Đang tải... (xem toàn văn)
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 NÂNG CAO NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI 1.1. Đối chiếu với mục đích nghiên cứu, luận văn đã cơ bản hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra: Đánh giá tình hình giảng dạy , bồi dưỡng HSG nói chung và đặc biệt là việc giảng dạy và bồi dưỡng phần kiến thức chương điện xoay chiều ở các trường THPT và nhận thấy .Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi của các trường THPT hiện nay thường gặp những hạn chế về kết quả. Điều đó xuất phát từ những nguyên nhân chủ yếu liên quan đến : Nội dung bồi dưỡng, giáo viên , học sinh, chế độ đãi ngộ với GV và HS tham gia bồi dưỡng, cơ sở vật chất, phương tiện dạy học, sự quan tâm giúp đỡ của ban giám hiệu nhà trường và các cấp quản lí như đã trình bày cụ thể ở mục 1.8. Luận văn đã tổng quan về một số vấn đề Nghiên cứu các quan điểm dạy học hiện đại, trong đó đặc biệt quan tâm đến cơ sở lí luận bài tập vật lí. Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về việc bồi dưỡng HSG Vật lí THPT Nghiên cứu nội dung kiến thức và hệ thống bài tập nhằm rèn luyện tư duy và năng lực sáng tạo cho HSG Vật lí THPT Luận văn đã đặc biệt nhấn mạnh đến việc xây dựng hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập chương “ Điện xoay chiều ” – Vật lí 12 nâng cao nhằm hỗ trợ quá trình bồi dưỡng HSG Vật lí THPT. Cụ thể xây dựng và lựa chọn được 65 bài tập trắc nghiệm (theo thứ tự các bài trong Sách giáo khoa Vật Lí 12 nâng cao) ; 10 bài tập định tính; 25 bài tập định lượng; 3 bài tập thí nghiệm để phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi lớp Vật Lí 12. Đề xuất được một số phương hướng sử dụng hệ thống bài tập nhằm phát hiện và bồi dưỡng các năng lực cần thiết cho học sinh giỏi; Tác giả luận văn trong quá trình hoàn thành luận văn đã tiến hành thực nghiệm sư phạm theo nội dung và tiến trình đã soạn thảo. Phân tích kết quả thực nghiệm thu được để đánh giá sự vận dụng các kiến thức vật lí vào thực tiễn của học sinh, tính tích cực, chủ động, tính sáng tạo và hợp tác của học sinh trong học tập. Kết quả thực nghiệm sau khi xử lý thống kê cho thấy sự đúng đắn của giả thuyết khoa học, tính hiệu quả và khả thi của đề tài; hệ thống bài tập của đề tài là tài liệu tham khảo tốt, góp phần nâng cao chất lượng học sinh giỏi của các trường THPT. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: Là tài liệu tham khảo trong dạy học Vật Lí ở trường phổ thông. 1.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài Mở rộng số đối tượng thực nghiệm, ở những nơi khác nhau. Qua đó có những điều chỉnh, nhận định chính xác hơn, bổ xung và điều chỉnh để đề tài hoàn thiện hơn. Mở rộng việc soạn thảo và sử dụng hệ thống bài tập theo hướng đã nghiên cứu ở các chương khác, phần khác trong chương trình vật lí THPT đặc biệt là hệ thống bài tập có liên hệ đến những hiện tượng thực tế, bài tập thí nghiệm thực hành, bài tập đồ thị ..... góp phần nâng cao chất lượng dạy và học vật lí ở trường THPT.
