Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập Vật lý phần điện xoay chiều

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT HỒNG BÀNG Mã số: (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU Người thực hiện: Phạm Đình Dinh Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục:…………………………. - Phương pháp dạy học môn: vật lý  - Lĩnh vực khác:  (Ghi rõ tên lĩnh vực) Có đính kèm: Các sản phẩm khơng thể in SKKN  Mơ hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác Năm học: 2014-2015 SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Phạm Đình Dinh Ngày tháng năm sinh: 26/08/1978 Nam, nữ: Nam Địa chỉ: Trường THPT Hồng Bàng Điện thoại cá nhân: 0987784436 Fax: Cơ quan: 0613741284 E-mail: phamdinhdinhhb@gmail.com Chức vụ: Giáo viên Nhiệm vụ giao: giảng dạy môn vật lý lớp 11A5, 12C1, 12C2,12C6, 12C11, Chủ nhiệm lớp 11A5, Tổ phó tổ lý-hố Đơn vị cơng tác: Trường THPT Hồng Bàng II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chun mơn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân - Năm nhận bằng: 2002 - Chuyên ngành đào tạo: Vật lý III KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chun mơn có kinh nghiệm: giảng dạy mơn Vật lý Số năm có kinh nghiệm: 13 - Các sáng kiến kinh nghiệm có: + Soạn tiết dạy tập vật lý + Phương pháp giải tập chương dao động + Một số lưu ý giải tập phóng xạ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Bài tập vật lý 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 u 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 tịi lời giải cho dạng tương tự Rèn luyện lực tự suy nghĩ truyền thụ kiến thức cho học sinh vấn đề quan trọng dạy học nói chung dạy học mơn Vật lý nói riêng 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 toán vật lý Thực tế cho thấy, nhiều giáo viên lúng túng nên dạy tập vật lý để đạt hiệu cao Trong tiết dạy tập thông thường giáo viên bám sát tập sách giáo khoa, sách tập để tập cho học sinh hướng dẫn học sinh giải tập cho co kết chuyển sang khác Chính vỳ mà học sinh học cách thụ động , không phát huy tính sáng tạo giải tập vật lý áp dụng không linh hoat Bên cạnh học sinh cịn thụ động việc học tập mình, em học xoay quanh nững mà giáo viên cung cấp chủ động tìm tịi học tập điều điều Trong chương trình Vật lý lớp 12, tập điện xoay chiều phức tạp khó Qua năm đứng lớp nhận thấy học sinh thường lúng túng việc tìm cách giải dạng tập tốn này, đặc biệt công tác trường tư thục chất lượng đầu vào học sinh yếu, khả tiếp thu, khả suy luận lorích chậm, khả tốn khơng cao, học sinh sợ mơn vật lý Xuất phát từ thực trạng trăn trở để phọc sinh thích học vật lý, biết cách giải tập, để học sinh có phương pháp giải tập học tập cách tích cực, tự giác Giải pháp 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 toán tập điện xoay chiều phong phú đa dạng II CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN: Cơ sở lý luận - Tiết tập nằm hệ thống giảng quy định rõ phân phối chương trình giảng dạy khối lớp Đó quy định pháp lí mà giáo viên phải thực q trình giảng dạy mơn Vật lý nhà trường phổ thông - Mỗi môn học có mục tiêu riêng Chương trình Vật lý có mục tiêu hồn thiện cho học sinh kiến thức phổ thơng, trình độ tú tài vật lý, cần thiết để vào ngành khoa học, kỷ thuật để sống xã hội cơng nghiệp đại, kỷ vận dụng kiến