8. Cấu trỳc của luận văn
1.7. Tỡm hiểu thực tế dạyhọc chương “Dũng điện xoay chiều” Vật lớ
tại trường THPT Ba Vỡ – Hà Nội
- Về phớa giỏo viờn:
+ Những bài soạn chủ yếu là túm tắt nội dung kiến thức trong SGK, chưa hoạch định rừ hoạt động của GV và của HS. Vai trũ tổ chức, định hướng chưa thể hiện rừ.
+ Phương phỏp dạy học vẫn nặng nề truyền thụ một chiều, việc tiến hành bài dạy hầu như đều được diễn đạt bằng lời của GV: mụ tả hiện tượng, giảng giải, nhấn mạnh cho học sinh ghi nhớ những nội dung quan trọng của bài.
+ Khi dạy bài cỏc bài học trong chương "Dũng điện xoay chiều" hầu như khụng dựng thớ nghiệm. Khụng để HS tham gia thiết kế mạch điện mà thụng bỏo luụn sơ đồ, mụ tả hiện tượng diễn ra và yờu cầu HS giải thớch hiện tượng. Do vậy khụng phỏt huy được tớnh tớch cực, sỏng tạo của HS.
- Về phớa học sinh
+ Trong giờ học bài mới, chưa chủ động suy nghĩ, chờ đợi sự hướng dẫn của GV,cũn ngại phỏt biểu, tham gia xõy dựng kiến thức bài học, hiếm khi đặt cõu hỏi thắc mắc đối với GV về vấn đề đang nghiờn cứu cũng như đó học.
+ Ít được quan sỏt, tiến hành thớ nghiệm trờn lớp khi xõy dựng kiến thức mới nờn khụng cú hứng thỳ trong học tập dẫn tới khụng hiểu bài hoặc hiểu hời hợt. Khi vận dụng kiến thức vào tỡnh huống mới thỡ tỏ ra lỳng tỳng, thiếu tự tin.
* Những khú khăn mà học sinh gặp phải khi học chương “Dũng điện xoay chiều” Vật lớ 12 THPT.
- Hiểu chớnh xỏc cỏc đại lượng vật lớ trong chương cũn yếu, xỏc định mối quan hệ giữa điện ỏp và dũng điện trong mạch điện mắc chỉ một phần tử cũng như với mạch mắc cả ba phần tử R, L, C nối tiếp nhau chưa rừ ràng.
- Khả năng diễn đạt ý của học sinh cũn kộm nờn học sinh lỳng tỳng, thiếu tự tin khi phỏt biểu xõy dựng bài, giải thớch hiện tượng, khi diễn đạt vấn đề mà bản thõn học sinh muốn hiểu hoặc muốn hỏi.
* Đề xuất biện phỏp giỳp học sinh thỏo gỡ những khú khăn.
Để khắc phục những khú khăn mà học sinh gặp phải, chỳng tụi đó nghiờn cứu tài liệu để xỏc định nội dung kiến thức chương “Dũng điện xoay chiều”. Từ đú, thiết lập sơ đồ cấu trỳc nội dung và sơ đồ mạch kiến thức chương “Dũng điện xoay chiều”.
Với mỗi kiến thức cụ thể, chỳng tụi thiết kế tiến trỡnh dạy học phự hợp với tiến trỡnh nhận thức khoa học đối với kiến thức đú. Đặc biệt trong phương ỏn dạy
học, chỳng tụi sử dụng hệ thống những cõu hỏi định hướng giỳp học sinh tớch cực, tự lực hoạt động chiếm lĩnh tri thức.
Chỳ ý rốn luyện ngụn ngữ vật lớ, rốn luyện kỹ năng quan sỏt thớ nghiệm, kỹ năng phõn tớch, tổng hợp dữ kiện thu được, kỹ năng trỡnh bày, diễn đạt ý.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương 1 chỳng tụi đó trỡnh bày cơ sở lớ luận hiện đại về cỏc phương phỏp dạy học tớch cực và phương phỏp dạy học Peer Instruction. Chỳng tụi đó nờu rừ bản chất và cỏc đặc trưng cơ bản của cỏc phương phỏp dạy học tớch cực. Với phương phỏp dạy học Peer Instruction chỳng tụi đó làm rừ những quan điểm của phương phỏp và cơ sở của việc thiết kế một bài học Vật lớ cụ thể theo quan điểm này.