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 NÂNG CAO NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ DANH MỤC MỘT SỐ KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT GV HS GD PT HSG THPT Giáo viên Học Sinh Giáo dục Phổ thông Học sinh thông Trung học phổ thông i NCKH BTVL ĐC TN Nghiên cứu khoa học Bài tập Vật Lí Đối chứng Thực nghiệm MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Danh mục viết tắt ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục sơ đồ vi MỞ ĐẦU Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử vấn đề .5 1.2 Quan điểm đại dạy học 1.2.1 Bản chất trình dạy học .6 1.2.2 Nhiệm vụ dạy học .6 ii 1.3.Quan niệm lực, tư sáng tạo học sinh 1.3.1 Khái niệm lực 1.3.2 Khái niệm tư sáng tạo 1.4 Bài tập Vật lí phân loại tập Vật lí 1.4.4 Vai trò tác dụng tập Vật lí dạy học 12 1.4.5 Phương pháp giải tập 13 1.4.6 Lựa chọn tập dạy học vật lý 14 1.4.7 Hướng dẫn hoạt động giải tập Vật lí 15 1.5 Phát triển tư Vật lí cho học sinh 16 1.6 Quan niệm học sinh giỏi 17 1.6.1 Quan niệm học sinh giỏi .17 1.7 Vị trí tầm quan trọng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi dạy học Vật lí trường trung học phổ thông , 19 1.8 Khảo sát phân tích thực trạng bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí trường trung học phổ thơng 20 Kết luận chương 23 Chương 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VẬT LÍ 12 NÂNG CAO NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI 24 2.1 Vị trí ,cấu trúc nội dung chương “Điện xoay chiều” Vật lí lớp 12 nâng cao 24 2.1.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung 24 2.1.2 Vị trí, vai trị .24 2.2 Mục tiêu dạy học chương “Điện xoay chiều” Vật lí lớp 12 nâng cao .25 2.2.1 Kiến thức 25 2.2.2 Kĩ 26 2.2.3 Nội dung kiến thức trọng tâm 26 2.3 Xây dựng sử dụng hệ thống tập dạy học chương 31 “Điện xoay chiều ” Vật lí lớp 12 nâng cao 2.3.1 Hệ thống tập trắc nghiệm khách quan .31 2.3.3 Hệ thống tập định lượng 47 2.3.4 Hệ thống tập thí nghiệm liên hệ thực tế 53 2.4 Xây dựng tiến trình dạy học kiến thức thuộc chương “Điện xoay chiều” với việc sử dụng hệ thống tập xây dựng nhằm bồi iii dưỡng học sinh giỏi 54 2.4.1 Bài soạn có sử dụng hệ thống tập chương điện xoay chiều 55 2.4.2 Sử dụng hệ thống tập chương “Điện xoay chiều ” ôn luyện học sinh giỏi .66 Kết luận chương .82 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 84 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 84 3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 84 3.3 Phương pháp nội dung tiến hành thực nghiệm sư phạm .84 3.4 Kết thực nghiệm sư phạm 85 3.5 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 86 Kết luận chương .90 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 91 Kết luận 91 Khuyến nghị 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 97 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Ma trận câu hỏi đề trắc nghiệm 31 Bảng 2.2: Ma trận câu hỏi hệ thống tập định lượng 53 Bảng 3.1 Kết thực nghiệm sư phạm 85 Bảng 3.2 Kết điểm kiểm tra 86 Bảng 3.3 Bảng giá trị tham số đặc trưng 88 Bảng 3.4 Bảng phân phối tần suất (Wi%) số học sinh đạt điểm Xi 88 Bảng 3.5 Phân phối tần suất (wi%) số học sinh đạt điểm Xi trở xuống 88 DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ v Trang Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ tập ………………………………………9 Hình 1.2 Phân loại tập vật lí ………………………………………… 10 Hình 1.3 Hướng dẫn hoạt động giải tập……………………………… 15 Hình 2.1 Cấu trúc nội dung chương điện xoay chiều……………………… 24 Đồ thị 3.1 Phân bố tần suất………………………………………………… 89 Đồ thị 3.2 Phân bố tần suất lũy tích……………………………………… 89 vi MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chúng ta sống giới diễn bùng nổ khoa học cơng nghệ nghiệp giáo dục đào tạo nước ta đóng vai trị, chức quan trọng