.4 Hướng dẫn học sinh giải tập vật lý: 2.1.5 Lựa chọn sử dụng tập dạy học vật lý Lựa chọn tập Sử dụng hệ thống tập: 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SKKN 2.3 PHẦN VẬN DỤNG 3.1 LÝ THUYẾT: 2.4 HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI I BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH: II BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG Dạng : VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 1.1 Phương pháp giải chung: 1.2 Bài tập viết biểu thức cường độ dòng điện điện áp: Dạng 2: MẠCH ĐIỆN RLC CÓ CỘNG HƯỞNG Dang 3: XĐ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN KHI BIẾT HAI ĐOẠN MẠCH CĨ ĐIỆN ÁP CÙNG PHA, VNG PHA 10 Phương phap giai chung: 10 Bai tâp vê hai đoan mach co điên ap cung pha, vuông pha 10 Dạng 4: CÔNG SUẤT CỦA ĐOẠN MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP 12 Phương pháp giải chung: 12 Bài tập công suất đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp: 12 Dạng 5: XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA ĐIỆN ÁP HIỆU DỤNG KHI THAY ĐỔI L, HOẶC C, HOẶC f 14 Phương pháp giải chung: 14 Bài tập xác định giá trị cực đại Umax thay đổi L, C, f .15 Dạng 6: XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN R, L, C CHỨA TRONG HỘP KÍN 18 Phương pháp giải chung: 18 Bài tập xác định phần tử điện chứa hộp đen 18 Dạng 7: GIẢI TOÁN NHỜ GIẢN ĐỒ VEC-TƠ 19 Phương pháp giải chung: 19 Bài tập giải toán giải đồ vec-tơ: 19 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm: 20 III KẾT LUẬN Kết luận 21 Đề xuất 21 - TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 - 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 23 24 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT THIỆU HÓA  SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI “HỆ THỐNG BÀI TẬP, HƯỚNG GIẢI BÀI TẬP DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MẠCH R,L,C NỐI TIẾP” (LỚP 12-CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO)  Người thực hiện: Đinh Văn Ba Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Đơn vị cơng tác: Trường THPT Thiệu Hóa SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Vật Lý THANH HĨA NĂM 2018 25 ... DỤNG Hệ thống tập, phương pháp giải tập ? ?Dòng điện xoay chiều mach R,L,C nối tiếp? ?? lớp 12 – Chương trình nâng cao 3.1 LÝ THUYẾT Dòng điện xoay chiều – Mạch R, L, C mắc nối tiếp I Điện áp xoay chiều. .. “HỆ THỐNG BÀI TẬP, HƯỚNG GIẢI BÀI TẬP VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MẠCH R,L,C NỐI TIẾP” (LỚP 12 - CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO ) 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1.1 Mục đích, ý nghĩa việc giải. .. THIỆU HÓA  SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI “HỆ THỐNG BÀI TẬP, HƯỚNG GIẢI BÀI TẬP DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MẠCH R,L,C NỐI TIẾP” (LỚP 12- CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO)  Người thực hiện: Đinh Văn Ba Chức