BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH QUA DẠY HỌC BÀI TẬP CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH

vectorstock.com/10212086

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH QUA DẠY HỌC BÀI TẬP CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 WORD VERSION | 2022 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

i LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Quang Lạc. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy. Xin trân trọng cảm ơn Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứa và thực hiện đề tài.

Em xin chân thành cảm ơn Phòng đào tạo sau Đại học trường Đại học Vinh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp.

Em xin chân thành cảm ơn các giảng viên của trường Đại học Vinh và thầy cô trong khoa Vật lý Đại học Vinh đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu về mặt chuyên môn và phương pháp cho em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng các bạn đồng nghiệp trường THPT Hương Sơn đã giúp đỡ và trao đổi chuyên môn trong quá trình tôi học tập và nghiên cứu.

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong tổ bộ môn Vật lý trường THPT Hương Sơn cùng các em học sinh yêu quý đã tạo điều kiện giúp đỡ và cộng tác với tôi trong quá trình làm thực nghiệp sư phạm và hoàn thành luận văn.

Vinh, tháng 7 năm 2016 Tác giả luận văn

Trần Vũ Dũng

ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BT

Bài tập

CĐDĐ

Cường độ dòng điện

CH

Câu hỏi

DĐXC

Dòng điện xoay chiều

ĐC

Đối chứng

GV

Giáo viên

HS

Học sinh

SGK

Sách giáo khoa

THPT

Trung học phổ thông

TN

Thực nghiệm

TNSP

Thực nghiệm sư phạm

iii MỤC LỤC Lời cảm ơn ..................................................................................................... i Danh mục viết tắt .......................................................................................... ii Mục lục ........................................................................................................ iii Danh mục bảng ............................................................................................. vi Danh mục hình.............................................................................................. vi Danh mục sơ đồ ............................................................................................ vi MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 2 4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu ............................................................. 2 4.1. Khách thể nghiên cứu .............................................................................. 2 4.2. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 2 5. Vấn đề nghiên cứu ..................................................................................... 2 6. Giả thuyết khoa học .................................................................................... 3 7. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 3 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..................................................... 3 9. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 3 9.1. Nghiên cứu lí luận.................................................................................... 3 9.2. Nghiên cứu thực tiễn ................................................................................ 4 9.3. Thực nghiệm sư phạm .............................................................................. 4 10. Cấu trúc của luận văn ............................................................................... 4 CHƯƠNG 1.CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .................. 5 1.1. Khái quát về bài tập vật lí ........................................................................ 5 1.1.1. Khái niệm ............................................................................................ 5 1.1.2. Vai trò ................................................................................................. 5 1.1.3. Phân loại .............................................................................................. 8 1.2. Tư duy và bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh ................................ 10 1.2.1. Tư duy ............................................................................................... 10 1.2.1.1. Khái niệm tư duy ............................................................................. 10 1.2.1.2. Khái niệm tư duy vật lý .................................................................... 11 1.2.2. Bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh ............................................... 13

iv 1.2.2.1. Khái niệm bồi dưỡng năng lực tư duy .............................................. 13 1.2.2.2. Thang bậc nhận thức và bồi dưỡng năng lực tư duy ........................ 14 1.2.2.3. Bồi dưỡng năng lực tư duy thông qua dạy học bài tập vật lý ............ 16 1.3. Thực trạng hoạt động dạy học bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 THPT ở một số trường THPT hiện nay. .................................................. 17 1.3.1. Đối tượng và phương pháp khảo sát ...................................................... 17 1.3.2. Kết quả khảo sát.................................................................................. 17 1.3.3. Những kết luận rút ra từ khảo sát ......................................................... 18 Kết luận Chương 1 ....................................................................................... 21 CHƯƠNG 2.BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH QUA DẠY HỌCBÀI TẬP CHƯƠNG “ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12TRUNG HỌC PHỔ THÔNG .................................................................. 22 2.1. Mục tiêu dạy học chương dòng “Dòng điện xoay chiều” .......................... 22 2.1.1. Về nội dung kiến thức ......................................................................... 22 2.1.2. Về kĩ năng ......................................................................................... 22 2.2. Cấu trúc chương “Dòng điện xoay chiều” .............................................. 23 2.3. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập .................................................... 24 2.3.1. Nguyên tắc .......................................................................................... 24 2.3.2. Hệ thống cấu trúc kiến thức của chương “Dòng điện xoay chiều” ........ 25 2.3.3. Hệ thống bài tập chương “ Dòng điện xoay chiều ” có hướng dẩn giải.. 25 2.4. Tiến trình dạy học bài tập vật lý theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh ....................................................................................................... 68 2.4.1. Giáo án 1 .......................................................................................... 68 2.4.2. Giáo án 2 .......................................................................................... 72 2.4.3. Giáo án 3 .......................................................................................... 76 Kết luận chương 2 ........................................................................................ 80 CHƯƠNG 3.THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................................................. 81 3.1. Mục đích thực nghiệm .......................................................................... 81 3.2. Đối tượng thực nghiệm ......................................................................... 81 3.3. Nhiệm vụ thực nghiệm .......................................................................... 81 3.4. Phương pháp tiến hành ......................................................................... 82 3.5. Nội dung thực nghiệm ........................................................................... 82 3.6. Kết quả thực nghiệm ............................................................................. 83 3.6.1. Kết quả định tính ............................................................................... 83 3.6.2. Kết quả định lượng ............................................................................ 84

v Kết luận chương 3 ........................................................................................ 89 KẾT LUẬN ................................................................................................ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 91 PHỤ LỤC 1.MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU.......................................................................................................... 1 PHỤ LỤC 2.KIỂM TRA CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU ............. 6

vi DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Bảng thống kê các điểm số kết quả bài kiểm............................84 Bảng 3.2. Bảng phân phối tần suất bài kiểm ............................................85 Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất lũy tích..........................................85 Bảng 3.4. Bảng tham số thống kê..............................................................87

DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Đồ thị phân phối tần suất ..................................................86 Hình 3.2: Biểu đồ phân phối tần suất ................................................87 Hình 3.3: Đồ thị phân phối tần suất lũy tích. ....................................87 Hình 3.4: Đồ thị phân phối tần suất lũy tích. ....................................87

DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1.Các thao tác hoạt động hướng tới sự bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh…………………………………..........................................15 Sơ đồ 2.1. Cấu trúc nội dung của chương “Dòng điện xoay chiều”....... ..24

1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, phong trào đổi mới phương pháp giảng dạy nâng cao chất lượng và hiệu quả giáo dục đã diễn ra ở tất cả các cấp, các bộ môn. Ngành giáo dục đã và đang thực hiện nhiều giải pháp đồng bộ như đổi mới chương trình, nội dung, phương pháp dạy và học... nhằm mục đích nâng cao chất lượng giáo dục, hướng tới sự phát triển toàn diện của người học. Từ đó có thể thấy lựa chọn phương pháp dạy và học nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh là một vấn đề quan trọng trong dạy học nói chung và dạy học môn vật lí nói riêng.

Vật lý là bộ môn khoa học tự nhiên gắn liền với thực tế đời sống. Đồng thời vật lý là bộ môn khó và trừu tượng. Bài tập vật lý vô cùng phong phú và đa dạng. Mặt khác trong phân phối chương trình số tiết dạy bài tập lại ít hơn so với nhu cầu cần củng cố kiến thức của học sinh. Việc làm cấp thiết của giáo viên là làm thế nào để xây dựng được một hệ thống bài tập để thông qua giải bài tập học sinh bồi dưỡng năng lực tư duy một cách tốt nhất. Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu hơn các khái niệm, định luật, hiện tượng vật lí, quy luật vật lí; từ đó biết phân tích, vận dụng vào thực tiễn. Hiện nay, trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông (THPT), giáo viên thường phân chia các bài tập dựa trên yêu cầu về toán học hướng dẫn học sinh giải các bài tập vật lí theo các dạng. Đặc biệt, hiện nay đang áp dụng các hình thức thi trắc nghiệm, với các bài tập trắc nghiệm đòi hỏi giải bài tập nhanh và chính xác, nên nhiều học sinh chỉ vận dụng một cách máy móc các bước giải bài tập, nhận dạng bài tập, áp dụng công thức và sử dụng máy tính để tính toán với tốc độ nhanh và chính xác, do vậy việc bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh trong việc giải bài tập vật lí còn hạn chế.

Mặt khác chương “Dòng điện xoay chiều” là một trong những chương quan trọng của chương trình vật lý 12. Dòng điện xoay chiều là nội dung trọng tâm, các bài tập phần này có nhiều trong các nội dung thi, tuy nhiên lượng bài tập trong sách giáo khoa hiện nay đưa ra còn hạn chế chưa đáp ứng được đủ lượng kiến thức để học sinh làm các bài thi. Đồng thời việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải các bài tập định tính, bài tập định lượng của chương này đối với học sinh

2 thật không dễ dàng.

