Đang tải... (xem toàn văn)
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập phần điện xoay chiều được nghiên cứu nhằm đảm bảo tốt việc thực hiện mục tiêu đào tạo môn Vật lý ở trường trung học (cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, có hệ thống và tương đối toàn diện. Rèn luyện cho học sinh những kỹ năng cơ bản như: kỹ năng vận dụng các kiến thức Vật lý để giải những bài tập phần điện xoay chiều.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Đơn vị : Trường THPT Sông Ray Mã số: (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU Người thực hiện: Phan Sĩ Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục - Phương pháp dạy học môn: - Lĩnh vực khác: Vật lý Có đính kèm: Các sản phẩm khơng thể in SKKN Mơ hình Đĩa CD (DVD) Phim ảnh Hiện vật khác (các phim, ảnh, sản phẩm phần mềm) Năm học: 2014 -2015 SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC –––––––––––––––––– I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Phan Sĩ Ngày tháng năm sinh: 08 - 03 -1983 Nam, nữ: Nam Địa chỉ: Xã Xuaân Taây - Huyện Cẩm Mỹ - Tỉnh Đồng Nai Điện thoại:0613713267(CQ)/ 0613713491(NR); ĐTDĐ:0985046040 Fax: E-mail:phanuyenminhvn@yahoo.com Chức vụ: Tổ trưởng tổ Vật Lí - CN Nhiệm vụ giao : Quản lí tổ mơn , giảng dạy Vật lý khối 12 ,10 Đơn vị cơng tác: Trường THPT Sơng Ray II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị cao nhất: Cử nhân - Năm nhận bằng: 2005 - Chuyên ngành đào tạo: Sư phạm Vật Lý III KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chun mơn có kinh nghiệm:Vật Lý Số năm có kinh nghiệm: 10 - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần đây: + Phương pháp giải nhanh tập chuyển hóa lượng định luật bảo toàn + Nghiên cứu thiết kế tài liệu điện tử hỗ trợ dạy học Vật lí 10 THPT PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1/ Lý khách quan: Nhằm đảm bảo tốt việc thực mục tiêu đào tạo môn Vật lý trường trung học (cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thơng bản, có hệ thống tương đối toàn diện Rèn luyện cho học sinh kỹ như: kỹ vận dụng kiến thức Vật lý để giải tập phần điện xoay chiều Ngày việc nâng cao chất lượng giáo dục vấn đề quan tâm hàng đầu xã hội Trong bối cảnh tòan ngành Giáo Dục Đào Tạo nổ lực đổi phương pháp dạy học (PPDH) theo hướng phát huy tính tích cực chủ động học sinh họat động học tập mà phương pháp dạy học cách thức họat động giáo viên việc đạo,tổ chức họat động học tập nhằm giúp học sinh chủ động đạt mục tiêu dạy học 2/ Lý chủ quan : Trong năm giảng dạy môn Vật lý bậc trung học phổ thông, nhận thấy: phần kiến thức có yêu cầu cao vận dụng kiến thức học vào giải tập Vật lý Vì phần người giáo viên cần đưa phương án hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức cách tối ưu để học sinh nhanh chóng tiếo thu vận dụng dễ dàng vào giải tập cụ thể: Theo nhận thức cá nhân tôi, việc hướng dẫn học sinh giải tập cần phải thực số nội dung sau: - Phân loại tập phần theo hướng dạng - Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức thứ tự thao tác cần tiến hành - Hình thành cho học sinh cách trình bày giải dặc trưng phần kiến thức Sau tơi nêu suy nghĩ cá nhân việc hướng dẫn học sinh giải tập phần dòng điện xoay chiều mà áp dụng năm qua để tham khảo, rút kinh nghiệm bổ sung Đối tượng nghiên cứu - Kiến thức: Phần dòng điện xoay chiều, phương pháp vận dụng kiến thức việc giải tập phần - Đối với học sinh trung bình, yếu: Yêu cầu nắm vững kiến thức bản, phương pháp giải giải tập đơn giản - Đối với học sinh khá, giỏi: Yêu cầu áp dụng phương pháp giải vào tập khó, có tính chất nâng cao, vận dụng kiến thức cách tổng hợp II CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN * Trước thực đề tài qua giảng dạy trường THPT Sơng Ray, qua tìm hiểu trao đổi với đồng nghiệp nhận