việc “nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài” để thực thành cơng cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước hội nhập với quốc tế, sánh vai nước tiên tiến giới Trong năm qua, với quan tâm Đảng, Nhà nước, toàn xã hội nỗ lực phấn đấu ngành giáo dục, nghiệp giáo dục có số tiến mới: ngân sách đầu tư cho giáo dục nhiều hơn, sở vật chất kĩ thuật tăng cường, quy mơ giáo dục mở rộng, trình độ dân trí nâng cao Những tiến góp phần quan trọng vào cơng đổi mới, xây dựng bảo vệ Tổ quốc Từ thực tế đặt cho ngành giáo dục đào tạo khơng có nhiệm vụ “giúp học sinh phát triển tồn diện đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mĩ kĩ bản, phát triển lực cá nhân, tính động sáng tạo, hình thành nhân cách người Việt Nam xã hội chủ nghĩa, xây dựng tư cách trách nhiệm công dân” mà cịn phải có nhiệm vụ phát hiện, bồi dưỡng học sinh có khiếu, có tư sáng tạo nhằm đào tạo em trở thành nhà khoa học, nhà quản lý, doanh nhân giỏi trở thành cán lãnh đạo cấp Đảng, Nhà nước Vì vậy, việc phát bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật Lí trường phổ thơng có vị trí quan trọng đặc biệt, cơng tác mũi nhọn trọng tâm Nó có tác dụng thiết thực mạnh mẽ nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ đội ngũ thầy cô giáo, nâng cao chất lượng giáo dục góp phần khẳng định thương hiệu nhà trường, tạo khí hăng say vươn lên học tập giành đỉnh cao học sinh Là học viên cao học môn Vật Lí, tơi nhận thấy q trình dạy học giáo viên Vật lí việc bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí học gặp số khó khăn như: giáo viên chưa có nhiều kinh nghiệm việc phát khiếu học sinh môn, chưa có định hướng đắn cho em để em có thêm niềm đam mê học mơn Vật lí Bản thân giáo viên chưa định hướng rõ phẩm chất lực cần có học sinh giỏi gì? Cần làm để góp phần hình thành phát triển phẩm chất lực cần có học sinh giỏi…Đặc biệt giáo viên chưa chuẩn bị tốt hệ thống lý thuyết chưa xây dựng hệ thống tập chuyên sâu trình giảng dạy, học sinh khơng có nhiều tài liệu tham khảo, nội dung giảng dạy so với nội dung thi quốc gia, quốc tế xa… Ta biết học tập mơn Vật lí nói chung việc bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí tập Vật lí có vai trị quan trọng Chỉ thơng qua việc giải tập vật lý hình thức hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức học để giải tình cụ thể kiến thức trở nên sâu sắc hồn thiện Vì nói tập vật lý phương tiện tốt để phát triển tư duy, trí tưởng tượng, khả độc lập suy nghĩ hành động, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn sống học sinh Bài tập vật lý hội để giáo viên đề cập đến kiến thức mà học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh Xuất phát từ lí tơi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng sử dụng hệ thống tập dạy học chương Điện xoay chiều Vật lí lớp 12 nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi ” Với mong muốn cơng trình góp phần thiết thực vào việc bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí phổ thơng Mục đích nghiên cứu - Xây dựng hệ thống tập chương “ Điện xoay chiều” thuộc chương trình Vật lí 12 nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi - Thiết kế tiến trình dạy học kiến thức thuộc chương “Điện xoay chiều ” với việc sử dụng hệ thống tập xây dựng nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Hoạt động dạy học giáo viên học sinh trường THPT B Thanh Liêm –Hà Nam số trường