Một vấn đề đặt ra là cần phải xây dựng một hệ thống bài tập để thông qua việc giải bài tập học sinh hoàn thiện kiến thức, biến thành vốn riêng của mình và phát triển tính tư duy toàn diện về vật lý. Vì vậy, tôi lựa chọn đề tài “Bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh qua dạy học bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 THPT”.

2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng hệ thống bài tập và đề xuất tiến trình hướng dẫn hoạt động dạy học (gồm hoạt động của giáo viên và hoạt động của học sinh) chương “Dòng điện xoay chiều'' Vật lý 12 theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy để giúp học sinh không những nắm vững kiến thức mà còn nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các cơ sở lý luận về vai trò, tác dụng, phương pháp giải bài tập vật lí.

- Nghiên cứu nội dung kiến thức bài tập chương Dòng điện xoay chiều - vật lí 12 THPT. - Xây dựng hệ thống bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” vật lí 12 THPT. - Đề xuất quy trình sử dụng bài tập chương Dòng điện xoay chiều - vật lí 12 THPT theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh.

- Thực nghiệm sư phạm để kiểm định tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập.

4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu 4.1. Khách thể nghiên cứu + Quá trình dạy và học các bài tập liên quan đến chương Dòng điện xoay chiều - vật lí 12 THPT của GV và học sinh Trường THPT Hương Sơn - Hà Tĩnh 4.2. Đối tượng nghiên cứu + Hoạt động dạy và học giải bài tập vật lí ở lớp 12 THPT. 5. Vấn đề nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu vấn đề dạy bài tập liên quan đến chương “Dòng điện xoay chiều” như thế nào để bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh?

3 6. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được một hệ thống bài tập phù hợp với mục tiêu dạy học và thời gian dành cho mỗi nội dung kiến thức, đồng thời tổ chức hoạt động dạy học giải bài tập nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh, sẽ phát huy được vai trò, tác dụng của bài tập vật lí, giúp học sinh không những chiếm lĩnh được kiến thức mà còn phát huy được tính tích cực, tự chủ của học sinh.

7. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu - Hoạt động dạy giải bài tập vật lí chương “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 THPT. - Đối tượng thực nghiệm: Xây dựng hệ thống bài tập chương “ Dòng điện xoay chiều” nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh - vật lí 12 THPT tại một số trường THPT thuộc Huyện Hương Sơn - Hà Tĩnh.

8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa lý luận + Làm sáng tỏ thêm lí luận về dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của, phát huy tính tự chủ, năng lực sáng tạo của học sinh. + Nghiên cứu, lựa chọn được hệ thống bài tập và cách thức tổ chức xây dựng hệ thống bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 THPT phát huy được vai trò tác dụng của bài tập trong dạy học vật lí.

- Ý nghĩa thực tiễn + Xây dựng hệ thống bài tập, soạn thảo tiến trình dạy học bài tập của chương “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 THPT. + Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng cho các phần học khác của môn vật lí và một số môn học khác, đồng thời có giá trị tham khảo cho các đồng nghiệp.

9. Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: 9.1. Nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học bài tập vật lý, để làm sáng tỏ vai trò của nó trong dạy và học.

- Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông, các giáo trình, tài liệu hướng dẫn về học phần này, nội dung sách giáo khoa và những tài liệu tham khảo có liên

4 quan để xác định mức độ nội dung và yêu cầu cần nắm vững.

9.2. Nghiên cứu thực tiễn - Xây dựng hệ thống các bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” vật lý 12 THPT. - Khảo sát thực tiễn về việc dạy bài tập vật lý ở các trường phổ thông trên địa bàn Huyện Hương Sơn – Hà Tĩnh.

- Điều tra, phỏng vấn về việc phân loại các dạng bài tập của chương “Dòng điện xoay chiều” của các trường phổ thông hiện nay.

9.3. Thực nghiệm sư phạm - Tiến hành giảng dạy song song nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm ở một trường THPT theo phương án đã xây dựng.

- Trên cơ sở phân tích định tính và định lượng kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của các biện pháp do đề tài đưa ra.

10. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và khuyến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn được trình bày theo 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài Chương 2: Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập về chương “Dòng điện xoay chiều” vật lí 12 THPT Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

5 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Khái quát về bài tập vật lí 1.1.1. Khái niệm Theo X.E.Camenetxki “trong thực tế dạy học bài tập vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí…”.

Bài tập vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, bồi dưỡng năng lực tư duy vật lí của học sinh và rèn kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn.

1.1.2. Vai trò Trong quá trình dạy học vật lí, mặc dù giáo viên đã rất cố gắng sử dụng nhiều phương pháp mới trong đó có sử dụng nhiều kĩ thuật dạy học hay để hướng dẫn học sinh tiếp cận nghiên cứu tài liệu hay một kiến thức vật lí mới một cách rõ ràng, mạch lạc, logic song để học sinh hiểu sâu và nắm được kiến thức đó giáo viên cần có hệ thống các bài tập cho các học sinh làm. Chính trong quá trình làm bài tập là các em đã phải vận dụng linh hoạt các kiến thức để tự lực giải quyết các tình huống cụ thể khác nhau có như vậy thì kiến thức mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và trở thành vốn riêng của người học. Qua đó học sinh còn có thể hình thành thói quen, kĩ năng, kĩ xảo khi vận dụng kiến thức đã học vào cuộc sống. Không những thế thông qua dạy học về bài tập vật lí, người học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí… biết cách phân tích chúng, ứng dụng chúng vào thực tiễn, có thói quen vận dụng kiến thức khái quát, giúp học sinh làm việc với tinh thần tự lực cao, đồng thời bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo của học sinh. Vai trò của bài tập vật lí trong dạy học như sau: - Giải bài tập vật lí giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống.

6 Khi giải các bài toán như vậy sẽ giúp học sinh hiểu kiến thức sâu sắc hơn, đồng thời tập cho học sinh biết cách liên hệ giữa lí thuyết và thực tế, vận dụng kiến thức được học vào cuộc sống hằng ngày.

Thí dụ, sau khi học xong bài máy biến áp và truyền tải điện năng đi xa, học sinh có thể giải thích được câu hỏi: Tại sao ở nông thôn, dòng điện ở những xóm xa trạm biến áp lại bị tối hơn những bóng đèn ở gần trạm, mặc dù chúng có cùng một công suất. Hoặc sau khi học song về công và công suất của dòng điện ta có thể cho học sinh bài toán sau: làm thế nào để có thể thắp sáng bóng đèn 110V vào mạng điện 220V...?

- Bài tập vật lí sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc.

Trong quá trình dạy học vật lí giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc.

Khi giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra học sinh phải phân tích đề bài, xem đề bài cho gì, cần gì, học sinh phải tái hiện kiến thức, vận dụng kiến thức, vận dụng các thao tác tư duy như phân tích, so sánh, tổng hợp, trừu tượng hóa, khái quát hóa….để xác lập mối quan hệ giữa các đại lượng, lập luận, tính toán, có khi phải tiến hành làm thí nghiệm, đo đạc kiểm tra kết luận. Vì thế bài tập vật lí sẽ là phương tiện rất tốt để bồi dưỡng năng lực tư duy, óc sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú học tập và khả năng nghiên cứu khoa học, đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của hiện tượng vật lí được trình bày dưới dạng tình huống có vấn đề.

Trong dạy học vật lí, nếu ý thức được điều này, các BT vật lí do giáo viên lựa chọn tốt có thể tối đa hóa khả năng sáng tạo tính tò mò của người học thay vì những bài tập đòi hỏi áp dụng một cách đơn giản các công thức các định luật.

- Bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt rèn luyện cho học sinh tính sáng tạo, độc lập trong suy nghĩ, rèn luyện tư duy, đức tính kiên trì và sự yêu thích môn học, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh. Ở đây người học được khuyến khích chủ động chứ không thụ động trong

7 thái độ học, cần lưu ý rằng sự giúp đỡ quá mức của giáo viên có thể dẫn đến việc khuyến khích tính dựa dẫm của người học. Bài tập vật lí còn góp phần xây dựng một thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh, làm cho họ hiểu rõ thế giới tự nhiên là vật chất, vật chất luôn ở trạng thái vận động, họ tin vào sức mạnh của mình, muốn đem tài năng và trí tuệ cải tạo thiên nhiên.

- Bài tập vật lí là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phương tiện để kiểm tra kiến thức kĩ năng của học sinh một cách hiệu quả.

Khi giải bài tập vật lí, học sinh phải nhớ lại kiến thức vừa học, đào sâu khía cạnh nào đó của kiến thức hoặc phải tổng hợp kiến thức trong một chương hoặc một phần của chương trình. Nó được thực hiện qua các bài kiểm tra một tiết, kiểm tra định kì. Kết quả của bài kiểm tra giúp giáo viên biết người học học được gì, nắm kiến thức vững đến đâu để từ đó người giáo viên kịp thời sửa chữa sai lầm của người học và điều chỉnh cách dạy của mình.

Giải bài tập vật lí là thước đo chính xác để giáo viên có thể thường xuyên theo dõi thành tích và tinh thần học tập của học sinh cùng với hiệu quả công tác giáo dục, giáo dưỡng của mình để từ đó có thể điều chỉnh nội dung, phương pháp dạy học, giúp quá trình dạy học đạt hiệu quả cao.