thấy: - Đa số học sinh ham mê học môn Vật lí, làm tập vật lí em thường lúng túng việc định hướng giải, nói em chưa biết cách giải trình bày lời giải Theo tơi, thực trạng nêu số nguyên nhân sau: + Học sinh chưa có phương pháp tổng quan để giải tập Vật lí, tập điện xoay chiều nói riêng + Học sinh chưa biết vận dụng liên kết kiến thức + Nội dung cấu trúc chương trình sách giáo khoa khơng dành thời lượng cho việc hướng dẫn học sinh giải tập hay luyện tập, dẫn đến học sinh khơng có điều kiện bổ sung, mở rộng nâng cao kiến thức rèn kỹ giải tập điện * Cho nên từ thực tiễn đưa giải pháp hướng dẫn học sinh giải tập phần điện xoay chiều nhằm mục đích sau : Bài tập điện giúp cho học sinh ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức Trong giai đoạn xây dựng kiến thức học sinh nắm chung khái quát khái niệm, định luật khái niệm trừu tượng Trong tập 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 phạm vi ứng dụng chúng Ngoài ứng dụng quan trọng kỹ thuật tập Điện giúp cho học sinh thấy ứng dụng mn hình mn vẻ thực tiễn kiến thức học Bài tập vật lí phương tiện củng cố, ơn tập kiến thức sinh động Khi giải tập Điện học sinh phải nhớ lại kiến thức học, có phải sử dụng tổng hợp kiến thức nhiều phần chương trình Bài tập điểm khởi đầu để dẫn đến kiến thức Nhiều tập sử dụng khéo léo dẫn học sinh đến suy nghĩ tượng xây dựng khái niệm để giải thích tượng tập phát 3.Giải tập điện rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát Bài tập điện phương tiện quý báu để rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát thu nhận để giải vấn đề thực tiễn Giải tập điện hình thức làm việc tự lực cao học sinh Trong làm tập phải tự phân tích điều kiện đầu bài, tự xây dựng lập luận, kiểm tra phê phán kết luận mà học sinh rút nên tư học sinh phát triển lực làm việc tự lực nâng cao, tính kiên trì phát triển Giải tập góp phần làm phát triển tư sáng tạo học sinh Có nhiều tập điện không dừng lại phạm vi vận dụng kiến thức học mà giúp bồi dưỡng cho học sinh tư sáng tạo Giải tập điện phương tiện để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức học sinh Giải pháp đưa hoàn toàn áp dụng đơn vị III/ TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP A/ Kiến thức I/ Kiến thức bn: 1) Dòng điện xoay chiều, giá trị hiệu dụng: + Khung dây dẫn diện tích S quay với vận tốc góc từ tr-ờng cảm øng tõ B, cho trơc khung vu«ng gãc víi cảm ứng từ B, từ thông qua khung biến thiên theo định luật cảm ứng điện từ khung có suất điện động cảm ứng xoay chiều: e = t = - /(t) = E0 cos(t + 0), Với E0 = NBS biên độ suất điện động Nối hai đầu khung với mạch điện, mạch cã hiƯu ®iƯn thÕ: u = U0cos(t + u) Mạch kín, mạch có c-ờng độ dòng điện: i = I0cos(t + i) + HiƯu ®iƯn thÕ biÕn ®ỉi ®iỊu hoµ theo thêi gian gäi lµ hiƯu ®iƯn thÕ xoay chiều C-ờng độ dòng điện biến đổi điều hoà theo thời gian gọi c-ờng độ dòng điện xoay chiỊu + Chu kú T & tÇn sè f cđa dòng điện xoay chiều: T ; = 2f tần số góc dòng điện f + C-ờng hiệu dụng dòng điện xoay chiều c-ờng độ dòng điện không đổi đó, mà lần l-ợt cho chúng qua dây dẫn thời gian toả nhiệt l-ợng nh- Độ lớn: I I0 T-ơng tự ta có hiệu điện hiệu dụng st ®iƯn ®éng hiƯu dơng: U E U0 ; E 2 2) M¹ch xoay chiỊu chØ cã điện trở cuộn dây cảm tụ điện: + Mạch xoay chiều có điện trở R: c-ờng độ dòng điện hiệu điện pha i = I0cos(t + 0) ) th× u = U0cos(t + 0) ); U0 = I0.R; U = I.R + Mạch xoay chiều có cuộn dây cảm L: c-ờng độ dòng điện trễ pha /2 so với hiƯu ®iƯn thÕ (hay hiƯu ®iƯn thÕ sím pha /2 so với c-ờng độ dòng điện u = U0cos(t + 0) th× i I cos(t ) hay i = I0cos(t + 0) th× u U cos(t 0 ) U0 = I0.ZL; U = I.ZL ZL = L. + M¹ch xoay chiỊu chØ cã tơ ®iƯn C: c-êng ®é dßng ®iƯn sím pha /2 so víi hiƯu ®iƯn thÕ (hay hiƯu ®iƯn thÕ trƠ pha /2 so với c-ờng độ dòng điện u = U0cos(t + 