trung học phổ thông tỉnh Hà Nam, tiến trình dạy học số kiến thức chương “ Điện xoay chiều ” – Vật lí 12 nâng cao - Phạm vi thời gian: từ tháng 02 đến tháng 11 năm 2013 Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng hệ thống tập sử dụng hệ thống tập hợp lí chương “Điện xoay chiều” – Vật lí 12 nâng cao phát huy tính tích cực, phát triển lực sáng tạo học sinh học tập, đồng thời có hiệu tốt việc bồi dưỡng HSG Vật lí THPT Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục đích nghiên cứu trên, đề nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau: - Nghiên cứu quan điểm dạy học đại, đặc biệt quan tâm đến sở lí luận tập vật lí - Nghiên cứu sở lý luận thực tiễn việc bồi dưỡng HSG Vật lí THPT - Nghiên cứu nội dung kiến thức hệ thống tập nhằm rèn luyện tư lực sáng tạo cho HSG Vật lí THPT -Xây dựng hệ thống tập hướng dẫn giải tập chương “Điện xoay chiều ” – Vật lí 12 nâng cao nhằm hỗ trợ q trình bồi dưỡng HSG Vật lí THPT - Đề xuất tiến trình dạy học kiến thức thuộc chương “Điện xoay chiều” với việc sử dụng hệ thống tập xây dựng nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo nội dung tiến trình soạn thảo Phân tích kết thực nghiệm thu để đánh giá vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn học sinh, tính tích cực, chủ động, tính sáng tạo hợp tác học sinh học tập Từ đó, nhận xét, rút kinh nghiệm, sửa đổi, bổ sung Phương pháp nghiên cứu Để thực nhiệm vụ trên, dử dụng phương pháp sau: 6.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận Nghiên cứu tài liệu sở lí luận dạy học tập Vật lí, phân tích tổng hợp lý thuyết tập Vật lí dùng việc bồi dưỡng HSG để làm sở định hướng cho việc thực mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên tài liệu tham khảo để xác định mức độ nội dung kiến thức Vật lí chương “Điện xoay chiều” mà học sinh cần tiếp thu 6.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn -Tìm hiểu việc dạy (thông qua vấn, trao đổi với giáo viên) việc học (thông qua trao đổi với học sinh) nhằm sơ đánh giá tình hình bồi dưỡng học sinh gỏi chương “Điện xoay chiều” - Điều tra lực tư học sinh - Đề xuất hệ thống tập nhằm hỗ trợ HSG tự học 6.3 Phương pháp thực nghiệm - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo kế hoạch Phân tích kết thu trình thực nghiệm sư phạm, đối chiếu với mục đích nghiên cứu rút kết luận đề tài Đóng góp đề tài - Làm rõ sở lí luận dạy học tập Vật lí việc phát bồi dưỡng HSG - Vận dụng sở lí luận dạy học để xây dựng hệ thống tập chương “Điện xoay chiều” Vật lí lớp 12 ban nâng cao nhằm phát huy tính tích cực phát triển lực sáng tạo học sinh học tập hố trợ cho việc bồi dưỡng HSG Vật lí THPT, làm tư liệu tham khảo cho giáo viên học sinh trình dạy học trường THPT Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung luận văn trình báy chương: Chương 1: Cơ sở lí luận thực tiễn bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí trường trung học phổ thơng Chương 2: Xây dựng sử dụng hệ thống tập dạy học chương “Điện xoay chiều” Vật lí lớp 12 nâng cao Chương 3: Thực nghiệm sư phạm UCmax ymin ( ) 2 Khảo sát hàm số: y = R + Z L x − x.Z L + ⇒ y ' = ( R + Z L2 ) x − 2Z L y ' = ⇔ ( R + Z L2 ) x − Z L = ⇒ x = ZL R + Z L2 Bảng biến thiên: ⇒ ymin x = ZL Z = L 2 hay R + ZL ZC R + Z L R + Z L2 1002 + 1002 ⇒ ZC = = = 200Ω ZL 100 1 5.10−5 ⇒C = = = F ω Z C 100π 200 π U C max U R + Z L2 200 1002 + 1002 = = = 200 (V) R 100 Bài 18: Mạch điện hình 2.6 