- Bài tập vật lí có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp.

Các bài tập vật lí có thể đề cập đến các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống, khoa học, kĩ thuật, thông tin liên lạc, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp… Các bài tập này là phương tiện thuận lợi để học sinh liên hệ giữa lí thuyết và thực hành, học tập với đời sống, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế sản xuất và cuộc sống.

Thông qua bài tập vật lí giáo viên có thể giới thiệu cho học sinh biết sự xuất hiện những tư tưởng, những quan điểm hiện đại, các phát minh làm thay đổi thế giới. Tiếp xúc các các hiện tượng trong đời sống hàng ngày qua các bài tập vật lí giúp học sinh nhìn thấy khoa học vật lí xung quanh mình, từ đó kích thích hứng thú, đam mê của các em với môn học, bồi dưỡng khả năng quan sát, tài phán đoán.

Giải bài tập vật lí không phải là công việc nhẹ nhàng, nó đòi hỏi học sinh tích cực vận dụng tổng hợp những kiến thức, kinh nghiệm đã có để tìm lời giải. Khi giải thành công một bài tập sẽ đem đến cho học sinh niềm phấn khởi sáng tạo, sẵn sàng

8 đón nhận bài tập mới ở mức độ cao hơn.

Tuy nhiên không phải cứ cho học sinh làm bài tập là chúng ta đạt ngay được các yêu cầu mong muốn. Bài tập vật lí chỉ phát huy tác dụng to lớn của nó trong những điều kiện sư phạm nhất định. Kết quả rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo giải bài tập phụ thuộc rất nhiều vào việc có hay không có một hệ thống bài tập được lựa chọn và sắp xếp phù hợp với mục đích dạy học, với yêu cầu rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo cho người học.

1.1.3. Phân loại - Phân loại theo phương tiện giải Bài tập giải thích hiện tượng Bài tập dự đoán hiện tượng

Bài tập vật lý

Bài tập định tính

Bài tập định lượng

Bài tập thí nghiệm

Bài tập đồ thị

Bài tập thí nghiệm

- Phân loại theo mức độ Bài tập vật lý

Bài tập tập dượt

Bài tập tổng hợp

Bài tập sáng tạo

- Có nhiều cách để phân dạng bài tập vật lí, tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu.

Nếu dựa vào phương thức giải có thể chia bài tập thành bài tập định tính, bài tập tính toán, bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị. Nếu dựa vào mức độ bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh ta có thể chia bài tập thành bài tập luyện tập, bài tập tổng hợp, bài tập sáng tạo…

9 Dựa vào phương thức giải có thể chia bài tập thành các dạng như sau:

+ Bài tập định tính Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải học sinh không cần phải tính toán phức tạp mà chủ yếu dựa vào các suy luận logic đơn giản để giải. Để làm được các bài tập loại này học sinh cần phải hiểu rõ, hiểu sâu bản chất các kiến thức vật lí: hiện tượng vật lí, các định luật vật lí, các thuyết vật lí… Đa số bài tập định tính yêu cầu học sinh giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng vật lí nào đó xảy ra trong điều kiện xác định.

Bài tập định tính thường dùng để vận dụng các kiến thức vật lí vào đời sống, sản xuất. Nó thường được đưa ra dưới dạng câu hỏi “Vì sao?”, “Tại sao?”. Bài tập định tính thường được sử dụng nhiều trong quá trình dạy học vật lí nhất là khi xây dựng hình thành kiến thức mới, dùng làm bài tập nghiên cứu tài liệu mới. Chính vì điều này bài tập định tính giúp học sinh nắm rõ bản chất các hiện tượng vật lí, những quy luật của chúng, dạy cho học sinh biết cách áp dụng lí thuyết vào thực tiễn. Vì thế bài tập định tính luôn mang lại cho người học sự hứng thú, say mê môn học, rèn luyện tư duy, khả năng phán đoán, khả năng quan sát nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh. Vì bài tập định tính chỉ cần học sinh biểu đạt ngôn ngữ bằng lời để giải thích hiện tượng do đó nó còn giúp cho học sinh biết sắp xếp và trình bày ý tưởng của mình một cách rõ ràng, mạch lạc.

+ Bài tập định lượng Là loại bài tập có dữ liệu cụ thể, muốn giải chúng ta phải thực hiện một loạt các phép tính và kết quả của nó là một đáp số định lượng như một công thức, một giá trị bằng số…

Bài tập tính toán có thể chia làm hai loại: bài tập tính toán tập dượt và bài tập tính toán tổng hợp.

Bài tập tính toán tập dượt là các bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ đề cập đến một hiện tượng hay một định luật vật lí và chỉ cần sử dụng một vài phép toán đơn giản. Bài tập này có tác dụng củng cố các kiến thức vừa học, giúp học sinh nắm rõ ý nghĩa của các hiện tượng, các định luật, các công thức, các đơn vị… để giải các bài tập phức tạp hơn.

10 Bài tập tính toán tổng hợp trong đó chứa đựng nhiều các kiến thức vật lí đã học từ trước. Khi giải bài tập loại này có thể phải sử dụng nhiều các kỹ năng, các phương pháp giải toán vật lí khác nhau.

+ Bài tập thí nghiệm Là loại bài tập khi giải phải sử dụng thí nghiệm để đi đến mục đích đặt ra, có khi phải tiến hành thí nghiệm để hướng đến kết quả phải tìm hoặc phải làm thí nghiệm để lấy số liệu làm bài tập.

Loại bài tập này giúp cho học sinh thấy rõ được mối quan hệ giữa lí thuyết và thực nghiệm.

+ Bài tập đồ thị Bài tập đồ thị là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đòi hỏi học sinh phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị. Để giải được bài tập loại này học sinh cần hiểu rõ được ý nghĩa của đồ thị, qua đồ thị có thể cho ta thấy rõ được mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý. Trong thực nghiệm nếu biểu diễn các số liệu đo được trên đồ thị một cách chính xác, sẽ giúp ta xây dựng các các định luật vật lí mới. Chính vì lẽ thế mà bài tập sử dụng đồ thị hoặc xây dựng đồ thị ngày càng quan trọng trong quá trình dạy học vật lí.

1.2. Tư duy và bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh 1.2.1. Tư duy

1.2.1.1. Khái niệm tư duy Tư duy là một quá trình nhận thức nhằm phản ánh những thuộc tính bản chất, những liên hệ và quan hệ có tính quy luật của sự vật và hiện tượng trong thực tế khách quan mà trước đó ta chưa biết. Hay nói một cách tổng quát: Tư duy là thuộc tính đặc biệt của vật chất có tổ chức cao - Bộ não. Tư duy phản ánh thế giới vật chất dưới dạng các hình ảnh lý tưởng. Tư duy vừa là sản phẩm của sự tiến hoá sinh vật, vừa là sản phẩm của sự phát triển xã hội. Nó xuất hiện và phát triển trong hoạt động lao động và cùng với ngôn ngữ gắn bó chặt chẽ với nhau - những hoạt động vốn chỉ có trong xã hội loài người.

Tư duy phản ánh hiện thực xung quanh chúng ta, nhưng không giống như cách

11 phản ánh của cảm giác và tri giác. Các quá trình này phản ánh các đối tượng và hiện tượng cụ thể tác động đến giác quan của chúng ta. Tư duy phản ánh theo kiểu khác.

Nó không xem xét sự vật hiện tượng một cách riêng lẻ mà xem xét sự vật hiện tượng trong các mối quan hệ phổ biến, trong sự vận động và phát triển của chúng. Tư duy bao giờ cũng mang tính chất khái quát bằng cách nêu bật ra cái bản chất, cái chung của sự vật và hiện tượng. Trong quá trình nhận thức nói chung, tư duy bao giờ cũng mang tính sáng tạo, vì nhận thức nhằm thu được tri thức mới và sáng tạo ra những phương thức mới để thu lượm tri thức. Vì tư duy của con người càng phát triển thì con người càng nhận thức được bản chất của các sự vật hiện tượng phức tạp nhanh chóng hơn và sâu sắc hơn.

Quá trình nhận thức bao giờ cũng liên hệ chặt chẽ với tư duy. Vì tư duy của con người càng phát triển thì con người càng nhận t hức bản chất của các sự vật phức tạp nhanh chóng hơn và sâu sắc hơn. Nhờ có tư duy mà ta có thể chuyển được những tri thức sơ đẳng đầu tiên sang tri thức sâu sắc hơn, chuyển từ hiện tượng sang bản chất và từ bản chất bậc một sang bản chất bậc hai...

Theo M.N.Sacđacôp: "Tư duy là sự nhận thức khái quát gián tiếp các sự vật và hiện tượng của hiện thực trong những dấu hiệu, những thuộc tính chung và bản chất của chúng. Tư duy cũng là sự nhận thức sáng tạo những sự vật, hiện tượng mới, riêng rẽ của hiện thực trên cơ sở những kiến thức khái quát hóa đã thu nhận được.