thức: giải thích tượng, giải tập vật lý phổ thông mục tiêu thiếu môn học - Tiết tập nhằm giúp học sinh củng cố , khắc sâu kiến thức; qua hình thành hứng thú học tập mơn Vật lý, tính tích cực học tập nghiên cứu Cơ sở thực tiễn: - Trong kỳ thi, môn Vật lý tổ chức thi trắc nghiệm nên việc hình thành phương pháp giải cho loại đơn vị kiến thức cần thiết - Thống kê chất lượng mơn Vật lý cịn thấp so với môn học khác - Học sinh trường THPT Hồng Bàng trường tư thục, nên việc tiếp cận tập, tư tự học khó tự thực - Một số giáo viên xem nhẹ tiết tập, giải vài tập Sách giáo khoa xong - Tiết tập khó dạy, chỗ khơng có thiết kế cụ thể, tuỳ thuộc vào khả tiếp thu học sinh, chương trình Nếu khơng xác định mục tiêu dễ vào đơn điệu - Thiết kế tiết dạy thường khơng có khái qt, kết luận vấn đề, nên học sinh khó nêu lên phương pháp giải tập liên quan - Đa số tập sách giáo khoa dừng lại mức độ củng cố, thiếu so với lượng kiến thức nêu lý thuyết Do dẫn đến tình trạng học sinh giỏi phát huy khả năng, học sinh mức độ trung bình trở xuống bế tắc gặp dạng tập khác - Tiết tập phân phối chương trình cịn - Kỷ vận dụng kiến thức Toán cho việc giải tập cịn hạn chế phận khơng nhỏ học sinh - Trong sách ban bản, số đơn vị kiến thức khơng trình bày lại cho tập sách tập, giáo viên khơng chịu tìm hiểu học sinh khơng mà giải gặp loại tập - Hiện có nhiều sách tham khảo tài liệu trình bày vấn đề góc độ khác Ở giải pháp trình bày việc phân loại dạng tập hướng dẫn cách giải có tính hệ thống với ý giúp em nắm sâu sắc vấn đề liên quan Việc làm có lợi cho học sinh thời gian ngắn nắm dạng tập nắm phương pháp giải từ phát triển hướng tìm tịi lời giải cho tương tự Giải pháp chưa áp dụng trường trung học phổ thông Hồng Bàng III TỔ CHỨC THỰC HIỆN GIẢI PHÁP A PHƯƠNG PHÁP CHUNG: Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải sửa tập 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 Có nhiều ngun 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 Nó khơng giúp học sinh nắm vững kiến thức mà rèn luyện kĩ suy luận logic, làm việc cách khoa học, có kế hoạch Quá trình giải tập vật lý thực chất trình tìm hiểu điều kiện tập, xem xét tượng vật lý, xác lập mối liên hệ cụ thể dựa vận dụng kiến thức vật lý vào điều kiện cụ thể tập cho Từ tính tốn mối liên hệ xác lập để dẫn đến lời giải kết luận xác Sự nắm vững mối liên hệ giúp cho giáo viên định hướng phương pháp dạy tập cách hiệu Bài tập vật lý đa dạng, 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: a 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 b Phân tích tượng - Nhận biết liệu cho đề có liên quan đến kiến thức nào, khái niệm nào, tượng nào, quy tắc nào, định luật vật lý - 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 cơng thức c 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 Đối với tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng lập luận để giải: - Phương pháp phân tích: xuất phát từ ẩn số cần tìm, tìm mối liên hệ ẩn số với đại lượng theo định luật xác định bước 2, diễn đạt cơng thức có chứa ẩn số Sau tiếp tục phát triển lập luận biến đổi công thức theo kiện cho Cuối đến công thức sau chứa ẩn số kiện cho - Phương pháp tổng hợp: xuất phát từ kiện cho đầu bài, xây dựng lập luận biến đổi công thức diễn đạt mối quan hệ kiện cho với đại lượng khác để