Điện áp hai đầu A B ổn định có biểu thức u = 100 cos100π t (V) Cuộn cảm có độ tự cảm L= 2,5 , điện trở Ro = R = 100Ω, tụ điện có điện π Hình 2.6 dung Co Người ta đo hệ số công suất mạch điện cos ϕ = 0,8 a Biết điện áp u sớm pha dòng điện i mạch Xác định Co b Để công suất tiêu thụ đạt cực đại, người ta mắc thêm tụ điện có điện dung C với tụ điện Co để có tụ điện có điện dung C thích hợp Xác định cách mắc giá trị C1 Hướng dẫn 102 a Cảm kháng: Z L = ω L = 100π 2,5 = 250Ω π cos ϕ = 0,8 Theo bài: ⇔ R + Ro ( R + Ro ) ( + Z L − Z Co ) = 0,8 ( ) 2 ⇔ ( R + Ro ) = 0,64 ( R + Ro ) + Z L − Z Co ( ⇔ 0,36 ( R + Ro ) = 0,64 Z L − Z Co ) ⇒ Z L − ZCo = 0,75 ( R + Ro ) Vì điện áp u sớm pha dịng điện i nên ZL > ZCo ⇒ Z L − Z Co = 0,75 ( R + Ro ) ⇒ Z Co = Z L − 0,75 ( R + Ro ) = 250 − 0,75 ( 100 + 100 ) = 100Ω 1 10−4 ⇒ Co = = = (F) ω Z Co 100π 100 π b Vì P = I2(R+Ro) nên để Pmax Imax ⇒ Z L = Z C ( cộng hưởng điện) ⇒ Z C = Z L = 250Ω , ZCo = 100Ω Ta có ZC > ZCo ⇒ C < Co ⇒ C1 mắc nối tiếp với Co ⇒ 1 = + C Co C1 ⇒ Z C = Z Co + Z C1 ⇒ Z C1 = Z C − Z Co = 250 − 100 = 150Ω C1 = 1 10−3 = = (F) ω Z C1 100π 150 15π Bài 19: Cho vào mạch điện hình 2.7 dịng điện xoay chiều có cường độ i = I o cos100π t (A) Khi uMB uAN vng pha nhau, u MB = 100 cos 100π t + π ÷(V) Hãy viết biểu thức 3 103 Hình 2.7 uAN tìm hệ số cơng suất mạch MN Hướng dẫn Do pha ban đầu i nên ϕ MB = ϕuMB − ϕi = π π − = rad 3 Dựa vào giản đồ vec-tơ, ta có giá trị hiệu dụng UL, UR, UC là: UR = UMBcosϕMB 100cos U L = U R tan ϕ MB Vì uMB ϕ MB − ϕ AN π = 50 (V) uAN vuông pha uuuu r U MB uur UL π = 50 tan = 50 (V) nên π π = ⇒ ϕ AN = − rad ϕ MB ϕ MN uur UR O uur UC ⇒ tan ϕ MB tan ϕ AN = −1 U L −U C U R2 502 50 ⇒ = −1 ⇒ U C = = = (V) UR UR U L 50 3 Ta có: U AN = UR = cos ϕ AN Vậy biểu thức u AN = 100 50 100 = ⇒ U oAN = 100 π (V) cos − ÷ 6 π cos 100π t − ÷ (V) 6 Hệ số cơng suất toàn mạch: cos ϕ = R UR UR = = = 2 Z U U R + ( U L − UC ) 104 50 50 50 + 50 − ÷ 3 = uuuur U MN r I uuuu r U AN Bài 20 : Cho mạch điện xoay chiều nối tiếp R, L, C hình 2.8 Cuộn dây có L = H, tụ điện có điện π Hình 2.8 dung C thay đổi Điện áp hai đầu đoạn mạch u = 200cos100π t (V) Biết C = 0,159.10-4F cường độ dịng điện i mạch nhanh pha điện áp u hai đầu đoạn mạch góc π a Tìm biểu thức giá trị tức thời i b Tìm cơng suất P mạch Khi cho điện dung C tăng dần cơng suất P thay đổi nào? Hướng dẫn a Ta có: Z L = ω L = 100π ZC = = 100 (Ω) π 1 = ≈ 200 (V) ωC 100π 0,159.10−4 Vì u nhanh pha i góc π π nên ϕi = 4 ⇒ ϕ = ϕu − ϕi = − π π = − rad 4 π Z − ZC tan ϕ = tan − ÷ = L ⇒ R = ZC − Z L R 4 ⇒ R = 200 − 100 = 100Ω Tổng trở: Z = R + ( Z L − Z C ) = 1002 + ( 100 − 200 ) = 100 Ω Io = Uo 200 = = (A) Z 100 Vậy biểu thức i = cos 100π t + π ÷(A) 4 b Công suất P = RI2 = 100.12 = 100W 105 U2 P = RI = R = Z U R 2 R + ZL − ωC ÷ − RU Đạo hàm P’ theo C: ⇒ P' = Z − ÷ L ωC Cω R + ZL − ωC ÷ 2 RU P =0⇔ Z − =0 L ωC ωC ÷ ' ⇒C = ⇒ Pmax 1 = = 0,318.10 −4 F ω L 100π ( ) π U2 = = 200 W R Bảng biến thiên: Đồ thị P theo C: Vậy: C tăng từ → 0,318.10-4F P tăng từ → 200W Khi C tăng từ 0,318.10-4F → ∞ P giảm từ 200W → 100W Bài 21: Ý nghĩa của hệ số công suất ? Tại ta lại nên nâng cao hệ số công suất cos ϕ Hướng dẫn 106 Nâng cao hệ số công suất cos ϕ biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện Phần lớn thiết bị điện tiêu thụ công suất tác dụng P công suất phản kháng Q Những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là: - Máy biến