Hay: Tư duy là một quá trình tâm lí mà nhờ đó con người phản ánh được cái đối tượng và hiện tượng của hiện thực thông qua những dấu hiệu bản chất của chúng, đồng thời con người vạch ra được những mối quan hệ khác nhau trong mỗi đối tượng, hiện tượng và giữa các đối tượng, hiện tượng với nhau".

1.2.1.2. Khái niệm tư duy vật lý Ta hiểu tư duy vật lý là sự quan sát các hiện tượng vật lý, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng những mối quan hệ và những sự phụ thuộc xác định, tìm ra mối liên hệ giữa mặt định tính và mặt định lượng của các hiện tượng và các đại lượng vật lý, dự đoán các hệ quả mới từ các lý thuyết và áp dụng những kiến thức khái quát thu được vào thực tiễn.

Các hiện tượng vật lý trong tự nhiên rất phức tạp, nhưng những định luật chi

12 phối chúng thường lại rất đơn giản, vì mỗi hiện tượng bị nhiều yếu tố tác động chồng chéo lên nhau hoặc nối tiếp nhau mà ta chỉ quan sát được kết quả tổng hợp cuối cùng.

Bởi vậy, muốn nhận thức được những đặc tính bản chất và quy luật của tự nhiên thì việc đầu tiên là phải phân tích được hiện tượng phức tạp thành những bộ phận những giai đoạn bị chi phối bởi một số nguyên nhân, bị tác động bởi một số ít yếu tố, tốt nhất là một nguyên nhân, một yếu tố. Có như thế, ta mới xác lập được những mối quan hệ bản chất, trực tiếp, những sự phụ thuộc định lượng giữa các đại lượng vật lý dùng để đo lường những thuộc tính bản chất của sự vật hiện tượng. Muốn biết những kết luận khái quát thu được có phản ánh đúng thực tế khách quan hay không, ta phải kiểm tra lại trong thực tiễn. Để làm việc đó, ta phải xuất phát từ những kết luận khái quát, suy ra những hệ quả, dự đoán những hiện tượng mới có thể quan sát được trong thực tiễn. Nếu thí nghiệm xác nhận hiện tượng mới đúng như dự đoán thì kết luận khái quát ban đầu mới được xác nhận là chân lý. Mặt khác việc vận dụng những kiến thức vật lý khái quát vào thực tiễn tạo điều kiện cho con người cải tạo thực tiễn, làm cho các hiện tượng vật lý xảy ra theo hướng có lợi cho con người, thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng của con người.

Trong quá trình nhận thức vật lý như trên, con người đã sử dụng tổng hợp, xen kẽ nhiều hình thức tư duy, trong đó có hình thức chung như tư duy lý luận, tư duy lôgíc và những hình thức đặc thù của vật lý học như thực nghiệm, mô hình hoá...

Quá trình tư duy vật lý là một mặt tuân theo những quy luật chung của nhận thức, một phần phản ánh những đặc thù của bộ môn. Bao gồm hai khâu cơ bản là: * Đi từ thực nghiệm (quan sát, thí nghiệm, đo lường) trong một phạm vi hẹp, trừu tượng hoá và quy nạp để xây dựng lý thuyết. * Từ lý thuyết diễn dịch để rút ra các hệ quả, vận dụng giải thích các hiện tượng trong một phạm vi rộng hơn của thực nghiệm và tìm ra các ứng dụng mới trong thực tiễn.

Quy trình này gồm 4 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Tập hợp các sự kiện Tập hợp các sự kiện để từ đó suy ra mô hình của các sự kiện ấy. Quá trình này vừa tập hợp, vừa phỏng đoán vừa linh cảm trực giác thấy được vấn đề.

13 - Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình từ các sự kiện.

Sau khi tập hợp các sự kiện riêng lẻ, nhờ phân tích và suy luận quy nạp, khái quát hoá xây dựng nên mô hình phản ánh tính chất sự việc, hiện tượng trong vật lý.

Có hai loại mô hình: * Mô hình ảnh: Xây dựng mô hình cơ học có hình ảnh phản ánh những dấu hiệu bản chất và cấu trúc của hiện tượng được nghiên cứu. * Mô hình dấu hiệu: Thường được biểu thị bằng lời, bằng toán học, bằng đồ thị cho thấy rõ mối quan hệ và diễn biến của hiện tượng. (Ta cần chú ý không phải hiện tượng vật lý nào cũng xây dựng được hai mô hình. Bởi vì với vật lý vi mô thì không thể dùng dấu hiệu vĩ mô để biểu thị tính chất của các hệ vi mô).

- Giai đoạn 3: Giai đoạn suy từ mô hình đến kết quả. Đây là giai đoạn quan trọng vì: Từ mô hình có khả năng suy ra được các hệ quả chưa từng biết đến và điều quan trọng là không phải lặp lại từ đầu quá trình tư duy. (Một lý thuyết có thể cho nhiều hệ quả, hệ quả đó là sự kiểm tra tính chất đúng đắn của mô hình).

- Giai đoạn 4: Kiểm nghiệm hệ quả bằng thực nghiệm Giai đoạn này mở màn cho sự sáng tạo kỹ thuật. Các công trình nghiên cứu cho thấy rằng đặc tính nhất của hoạt động tư duy là chuyển sự kiện sang mô hình. Ở đó con người phải vận dụng tốt các thao tác tư duy, phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá. Để thực hiện đặc tính của hoạt động tư duy trong các giai đoạn của quá trình sáng tạo 1.2.2. Bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh

1.2.2.1. Khái niệm bồi dưỡng năng lực tư duy - Phải xem trọng việc bồi dưỡng năng lực tư duy. Vì nếu không có khả năng tư duy thì không thể học tập, không thể hiểu biết, không cải tạo được tự nhiên, xã hội và rèn luyện bản thân.

- Bồi dưỡng năng lực tư duy là rèn luyện học tập nâng cao nhận thức để phát triển khả năng tư duy tốt, chính xác, bằng cách sử lí các bài tập đa dạng hơn.

- Bồi dưỡng năng lực tư duy là phải tăng cường khả năng trừu tượng khái quát.

- Bồi dưỡng năng lực tư duy là thường xuyên quan sát tìm hiểu thực tế, rèn luyện

14 cảm giác, tính nhạy cảm, năng lực trí nhớ, nhằm nâng cao nhận thức cảm tính để sau đó rút ra nhận thức một cách lý tính, có khoa học.

- Để bồi dưỡng năng lực tư duy phần Dòng điện xoay chiều học sinh cần làm các hệ thống bài tập theo thang bậc nhận thức.

1.2.2.2. Thang bậc nhận thức và bồi dưỡng năng lực tư duy Lĩnh vực nhận thức (tư duy) liên quan đến các mục đích về kiến thức và các kĩ năng trí tuệ, bao gồm 6 mức độ sau đây: 1. Biết (knowledge): Được định nghĩa là sự nhớ lại các dữ liệu đã học được trước đây. Điều đó có nghĩa là một người có thể nhắc lại một loạt dữ liệu, từ các sự kiện đơn giản đến các lý thuyết phức tạp, tái hiện trong trí nhớ những thông tin cần thiết. Đây là cấp độ thấp nhất của kết quả học tập trong lĩnh vực nhận thức.

2. Thông hiểu (comprehension): Được định nghĩa là khả năng nắm được ý nghĩa của tài liệu. Điều đó có thể thể hiện bằng việc chuyển tài liệu từ dạng này sang dạng khác (từ các từ sang số liệu), bằng cách giải thích tài liệu (giải thích hoặc tóm tắt) và bằng cách ước lượng xu hướng tương lai (dự báo các hệ quả hoặc ảnh hưởng).

Kết quả học tập ở cấp độ này cao hơn so với nhớ, và là mức thấp nhất của việc thấu hiểu sự vật.

3. Vận dụng (application): Được định nghĩa là khả năng sử dụng các tài liệu đã học vào một hoàn cảnh cụ thể mới. Điều đó có thể bao gồm việc áp dụng các quy tắc, phương pháp, khái niệm, nguyên lý, định luật và lý thuyết.

Kết quả học tập trong lĩnh vực này đòi hỏi cấp độ thấu hiểu cao hơn so với cấp độ hiểu trên đây.

4. Phân tích (analysis): Được định nghĩa là khả năng phân chia một tài liệu ra thành các phần của nó sao cho có thể hiểu được các cấu trúc tổ chức của nó. Điều đó có thể bao gồm việc chỉ ra đúng các bộ phận, phân tích môí quan hệ giữa các bộ phận, và nhận biết được các nguyên lý tổ chức được bao hàm. Kết quả học tập ở đây thể hiện một mức độ trí tuệ cao hơn so với mức hiểu và áp dụng vì nó đòi hỏi một sự thấu hiểu cả nội dung và hình thái cấu trúc của tài liệu.