tiến dần đến công thức cuối có chứa ẩn số kiện cho - Đối với tập định tính: ta khơng cần tính tốn nhiều mà chủ yếu sử dụng lập luận, suy luận logic dựa vào kiến thức vật lý để giải thích dự đốn tượng xảy - Đối với tập trắc nghiệm trách quan: cần nắm thật vững kiến thức sách giáo khoa, không không nhận biết phương án để lựa chọn đâu phương án Để làm tốt thi trắc nghiệm, ta nên chia quỹ thời gian phù hợp với thời gian làm bài, đọc lướt qua toàn câu trắc nghiệm câu chắn trả lời ln, theo ngun tắc dễ làm trước, khó làm sau Quay lại câu chưa làm, đọc kĩ lại phần đề gạch chữ quan trọng, khơng nên dừng lại tìm lời giải cho câu lâu Cần lưu ý khơng nên bỏ trống câu ta xác suất ¼ số câu trả lời số d Lựa chọn cách giải cho phù hợp e 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 không phù hợp với thực tế Việc biện luận cách để kiểm tra đắn trình lập luận Đơi khi, nhờ biện luận mà học sinh tự phát sai lầm trính lập luận, vô lý kết thu B PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Chủ đề 1: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU - MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG PHÂN NHÁNH (MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP) Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1 Phương pháp giải chung: Thông thường tập thuộc dạng u cầu ta tính từ thơng, suất điện động cảm ứng xuất khung dây quay từ trường Ta sử dụng công thức sau để giải:   2 no (đơn vị: rad/s) - Tần số góc: - Tần số suất điện động cảm ứng khung tần số quay   no (Đơn vị: Hz) (Với no : số vòng quay giây) khung: f  2 1 2 - Chu kỳ quay khung dây: (đơn vị: s) T   f no  - Biểu thức từ thông:   o cos t    , với o  NBS   uur uur - Biểu thức suất điện động: e   '  Eo sin t    , Với   B, n lúc t = - Vẽ đồ thị: Hay e  Eo cos t  o  , với Eo   NBS (đơn vị: V) 2 Đường sin:  có chu kì T    có biên độ Eo 1.2 Bài tập cách tạo dịng điện xoay chiều: Bài 1:Một khung dây có diện tích S = 60cm2 quay với vận tốc 20 vòng giây Khung đặt từ trường B = 2.10-2T Trục quayr khung vng góc với đường cảm ứng từ, lúc t = pháp tuyến khung dây n có hướng ur B a Viết biểu thức từ thông xuyên qua khung dây b Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất khung dây Bài 2:Một khung dây dẫn gồm N = 100 vịng quấn nối tiếp, diện tích vòng dây S = 60cm2 Khung dây quay với tần số 20 vòng/s, uu từ r -2 trường có cảm ứng từ B = 2.10 T Trục quay khung vng góc với B a Lập biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời b Vẽ đồ thị biểu diễn suất điện động cảm ứng tức thời theo thời gian 1.3 Hướng dẫn giải giải: Bài 1: Tóm tắt: S = 60cm2 = 60.10-4m2 no= 20 vòng/s B = 2.10-2T a Biểu thức ? b Biểu thức e? Các mối liên hệ cần xác lập: - Áp dụng công thức tính tần số góc  - Biểu thức từ thơng  xun qua khung dây có dạng:    o cos t     cần tìm o, ,  uur ur - Vectơ pháp tuyến khung n trùng với B lúc t =   = - Có o, ,   viết biểu thức từ thơng  - Tìm Eo = o  viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất khung Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viênur Hoạt động học sinh uur ur r - Chọn gốc thời gian thời điểm n trùng B -   B, n    có giá trị bao nhiêu? - Dạng biểu thức từ thông gởi qua khung -    o cos t    dây? - Từ biểu thức bên, tìm đại lượng chưa - o = NBS   2 no biết - Có o, ,   biểu