áp, tiêu thụ khoảng (20¸25)% tổng cơng suất phản kháng truyền tải mạng điện - Đường dây không, điện kháng thiết bị khác tiêu thụ khoảng 10% tổng công suất phản kháng truyền tải mạng - Công suất tác dụng P công suất biến thành công hữu ích năng, quang năng, nhiệt cịn cơng suất phản kháng Q cơng suất để từ hố tạo từ thơng tản máy điện xoay chiều, khơng sinh cơng Q trình chao đổi công suất phản kháng máy phát điện hộ dùng điện trình dao động Mỗi chu kì dịng điện, Q đổi chiều lần, việc tạo công suất phản kháng khơng địi hỏi tiêu tốn lượng động sơ cấp kéo máy phát điện Công suất tổng hợp cho loại công suất gọi công suất biểu kiến, đơn vị VA KVA : S2 = P2 +Q2 Nếu xét phương diện nguồn cung cấp (máy phát điện máy biến áp) Rõ ràng dung lượng máy biến áp công suất máy phát điện (tính KVA) Hệ số cơng suất cao thành phần cơng suất tác dụng cao máy sinh nhiều công hữu ích Sẽ có người nói "Nếu ta ta khơng trì cos ϕ ~ để máy phát máy biến áp hoạt động hiệu quả" Sự thật hệ số công suất phụ thuộc vào tải (thiết bị sử dụng điện) Nhu cầu tải công suất tác dụng công suất phản kháng cần phản đáp ứng đủ tải hoạt động tốt Giải pháp trung hòa nguồn cung cấp cho tải phần công suất phản kháng, phần thiếu lại, khách hàng tự trang bị thêm cách gắn thêm tụ bù 107 Nếu xét phương diện đường dây truyền tải ta lại quan tâm đến dòng điện truyền đường dây Dòng điện làm nóng dây tạo lượng sụt áp đường dây truyền tải Nếu xét hệ thống pha, công suất biểu kiến tính cơng thức : S=U.I Nếu xét hệ thống pha, cơng suất biểu kiến tính công thức : S= U.I , U điện áp dây, I dịng điện dây Hệ số cơng suất cos ϕ nâng lên đưa đến hiệu sau đây: Giảm tổn thất công suất Q mạng điện Khi giảm Q truyền tải đường dây giảm thành phần tổn thất công suất công suất phản kháng gây Giảm tổn thất điện áp mạng Bài 32: Cho mạch điện hình 2.11 , A ampekế nhiệt, điện trở R0 = 100Ω, X hộp kín chứa phần tử (R, L, C) K mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu M, N mạch điện mộtđiện áp xoay chiều có M biểu thức : A R0 uMN = 200 cos2πft (V), tần số f thay C0 D X Hình 2.11 đổi Bỏ qua điện trở ampekế, khoá K dây nối 1) a Với f = 50Hz đóng K, ampekế 1A Tính điện dung C0 tụ điện b Ngắt K, thay đổi tần số thấy f = 50Hz, ampekế giá trị cực đại điện áp tức thời hai đầu X lệch pha π/2 so với điện áp điểm M D Hỏi hộp X chứa phần tử nào? Tính giá trị chúng 2) Khố K ngắt, thay đổi f thấy ampekế trị số f = f f = f2 Biết f1 + f2 = 125Hz Tính f1, f2 viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch Hướng dẫn 108 N 1) a Khi đóng K mạch điện thành : Ampeke 1A → I = 1A; ZND= 200 = 200Ω 10−4 → R + Z = 200 ⇒ ZC0 = 100 (Ω) → C0 = (F) 3π b) Khi K ngắt: U MD ⊥ U DN U MD trễ pha so với i góc ϕMD -Z C0 = - → ϕMD = - π tgϕMD= R0 2 C0 Vậy ϕDN sớm pha 30 so với i → X chứa RB ZL tgϕDN= Z C = ⇒R= 3Z L R *CĐDĐ mạch cực đại nên xảy cộng hưởng : ZL = ZC0 ⇔ ωL = = ⇒ L = ω2Co R= ⇔ ω2LC0 = ωC0 10-4 2 100π π = π (H) 3ZL = 3.ω.L = 3.100.π = 300 Ω π c) Khi thay đổi tần số, có giá trị cường độ hiệu dụng : I1 = I2 ⇒ Z1 = Z2 ⇔ (ZL - Z1c0)2 = (Z2L - Z2co)2 ⇔ Z1L - Z1co = (Z2L - Z2co) Z1L - Z1co = Z2L - Z2co = Z1L - Z2L= Z1co - Z2c (ω1 − ω2 ) C ω1.