5. Tổng hợp (synthesis): Được định nghĩa là khả năng sắp xếp các bộ phận lại với nhau để hình thành một tổng thể mới. Điều đó có thể bao gồm việc tạo ra một cuộc giao tiếp đơn nhất (chủ đề hoặc bài phát biểu), một kế hoạch hành động (dự án nghiên cứu), hoặc một mạng lưới các quan hệ trừu tượng (sơ đồ để phân lớp thông tin). Kết quả học tập trong lĩnh vực này nhấn mạnh các hành vi sáng tạo, đặc biệt tập

15 trung chủ yếu vào việc hình thành các mô hình hoặc cấu trúc mới.

6. Đánh giá (evaluation): Được định nghĩa là khả năng xác định giá trị của tài liệu (tuyên bố, báo cáo nghiên cứu). Việc đánh giá dựa trên các tiêu chí nhất định. Đó có thể là các tiêu chí bên trong (cách tổ chức) hoặc các tiêu chí bên ngoài (phù hợp với mục đích), và người đánh giá phải tự xác định hoặc được cung cấp các tiêu chí. Kết quả học tập trong lĩnh vực này là cao nhất trong các cấp bậc nhận thức vì nó chứa các yếu tố của mọi cấp bậc khác.

Lĩnh vực thao tác tư duy Phân lớp Hệ thống hóa

Tổng quát hóa

Trừu tượng hóa

So sánh

Cụ thể hóa Tổng hợp Quy nạp Phân tích

Diễn dịch HỌC SINH

Làm việc với SGK, tài liệu tham khảo

PHÁT TRIỂN TRÍ TUỆ Giải những bài tập sáng tạo Rút ra những nhận xét

Viết báo cáo tổng kết

Đối chiếu kết quả với lý thuyết

Diễn đạt bằng lời

Tiến hành thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm Thực hiện quan sát

Làm bài tập

Lĩnh vực kỹ năng thực hành

Sơ đồ 1.1. Các thao tác hoạt động hướng tới bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh

16

1.2.2.3. Bồi dưỡng năng lực tư duy thông qua dạy học bài tập vật lý Để phát triển được tư duy học sinh trong giải bài tập vật lý ta cần rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện các thao tác tư duy trong học tập vật lí thông qua những hoạt động phổ biến được dùng trong quá trình nhận thức vật lí của học sinh: - Quan sát, nhận biết những dấu hiệu đặc trưng của sự vật, hiện tượng.

- Phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản.

- Xác định những giai đoạn, diễn biến của hiện tượng.

- Tìm các dấu hiệu giống nhau của các sự vật, hiện tượng.

- Bố trí một thí nghiệm để tạo ra một hiện tượng trong những điều kiện xác định.

- Tìm những tính chất chung của nhiều sự vật, hiện tượng.

- Tìm mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng.

- Mô hình hóa các sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lí tưởng để sử dụng chúng làm công cụ tư duy.

- Tìm mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng.

- Đo một đại lượng vật lí.

- Tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học.

- Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định.

- Giải thích một hiện tượng thực tế.

- Xây dựng một giả thuyết.

- Từ giả thuyết, xây dựng một hệ quả.

- Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả) - Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niêm, định luật vật lí.

- Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động.

- Đánh giá kết quả hành động.

- Tìm phương pháp chung để giải quyết một loại vấn đề.

- Đối với đối tượng học sinh cụ thể, cần đánh giá được các em thuộc mức độ nhận thức trung bình, khá hay giỏi để xây dựng kế hoạch đưa hệ thống bài tập vào và cách sử dụng để bồi dưỡng năng lực tư duy.

17 - Học sinh trung bình. đưa các bài tập và rèn luyện ở hức độ biết, hiểu thông tị là chủ yếu.

- Học sinh khá giỏi, đưa các bài tập và rèn luyện ở mức độ hiểu, vận dụng ở đây nếu là học sinh khá là chủ yếu thì chủ yếu là hiểu và vận dụng bậc thấp, học sinh giỏi vận dụng ở cả bậc thấp và bậc cao.

1.3. Thực trạng hoạt động dạy học bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 THPT ở một số trường THPT hiện nay.

1.3.1. Đối tượng và phương pháp khảo sát - Đối tượng Tìm hiểu thực trạng hoạt động dạy và học bài tập vật lý ở trường THPT Hương Sơn – Hà Tĩnh hiện nay, chúng tôi đã tiến hành điều tra và khảo sát để thu thập các thông tin sau đây: + Tình hình dạy học bài tập chương “Dòng điện xoay chiều ”. + Tình hình hoạt động học bài tập chương “ Dòng điện xoay chiều ”. + Những khó khăn và sai lầm mà học sinh thường mắc phải khi giải bài tập vật lí nói chung và bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” nói riêng. Từ đó tìm hiểu những nguyên nhân dẫn đến những sai lầm đó của học sinh và đề xuất phương án khắc phục.

- Phương pháp + Điều tra giáo viên: sử dụng phiếu điều tra (Nội dung và kết quả điều tra được trình bày trong phần phụ lục 1), dự giờ giảng, trao đổi trực tiếp. + Điều tra học sinh: sử dụng phiếu điều tra (Nội dung và kết quả điều tra được trình bày trong phần phụ lục 2), quan sát hoạt động giải bài tập của học sinh trong giờ học, kiểm tra khảo sát, phân tích kết quả.

1.3.2. Kết quả khảo sát Thông qua quan sát, nghiên cứu, thăm dò một số ý kiến chúng tôi nhận thấy thực trạng dạy và học bài tập Dòng điện xoay chiều của giáo viên và học sinh bên cạnh thuận lợi vẫn còn có những khó khăn tồn tại: - Thứ nhất, nhìn chung việc bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh chưa thật sự hiệu quả mặc dù các giáo viên đã nổ lực điều hành, định hướng và tổ chức quá trình

18 lĩnh hội tri thức bằng phương pháp dạy học tích cực.

- Thứ hai, học sinh thiếu năng lực hình dung các bài tập về “Dòng điện xoay chiều” thông qua các thông tin đề bài, từ đó họ có sự nhầm lẫn các mối liên hệ, quan hệ giữa Dòng điện xoay chiều và điện một chiều; chẳng hạn sai làm khi sử dụng định luật ôm của Dòng điện xoay chiều và điện một chiều.

- Thứ ba, chưa biết lợi dụng có hiệu quả những tính chất, quy luật đã nghiên cứu trong điện một chiều để chuyển sang Dòng điện xoay chiều; khó khăn yếu điểm này do giáo viên chưa quan tâm đúng mức xác lập mối liên hệ việc dạy học Dòng điện xoay chiều và điện một chiều.

Những hạn chế đó do một số nguyên nhân chủ yếu sau: - Thứ nhất, trong các nhà trường một thầy dạy cho một lớp đông học trò, cùng lứa tuổi và trình độ tương đối đồng đều thì giáo viên khó có điều kiện chăm lo cho từng học sinh nên đã hình thành kiểu dạy "thông báo - đồng loạt". Cộng với đó thì một số giáo viên chỉ quan tâm đến việc truyền đạt cho hết nội dung quy định trong chương trình sách giáo khoa, cố gắng làm cho học sinh hiểu và nhớ những điều giáo viên giảng. Cách dạy này dẫn đến cách học thụ động, thiên về ghi nhớ, ít chịu suy nghĩ, cho nên đã hạn chế về chất lượng, hiệu quả dạy và học, không đáp ứng yêu cầu phát triển năng động của xã hội hiện đại. Hệ quả này xuất phát từ sự ảnh hưởng nặng nề của phương pháp dạy học cũ, lấy người dạy làm trung tâm.

- Thứ hai, giáo viên chưa thật sự quan tâm đến vấn đề tổ chức rèn luyện hoạt nhận của học sinh thông qua việc đưa ra những bài toán có khả năng bồi dưỡng năng lực tư duy, kích thích tính hứng thú của học sinh. Hệ thống bài tập Dòng điện xoay chiều đưa ra chưa thật sự phong phú về nội dung, đơn giản về hình thức. Thực hành bài tập trên lớp mang tính đối phó.

- Thứ ba, thời gian học của học sinh có hạn, nhưng lượng kiến thức rất nhiều, từ đó một vấn đề hết sức quan trọng là: làm thế nào để học sinh có thể tiếp nhận đầy đủ khối lượng tri thức lớn đó trong khi quỹ thời gian dành cho dạy và học không thay.

1.3.3. Những kết luận rút ra từ khảo sát - Căn cứ kết quả điều tra thông qua phiếu điều tra giáo viên và học sinh chúng

19 tôi đã phân tích, đánh giá một cách tổng hợp và rút ra những nhận xét sau đây: - Tình hình dạy giải bài tập của giáo viên.

- Số tiết học dành cho việc chữa bài tập còn ít mà yêu cầu rèn luyện kĩ năng lại nhiều nên giáo viên rất khó bố trí thực hiện cho đầy đủ.

-Trình độ học sinh trong lớp không đồng đều nên chọn bài để chữa trên lớp rất khó vì bài khó thì học sinh trung bình không hiểu nổi, bài dễ lại làm cho các em giỏi ít hứng thú.

