Nâng cao chất lượng dạy học vật lý thông qua việc khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh khi dạy chương ''dòng điện xoay chiều'' vatạ lý 12 nâng cao

P1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHAN XUÂN PHÚC KHÁNH LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Vinh – 2010 P2 LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực luận văn này, tơi nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo, cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè người thân Với tình cảm chân thành trân trọng nhất, xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Mai Văn Trinh, người trực tiếp hướng dẫn thực luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn thầy giáo, cô giáo khoa Vật lý, khoa Sau đại học trường Đại học Vinh, Lãnh đạo trường THPT Nguyễn Văn Linh, tạo điều kiện cho tơi q trình làm luận văn Cuối cùng, tơi bày tỏ lịng biết ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, động viên, khuyến khích tơi an tâm học tập hồn thành luận văn TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010 Tác giả Phan Xuân Phúc Khánh P3 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt DHVL ĐC GV HĐNT HS PP PPDH QNSL QTDH SGK THPT TN TNSP : : : : : : : : : : : : : Viết đầy đủ Dạy học vật lí Đối chứng Giáo viên Hoạt động nhận thức Học sinh Phương pháp Phương pháp dạy học Quan niệm sai lầm Quá trình dạy học Sách giáo khoa Trung học phổ thông Thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm P4 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cám ơn Mục lục Danh mục từ viết tắt Danh mục hình, bảng biểu đồ MỞ ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LẦM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 1.1 Đặc điểm tâm sinh lý học sinh 12 THPT 1.1.1 Hoạt động học tập phát triển trí tuệ .5 1.1.2 Đời sống tình cảm 1.1.3 Sự hình thành giới quan .9 1.2 Hoạt động nhận thức học sinh dạy học vật lý 11 1.2.1 Các mơ hình học tập vật lý 11 1.2.2 Chu trình hoạt động nhận thức vật lý học 12 1.2.3 Phương pháp mơ hình hóa dạy học vật lý 14 1.2.4 Định hướng hoạt động nhận thức cho học sinh .14 1.3 Quan niệm sai lầm học sinh dạy học vật lý .17 1.3.1 Quan niệm quan niệm sai lầm 17 1.3.2 Quan niệm sai lầm học sinh 18 1.3.3 Đặc điểm quan niệm sai lầm học sinh 20 1.3.4 Ảnh hưởng quan niệm sai lầm học sinh dạy học vật lý 20 1.3.5 Những biểu quan niệm sai lầm .21 1.3.6 Các biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm học sinh 21 1.4 Những quan niệm sai lầm phổ biến học sinh dạy học chương dòng điện xoay chiều vật lý 12 nâng cao 27 1.4.1 Phương pháp phát sai lầm .27 P5 1.4.2 Các quan niệm sai lầm thường gặp .27 1.4.3 Nguyên nhân quan niệm sai lầm 29 Kết luận chương 29 CHƯƠNG XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC VẬN DỤNG CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LẦM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 2.1 Phân tích nội dung chương trình chương “Dịng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao 32 2.1.1 Kiến thức .32 2.1.2 Kĩ 33 2.1.3 Logic trình bày kiến thức chương “ Dịng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao .33 2.2 Các biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm học sinh dạy học chương “ Dòng điện xoay chiều “ chương trình vật lý THPT lớp 12 nâng cao .34 2.2.1 Biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm học sinh 34 2.2.2 Một số phương án thí nghiệm nhằm khắc phục quan niệm sai lầm học sinh nghiên cứu chương “Dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao 39 2.3 Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm học sinh dòng điện xoay chiều số tiết học cụ thể 41 2.3.1 Giáo án 1: Dòng điện xoay chiều Mạch điện xoay chiều có điện trở 42 2.3.2 Giáo án 2: Mạch điện xoay chiều có tụ điện, có cuộn cảm 53 2.3.3 Giáo án 3: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp Cộng hưởng điện 61 Kết luận chương 68 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .70 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 70 P6 3.1.1 Mục đích 70 3.1.2 Nhiệm vụ .70 3.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 70 3.2.1 Đối tượng 70 3.2.2 Nội dung 70 3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 70 3.3.1 Chọn mẫu TN 70 3.2.2 Quan sát học 71 3.3.3 Kết thực nghiệm sư phạm .72 Kết luận chương 75 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC .P1 Phụ lục 1: Phiếu điều tra quan niệm học sinh dịng diện xoay chiều thuộc chương trình vật lý 12 nâng cao THPT P1 Phụ lục 2: Bài kiểm tra 45 phút P5 Phụ lục 3: Một số dạng tập học sinh thường mắc sai lầm giải .P11 Phụ lục 4: Một số sai lầm học sinh thường mắc phải giải tập điện xoay chiều P24 Phụ lục 5: Một số hình ảnh thực nghiệm sư phạm trường Trung học phổ thông Nguyễn Văn Linh – Hàm Thuận Bắc – Bình Thuận .P29 P7 DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Bảng 3.1 : Bảng thống kê điểm số xi kiểm tra .72 Bảng 3.2 : Bảng % học sinh đạt điểm xi 72 Bảng 3.3 : Bảng phân phối tần suất lũy tích 73 Bảng 3.4 : Các tham số thống kê kiểm tra 74 Biểu đồ 3.1 : Biễu diễn số học sinh đạt điểm xi hai nhóm thực nghiệm đối chứng 72 Biểu đồ 3.2 : Đồ thị đường phân phối tần suất lũy tích .73 Sơ đồ 1.1 : Mô hình hành vi theo Skiner, Piaget 12 Sơ đồ 1.2 : Chu trình hoạt động nhận thức vật lí học theo Razomơpski 13 Sơ đồ 2.1 : Tiến trình nhận thức vật lí HS 34 Sơ đồ 2.2 : Tiến trình khắc phục quan niệm sai lầm HS .36 Hình 2.1 : Quan sát i dao động pha với u mạch