0) th× i I cos(t 0 ) hay i = I0cos(t + 0) th× u U cos(t 0 ) U0 = I0.ZC; U = I.ZL Z C C 3) M¹ch xoay chiỊu RLC (nèi tiÕp): HiƯu ®iƯn thÕ lƯch pha so với c-ờng độ dòng điện i = I0cos(t + 0) th× u = U0cos(t + 0+ ) Víi u = uR + uL + uC; U0 = I0.Z, U = I.Z; Z tổng trở mạch Z = R (Z L Z C ) ; U hiệu điện đầu mạch, U = U R2 (U L U C ) ; UR = IR ; UL = IZL ; UC = IZC hiệu điện hai đầu R , L , C tg = Z L Z C U L U C U L U C0 , > th× u sím pha h¬n R UR U R0 i, < u trễ pha i Các tr-ờng hợp riêng: * Đoạn mạch có R: uR & i pha * Đoạn mạch có L: uL sớm pha /2 so với i * Đoạn mạch có C: uC trễ pha /2 so với i * Đoạn mạch có L & C: ZL > ZC u sím pha /2 so víi i; ZL < ZC u trễ pha /2 so với i * Đoạn m¹ch cã ZL > ZC, ( UL > UC ) hay có tính cảm kháng: > * §o¹n m¹ch cã ZL < ZC, ( UL < UC ) hay có tính dung kháng: < 4) Giản đồ véc tơ : Chọn Ox trục dòng điện + Với đoạn mạch có R hc L hc C : O I U RO I O UL x x I O x UC + Víi đoạn mạch RLC ( Mạch không phân nhánh ) UL UL U L UC O U UR x x O UC UR UC U L UC U UL > UC (hay ZL > ZC ) UL < UC (hay ZL < ZC) 5) Mét sè tr-êng hỵp th-êng gặp: + Đoạn mạch có R & L hay cuộn dây có điện trở R & hệ số tù c¶m L: Ud = IZd ; víi Zd = R2 Z L ; hc Ud = U 2R U 2L ; tg = ZL/R = UL/UR + Đoạn mạch có R & C: URC = IZ; víi Z = R Z C2 ; URC = U 2R U C2 ; tg = -ZC/R = -UC/UR + Đoạn mạch có L & C: U = IZ; víi Z = ZL - ZC; = /2 ZL > ZC ; = - /2 ZL < ZC + Céng h-ëng ®iƯn: Khi mạch RLC có ZL = ZC c-ờng độ dòng ®iƯn m¹ch cùc ®¹i hay L => LC2 = Ng-êi ta gäi hiƯn t-ỵng C cộng h-ởng điện Khi Imax = U/R ; U = UR , UL = UC ; = , i & u cïng pha ; P = UI = U2/R 6) Công suất dòng điện xoay chiều : + Công suất tiêu thụ ®o¹n m¹ch: P = UIcos = I2R = U2R/Z = UR I ; + HƯ sè c«ng st : cos R Uñ Uñ0 P Z U U0 U.I + Đoạn mạch có L C L & C : Công suất = + Th-ờng cos < Muốn tăng hệ số công suất ng-ời ta th-ờng mắc thêm tụ điện vào mạch + Điện tiêu thụ đoạn mạch : A = Pt II/ Phương pháp giải tập Vật lý: bước Bước 1: Tóm tắt đầu bài, đổi đơn vị, vẽ hình (nếu có) Bước 2: Phân tích đầu tìm cách giải Bước 3: Thực giải Bước 4: Biện luận đáp số III/ Phân dạng tập Thực giảng dạy tập mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp, nhận thấy việc phân dạng tập chương, phần kiến thức hướng dẫn học sinh thực giải dạng Làm cho học sinh hiểu thêm cách huy động kiến thức chương, phần học làm cho học sinh biết cách vận dụng kiến thức tình cụ thể toán Việc phân dạng toán: Theo kinh nghiệm cá nhân tôi, nên thực phân loại theo cách giải nhóm tập, Thực phân dạng cho số dạng để học sinh nắm dễ dàng nhận dạng tập cụ thể, toán tổng hợp Việc phân dạng nên thực theo hướng dạng đơn vị toán tổng hợp Tôi thực việc phân loại theo cách vận dụng năm qua nhận thấy việc tiếp thu kiến thức vận dụng kiến thức học tập thuận lơi, dễ dàng hơn, giáo viên đạt hiệu cao giảng dạy Theo suy nghĩ tơi Các tập dịng điện xoay chiều nên chia thành dạng sau: Dạng1: Viết biểu thức dòng điện hiệu điện Dạng 2: Vẽ giản đồ véctơ cho đoạn mạch Dạng 3: Tính yếu tố đoạn mạch Dạng 4: Biện luận theo yếu tố đoạn mạch (Theo R, L, C, ) B/ Thực phương pháp giải toán Dạng 1: Viết biểu thức dịng điện hiệu điện Có trường hợp: Trường hợp 1: Biết biểu thức hiệu điện viết biểu thức dòng điện, biết biểu thức dòng điện viết biểu thức hiệu điện Phương pháp giải: bước Bước 1: Chọn đoạn mạch Bước 2: Xác định giá trị cực đại Bước 3: Xác định độ lệch pha u i Bước 4: Xác định pha đại lượng yêu cầu viết biểu thức Chú ý: + Chọn đoạn mạch: (Là bước quan trọng nhất) Trong chương trình xét đoạn mạch mắc nối tiếp (Khơng phân nhánh) dịng điện đoạn mạch Việc chọn đoạn mạch dựa vào hiệu điện cho cần tìm + Việc tính giá trị cực đại dựa vào cách cho đầu bài: Tính từ giá trị hiệu dụng, tính định luật Ơm, hiệu điện cực đại tính giản đồ vectơ + Việc tính độ lệch