- Mỗi giáo viên thường chọn riêng cho mình một phương pháp giải và đưa ra cho học sinh luyện tập, nên công tác đánh giá, kiểm tra chất lượng học sinh cả khối cũng gặp nhiều khó khăn.

- Tình hình hoạt động giải bài tập của học sinh.

- Nhiều học sinh nhớ máy móc các công thức, chưa hiểu hết bản chất vật lí của hiện tượng nêu ra trong các bài tập, dẫn đến học sinh gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập hoặc áp dụng sai công thức trong quá trình giải.

- Trong các giờ bài tập số học sinh tích cực tham gia hoạt động giải bài tập chiếm khoảng 40%, còn số học sinh thụ động, lười suy nghĩ, chưa có ý thức hoặc chưa biết cách phân loại và xây dựng phương pháp giải cho mỗi loại bài tập chiếm khoảng 60%.

- Những khó khăn, sai lầm của học sinh thường gặp khi giải bài tập chương “Dòng điện xoay chiều”.

- Rất nhiều học sinh nắm không vững những kiến thức toán học có liên quan đến việc giải các bài tập vật lí như: Vectơ, lượng giác, đạo hàm… nên chưa hiểu được bản chất vật lí của bài tập, dẫn đến việc giải các bài tập vật lí càng khó hơn.

- Khả năng vận dụng những kiến thức lý thuyết vật lí đã học vào các ứng dụng thực tế của đa số học sinh còn hạn chế. Do vậy, việc giải các bài tập lấy dữ kiện từ thực tế phần lớn học sinh thường giải sai.

- Rất nhiều học sinh không tự giác học, thụ động, lười suy nghĩ, thường đợi giáo viên đưa ra phương pháp giải cho một dạng bài tập nào đó rồi mới vận dụng các bài tập tương tự như vậy.

- Nguyên nhân của những khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập vật

20 lí và phương pháp khắc phục. + Nguyên nhân: - Học sinh quên nhiều kiến thức toán học liên quan và khả năng vận dụng những kiến thức toán học vào giải bài tập vật lí còn hạn chế.

- Giáo viên chưa lựa chọn được hệ thống bài tập và phương pháp hướng dẫn giải bài tập đầy đủ và phù hợp với đối tượng học sinh.

- Các bài tập còn xa vời thực tiển các em gặp về Dòng điện xoay chiều trong cuộc sống hàng ngày. + Đề xuất phương án khắc phục.

- Lựa chọn hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập phù hợp với học sinh.

- Thường xuyên ôn tập kiến thức cho học sinh qua hoạt động giải bài tập.

- Rèn luyện cho học sinh một số kĩ năng vận dụng kiến thức toán học vào giải bài tập vật lí.

- Một số bài tập ngắn liền với các vấn đề thực tiển về Dòng điện xoay chiều hàng ngày các em vẩn thường gặp.

21 Kết luận Chương 1 Trong chương này, chúng tôi đã tập trung nghiên cứu và trình bày một cách có hệ thống cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học bài tập vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy. Phương pháp này góp phần tích cực vào việc rèn luyện năng lực tư duy cho HS. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài về việc xây dựng hệ thống bài tập và tiến trình hoạt động dạy học bài tập vật lý theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy được trình bày trong chương có thể tóm tắt như sau: Bài tập vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, bồi dưỡng năng lực tư duy vật lí của học sinh và rèn kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn.

- Dạy học bài tập vật lí giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống. Bài tập vật lí sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc.

- Bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt rèn luyện cho học sinh tính sáng tạo, độc lập trong suy nghĩ, rèn luyện tư duy, đức tính kiên trì và sự yêu thích môn học, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh.

- Bài tập vật lí là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phương tiện để kiểm tra kiến thức kĩ năng của học sinh một cách hiệu quả.

Xây dựng hệ thống bài tập và tiến trình hoạt động dạy học bài tập vật lý theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy chương “Dòng điện xoay chiều” vật lý 12 THPT được tôi trình bày ở chương 2.

22 CHƯƠNG 2 BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH QUA DẠY HỌC BÀI TẬP CHƯƠNG “ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Mục tiêu dạy học chương dòng “Dòng điện xoay chiều” 2.1.1. Về nội dung kiến thức - Viết được biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp tức thời.

- Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện, của điện áp.

- Viết được các công thức tính cảm kháng, dung kháng và tổng trở của đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp và nêu được đơn vị đo các đại lượng này.

- Viết được các hệ thức của định luật Ôm đối với đoạn mạch RLC nối tiếp (đối với giá trị hiệu dụng và độ lệch pha).

- Viết được công thức tính công suất điện và công thức tính hệ số công suất của đoạn mạch RLC nối tiếp.

- Nêu được lí do tại sao cần phải tăng hệ số công suất ở nơi tiêu thụ điện.

- Nêu được những đặc điểm của đoạn mạch RLC nối tiếp khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện.

2.1.2. Về kĩ năng - Tính được các đại lượng đặc trưng cho mạch điện RLC như: độ tự cảm, điện dung của tụ điện, tổng trở của đoạn mạch, điện trở thuần R, điện trở của cuộn dây, hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch U, tính hiệu điện thế hai đầu điện trở UR, hiệu điện thế hai đầu tụ điện UC, hiệu điện thế hai đầu cuộn cảm UL, cường độ dòng điện I, cường, độ lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế, công suất tiêu thụ của mạch P, tần số góc ω…

- Sử dụng được giản đồ Fresnen giải bài toán Dòng điện xoay chiều để tìm các đại lượng như: u,I,U,P,R,r,Z… - Từ các biểu thức U,P,I…vận dụng kiến thức toán vẽ được đồ thị của các hàm số đó. Từ đó tìm các quy luật của chúng.

23 - Vẽ được giản đồ Fre-nen cho đoạn mạch RLC nối tiếp.

- Giải được các bài tập đối với đoạn mạch RLC nối tiếp.

- Giải thích được nguyên tắc hoạt động của máy phát Dòng điện xoay chiều, động cơ Dòng điện xoay chiều ba pha và máy biến áp.

- Tiến hành được thí nghiệm để khảo sát đoạn mạch RLC nối tiếp.

2.2. Cấu trúc chương “Dòng điện xoay chiều” Nội dung chương “Dòng điện xoay chiều” chương trình Vật lí 12 cơ bản gồm 9 bài: Số tiết

Bài số

Tên bài

1

12

Bài 12: Đại cương về Dòng điện xoay chiều.

1

13

Bài 13: Các mạch Dòng điện xoay chiều.

1

14

Bài 14: Mạch có R,L,C mắc nối tiếp.

1

15

1

16

Bài 16: Tuyền tải điện năng.Máy biến áp.

1

17

Bài 17: Máy phát Dòng điện xoay chiều.

1

18

Bài 18: Động cơ không đồng bộ ba pha.

2

19

Bài 15: Công suất điện tiêu thụ của mạch Dòng điện xoay chiều. Hệ số công suất.

Bài 19: TH: Khảo sát đoạn mạch Dòng điện xoay chiều có R,L,C mắc nối tiếp .

Dòng điện xoay chiều là một phần của Điện học, trong đó người ta đi nghiên cứu nguyên tắc tạo ra Dòng điện xoay chiều, các đại lượng vật lý đặc trưng cho mạch Dòng điện xoay chiều, nghiên cứu phương thức sản xuất ra Dòng điện xoay chiều, cách biến đổi dòng điện xoay và phương thức truyền tải Dòng điện xoay chiều đi xa. Lôgíc nội dung kiến thức của chương có thể được mô tả bằng sơ đồ sau:

24

Dòng điện xoay chiều

Sản xuất ứng dụng và truyền tải Dòng điện xoay chiều

Các đại lượng vật lý đặc trưng cho Dòng điện xoay chiều

Khái niệm về e; u; i

Khái niệm về E0

Khái niệm về E

Khái niệm về

Φ

Độ lệch pha

Công suất của dòng điện xuay chiều

Máy phát Dòng điện xoay chiều 1 pha

Máy Dòng điện xoay chiều sơ cấp

Ma chỉ điện chỉ có điện trở thuần R

Ma chỉ điện chỉ có tụ điện C

Ma chỉ điện chỉ có cuồn thuần cảm L

Mạch Dòng điện xoay chiều L, R,C mắc nối tiếp

Sản xuất Dòng điện xoay chiều

Máy phát Dòng điện xoay chiều 3 pha

Cấu tạo

Khái niệm

Cấu tạo

Sử dụng Dòng điện xoay chiều

Truyền tải dòng điện xuay chiều

Máy biến áp

Hoạt động

Động cơ không đồng

bộ

Ứng dụng

Hoạt động

Sơ đồ 2.1. Cấu trúc nội dung của chương “Dòng điện xoay chiều” 2.3. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập 2.3.1. Nguyên tắc - Bài tập được xây dựng một cách hệ thống theo đúng cấu trúc kiến thức chương. Hệ thống bài tập được xây dựng bao quát toàn bộ kiến thức và được sắp xếp theo các dạng bài cụ thể, mỗi bài có phân tích các kiến thức cơ bảo liên quan và

25 phương pháp giải.