Khụng cú một phương phỏp dạy học nào là vạn năng và tối ưu. Để đạt hiệu quả dạy học giỏo viờn phải biết sử dụng phối hợp nhiều phương phỏp. Người giỏo viờn căn cứ vào điều kiện cụ thể, đặc điểm học sinh để lựa chọn phương phỏp dạy học thớch hợp sao cho cú thể phỏt triển được hoạt động nhận thức tớch cực, tự chủ của học sinh.
Cú thể núi trong nhúm cỏc phương phỏp dạy học tớch cực, thỡ phương phỏp dạy học Peer Instruction chứa đựng nhiều tiềm năng và cú thể đỏp ứng được với yờu cầu đổi mới phương phỏp dạy học ngày nay. Peer Instruction cũng cú nhiều đặc điểm rất phự hợp với bộ mụn Vật lớ. Bởi vậy chỳng tụi nhận thấy việc ỏp dụng phương phỏp Peer Instruction vào giảng dạy mụn Vật lớ ở trường phổ thụng hiện nay là rất phự hợp và khả thi.
Tất cả những điều trờn sẽ được chỳng tụi vận dụng một cỏch triệt để để thiết
kế việc tổ chức dạy học cỏc nội dung kiến thức chương “Dũng điện xoay chiều” Vật lớ 12 THPT theo mụ hỡnh Peer Instruction.
Chương 2
THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC KIẾN THỨC CHƯƠNG “DềNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÍ 12 THPT
THEO Mễ HèNH PEER INSTRUCTION
2.1. Phõn tớch nội dung kiến thức khoa học chương: "Dũng điện xoay chiều"
2.1.1. Đại cương về dũng điện xoay chiều
* Khỏi niệm về dũng điện xoay chiều
Dũng điện xoay chiều là dũng điện cú cường độ biến đổi theo thời gian theo quy luật hỡnh sin hoặc cosin i = I0 cos (t + i )
Hỡnh 2.1: Tớn hiệu hỡnh sin
Cỏc đại lượng đặc trưng của dũng điện xoay chiều
*Chu kỡ và tần số
- Chu kỡ của dũng điện xoay chiều kớ hiệu là T, là khoảng thời gian ngắn nhất để dũng điện xoay chiều lặp lại trị số và chiều biến thiờn, nghĩa là trong khoảng thời gian một chu kỡ T gúc pha biến thiờn một lượng là .T = 2. T = 2. /. Đơn vị của chu kỡ là giõy (s).
- Tần số của dũng điện xoay chiều là số chu kỡ của dũng điện xoay chiều trong 1 giõy. Kớ hiệu là f. Đơn vị là Hec (Hz).
Trong một mạch điện xoay chiều khộp kớn cỏc đại lượng suất điện động tức thời, điện ỏp tức thời, cường độ dũng điện tức thời biến thiờn điều hũa cựng tần số.Biểu thức i = I0 cos (t + i) và u = U0 cos (t + u)
* Pha của dũng điện xoay chiều là gỡ ?
Xột cường độ dũng điện i = I0 cos (t + i) thỡ (t + i) là pha của dũng điện xoay chiều. Nú cho phộp xỏc định giỏ trị cường độ dũng điện tại thời điểm t. Xột điện ỏp u = U0 cos (t + u) thỡ (t + u) là pha của điện ỏp xoay chiều. Nú cho phộp xỏc định giỏ trị điện ỏp tại thời điểm t.
Khi so sỏnh pha của điện ỏp xoay chiều với pha của dũng điện xoay chiều cú cựng tần số thỡ = u - i là độ lệch pha của điện ỏp xoay chiều với dũng điện xoay chiều.