pha hiệu điện dịng điện đoạn mạch tính cơng thức Dấu + Việc xác định pha đại lượng yêu cầu thực nhờ biểu thức: Pha(u) – Pha(i) = Pha(u) – Pha(u) = Độ lệch pha hai hiệu điện Cũng sử dụng sớm hay trễ u so với i để xác định + Để thuận lợi cho việc giải tốn, nên tính trước ZL, ZC trước Trường hợp 2: Biết biểu thức hiệu điện đoạn mạch viết biểu thức hiệu điện đoạn mạch lớn Phương pháp giải: Vận dụng cách tổng hợp dao động điều hồ (Có thể dùng biến đổi lượng giác vẽ giản đồ vect) Ví dụ 1: Cho đoạn mạch nh- hình vẽ R L C BiÕt u AB 200 2Cos100t V R 100; L H; C 10 4 F A B Hãy viết biểu thức dịng điện mạch? Giải Đây tốn viết biể thức cường độ dòng điện Hướng dẫn học sinh giải theo bước nêu Trong cho uAB nên phải vào đoạn mạch AB để viết biểu thức dòng điện mạch Để việc giải toán thuận lợi nên hướng dẫn học sinh tính trước giá trị ZL, ZC Hướng dẫn học sinh tìm cách tính độ lệch pha u i, cách xác định pha i sử dụng sớm hay trễ pha u so với i Bài giải cụ thể sau: ZL = L = 200(); ZC 100 C Đoạn mạch AB: RLC Tổng trở đoạn mạch Dòng điện cực đại: I Z R Z L Z C 100 U0 A Z Độ lệch pha u i: tan > u sím pha h¬n i pha(i) = pha(u) - phai 100t ZL ZC 1 R VËy biĨu thøc cđa i lµ: i 4Cos100t A 4 Ví dụ 2: Cho đoạn mạch nh- hình vẽ: R AB đ-ợc mắc vào hiệu điện XC thÊy: u AM 120 2Cos100t V 3 A C L M B 10 Tôi thường hướng dẫn học sinh theo cách giới thiệu cách thứ để học sinh tự lựa chọn trường hợp cụ thể Chú ý: + Việc vẽ giản đồ vectơ (Đặc biệt cách cộng vectơ) cần linh hoạt tư nên cần hướng dẫn học sinh cách phân tích từ tốn cụ thể để tìm u cầu giản đồ vectơ từ đại lượng cho cần tìm để vẽ giản đồ vectơ hợp lý thuận lợi cho việc giải tốn cụ thể + Trong q trình vẽ giản đồ vectơ cần phân tích để xác định toán UL lớn hay nhỏ UC để vẽ trường hợp giản đồ vectơ Trường hợp xác định UL lớn hay nhỏ UC vẽ trường hợp biện luận trường hợp giản đồ vectơ Ví dụ 1: Cho mạch điện hình vẽ: Các vôn kế có điện trở lớn AR, L B đ-ợc mắc vào hiệu điện xoay C chiỊu cã biĨu thøc: A B u AB 90 Cos100 t V V1 V2 Thì thấy vôn kế V1 120V, vôn kế V2 150V a/ Hãy tính độ lệch pha hiệu điện uAB dịng điện mạch b/ Hãy tính hiệu điện uR, uL, uC Giải Trong toán ta chưa biết trở kháng yếu tố có đoạn mạch hiệu điện yếu tố đó, nên khơng thể dùng cơng thức để tính độ lệch pha uAB i, Cần hướng dẫn học sinh phát tính uAB i giản đồ vectơ, hướng dẫn học sinh tìm hiểu cách vẽ giản đồ vectơ cho đoạn mạch trường hợp giản đồ vectơ UL lớn hay nhỏ UC hướng dẫn học sinh từ giản đồ vectơ phát cách tính đại lượng mà đầu yêu cầu Lời giải cụ thể sau: Xét đoạn mạch AB: RLC Ta có hiệu điện hiệu dụng U = 90V, URL = 120V, UC = 150V UL > UC ta có giản đồ vectơ: Có UC2 = U2 + URL2 OUURL tam giác vuông = tan URL UL O U 90 37 U ñUL 120 180 UR I U UC 13 37 180 UL < UC < 37 180 sin = 0,6 vµ cos = 0,8 Tõ h×nh: UL = URL cos = 96 (V) UR = URL sin = 72 (V) Dạng 3: Tính yếu tố đoạn mạch Đây dạng tập đa dạng phong phú Việc giải dạng tập đòi hỏi huy động kiến thức tổng hợp chương, dấu hiệu có giải nhiều tập, nên cần tư linh hoạt vốn kiến thức đầy đủ Dạng tập tạo điều kiện tốt việc phát triển tư cho học sinh Đặc biệt, học sinh giỏi, có nhu cầu tìm hiểu sâu dạng tốn điều kiện tốt để học sinh thể Tính yếu tố đoạn mạch có cách giải: Cách 1: Lập hệ phương trình: + Từ tổng trở độ lệch pha u i đoạn mạch, thiết lập hệ phương trình liên hệ yếu tố đoạn mạch + Giải hệ phương trình tìm yếu yêu cầu Cách 2: Tính hiệu điện hiệu dụng tương ứng: + Từ điều kiện đầu tính hiệu điện UR, UL, UC I + Thực tính trở kháng yếu tố đoạn mạch Chú ý: + Cách vận dụng trường hợp, cách nên áp dụng dòng điện hiệu dụng mạch khơng đổi + Nếu dịng điện xoay chiều có ? khơng đổi nên tính R, ZL, ZC tính L, C + Độ lệch pha u i đoạn mạch xác định hiệu số pha u i giản đồ vectơ + Việc tính hiệu điện UR, UL, UC