điện xoay chiều có điện trở R .39 Hình 2.2 : Quan sát i dao động nhanh pha u góc π mạch điện xoay chiều có tụ điện C 40 Hình 2.3 : Quan sát i dao động trễ pha u góc π mạch điện xoay chiều cuộn cảm L 41 Hình 2.4 : Quan sát giá trị tức thời u, u R, i, uL, uC, thời điểm xác định 42 P8 MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Chúng ta sống kỷ XXI, kỷ trí tuệ sáng tạo Đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa, hội nhập với cộng đồng khu vực giới Viễn cảnh sơi động, tươi đẹp, nhiều thách thức địi hỏi ngành Giáo dục - Đào tạo có đổi bản, mạnh mẽ, vươn tới ngang tầm với phát triển chung giới khu vực Sự nghiệp giáo dục đào tạo phải góp phần định vào việc bồi dưỡng trí tuệ khoa học, lực sáng tạo cho hệ trẻ Để thực thắng lợi nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa, cần giáo dục hệ trẻ thành người “ động sáng tạo, có lực giải vấn đề ”, người tự tin, có trách nhiệm, hành động phù hợp với giá trị nhân văn cơng xã hội, cần thực kiểu dạy học “ hướng tập trung vào HS, sở hoạt động HS ” Chiến lược phát triển giáo dục 2001-2010 , mục 5.2 nêu: "Đổi đại hóa phương pháp giáo dục Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụ động, thầy giảng, trò ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhận thơng tin cách có hệ thống có tư phân tích, tổng hợp, phát triển lực cá nhân; tăng cường tính chủ động, tính tự chủ học sinh, sinh viên trình học tập " [3] Thực tiễn nay, việc tiếp thu kiến thức vật lý học sinh trường THPT cịn có nhiều hạn chế dẫn đến quan niệm sai lầm học môn vật lý Xuất phát từ sở thực tiển nói trên, tiến hành nghiên cứu thử nghiệm đề tài: “ Nâng cao chất lượng dạy học vật lý thông qua việc khắc phục quan P9 niệm sai lầm học sinh dạy chương dòng điện xoay chiều vật lý 12 nâng cao ” Mục đích nghiên cứu Phát quan niệm sai lầm phổ biến học sinh dạy học chương “ Dòng điện xoay chiều “ Vật lý 12 nâng cao đề xuất biện pháp khắc phục sai lầm nhằm nâng cao chất lượng dạy học Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Phương pháp dạy học vật lý THPT 3.2 Hoạt động dạy học môn vật lý giáo viên học sinh THPT chương “Dòng điện xoay chiều “ Vật lý 12 nâng cao Giả thiết khoa học Nếu giáo viên hiểu rõ sai lầm học sinh, đồng thời phân tích tìm ngun nhân dẫn đến quan niệm sai lầm sử dụng biện pháp phù hợp để sửa chữa cho học sinh góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lý bậc THPT Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận phương pháp dạy học vật lý, sở tâm lý học sư phạm, tư logic dạy học vật lý - Phát quan niệm sai lầm phổ biến học sinh lớp 12 dạy chương dòng điện xoay chiều phân tích nguyên nhân dẫn đến quan niệm sai lầm - Đề xuất biện pháp để sửa chữa quan niệm sai lầm nói thơng