Nếu > 0 thỡ điệp ỏp xoay chiều nhanh pha hơn dũng điện xoay chiều. Nếu < 0 thỡ điện ỏp xoay chiều trễ pha hơn dũng điện xoay chiều. Nếu = 0 thỡ điện ỏp xoay chiều cựng pha với dũng điện xoay chiều.
* Biờn độ của dũng điện xoay chiều
Xột cường độ dũng điện i = I0 cos (t + i) thỡ I0 gọi là biờn độ của dũng điện xoay chiều. Nú cho biết giỏ trị lớn nhất mà dũng điện xoay chiều cú thể đạt được. Xột điện ỏp u = U0 cos (t + u) thỡ U0 gọi là biờn độ của điện ỏp xoay chiều. Nú cho biết giỏ trị lớn nhất mà điện ỏp xoay chiều cú thể đạt được.
*Giỏ trị hiệu dụng của dũng điện xoay chiều
Do cường độ dũng điện và điện ỏp biến thiờn điều hoà nờn khi xỏc định giỏ trị của hai đại lượng đú bằng cụng thức i = I0cos (t + i) và u = U0cos (t + u) chỉ xỏc định được giỏ trị tại một thời điểm. Đồng thời cứ sau một số nguyờn lần chu kỡ thỡ giỏ trị trung bỡnh của cường độ dũng điện bằng khụng. Vỡ vậy cần thiết phải đưa ra một loại giỏ trị mới khụng phụ thuộc vào sự đổi chiều của dũng điện.Tỏc dụng nhiệt của dũng điện được dựng để đưa ra tớnh toỏn loại giỏ trị trờn, vỡ tỏc dụng nhiệt của dũng điện khụng phụ thuộc vào sự biến thiờn và đổi chiều của dũng điện. Đú là giỏ trị hiệu dụng.
Cường độ hiệu dụng của dũng điện xoay chiều bằng cường độ của một dũng điện khụng đổi, nếu cho hai dũng điện đú lần lượt đi qua cựng một điện trở trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thỡ nhiệt lượng toả ra bằng nhau.
Cho dũng điện xoay chiều cú cường độ i = I0.cos(t + i) chạy qua đoạn mạch chỉ cú điện trở thuần R. Nhiệt lượng toả ra trờn điện trở thuần R trong thời gian t là Q = RI .t
2 . 02
Nếu cho dũng điện khụng đổi cường độ I chạy qua điện trở cũng trong thời gian t sao cho nhiệt lượng toả ra cũng bằng Q, nghĩa là Q = R.I2.t
Nờn cường độ dũng điện hiệu dụng được xỏc định bằng cụng thức:
2
0
I I
Thường là giỏ trị đo được từ cỏc đồng hồ và cũng là giỏ trị điện ỏp được ghi trờn rắc cắm nguồn của cỏc thiết bị điện tử là loại giỏ trị hiệu dụng. Vớ dụ nguồn 220V AC mà ta đang sử dụng chớnh là chỉ giỏ trị hiệu dụng, thực tế biờn độ của điện ỏp 220V AC khoảng 220V x 1,4 lần = khoảng 300V
2.1.2. Đoạn mạch điện xoay chiều cơ bản
* Đoạn mạch điện xoay chiều chỉ cú điện trở thuần, cú u=U0cos(ωt+φ) thỡ : - Cường độ dũng điện tức thời là : i=I0cos(ωt+φ)
- Cường độ dũng điện hiệu dụng là : I=U
R . Với điện trở R=ρ l S
- Độ lệch pha giữa điện ỏp tức thời và cường độ dũng điện tức thời trong mạch là : φ=0. Hay cường độ dũng điện tức thời trong mạch cựng pha với điện ỏp tức thời hai đầu mạch.
*Đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện, cú uU0cost
=U 2 costthỡ
- Điện tớch của tụ : q = Cu = CU 2 cost
- Cường độ dũng điện 2 cos( ) 2 i I t I = UC - i sớm pha hơn u là 2
- Cường độ dũng điện hiệu dụng là
C U I Z Với dung khỏng : ZC 1 C
- í nghĩa của dung khỏng :
+ Dung khỏng là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dũng điện xoay chiều của tụ điện.
+ Nếu C càng lớn Zc càng nhỏ , dũng điện bị cản trở càng ớt . + Nếu ( f ) càng lớn Zc càng mhỏ ,dũng điện bị cản trở càng ớt .
Đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn dõy thuần cảm, cú 2 cos
- Điện ỏp: 2 cos( ) 2 u LI t đặt : U = LI Ta cú : 2 cos( ) 2 u U t - i trễ pha hơn u là 2
- Cường độ dũng điện hiệu dụng là
L U I Z Với cảm khỏng: ZL L - í nghĩa của cảm khỏng:
+Cảm khỏng đặc trưng cho tớnh cản trở dũng điện xoay chiều của cuộn cảm +Khi L và lớn ZL lớn , dũng điện bị cản trở càng nhiều
+ R làm yếu dũng điện do hiệu ứng Jun cũn cuộn cảm làm yếu dũng điện do định luật Len-xơ.
Đoạn mạch điện xoay chiều cú R, L, C mắc nối tiếp
- Cường độ dũng điện trong mạch i=I cos(ωt) 0
- Điện ỏp hai đầu đoạn mạch AB : uuRuL uC, uU0cos(t)
R L C U U U U 2 2 2 ( ) R L C U U U U - Tổng trở của mạch: 2 2 ( L C) Z R Z Z
- Cường độ dũng điện hiệu dụng là
2 ( L C)2 U U I Z R Z Z
- Độ lệch pha giữa điện ỏp và dũng điện :
tan L C L C
R
U U Z Z
U R
Nếu ZL > ZC 0: u sớm pha hơn i (tớnh cảm khỏng)
Nếu ZL < ZC 0:u trễ pha hơn i (tớnh dung khỏng)
Nếu : ZL = ZC 0: u và i cựng pha (cộng hưởng điện) - Cộng hưởng điện : ZL = ZC LC 12
Hệ quả : max min
U U I Z R R C A L B
2.1.3. Cụng suất của dũng điện xoay chiều
- Điện ỏp hai đầu mạch: u = U 2cost
- Cường độ dũng điện tức thời trong mạch: i = I 2cos(t+ ) - Cụng suất tức thời của mạch điện xoay chiều:
p = ui = 2UIcostcos(t+ ) = UI[cos + cos(2t+ )]
- Cụng suất trung bỡnh: P = UIcos. Trong đú cos gọi là hệ số cụng suất. + Nếu dũng xoay chiều đi qua điện trở thỡ điện ỏp và dũng điện cựng pha khi đú cos= 1 và P = U.I
+ Nếu dũng xoay chiều đi qua cuộn cảm hoặc tụ điện thỡ độ lệch pha giữa điện ỏp và dũng điện là /2 khi đú cosα = 0 và P = 0 (cụng suất của dũng điện xoay chiều khi đi qua tụ điện hoặc cuộn cảm thuần là bằng 0)
+ Cỏc động cơ, mỏy múc khi vận hành ổn đinh, cụng suất trung bỡnh được giữ khụng đổi là P = UIcos, với cos > 0
c P I= UI os 2 2 hp 2 2 c P 1 P =rI =r U os . Nếu cos nhỏ thỡ cụng suất hao phớ sẽ lớn, đú là điều ta cần trỏnh.