thực giản đồ vectơ cách lập hệ phương trình Dạng tốn có trường hợp: Trường hợp 1: Biết trước yếu tố có đoạn mạch Trường hợp 2: Biện luận để tìm yếu tố có đoạn mch ri mi tớnh Ví dụ 1: Cho đoạn mạch: Cuộn dây cảm, RA R L C A E 14 K u AB 150 cos 100t V Khi K më th×: A B i cos100t A 4 Khi k đóng ampekế 3A Hãy tính R, L, C Giải Đây tốn tính yếu tố đoạn mạch Có dịng điện hiệu dụng mạch có thay đổi có thay đổi củacấu tạo đoạn mạch lần xét (K đóng K mở) nên hiệu điện hiệu dụng yếu tố lần xét khác Cần phải hướng dẫn học sinh thấy dấu hiệu để chọn cách giải Vì khơng đổi ? Tính R, ZL, ZC Lời giải của sau:Ta cã: U 150 V U 150 V vµ 100 rad / s Khi K mở: đoạn mạch RLC Tổng trở: Z U0 30 I0 Mµ Z R2 Z L Z C R2 Z L Z C 30 Độ lệch pha uAB i: Mµ tan ZL ZC R 1 = pha(u) – pha(i) = - /4 ZL ZC 1 R 2 Từ (1) (2) được: R = 30() ZL – ZC = - 30 Khi K đóng: đoạn mạch RL (Vì tụ điện bị nối tắt) U 50 I 2 Mµ Z1 R2 Z L R2 Z L 50 Z H ZL = 40() Z L L L L 5 Tổng trở: Z 3 ZL – ZC = - 30 ZC = 70() Mµ 1 103 F ZC C .Z C Ví dụ 2: Cho đoạn mạch cuộn dây cảm có L = 3H Thì thấy uAN trễ pha /3 so với uAB uMB sớm pha /3 so với uAB Hãy tìm R C? Giải R A C M L N B 15 Đây tốn tính yếu tố đoạn mạch có ? khơng đổi, song lại cho độ lệch pha u u đoạn mạch với ? cần hướng dẫn học sinh nhận biết cách giải bài: Dùng giản đồ vectơ tính UR, UL, UC tính I tính trở kháng trị số yếu tố có đoạn mạch Lời giải sau: Đoạn mạch AN: RC Đoạn mạch MB: LC Đoạn mạch AB: RLC ta cú gin vect: Từ giản đồ vectơ ta thấy: Chỉ sảy trường hợp ZL > ZC độ lệch pha U i đoạn mạch khơng q 900 Từ hình: Độ lệch pha uAN i Độ lệch pha uAB i UAN = U = UL = 120V U R U AN cos AN 60 V U C U AN sin AN 60 V mµ ZL = L = 300() dòng điện hiệu dụng mạch: I UR 150 I U Z C C 150 I 1 104 ZC C C .Z C 15 UL U UMB O UC AN UR I UAN UL 0,4 A ZL R F Dạng 4: Biện luận theo yếu tố đoạn mạch Dạng tốn có trường hợp 1/ Biện luận theo R 2/ Biện luận theo L 3/ Biện luận theo C 4/ Biện luận theo 16 Phương pháp giải loại sử dụng toán Các toán cụ thể khác số nên hướng dẫn học sinh giải toán vận dụng cho tốn khác Để tìm phụ thuộc đại lượng vào đại lượng khác ta cần tìm cách lập biểu thức đại lượng cần biện luận vào đại lượng biến thiên dùng kiến thức tốn học để tìm cách biện luận 1/ Biện luận theo R Bài toán Cho đoạn mạch RLC có L C không đổi mắc vào hiệu điện xoay chiều có hiệu điện hiệu dụng U tần số f không đổi R biển trở a/ Xác định R để công suất mạch lớn Tính cơng suất lớn P0 b/ Chứng minh với cơng suất P < P0 có giá trị R giá trị thoả mãn R1.R2 = (ZL – ZC)2 c/ Xác định R để hiệu điện hiệu dụng R đạt cực đại Tìm giá trị lớn Giải Bài tốn có câu ứng với trường hợp hỏi điện trở R biến thiên Mỗi cách hỏi có cách giải riêng Cần phải hướng dẫn cho học sinh cách giải trường hợp ghi nhớ Đối với câu a: ta cần tìm phụ thuộc cơng suất P mạch vào điện trở R dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn P R biến thiên Đối với câu b: Từ phụ thuộc P vào R hướng dẫn học sinh chứng minh theo yêu cầu đầu Đối với câu c: ta cần tìm phụ thuộc hiệu điện hiệu dụng UR vào điện trở R dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn UR R biến thiên Bài toán biện luận sử dụng kiến thức tốn học nhiều cách Sau cách cho dễ Lời giải cụ thể sau §o¹n m¹ch RLC: Tỉng trë: Z R2 Z L Z C U U Z R Z L Z C Dòng điện hiệu dụng: I a/ Công suất ®o¹n m¹ch: P UI cos I R U 2R R Z L Z C 17 U2 P R Z L ZC R Ta cã R > nªn R Z L ZC ZL ZC R Tõ biĨu thøc cđa P ta thÊy Pmax R R Z L Z L ZC R ZL ZC R ZC nhá nhÊt R 2 U2 Khi công suất mạch P0 ZL ZC b/ Công suất đoạn mạch: P UI cos I R P.R U R P.Z L Z C U 2R R Z L Z C (1) 4U 2 2 U P2 Z L Z C P Z L Z C 4Z L Z C 4Z L Z C P02 P2 P < P0 P < P0 > Phương trình bậc (1) có nghiệm riêng biệt giá trị R R1 R2 với giá trị P R1.R2 = (ZL – ZC)2 (đpcm) c/ hiệu điện hiệu dụng R: U R I R UR R Z L Z C U ZC 1 R2 ZL ZC Từ biểu thức ta thấy: UR lớn R lớn R2 Z L Ta có trường hợp: Nếu cho giới hạn R lấy giá trị lớn R tính Nếu khơng cho giới hạn R coi R biến thiên vơ hạn Khi UR lớn R vµ UR = U Vậy tạo đầu điện trở hiệu điện hiệu dụng lớn hiệu điện hiệu dụng nguồn 2/ Biện luận theo L Bài toán Cho đoạn mạch RLC có R C khơng đổi mắc vào hiệu điện xoay chiều có hiệu điện hiệu dụng U tần số f không đổi Cuộn dây cảm có độ tự cảm L thay đổi 18 a/ Xác định L để dòng điện hiệu dụng mạch cơng suất mạch lớn Tính UL UC b/ Xác định L để hiệu điện hiệu dụng L đạt cực đại Tìm giá trị lớn Giải Bài tốn có câu ứng với trường hợp hỏi cuộn dây cảm có độ tự cảm biến thiên Mỗi cách hỏi có cách giải riêng Cần phải hướng dẫn cho học sinh cách giải trường hợp ghi nhớ Đối với câu a: ta cần tìm phụ thuộc dịng điện hiệu dụng I công suất P mạch vào độ tự cảm L dùng kiến thức toán học để tìm cách xác định giá trị lớn I P L biến thiên Đối với câu b: Tìm phụ thuộc hiệu điện hiệu dụng UL vào ZL dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn UL L biến thiên Có cách để thực tìm phụ thuộc hiệu điện hiệu dụng UL vào ZL dùng tam thức bậc dùng giản đồ vectơ Trong tốn ta có khơng đổi, mà ZL tỷ lệ thuận với L nên ta thực theo ZL cho biểu thức đơn giản Việc sử dụng kiến thức tốn học thực nhiều cách Sau cách cho dễ Lời giải cụ thể sau Đoạn mạch RLC: Tổng trở: Z R2 Z L Z C Dòng điện hiệu dụng: I U U Z R Z L Z C a/ Từ biểu thức ta thấy Imax , Z nhỏ Z L Z C L I max 1 L (Céng h-ëng) C C U R Công suất mạch P = I2R R không đổi Pmax I Max L 2 C U2 Khi ®ã Pmax R Khi có t-ợng cộng h-ởng ZL = ZC nªn: U L U C I max Z L I max Z C ZL Z U C U R R Nếu ZL, ZC > R UL = UC > U 19 Vậy tạo hiệu điện hiệu dụng tụ điện cuộn dây hiệu điện hiệu dụng lớn hiệu điện hiệu dụng nguồn b/ C¸ch 1: Dïng tam thøc bËc 2: UZ L U L I Z L UL R Z L Z C U R Z L Z C Z 2L U R Z 2C 1 Z 1 C ZL Z 2L 1 nhá nhÊt UL lín nhÊt R Z 2C 2Z C ZL ZL ZC R Z 2C ZL Z L L Z L R Z 2C Z UL C U Khi ®ã U L max R2 Z 2C .Z 2C 2Z Z C C R Z 2C R2 Z 2C 2 U L max U Z 2C 1 R Z 2C U R Z 2C R O Cách 2: Dùng giản đồ vectơ: Đoan mạch RLC có ZL > ZC Ta có giản đồ vectơ nh- hình vÏ: Tõ h×nh ta cã: sinα U UC UR URC UR IR R U RC I R Z 2C R Z 2C không đổi UL U sin sin U sin UL sinα OUURC: VËy ULmax sin = = 900 U L max U R Z 2C R OUURC vuông O nªn U RC R Z 2C U L U C Z L ZC 20 I 3/ Biện luận theo C Bài toán Cho đoạn mạch RLC có R L khơng đổi mắc vào hiệu điện xoay chiều có hiệu điện hiệu dụng U tần số f khơng đổi C tụ điện có điện dung biến thiên (Tụ xoay) a/ Xác định C để dịng điện hiệu dụng mạch cơng suất mạch lớn Tính UL UC b/ Xác định C để hiệu điện hiệu dụng tụ điện đạt cực đại Tìm giá trị lớn Giải Bài tốn có câu ứng với trường hợp hỏi điện dung tụ điện biến thiên Mỗi cách hỏi có cách giải riêng Cần phải hướng dẫn cho học sinh cách giải trường hợp ghi nhớ Đối với câu a: ta cần tìm phụ thuộc dịng điện hiệu dụng I cơng suất P mạch vào điện dung C dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn I P R biến thiên Đối với câu b: Tìm phụ thuộc hiệu điện hiệu dụng UC vào ZC dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn UC L biến thiên Có cách để thực tìm phụ thuộc hiệu điện hiệu dụng UC vào ZC dùng tam thức bậc dùng giản đồ vectơ Trong tốn ta có ? khơng đổi, mà ZC tỷ lệ nghịch với C nên ta thực theo ZC cho biểu thức đơn giản Việc sử dụng kiến thức tốn học thực nhiều cách Sau cách cho dễ Lời giải cụ thể sau Đoạn mạch RLC: Tæng trë: Z R2 Z L Z C Dòng điện hiệu dông: I U U Z R Z L Z C a/ Tõ biÓu thøc ta thÊy Imax Z nhá nhÊt Z L Z C ωL I max 1 C ωC ω L (Cộng h-ởng) U R Công suất mạch P = I2R R không đổi Pmax I Max C ω2L 21 U2 Pmax R Khi Khi có t-ợng cộng h-ởng ZL = ZC nªn: U L U C I max Z L I max Z C ZL Z U C U R R Nếu ZL, ZC > R UL = UC > U