qua số tiến trình dạy học cụ thể - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi hiệu biện pháp đề xuất Phương pháp nghiên cứu 6.1 Nghiên cứu lý thuyết P10 - Nghiên cứu sơ sở lý luận tâm lý học, giáo dục học, lý luận dạy học vật lý liên quan đến quan niệm sai lầm học sinh dạy chương “Dòng điện xoay chiều “ - Nghiên cứu tài liệu liên quan đến chương “Dòng điện xoay chiều “ - Nghiên cứu quan niệm sai lầm học sinh dạy học vật lý - Nghiên cứu biện pháp, cách thức phát sửa chữa quan niệm sai lầm học sinh dạy chương “Dòng điện xoay chiều “ 6.2 Điều tra, khảo sát tổng kết kinh nghiệm - Thực trạng học sinh THPT dạy chương “Dòng điện xoay chiều “ - Tổng kết kinh nghiệm thân, tham khảo ý kiến đồng nghiệp để thống kê quan niệm sai lầm phổ biến đề xuất biện pháp khắc phục 6.3 Thực nghiệm sư phạm - Tiến hành thực nghiệm sư phạm trường THPT Nguyễn Văn Linh (Huyện Hàm Thuận Bắc – Tỉnh Bình Thuận) để xem xét tính khả thi hiệu 6.4 Thống kê toán học - Sử dụng phương pháp thống kê tốn học để trình bày kết thực nghiệm sư phạm, so sánh kết học tập hai nhóm thực nghiệm đối chứng, từ rút nhận xét nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học đề tài Cấu trúc luận văn - Phần mở đầu - Phần nội dung : Gồm ba chương Chương 1: Cơ sở lý luận việc phát khắc phục quan niệm sai lầm học sinh dạy học vật lý Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học vận dụng biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm học sinh dạy học chương dòng điện xoay chiều Chương 3: Thực nghiệm sư phạm - Kết luận - Tài liệu tham khảo P102 3.3 Với L = L1 L = L2 UL có giá trị 1 1 2L L ULmax Z = ( Z + Z ) Þ L = L + L L L L 2 Giải: - Với L = L1, ta có: - Với L = L2, ta có: U.ZL1 U L1 = U L2 = - Theo đề: U L = U L ↔ ( R + ZL1 − ZC ) U.ZL2 ( R + ZL2 − ZC ( Z2 L R + ZL1 − ZC ) ) = ( Z2 L R + ZL2 − ZC ↔ R ( Z2 − Z2 ) = Z2 ( Z L − ZC ) − Z ( Z L − Z C ) L L L L 2 1 ) 2 2 2 ↔ R ( Z L − Z L ) =  Z L ( Z L − ZC ) + Z L ( Z L − ZC )   Z L ( Z L − ZC ) − Z L ( Z L − ZC )        2 1 2 1 2 2 ↔ R ( ZL − ZL ) =  2ZL Z L − ZC ( ZL + ZL )  ( ZL − ZL ) ZC   2 1 2 ↔ R ( ZL + ZL ) =  2ZL ZL − ZC ( ZL + ZL )  ZC   ↔ Z L Z L ZC = 2 ZL2 + ZL1 ( )(R 2 2 + ZC ) → R + ZC = 2ZL2 ZL1 ZC ZL2 + ZL1 (1) R + ZC - Khi ULMax ta có: ZL = (2) ZC - Thay (2) vào (1) ta có: ZL = 3.4 Khi ZL = ZL2 + ZL1 → 2L1L 1 1  =  + ÷ hay L = (đpcm) L1 + L ZL  ZL1 ZL2 ÷   ZC + 4R + ZC U RLMax = (R L mắc liên tiếp nhau) Giải: 2ZL2 Z L1 2UR 4R + ZC - ZC P103 U R + ZL - Ta có: U RL = R + ( Z L − ZC ) , với ZL > - Lấy đạo hàm URL theo biến số ZL, ta được: (  ÷ ÷  )  Z R + ( Z − Z ) − ( Z − Z ) ( R + Z2 )  L L C L C L  =U ' ↔ U RL =U U 'RL  Z R2 + ( Z − Z ) 2 ( Z − ZC ) R + Z L L C  L − L 2  R + ZL R + ( Z L − ZC )  =U