- Hệ số cụng suất của mạch điện R, L, C nối tiếp
cos R Z hay cos 2 1 2 ( ) R R L C
- Cụng suất tỏa nhiệt trung bỡnh của dũng điện trong thời gian t là : P = 2 0 RI
2 - Nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian t là : Q =
2 0 RI
t 2 - Điện năng tiờu thụ của mạch điện W = P.t
2.1.4. Sản xuất, biến đổi, truyền tải dũng điện xoay chiều 2.1.4.1. Mỏy biến ỏp 2.1.4.1. Mỏy biến ỏp
Mỏy biến ỏp là thiết bị cú khả năng biến đổi điện ỏp xoay chiều. Mỏy biến ỏp gồm hai cuộn dõy cú số vũng khỏc nhau, cuốn trờn một lừi sắt từ khộp kớn (làm bằng thộp silic. Một trong hai cuộn dõy được nối với dũng điện xoay chiều được gọi
là cuộn sơ cấp, cú N1 vũng dõy. Cuộn thứ hai được nối với tải tiờu thụ, gọi là cuộn thứ cấp, cú N2 vũng dõy.
Hỡnh 2.2: Mỏy biến ỏp
* Nguyờn tắc hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Đặt điện ỏp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Nú gõy ra sự biến thiờn từ thụng trong hai cuộn: 1 = N1mcost; 2 = N2mcost
-Ở cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động 2 d 2 m
e N sin t
dt
- Đối với mỏy biến ỏp lớ tưởng : 2 2
1 1 N U N U và 1 2 2 1 N N I I - Nếu 2 1 N
N > 1: mỏy tăng ỏp. Nếu 2 1 N
N < 1: mỏy hạ ỏp. - Hiệu suất của mỏy biến ỏp sc
tc
P H
P
2.1.4.2. Mỏy phỏt điện xoay chiều.
Mỗi mỏy phỏt điện xoay chiều kiểu cảm ứng đều cú hai bộ phận chớnh: phần cảm nhằm tạo ra từ trường, được cấu tạo bởi nam chõm vĩnh cửu hoặc nam chõm điện; phần ứng gồm cỏc cuộn dõy mà trong đú cú dũng điện cảm ứng. Bộ phận đứng yờn gọi là stato, bộ phận quay gọi là roto
Hỡnh 2.3: Mụ hỡnh mỏy phỏt điện xoay chiều
N S S B2 B1 B3 N S U1 U2 N2 N1
Mỏy phỏt điện xoay chiều cú roto là phần cảm (nam chõm vĩnh cửu hoặc nam chõm điện) cú p cặp cực, stato là phần ứng cú cỏc cuộn dõy.
Mỏy phỏt điện xoay chiều hoạt độnng dựa trờn hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi roto quay với túc độ n vũng/s thỡ từ thụng qua mỗi cuộn dõy của stato biến thiờn tuần hoàn với tần số f = np. Kết quả là trong cỏc cuộn dõy xuất hiện suất điện động xoay chiều hỡnh sin cựng tần số f.
d e dt Trong đú, d dt
là tốc độ biến thiờn từ thụng qua cuộn dõy.
2.1.4.3. Động cơ khụng đồng bộ ba pha
Nguyờn tắc hoạt động của động cơ điện khụng đồng bộ ba pha dựa trờn hiện tượng cảm ứng điện từ và tỏc dụng của từ trường quay.
Một khung dõy dẫn đặt trong từ trường quay, thỡ khung sẽ quay theo từ trường đú với tốc độ nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường. Động cơ hoạt động theo nguyờn tắc này là động cơ khụng đồng bộ.
Khi khung dõy đặt trong từ trường quay thỡ từ thụng qua khung dõy biến thiờn, trong khung dõy xuất hiện dũng điện cảm ứng. Từ trường tỏc dụng một ngẫu lực lờn khung dõy làm khung dõy quay. Theo định luật Lenxo dũng điện cảm ứng xuất hiện trong khung phải cú tỏc dụng làm quay khung theo chiều từ trường quay để chống lại sự biến thiờn từ thụng của từ trường qua khung dõy. Kết quả khung dõy quay nhanh dần đuổi theo tốc độ quay của từ trường. Tuy nhiờn khi tốc độ gúc của khung dõy tăng lờn thỡ tốc độ biến thiờn của từ thụng qua khung dõy giảm đi, do đú