Vậy tạo hiệu điện hiệu dụng tụ điện cuộn dây hiệu điện hiệu dụng lớn hiệu điện hiệu dụng nguồn b/ Cách 1: Dùng tam thức bậc 2: U C I Z C UC UC UZ C R Z L Z C U R Z L Z C Z 2C U R Z 2L 1 2Z L 1 ZC ZC 1 nhá nhÊt lín nhÊt R Z 2L 2Z L ZC ZC Z R Z 2L 1 L ZC C ZC R ZL ZL ωZC U Khi ®ã U L max R2 Z 2L .Z 2L 2Z Z L L R Z 2L R2 Z 2L 2 UL U U L max 1 L Z R2 Z 2L URL U R Z 2L R Cách 2: Dùng giản đồ vectơ: §oan m¹ch RLC cã ZC > ZL Ta có giản đồ vectơ hình vẽ: Tõ h×nh ta cã: U IR R sinα R U RL I R Z 2L R Z 2L O UR U UC không đổi UC U OUURC: sinβ sinα 22 I UC U sinβ sinα VËy ULmax sin = U C max = 900 U R Z 2L R OUURC vuông O nªn U RC R Z 2L U L U C Z C ZL 4/ Biện luận theo Bài toán Cho đoạn mạch RLC có cuộn dây cảm R, L, C không đổi, mắc vào hiệu điện xoay chiều có hiệu điện hiệu dụng U khơng đổi tần số f thay đổi a/ Xác định để dịng điện hiệu dụng mạch cơng suất mạch lớn b/ Xác định để hiệu điện hiệu dụng R đạt cực đại Tìm giá trị lớn c/ Xác định để hiệu điện hiệu dụng tụ điện đạt cực đại Tìm giá trị lớn d/ Xác định để hiệu điện hiệu dụng cuộn dây đạt cực đại Tìm giá trị lớn Giải Bài tốn có câu ứng với trường hợp hỏi tần số dịng điện biến thiên Mỗi cách hỏi có cách giải riêng Cần phải hướng dẫn cho học sinh cách giải trường hợp ghi nhớ Đối với câu a: ta cần tìm phụ thuộc dịng điện hiệu dụng I công suất P mạch vào tần số góc dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn I P ? biến thiên Đối với câu b: Tìm phụ thuộc hiệu điện hiệu dụng UR vào dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn UR biến thiên Đối với câu c: Tìm phụ thuộc hiệu điện hiệu dụng UC vào dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn UC biến thiên Đối với câu d: Tìm phụ thuộc hiệu điện hiệu dụng UL vào ? dùng kiến thức tốn học để tìm cách xác định giá trị lớn UL biến thiên Việc sử dụng kiến thức tốn học thực nhiều cách Sau cách cho dễ 23 Lời giải cụ thể sau Đoạn mạch RLC: Tæng trë: Z R ωL ωC U Dòng điện hiệu dụng: I Z U R ωL ωC 2 a/ Tõ biÓu thøc ta thÊy Imax Z nhá nhÊt Z L Z C ωL I max ω ωC (Céng h-ëng) LC U R Công suất mạch P = I2R R không đổi Pmax I Max Khi ®ã Pmax LC U R b/ Hiệu điện hiệu dụng R: R không đổi R max I Max ω UR = IR (Céng h-ëng) LC Khi ®ã URmax = U U c/ U C I Z C ωC R ωL ωC UC U ω C R ωL ωC 2 U L C2 ω 2LC R C2 . UC lín nhÊt L2 C2 ω LC R C2 .ω nhá nhÊt 2 2LC R C2 2L R C L 2C 2L2 C2 Víi ®iỊu kiƯn 2L > R2C Khi ®ã U C max 2UL R 4LC R C2 24 d/ U L I Z L UL R ωL ωC 2 R ωL ωC ω L2 2 U UL UL U 1 R2 1 L2 C2 ω LC L2 C2 1 R2 2 nhá nhÊt lín nhÊt 2 LC L C ω L C 2LC R2 C2 2 2LC R2 C2 Víi ®iỊu kiƯn 2L > R2C Khi ®ã U L max 2UL R 4LC R C2 Dạng 5: Bài toán tổng hợp Các toán thực tế tài liệu nâng cao, toán sử dụng kiểm tra đánh giá kỳ thi tổng hợp dạng có 1, 2, 3, dạng Với cách phân loại theo yêu cầu toán trên, học sinh thuận lợi việc nhận biết dạng toán tổng hợp Trên sở định hướng suy nghĩ tự tin cách giải thân IV.HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Sau thời gian thực đề tài lớp 12 học sinh trường THPT Sông Ray Tôi nhận thấy việc học tập môn Vật lý sơi học sinh có khả vận dụng kiến thức Vật lý nói chung việc giải tốn mạch điện xoay chiều khơng phân nhánh thục Vì kết học tập học sinh lớp 12 trường đạt cao: Học sinh lớp 12 tham gia thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh Sở Giáo dục Đào tạo đạt kết quả: Trong năm học có từ 800% đến 100% số học sinh tham dự đạt giải có giải cao Số học sinh lớp 12 thi đỗ Đại học cao đẳng cao, góp phần đáng kể vào việc trì chất lượng trường trung tâm chất lượng cao giáo dục THPT tỉnh III ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG 25 Qua thời gian năm vận dụng phương pháp hướng dẫn học sinh giải tập dịng điện xoay chiều trên, tơi nhận thấy với giáo viên có tâm huyết với giáo dục nói chung, với giáo viên Vật