ω2 ) = (1) (f1 ≠ f2 → f1 - f2 ≠ 0) → 2π(f1 - f2)(L + 4π f1f2C →L + = (vơ lí) → loại 4π f1f2C ω1 + ω2 ( *TH2: Z1L- Z1co = - (Z2L - Z2co) ⇒L(ω1 + ω2) = ) C ω1ω2 1 ⇒f f = ⇒ ω1ω2 = 4π 2LC LC0 o ⇔ L (ω1 + ω2) = 109 Thay số f1f2 = 4π + π = 2000 3π Theo đầu f1 + f2 = 125 suy ra: f1 = 25Hz; f2 = 100Hz * Khi f = f1 = 25Hz Z1L = 2πZ2L = 50 Ω = 200 Ω; 2πL1C0 200 Z1co = I= U = Z 400 + 3.150 ≈ 0,42A → tgϕ = −3 = 0,65 * Khi f = f2 = 100Hz Z2L = 2πf2L = 200 ; Z2c6 = = 50 Ω 2πf 2C0 tgϕ = Z2L - C0 3 33π = = 0,05 → ϕu/i = R + R0 180 * Kết luận: i1 = 0,42 cos(50πt + 0,58)(A); i2 = 0,42 cos(200πt - 0,58)(A) Bài 33: Một mạch điện XC gồm cuộn dây cảm có L mắc nối tiếp với cuộn dây L2 = H; điện trở r = 50 Ω Điện áp XC hai đầu đoạn mạch có 2π dạng u = 130 cos100πt (V) Cường độ hiệu dụng mạch 1A Phải mắc thêm tụ có điện dung C để điện áp hai đầu cuộn (L , r) đạt giá trị cực đại Hướng dẫn Ta có: Z = U/I = 130 Ω Mặt khác: r + ( Z L1 + Z L ) = Z ⇒ ( L1 + L2 ) = 1,2 Z − r2 L1 + L2 = π ω Khi mắc thêm tụ C vào mạch, lúc này: U day = I Z day = U Z day = Z U r + ( Z L* − Z C ) 2 Z day Để điện áp hai đầu cuộn dây đạt cực tiểu, tức mạch có cộng hưởng Z L* = Z C ⇒ = ( L1 + L2 )ω Cω 110 10−3 Thay số tìm C= F 12π U=100V A D Bài 34: Mạch điện có sơ đồ hình vẽ 2.12 ~ Cuộn dây cảm L Người ta thay đổi L C để f=50Hz L công suất mạch tuân theo biểu thức: P = K Z L Z C B a)Khi L = C R E Hình 2.12 ( H ) K = , dòng điện mạch cực đại Tính C R π b)Tính độ lệch pha uAE uBD Imax Tìm liên hệ R, C, L để I = K Lúc độ lệch pha uAE uBD bao nhiêu? Hướng dẫn a)+ Ta có : Z L = L.2π f = ×2π ×50 = 100Ω π + Khi K = ⇒ P = Z L ×Z C (1) + Vì mạch RLC nối tiếp có I max nên cộng hưởng xảy ⇒ Z L = Z C = 100Ω (2) 1 10−4 = = ( F ) +Từ (1) (2), : P = 4Z L = 400(W) Do : C = Z C ×ω 100 ×100π π + P= Mặt khác : P = R ×I , với uuuu r U AE U U 100 ⇒R= = = 25Ω R P 400 O uuuur UBD b)+ Giản đồ véc tơ vẽ : +Từ giản đồ véc tơ suy : ϕ1 = ϕ2 Với : tan ϕ1 = ϕu AE − ϕuBD ϕ1 I = I max = U U = Z R uur UL ϕ2 uuur UC U L Z L 100 = = = ⇒ ϕ1 ≈ 760 +Suy : UR R 25 38π = ϕ1 + ϕ = 152 = + Ta biết : 45 P = R ×I nên I = K, P = K × Z L ×Z C 111 nên i ta suy : R = Z L ×Z C ⇔ R = Z L ×Z C ⇔ R = +Suy ra: ϕ = ϕu − ϕu = ϕ1 + ϕ = AE BD L C π ZL tan ϕ1 = R Z ×Z ⇒ tan ϕ1 ×tan ϕ = L C = +Lúc có: R tan ϕ = Z C R +Suy ra: ϕ = ϕu − ϕu = ϕ1 + ϕ = AE BD π Câu 35: Cho đoạn mạch AB gồm R, L, C mắc nối tiếp hình vẽ 2.16 Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u AB = 220 cos 100πt (V ) , R = 50 3Ω , L= 10 −3 H, C = F π 5π A a) Viết biểu thức cường độ dòng điện, biểu thức điện áp uAN uMB R M L N C B Hình 2.16 b) Điều chỉnh C để cơng suất đoạn mạch đạt cực đại Tìm C giá trị cực đại công suất c) Giữ nguyên L = C1 = H , thay điện trở R R1 = 1000Ω, điều chỉnh tụ điện C π µF Giữ nguyên điện áp hiệu dụng nguồn, thay đổi tần số f đến 9π giá trị f0 cho điện áp hiệu dụng U C1 hai cực tụ điện đạt cực đại Tìm f0 giá trị cực đại UC1 Hướng dẫn a, Tổng trở : Z = R + ( Z L − Z C ) = 100 (Ω) Z L = ωL = 200Ω; Z C = = 50Ω ωC 112 tan ϕ = Độ lệch pha : U0 ≈ 1,8 A Z I0 = Cường độ dòng điện : Z L − ZC π = ⇒ϕ = R ϕi = ϕu − ϕ = − i = 1,8 cos(100πt − - Biểu thức cường độ dòng điện : π π )A - Biểu thức uAN : U0AN = I0ZAN ≈ 392,4V Z AN = R + Z L2 ≈ 218Ω tan ϕ AN = ZL 200 = ⇒ ϕ AN ≈ 1,16rad = ϕ uAN − ϕ i R 50 ⇒ ϕ uAN ≈ 0,11rad u AN = 392,4 cos(100πt + 0,11)(V ) - Biểu thức uMB : Z AN = Z L − Z C = 150Ω U0MB = I0ZMB = 1,8.150 = 270(V) Vì ZL > ZC nên ϕ MB = π u MB = 270 cos(100πt − π π π + )(V ) = 270 cos(100πt + )(V ) -b,Công suất đoạn mạch đạt cực đại : Z C = Z L = 200Ω , , - Điện dung tụ : C = 10 −4 = F ω.Z C , 2π 220 R = 50 ≈ 558,7(W ) - Công suất cực đại : Pmax = I max 50 C, - Điện