- Hệ thống bài tập được lựa chọn và sắp xếp sử dụng cho các mục đích bồi dưỡng năng lực tư duy từ mức nhận thức, thông hiểu đến vận dụng các mức độ cao hơn (vận dụng, phân tích, tổng hợp, đánh giá).

- Các bài tập được lựa chọn có sự gần gũi với thực tế, tạo ra hứng thú học tập cho học sinh.

- Xây dựng, hướng dẩn giải bài tập và sử dụng phù hợp với mục đích bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh.

2.3.2. Hệ thống cấu trúc kiến thức của chương “Dòng điện xoay chiều” 1. Đại cương về dòng điện xoay chiều.

2. Điện trở, cảm kháng, dung kháng, tổng trở và các giá trị hiệu dụng trên các đoạn mạch xoay chiều.

3. Sự lệch pha giữa các đại lượng tức thời trên mạch dòng điện xoay chiều.

4. Công suất, hệ số công suất trên mạch Dòng điện xoay chiều.

5. Các giá trị tức thời của u và i trên đoạn mạch xoay chiều.

6. Các giá trị cực đại, cực tiểu trên đoạn mạch xoay chiều.

7. So sánh các đại lượng trên đoạn mạch xoay chiều.

8. Máy biến áp – Truyền tải điện năng.

9. Máy phát điện – Động cơ điện.

2.3.3. Hệ thống bài tập chương “ Dòng điện xoay chiều ” có hướng dẩn giải.

Dạng bài tập

Nội dung

Dạng 1

Bài tập cách tạo ra dòng điện xoay chiều

Dạng 2

Viết biểu thức của u và i

Dạng 3

Quan hệ giữa các điện áp hiệu dụng

Dạng 4

Công suất tiêu thụ

Dạng 5

Cuộn dây không cảm thuần có điện trở hoạt động (cuộn r, L)

Dạng 6

Hiện tượng cộng hưởng điện

Dạng 7

Độ lệch pha

Dạng 8

Bài toán ngược xác định R,L,C

Dạng 9 Dạng 10:

Xác định giá trị cực đại của điện áp hiệu dụng khi thay đổi L ( hoặc C, hoặc f) mà không liên quan đến cộng hưởng.

Bài tập tìm hộp đen

26 Dạng 1. Bài tập cách tạo ra dòng điện xoay chiều

Hiệu điện thế dao động điều hoà – dòng điện xoay chiều - các giá trị hiệu dụng. + S: Là diện tích một vòng dây ; + N: Số vòng dây của khung

+ B : Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều ( B vuông góc với trục quay ∆)

+ ω : Vận tốc góc không đổi của khung dây(Chọn gốc thời gian t=0 lúc ( n, B ) = 00 ) a. Chu kì và tần số của khung : T =

2π

ω

;f =

1 T

b. Biểu thức từ thông của khung: Φ = N.B.S.cosωt = Φo.cosωt (Với Φ= L I và Hệ số tự cảm L = 4 π .10-7 N2.S/l ) c. Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời: e=

−∆Φ π = −Φ ' = ωNBS.sin ωt = E0cos(ωt − ) ∆t 2

d. Biểu thức của điện áp tức thời: u = U0 cos(ωt + ϕ ) ( ϕ u là pha ban đầu của điện áp ) u

e. Biểu thức của cường độ dòng điện tức thời trong mạch: I = I0 cos(ω t + ϕ i )

( ϕ i là pha ban đầu của dòng điện)

f. Giá trị hiệu dụng : + Cường độ dòng điện hiệu dụng:I = + Hiệu điện thế hiệu dụng: + Suất điện động hiệu dụng:

U=

I0 2

U0 2

E=

E0 2

Bài tập ví dụ: Bài 1: Một khung dây có diện tích S = 60cm2 quay đều với vận tốc 20 vòng trong một giây. Khung đặt trong từ trường đều B = 2.10-2T. Trục quay của khung vuông góc với các đường cảm ứng từ, lúc t = 0 pháp tuyến khung dây có hướng của . a. biểu thức từ thông xuyên qua khung dây. b. Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây.

Hướng dẫn giải:

Viết

27 a. Chu kì: T = 1 = 1 = 0, 05 (s). no 20 Tần số góc: ω = 2π no = 2π .20 = 40π (rad/s).

Φ o = NBS = 1.2.10−2.60.10 −4 = 12.10 −5 (Wb).

Vậy Φ = 12.10−5 cos40π t (Wb) b. Eo = ωΦ o = 40π .12.10 −5 = 1,5.10 −2 (V) Vậy e = 1,5.10−2 sin 40π t (V)

Hay

e = 1,5.10 −2 cos  40π t − 

π  (V) 2

Bài 2: Một khung dây dẫn gồm N = 100 vòng quấn nối tiếp, diện tích mỗi vòng dây là S = 60cm2. Khung dây quay đều với tần số 20 vòng/s, trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10-2T. Trục quay của khung vuông góc với . a. Lập biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời. b. Vẽ đồ thị biểu diễn suất điện động cảm ứng tức thời theo thời gian.

Hướng dẫn giải: a. Chu kì: T =

1 1 = = 0,05 s. no 20

Tần số góc: ω = 2π no = 2π 20 = 40π (rad/s) Biên độ của suất điện động: Eo = ωNBS = 40 π .100.2.10-2.60.10-4 ≈ 1,5V

Chọn gốc thời gian lúc n, B = 0  ϕ = 0 .

( )

Suất điện động cảm ứng tức thời: e = Eo sin ωt = 1,5sin40π t (V)

 

π

Hay e =1,5cos 40πt −  (V).

2

b. Đồ thị biểu diễn e theo t là đường hình sin: - Qua gốc tọa độ O. - Có chu kì T = 0,05s - Biên độ Eo = 1,5V. Dạng 2: Viết biểu thức của u và i:

28

a) Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần: uR cùng pha với i : I = b) Đoạn mạch chỉ có tụ điện C: uC trễ pha so với i góc - ĐL ôm: I =

π 2

UR R

.

UC 1 ; với ZC = là dung kháng của tụ điện.

ZC ωC

- Đặt điện áp u = U 2 cos ωt vào hai đầu một tụ điện thì cường độ dòng điện qua nó có giá trị hiệu dụng là I. Tại thời điểm t, điện áp ở hai đầu tụ điện là u và cường độ dòng điện qua nó là i. Hệ thức liên hệ giữa các đại lượng là :

u 2 i2 i2 u2 i2 u2 = 1 2 + 2 = 2 Ta có: 2 + 2 = 1 ⇔ 2 + I 0 U 0C 2I 2U C2 U I π

c) Đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm L: uL sớm pha hơn i góc - ĐL ôm: I =

UL ; với ZL = ωL là cảm kháng của cuộn dây. A ZL

2 L

.

B

- Đặt điện áp u = U 2 cos ωt vào hai đầu một cuộn cảm thuần thì cường độ dòng điện qua nó có giá trị hiệu dụng là I. Tại thời điểm t, điện áp ở hai đầu cuộn cảm thuần là u và cường độ dòng điện qua nó là i. Hệ thức liên hệ giữa các đại lượng là : 2

Ta có:

2

u i i2 u2 i2 u2 + = 1 ⇔ + = 1 2 + 2 = 2 2 2 2 2 I0 U0L 2I 2U L U I

d) Đoạn mạch có R, L, C không phân nhánh: + Độ lệch pha ϕ giữa u và i Z − ZC xác định theo biểu thức: tanϕ = L = R

ωL −

U , R

B

U Z

R 2 + (Z L - Z C ) 2 là tổng trở của đoạn mạch.

+ Cộng hưởng điện trong đoạn mạch RLC: Khi ZL = ZC hay ω = Imax =

N

R

+ Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: I = Với Z =

M

1 ωC

C

L

R

A

Pmax =

U2 , u cùng pha với i (ϕ = 0).

R

1 LC

thì

29 Khi ZL > ZC thì u nhanh pha hơn i (đoạn mạch có tính cảm kháng).

Khi ZL < ZC thì u trể pha hơn i (đoạn mạch có tính dung kháng).

R tiêu thụ năng lượng dưới dạng toả nhiệt, ZL và ZC không tiêu thụ năng lượng điện. e) Đoạn mạch có R, L,r, C không phân nhánh: + Độ lệch pha ϕ giữa uAB và i xác định theo biểu thức: Z − ZC = tanϕ = L R+r

1 ωC R+r

ωL −

+ Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: I =

L,r

R

A

M

C N

U .

Z

Với Z = (R+r)2 + (Z L - Z C )2 là tổng trở của đoạn mạch. + Cách nhận biết cuộn dây có điện trở thuần - Xét toàn mạch, nếu: Z ≠ R 2 + (Z L − Z C ) 2 ;U ≠ U R2 + (U L − U C ) 2 hoặc P ≠ I2R hoặc cosϕ ≠

R Z

 thì cuộn dây có điện trở thuần r ≠ 0.