thức từ thông - Biểu thức suất điện động cảm ứng xuất - E  Eo cos t    khung dây có dạng nào? - Eo = o - Hãy xác định biên độ suất điện động cảm ứng Eo - Có Eo  biểu thức suất điện động cảm ứng e Bài giải: 1 a Chu kì: T    0,05 (s) no 20 Tần số góc:   2 no  2 20  40 (rad/s) o  NBS  1.2.102.60.104  12.105 (Wb) Vậy   12.105 cos40 t (Wb) b Eo  o  40 12.105  1,5.102 (V) Vậy E  1,5.102 sin 40 t (V) Hay    E  1,5.102 cos  40 t   (V)  2 Bài 2: Tóm tắt: N = 100 vòng S = 60cm2 = 60.10-4m2 no = 20 vòng/s B = 2.10-2T a Biểu thức e = ? b Vẽ đồ thị biểu diễn e theo t Các mối liên hệ cần xác lập: ur r r ur - Chọn gốc thời gian thời điểm n trùng B    B, n    - Áp dụng cơng thức tính tần số góc , suất điện động cảm ứng cực đại Eo  biểu thức e - Đồ thị có sạng hình sin qua gốc tọa độ O, có chu kì T, biên độ Eo Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh r - Chọnurgốc thời gian thời điểm n trùng B biểu thức suất điện - e  Eo sin t     Eo sin t ur r động tức thời có dạng nào?   B, n    - Để tìm , Eo , ta áp dụng cơng thức -   2 no Eo = NBS để tính? - Đồ thị biểu diễn e theo t đường - Để vẽ đồ thị cần có chu kì T suất biểu diễn có dạng hình sin Vậy để vẽ điện động cực đại Eo đồ thị cần có yếu tố nào? Chu kì : T  no Bài giải: 1  0,05 s a Chu kì: T   no 20 Tần số góc:   2 no  2 20  40 (rad/s) Biên độ suất điện động: Eo = NBS = 40  100.2.10-2.60.10-4  1,5V r ur Chọn gốc thời gian lúc n, B       Biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời: e  Eo sin t  1,5sin 40 t (V)   Hay e  Eo cos t  1,5cos  40 t   (V) 2  b Đồ thị biểu diễn e theo t đường hình sin: - Qua gốc tọa độ O - Có chu kì T = 0,05s - Biên độ Eo = 1,5V Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 2.1 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  ZC U L  U C  R UR   u  i  u 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 2.2 Bài tập viết biểu thức cường độ dòng điện điện áp: Bài 1:Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 40, cuộn 0,8 2.104 cảm có hệ số tự cảm L  H tụ điện có điện dung C  F   mắc nối tiếp Biết dịng 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 Bài 2:Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 80, cuộn dây cảm có độ tự cảm L = 64mH tụ điện có điện dung C  40 F mắc nối tiếp a Tính tổng trở đoạn mạch Biết tần số dòng điện f = 50Hz b Đoạn mạch đặt vào điện áp xoay chiều có biểu thức u  282cos314t (V) Lập biểu thức cường độ tức thời dòng điện đoạn mạch Bài 3:Cho mạch điện hình vẽ Biết L  H, 10 103 F đèn ghi (40V- 40W) Đặt vào điểm A C 4 N hiệu điện u AN  120 cos100 t (V) Các dụng cụ đo khơng làm ảnh hưởng đến mạch điện a Tìm số dụng cụ đo b Viết biểu thức cường độ dịng điện điện áp tồn mạch ... vật lý + Phương pháp giải tập chương dao động + Một số lưu ý giải tập phóng xạ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Bài tập vật lý đa dạng phong phú Trong... tạo: Vật lý III KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chun mơn có kinh nghiệm: giảng dạy mơn Vật lý Số năm có kinh nghiệm: 13 - Các sáng kiến kinh nghiệm có: + Soạn tiết dạy tập vật lý + Phương pháp giải. .. học vật lý, biết cách giải tập, để học sinh có phương pháp giải tập học tập cách tích cực, tự giác Giải pháp nhằm giúp học sinh khắc sâu kiến thức lí thuyết , có hệ thống tập phương pháp giải