áp hiệu dụng hai tụ: U C1 = I Z C1 = U Z C1 R + (Z L − ZC ) 2 = U R12 Z L + − 1 Z C1 Z C1 - Ta thấy UC1 đạt cực đại mẫu số cực tiểu Biến đổi biểu thức mẫu số ta được: MS = L2C12ω + (C12 R12 − LC1 )ω + - Mẫu số cực tiểu khi: ω0 = 2C1 L − C12 R12 = 1000π (rad / s ) 2C12 L2 U - Giá trị cực đại UC1 là: U C1Max = ω0C1 R12 + ω0 L − ω C Bài 37: Cho dụng cụ sau: 113 ⇒ f0 = ω0 = 500 Hz 2π = 480,2(V ) Một hộp điện trở mẫu cho phép tuỳ chọn điện trở có trị số nguyên từ 10 Ω đến vài MΩ.Một nguồn điện xoay chiều có tần số f biết có hiệu điện hiệu dụng hai cực không đổi Một nguồn điện chiều Một máy đo điện cho phép đo cường độ dòng điện hiệu điện (một chiều, xoay chiều) Các dây nối, ngắt điện có điện trở không đáng kể Một đồng hồ đo thời gian Hãy lập bốn phương án xác định điện dung tụ điện Yêu cầu nêu: nguyên tắc lí thuyết phép đo, cách bố trí thí nghiệm, cách tiến hành thí nghiệm, cơng thức tính tốn, điều cần ý để giảm sai số phép đo Hướng dẫn ∼ Nêu phương án sau: Phương án 1: Mắc tụ với nguồn chiều cho tích điện đầy cho phóng điện qua điện trở lớn Đo A K C hiệu điện U0 nguồn hiệu điện tụ vôn kế, đo t đồng hồ đọc trị số R R hộp điện trở t Từ u = U0 e − RC ta tính C Nếu chọn u =U0/e C = t/R Cần chọn R lớn ( cỡ MΩ) để thời gian phóng điện đủ lớn ( cỡ s) Phương án 2:Lắp mạch gồm tụ nối tiếp với hộp điện trở nối với nguồn Lần lượt đo hiệu điện UR điện trở, UC tụ ( điều chỉnh cho hai hiệu điện gần nhau), suy có: RC2πf = UR UR ; C= UC R 2πfU C Phương án 3: Dùng máy đo vạn (Để nấc đo cường độ ) mắc nối tiếp với tụ để đo I qua tụ, tính C = I 2πfU 114 Phương án 4: Mắc sơ đồ hình vẽ Dùng hộp điện trở biến trở điều chỉnh cho chuyển khoá K hai chốt kim ampe kế Lúc dung kháng tụ điện trở R.(Bỏ qua điện trởcủa dụng cụ đo) Vậy C = R 2πf Câu 38: Trình bày phương án đo hệ số công suất cosφ mạch điện với tải tiêu tụ vơn-kế,ampe-kế watt-kế Hướng dẫn Mắc vôn kế, ampe-kế watt-kế để đo cosφ hình vẽ A W Khi :Cosφ = Pe /Pa ; Pe: công suất hiệu dụng tải đo watt-kế, Pa = U.I: Công suất biểu kiến đo vôn kế ampe-kế PHỤ LỤC 3: PHIẾU ĐIỀU TRA GIÁO VIÊN 115 V T ả i Xin quí thầy, vui lịng cho biết số vấn đề sau cách đánh dấu X vào Q thầy cô nhận thấy kiến thức chương điện xoay chiều chương trình phổ thơng - Rất hợp lý phù hợp với học sinh - Chưa hợp lí - Cần chỉnh sửa số nội dung Các thầy cô thường lựa chọn tập chương “ Điện xoay chiều ” - Sách giáo khoa - Sách giáo khoa sách tập - Sách giáo khoa , sách tập sách thâm khảo - Tự soạn thảo - Không cần thiết sử dụng tập Lựa chọn thầy, với lí - Rất cần thiết vời học sinh - Có tiết tập lí thuyết q dài - Khơng cần thiết chương khơng quan trọng - Hướng dẫn để học sinh tự tìm tập nghiên cứu Q thầy có ý kiến công tác bồi dưỡng HSG trường THPT ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 116 ... 23 CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VẬT LÍ 12 NÂNG CAO NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI 2.1 Vị trí ,cấu trúc nội dung chương “Điện xoay chiều” Vật lí lớp 12 nâng cao. .. ? ?Xây dựng sử dụng hệ thống tập dạy học chương Điện xoay chiều Vật lí lớp 12 nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi ” Với mong muốn cơng trình góp phần thiết thực vào việc bồi dưỡng học sinh giỏi. .. trình dạy học kiến thức thuộc chương “Điện xoay chiều” với việc sử dụng hệ thống tập xây dựng nhằm bồi iii dưỡng học sinh giỏi 54 2.4.1 Bài soạn có sử dụng hệ thống tập chương điện xoay