lý nói riêng cần phải tìm tịi, suy nghĩ nghiệp vụ sư phạm, sáng tạo nhiều cơng việc thân Việc đóng góp nhiều cho nghiệp giáo dục tỉnh nhà đất nước Muốn đạt cần phải có yên nghề, tâm huyết với môn chọn Đặc biệt cần phải có lao động bền bỉ, say sưa để làm nảy sinh sáng tạo đáng kể cho thân có giá trị cho nghiệp giáo dục đào tạo hệ tương lai đất nước Đề tài tạo định hướng cho nhận biết dạng toán cung cấp cho người học thao tác việc suy nghĩ, tư việc giải dạng toán cụ thể Trong thời gian tới tiếp tục nghiên cứu để vận dụng cách hướng dẫn học sinh vào loại toán nâng cao, chuyên sâu, yêu cầu vận dụng kiến thức phức tạp IV DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Thông - GIải toán tự luận trắc nghiệm Điện xoay chiều - Nhà XB đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Trần Trác - 90 Bài toán Điện xoay chiều chọn lọc - Nhà XB Trẻ Lê Văn Thông - Phân loại dạng tốn VẬT LÍ - Nhà XB đại học Quốc gia Hà Nội NGƯỜI THỰC HIỆN Phan Sĩ SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI Đơn vị THPT SƠNG RAY ––––––––––– CỘNG HỒ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc –––––––––––––––––––––––– Cẩm Mỹ , ngày 20 tháng 05 năm 2015 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2014 - 2015 ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU Họ tên tác giả: Phan Sĩ Chức vụ: Tổ trưởng chun mơn Vật Lí –CN 26 Đơn vị: Trường THPT Sông Ray Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào ô tương ứng, ghi rõ tên môn lĩnh vực khác) - Quản lý giáo dục - Phương pháp dạy học môn: - Phương pháp giáo dục - Lĩnh vực khác: Sáng kiến kinh nghiệm triển khai áp dụng: Tại đơn vị Trong Ngành Tính (Đánh dấu X vào ô đây) - Đề giải pháp thay hoàn toàn mới, bảo đảm tính khoa học, đắn - Đề giải pháp thay phần giải pháp có, bảo đảm tính khoa học, đắn - Giải pháp gần áp dụng đơn vị khác chưa áp dụng đơn vị mình, tác giả tổ chức thực có hiệu cho đơn vị Hiệu (Đánh dấu X vào ô đây) - Giải pháp thay hoàn toàn mới, thực tồn ngành có hiệu cao - Giải pháp thay phần giải pháp có, thực tồn ngành có hiệu cao - Giải pháp thay hoàn toàn mới, thực đơn vị có hiệu cao - Giải pháp thay phần giải pháp có, thực đơn vị có hiệu - Giải pháp gần áp dụng đơn vị khác chưa áp dụng đơn vị mình, tác giả tổ chức thực có hiệu cho đơn vị Khả áp dụng (Đánh dấu X vào dịng đây) - Cung cấp luận khoa học cho việc hoạch định đường lối, sách: Trong Tổ/Phịng/Ban Trong quan, đơn vị, sở GD&ĐT Trong ngành - Đưa giải pháp khuyến nghị có khả ứng dụng thực tiễn, dễ thực dễ vào sống: Trong Tổ/Phòng/Ban Trong quan, đơn vị, sở GD&ĐT Trong ngành - Đã áp dụng thực tế đạt hiệu có khả áp dụng đạt hiệu phạm vi rộng: Trong Tổ/Phòng/Ban Trong quan, đơn vị, sở GD&ĐT Trong ngành Xếp loại chung: Xuất sắc Khá Đạt Không xếp loại Cá nhân viết sáng kiến kinh nghiệm cam kết chịu trách nhiệm không chép tài liệu người khác chép lại nội dung sáng kiến kinh nghiệm cũ Tổ trưởng Thủ trưởng đơn vị xác nhận kiểm tra ghi nhận sáng kiến kinh nghiệm tổ chức thực đơn vị, Hội đồng chuyên môn trường xem xét, đánh giá; tác giả không chép tài liệu người khác chép lại nội dung sáng kiến kinh nghiệm cũ tác giả NGƯỜI THỰC HIỆN SKKN Phan Sĩ XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Cao Thị Xuyến 27 ... PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2014 - 2015 ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU Họ tên tác giả:... việc hướng dẫn học sinh giải tập hay luyện tập, dẫn đến học sinh khơng có điều kiện bổ sung, mở rộng nâng cao kiến thức rèn kỹ giải tập điện * Cho nên từ thực tiễn đưa giải pháp hướng dẫn học sinh. .. cứu - Kiến thức: Phần dòng điện xoay chiều, phương pháp vận dụng kiến thức việc giải tập phần - Đối với học sinh trung bình, yếu: Yêu cầu nắm vững kiến thức bản, phương pháp giải giải tập đơn