R + ( ZL − ZC ) (R + ( Z L − ZC ) 2 ) R + Z2 L  − ZC Z + ZC Z L + ZC R  L   (R + ( ZL − ZC ) 2 ) R + ZL ' 2 2 2 - Giải phương trình U RL = ↔ − ZC ZL + ZC ZL + ZC R = ↔ ZC ZL − ZC ZL − ZC R = Z + 4R + ZC 2 2 - Ta có: ∆ = ZC ( 4R + ZC ) → ∆ = ZC 4R + ZC → ZL = C - Lập bảng biến thiên ta thấy URLMax ZC + 4R + ZC ZL = → U RLMax = 2UR 2 4R + ZC - ZC (đpcm) Đoạn mạch RLC có C thay đổi 4.1 Khi C = IMax ⇒ URmax; PMax ; ULCMin = ω2L (L C mắc liên tiếp nhau) 4.2 Khi ZC = 2 R + ZL U R + ZL U CMax = ; ZL R 2 U CMax = U + U + U L ; U CMax - U L U CMax - U = R Giải: P104 - Ta có: UC = I.ZC = U.ZC R + ( ZL - ZC ) với ZC > - Lấy đạo hàm UC theo biến số ZC ’ C + Ta có: U = U R + ( Z L - ZC )   R + ( Z - Z ) + ZC ( Z L - ZC ) L C  R + ( Z L - ZC )  U ’ C U =  2 R + ( Z L - ZC )     ( -Z Z L C     + R + ZL )  UC’ = → ZL = R +Z ZL L + Lập bảng xét dấu ta thấy U CMax = 2 R + ZL U R + ZL ZC = ZL R 2 2 Chứng minh: U CMax = U + U R + U L - Theo kết ta có: U CMax R R + Z2 L - Ta có: ZC = → Z= ZL ZL 2 U R + ZL 2 ZL → U CMax = U + U (1) = R R R + ZL - Cường độ dòng điện hiệu dụng: I = UZL R R + ZL - Điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở R tụ C: UR = UZL R + ZL U L = 2 - Ta có: U R + U L = UZ2 L R R + ZL U  Z4  U Z2 Z2 L ZL + L ÷ = R + ZL ) = U L (2) (  R + Z2  R  R + Z2 R R2 L L 2 2 - Thay (2) vào (1) ta được: U CMax = U + U R + U L (đpcm) Chứng minh: U CMax - U L U CMax - U = - Theo chứng minh ta có: U CMax = U + U Z2 L (1) R2 P105 - Ta có: U L U CMax Z2 = U L (2) R2 2 - Thay (2) vào (1), ta có: U CMax - U L U CMax - U = (đpcm) 4.3 Khi C = C1 C = C2 UC có giá trị UCmax 1 1 Z = ( Z + Z ) → C = C C C C1 + C 2 Giải: - Với C = C1, ta có: - Với C = C2, ta có: U.ZC1 U C1 = U C2 = - Theo đề: U C = U C ↔ ( R + ZL − ZC1 ( R + ZL − ZC1 ( ZC1 R + ZL − ZC1 ) 2 2 ↔ R ( ZC − ZC ) =  Z C ( Z L − ZC   ) 2 2 ) U.ZC2 ↔ R ( ZC − Z ) = Z ( Z L − Z C C C ) ) = ( ZC2 R + Z L − Z C2 ( − Z Z L − Z C2 C ) ) 2 ( ) ( + ZC1 Z L − ZC2   ZC2 ZL − ZC1   ) ( ) − ZC1 Z L − ZC2    2 ↔ R ( ZC − ZC ) =  −2ZC ZC + ZL ( ZC + ZC )  ( ZC − ZC ) ZL   2 2 ↔ R ( ZC + ZC ) = −  −2ZC ZC + ZL ( ZC + ZC )  ZL   ↔ ZC ZC Z L = 2 ZC2 + ZC1 ( - Khi ULMax ta có: ZC = )(R 2 2 + ZL ) → R + ZL = 2ZC2 ZC1 ZC ZC2 + ZC1 (1) R + ZL (2) ZL - Thay (2) vào (1) ta có: ZC = 4.4 Khi Z C = 2ZC2 ZC1 ZC2 + ZC1 → 1 1  C + C2 =  + C= (đpcm)  ZC ZC ÷ hay ÷ ZC  2  2UR Z L + 4R2 + Z L U RCMax = 4R + Z L − Z L P106 (R C mắc liên tiếp nhau) Giải: U R + ZC - Ta có: U RC = R + ( Z L − ZC ) , với ZC > - Lấy đạo hàm URC theo biến số ZC, ta được:  Z R2 + ( Z − Z ) 2 ( Z − ZC ) R + ZC L C  C + L 2  R + ZL R + ( Z L − ZC )  =U R + ( Z L − ZC ) U 'RC ↔U =U (  ÷ ÷  )  Z R + ( Z − Z ) + ( Z − Z ) ( R + Z2 )  C L C L C C  =U ' RC ( R + ( Z L − ZC ) 2 ) R + ZC 2  − Z L ZC + ZC Z L + Z L R    (R + ( ZL − ZC ) 2 ) R + ZC ' 2 - Giải phương trình U RC = ↔ − ZL ZC + ZL ZC + ZL R = 2 ↔ Z L ZC − Z L ZC − Z L R = Z + 4R + Z2 2 L - Ta có: ∆ = ZL ( 4R + ZL ) → ∆ = ZL 4R + Z2 → ZC = L L - Lập bảng biến thiên ta thấy URCMax ZC = → U RCMax = 2UR 4R + ZL - ZL ZL + 4R + ZL (đpcm) Mạch RLC có ω thay đổi 5.1 Khi ω = IMax ⇒ URmax; PMax ULCMin = LC (L C mắc liên tiếp nhau) P107 5.2 Khi ω= C 2U L L R U LMax = − R LC − R 2C C Giải: U ULω - Ta có: UL = I.ZL = 2   = R +  Lω −   ÷ R +  Lω − Cω  ÷  Cω   L2 ω2 U ↔ UL = U 2L 1  R2  L2 ω2 − + 2 = R2 + − C Cω ÷ +1 2 + L C ω  L LC  ω2 2 2 Lω Lω - Đặt x = 1  R2  1 > hàm số y = 2 +  − ÷ +1 L C ω  L LC  ω2 ω y= U  R2 x2  + − ÷x + → U L = y L2 C2  L LC  - Vì U = số nên để ULMax mẫu số kiện ω để - Ta có : y’ = y đạt cực tiểu → U LMax = y đạt cực tiểu Bây ta cần tìm điều U (1) y 2x  R 2  + − ÷ 2 L C  L LC  ω=  L R2  R C2 C2  − - Giải phương trình y’ = → x = LC − = ÷→ C  R 2C2 R C R 4C R − = ( 4LC − R C2 ) - Khi x = LC − ymin = 2 L 4L 4L 2U.L R 4LC − R C → U LMax = (đpcm) 2L R 4LC - R C 2U.L U CMax = - Vậy 4L2 R 4LC - R C2 - R → y = = x L R2 C − C P108 5.3 Khi w = 2U.L L R2 U CMax = R 4LC - R C2 L C Giải: U - Ta có: UC = I.ZC = U 2  Cω =  2   R +  Lω − R +  Lω − ÷ ÷Cω Cω  Cω    U ↔ UC = U  2 =  2 2L 2 2 R C ω +L ω − + R C ω + L C ω − 2LCω2 + ÷C ω C C ω2   2 U ↔ UC = L2C ω4 + ( R 2C − 2LC ) ω2 + - Đặt x = 2 R 2C − 2LC ) ω2 + > hàm số y = L C ω + ( ω 2 y = L2 C2 x2 + ( R C − 2LC ) x + → U C = - Vì U = số nên để UCMax mẫu số điều kiện ω để y đạt cực tiểu Bây ta cần tìm y đạt cực tiểu → U CMax = U (1) y - Ta có: y’ = L2 C2 x + C ( R C − 2L ) - Giải phương trình y’ = ↔ L2 C2 x + C ( R C − 2L ) = ↔x=  L R2  R2 − = 2 − ÷ L C  LC 2L → ω= x = L R2 − L C  L R2  R C R 4C R − − = ( 4LC − R C2 ) - Khi x =  ÷→ ymin = L C  L 4L 4L → y = U y 2U.L R 4LC − R C → U CMax = (đpcm) 2L R 4LC - R C2 P109 - Vậy U CMax = 2U.L R 4LC - R C2 5.4 Với ω = ω ω = ω I P U R có giá trị I Max PMax URMax ω = ω1ω2 ⇒ tần số f = f1f Giải: - Với ω = ω1, ta có: - Với ω = ω2, ta có: I1 = U   R +  Lω1 − ÷ Cω1   I2 = U   R +  Lω2 − ÷ Cω2   2     - Theo đề: I1 = I2 ↔ R +  Lω1 − ÷ = R +  Lω2 − ÷ Cω1  Cω2    1   Lω1 − Cω = Lω2 − Cω     ↔  Lω1 − ÷ =  Lω2 − ÷ ↔ 1  Cω1   Cω2    Lω1 − Cω = −Lω2 + Cω  2   ω2 − ω1  ( ω1 − ω2 ) L =  ÷ C  ω1ω2   ↔   ( ω1 + ω2 ) L =  ω1 + ω2 ÷  C  ω1ω2   - Vậy ta chọn: ω1ω2 =  ω1ω2 = − LC < ↔ ω ω = >  LC  (1) LC - Sau để IMax mạch xảy tượng cộng hưởng điện: ω = - Từ (1) (2) suy ra: ω = ω1ω2 hay f = f1f (2) LC P110 PHỤ LỤC MỘT SỐ SAI LẦM CỦA HỌC SINH THƯỜNG MẮC PHẢI KHI GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 1: Cho mạch điện không phân nhánh gồm R = 100 Ω, cuộn dây cảm L tụ điện C = 10−4 F Đặt vào hai đầu mạch điện điện áp u = 100 cos100π t Biết 2π điện áp hiệu dụng ULC = 50V, dịng điện nhanh pha hiệu điện Hãy tính hệ số tự cảm L viết biểu thức cường độ dòng điện i mạch ? Lời giải - Ta có ω = 100π rad/s ; U = 100V - Dung kháng tụ điện : ZC = = 200Ω ωC - Điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở là: U R = U − U LC = 50 3V - Cường độ dòng điện hiệu dụng : I = U UR = 0,5A ZLC = LC = 100Ω R I - Đến học sinh thường sai lầm dòng điện nhanh pha hiệu điện cho ZL > ZC dẫn đến tính sai giá trị L viết sai biểu thức dòng điện Trong dòng điện nhanh pha hiệu điện thế, mà giản đồ Frexnen, dòng điện biểu diễn trục hoành hiệu điện biểu diễn trục hoành P111 nghĩa ZL < L= ZC Do ZC - ZL =100Ω → ZL = ZC -100 =100Ω suy ZL = 0,318 H ω - Độ lệch pha u i : tan ϕ = Z L − Z C −1 π = →ϕ=− R π - Vậy biểu thức dòng điện là: i = 0,5 cos(100πt + ) (A) Bài 2: Cho mạch điện (hình vẽ) A C R r,L B uAB =100 cos100πt (V), L = 0,796 H, R = r =100Ω Hệ số công suất cosϕ = 0,8.Tính điện dung C tụ điện? Lời giải R R+r R+r 200 t - Cảm kháng: ZL= ωL = 250Ω với cos ϕ = Z = Z → Z = cos ϕ = 0,8 = 250Ω - Mà Z = ( R + r) + (ZL − ZC ) → ZL − ZC = Z − ( R + r ) = 250 − 200 = 150Ω - Do ZC = ZL -150 =100Ω → C = 31,8.10-6 F Sai lầm học sinh bỏ sót nghiệm giải phương trình (ZL –ZC )2 = Z2 - ( R + r ) Còn nghiệm thứ 2 - Vì Z L − Z C =150Ω + Khi ZL > ZC ta có C1=31,8.10-6F + Khi ZL < ZC Z C = Z L + 150 = 400Ω → C = 7,95.10 −6 F Bài 3: Một đoạn mạch gồm điện trở R nối tiếp với cuộn cảm L tụ xoay C R = 100Ω , L = 0,318H Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp u = 200 cos100πt (V).Tìm điện dung C để điện áp hai tụ điện đạt giá trị cực đại? Tính giá trị cực đại đó? Lời giải học sinh P112 - Cảm kháng: ZL = ωL =100π.0,318 =100Ω - Điện áp hiệu dụng hai tụ điện là: UC = I.ZC - Để UCmax Imax lúc mạch xảy tượng cộng hưởng: ZL= ZC U C max = I max ZC = U ZC = 200V R Sai lầm học sinh coi ZC không đổi Lời giải - Cảm kháng: ZL = ωL = 100Ω - Điện áp hiệu dụng hai tụ điện U C = I.ZC = U.ZC R + Z − 2ZL ZC + Z 2 L C = U R +Z 2Z − L +1 ZC ZC 2 L = U y - Để UCmax y = y mà y hàm parabol với đối số x = - Vậy ymin x = y = R R + ZL ZC Z = L (đỉnh parabol) Z C R + ZL −4 R + Z2 L ZC = = = 200Ω Vậy C = 10 F UC x ZL 2π max = 200 (V) Bài 4: Một đoạn mạch gồm cuộn dây có điện trở R = 50 Ω độ tự cảm L thay đổi, nối tiếp với tụ điện có điện dung C = 10 −4 F Đặt vào hai đầu đoạn mạch π điện áp u = 200 cos100πt (V) Tìm hệ số tự cảm L để điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại tính giá trị cực đại ? Lời giải sai học sinh - Dung kháng : ZC = = 50Ω ωC P113 - Tổng trở đoạn mạch : Z = R + (ZL − ZC ) - Cường độ dòng điện hiệu dụng : I = U Z - Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây là: U L = I.ZL = U ZL Z - Thay giá trị Z vào ta UL = U.ZL 2 R + ZL − 2ZL ZC + ZC - Để ULmax y = ymin ↔ x = y = R R + ZL U = 1 y (R + ZC ) − 2ZC +1 ZL ZL = Z = C ( Tại đỉnh parabol) ZL R + ZC R + ZC ZL = = = 100Ω → L = H x ZC π - Vậy L = 0,318 H UCmax = 200 (V) Sai lầm học sinh hiểu sai hiệu điện đầu cuộn dây UL, UL hiệu điện đoạn mạch có độ tự cảm L điện trở cuộn dây Lời giải - Dung kháng : ZC = = 50Ω ωC - Tổng trở đoạn mạch : Z = R + (ZL − ZC ) - Cường độ dòng điện hiệu dụng : I = U Z - Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây là: U d = IZ d = Hay Ud = UZd 2 R + ZL − 2Z L ZC + ZC - Khảo sát Ud theo hàm y = U ZC − 2ZC Z L +1 R + ZL = U y U Zd Z P114 2ZC (R + ZC ZL − Z2 ) L y' = 2 (R + ZL ) y ' = : Z2 − ZC ZL − R = L ↔ Z2 − 50ZL − 2500 = L ↔ ZL = 81Ω - Khi L = 0,285 H điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại, giá trị cực đại : Udmax = 324 V Bài 5: Cho mạch điện gồm biến trở R mắc nối tiếp với tụ điện có C = 6,38µF π cuộn dây có điện trở r = 70Ω, độ tự cảm L = H Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp hiệu dụng U = 200V có tần số f = 50 Hz Hãy tìm giá trị R để công suất mạch đạt cực đại tính giá trị cực đại ấy? Lời giải học sinh - Cảm kháng : ZL = ωL=100Ω - Dung kháng : ZC = = 50Ω ωC - Công suất mạch là: P = I2 ( R + r ) = U2 U2 = (Z − Z ) y ( R + r) + L C ( R + r) - Công suất cực đại Pmax ymin - Theo bất đẳng thức Cauchy ymin ⇔ ( R + r ) = ZL − ZC R = ZL − ZC − r = 50 − 70 = −20Ω < ⇔ vô lý - Vậy khơng có giá trị R thoả mãn tốn Sai lầm học sinh sử dụng cơng thức cách máy móc mà khơng ý đến điều kiện sử dụng Trong trường hợp phải dùng phương pháp đạo hàm Lời giải - Cảm kháng : ZL = ωL=100Ω P115 - Dung kháng : ZC = - Công suất = 50Ω ωC mạch : P = U2 y - Công suất cực đại Pmax y = ymin Chúng ta khảo sát hàm y y ' = 1− 502 > ⇔ Hàm số đồng biến (R + 70) Suy ymin Rx = Vậy công suất cực đại là: Pmax = U r = 378, W r + (ZL − ZC ) PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM TẠI TRƯỜNG THPT NGUYỄN VĂN LINH – HÀM THUẬN BẮC – BÌNH THUẬN P116 ... tài: “ Nâng cao chất lượng dạy học vật lý thông qua việc khắc phục quan P9 niệm sai lầm học sinh dạy chương dòng điện xoay chiều vật lý 12 nâng cao ” Mục đích nghiên cứu Phát quan niệm sai lầm phổ... ba chương Chương 1: Cơ sở lý luận việc phát khắc phục quan niệm sai lầm học sinh dạy học vật lý Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học vận dụng biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm học sinh dạy. .. niệm sai lầm HS dạy học vật lý chương “ Dòng điện xoay chiều " lớp 12 nâng cao P12 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LẦM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 1.1