- Xét cuộn dây, nếu: Ud ≠ UL hoặc Zd ≠ ZL hoặc Pd ≠ 0 hoặc cosϕd ≠ 0 hoặc ϕd ≠

π 2

 thì cuộn dây có điện trở thuần r ≠ 0.

Phương pháp giải: A) Mạch điện chỉ chứa một phần tử ( hoặc R, hoặc L, hoặc C)

- Mạch điện chỉ có điện trở thuần: u và i cùng pha:

ϕ = ϕu - ϕi = 0 Hay ϕu = ϕi + Ta có: i = I 2cos(ω t+ϕ i ) thì u = U R 2cos(ω t+ϕi ) ; với I =

UR .

R

Bài tập ví dụ: Bài 1: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch dòng điện xoay chiều chỉ có điện trở

π thuần R= 100Ω có biểu thức u= 200 2 cos(100π t + )(V ) . Viết biểu thức của cường độ 4 dòng điện trong mạch.

Hướng dẫn giải:

B

30 Tính I0 hoặc I = U /.R =200/100 =2A; i cùng pha với u hai đầu R, nên ta có: ϕi =

ϕu = π/4

π Suy ra: i = 2 2 cos(100π t + )( A) 4 - Mạch điện chỉ có tụ điện: uC trễ pha so với i góc

π 2

. -> ϕ = ϕu - ϕi =-

π 2

Hay ϕu = ϕi -

+Nếu đề cho i = I 2cos(ω t) thì viết: u = U 2 cos(ω tZC =

π 2

π 2

; ϕi = ϕu +

π 2

) và ĐL Ôm: I =UC với zC

1 . ωC

+Nếu đề cho u = U 2cos(ω t) thì viết: i = I 2 cos(ω t+

π 2

)

Bài 2: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch Dòng điện xoay chiều chỉ có tụ có điện dung C=

10−4

π

(F ) có biểu thức u= 200 2 cos(100π t )(V ) . Viết biểu thức của cường độ

dòng điện trong mạch.

Hướng dẫn giải: Tính Z C =

1 ω .C

=100Ω, Tính I hoặc Io = U /.ZL =200/100 =2A;

π i sớm pha góc π/2 so với u hai đầu tụ điện; Suy ra: i = 2 2 cos(100π t + )( A) 2 - Mạch điện chỉ có cuộn cảm thuần:

π π π π uL sớm pha hơn i góc -> ϕ = ϕu - ϕi = Hay ϕu =ϕi + ; ϕi = ϕu 2 2 2 2 + Nếu đề cho i = I 2cos(ω t) thì viết:

π

u = U 2cos(ωt+ ) và ĐL Ôm: I = UL với 2 zL

ZL =ωL

π + Nếu đề cho u = U 2cos(ω t) thì viết: i = I 2cos(ω t- ) 2 Bài 3: Hiệu điện thế giữa hai đầu một đoạn mạch Dòng điện xoay chiều chỉ có

31 π 1 cuộn cảm có độ tự cảm L= (H ) có biểu thức u= 200 2 cos(100πt + ) (V ) . Viết biểu π 3 thức cường độ dòng điện trong mạch.

Hướng dẫn giải: = 100π.1/π =100Ω,

Tính ZL = ωL

Tính I0 hoặc I = U /.ZL =200/100 =2A; i trễ pha góc π/2 so với u hai đầu cuộn cảm thuần, nên ta có:

π π 3

−

2

=-

π 6

π Suy ra: i = 2 2 cos(100πt − ) ( A) 6 B) Mạch điện không phân nhánh (R L C)

Phương pháp giải:

Tìm Z, I, ( hoặc I0 )và ϕ

Bước 1: Tính tổng trở Z: Tính ZL =ωL.; Z C =

1 1 và Z = R 2 + ( Z L − ZC )2 = ω C 2π fC

Bước 2: Định luật Ôm : U và I liên hệ với nhau bởi I = U ; Io = Z

Bước 3: Tính độ lệch pha giữa u hai đầu mạch và i: tan ϕ =

Uo ; Z

Z L − ZC ; R

Bước 4: Viết biểu thức u hoặc i - Nếu cho trước i = I 2cos(ω t) Thì biểu thức của u là u = U 2cos(ω t+ϕ ) Hay i = Iocosωt thì u = Uocos(ωt + ϕ).

- Nếu cho trước: u = U 2cos(ω t) Thì biểu thức của i là i = I 2cos(ω t-ϕ ) Hay u = Uocosωt thì i = Iocos(ωt - ϕ) * Khi: (ϕu ≠ 0; ϕi ≠ 0 ) Ta có : ϕ = ϕu - ϕi => ϕu = ϕi + ϕ ; ϕi = ϕu - ϕ - Nếu cho trước: i = I 2 c os(ω t+ ϕ i ) Thì biểu thức của u là u =U 2cos(ωt+ϕi +ϕ) Hay i = Iocos(ωt + ϕi)

thì u = Uocos(ωt + ϕi + ϕ).

- Nếu cho trước: u = U 2 c os( ω t+ ϕ u ) Thì biểu thức của i là i = I 2cos(ωt+ϕu-ϕ) Hay u = Uocos(ωt +ϕu)

Bài tập ví dụ:

thì i = Iocos(ωt +ϕu - ϕ)

32 Bài 1: Một mạch Dòng điện xoay chiều RLC không phân nhánh có R = 100 Ω ; C= 1

π

2 .10−4 F ; L= H. cường độ dòng điện qua mạch có dạng: i = 2cos100 π t (A). Viết biểu

π

thức tức thời điện áp của hai đầu mạch và hai đầu mỗi phần tử mạch điện.

Hướng dẫn giải: 2 - Cảm kháng : Z L = L.ω = 100π = 200Ω ; π

- Dung kháng : Z C =

1 = ω .C

1 = 100 Ω 10−4 100π .

π

- Tổng trở: Z = R 2 + ( Z L − Z C )2 = 100 2 + ( 200 − 100 )2 = 100 2Ω - HĐT cực đại :U0 = I0.Z = 2. 100 2 V =200 2 V - Độ lệch pha: tanϕ =

ZL − ZC 200 −100 π = = 1  ϕ = rad ; R 100 4

π π - Pha ban đầu của HĐT: ϕu =ϕi +ϕ = 0+ = 4 4 π =>Biểu thức HĐT : u = U 0 cos(ωt + ϕ u ) = 200 2 cos(100πt + ) (V) 4 - HĐT hai đầu R :uR = U0Rcos (ωt + ϕ u ) ; Với : U0R = I0.R = 2.100 = 200 V; R

Trong đoạn mạch chỉ chứa R : uR cùng pha i: uR = U0Rcos (ω t + ϕ u ) = 200cos 100πt V R

- HĐT hai đầu L :uL = U0Lcos (ω t + ϕ u ) Với : U0L = I0.ZL = 2.200 = 400 V; L

Trong đoạn mạch chỉ chứa L: uL nhanh pha hơn cđdđ

ϕuL = ϕi +

π 2

= 0+

π 2

=

π 2

π 2

:

rad => uL = U0Lcos (ω t + ϕ u ) = 400cos (100πt + R

π 2

)V

- HĐT hai đầu C: uC = U0Ccos (ω t + ϕ u ) Với : U0C = I0.ZC = 2.100 = 200V; C

Trong đoạn mạch chỉ chứa C: uC chậm pha hơn cđdđ

ϕuL = ϕi −

π 2

= 0−

π 2

=−

π 2

:

π

π rad => uC = U0Ccos (ω t + ϕ u ) = 200cos (100πt − ) V 2 2 C

Bài 2: Mạch Dòng điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 40Ω, một cuộn

33

thuần cảm có hệ số tự cảm L =

0,8

π

H và một tụ điện có điện dung C =

2.10−4

π

F mắc

nối tiếp. Biết rằng dòng điện qua mạch có dạng i = 3 cos100π t (A). a. Tính cảm kháng của cuộn cảm, dung kháng của tụ điện và tổng trở toàn mạch. b. Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu điện trở, giữa hai đầu cuộn cảm, giữa hai đầu tụ điện, giữa hai đầu mạch điện.

Hướng dẫn giải: a. Cảm kháng: Z L = ω L = 100π . 0,8 = 80 Ω ; π Dung kháng: Z C = 1 = ωC

1 = 50Ω 2.10−4 100π .

π

Tổng trở: Z =

R2 + (Z L − ZC ) = 2

40 2 + ( 80 − 50 ) = 50 Ω 2

b. • Vì uR cùng pha với i nên : u R = U oR cos100π t ; Vậy u = 120cos100π t (V).

Với UoR = IoR = 3.40 = 120V • Vì uL nhanh pha hơn i góc

π 2

Với UoL = IoZL = 3.80 = 240V; • Vì uC chậm pha hơn i góc −

π 2

Với UoC = IoZC = 3.50 = 150V; Áp dụng công thức: tan ϕ =

ϕ =

 

nên: uL = U oL cos 100π t +

π

 2

 

Vậy uL = 240cos  100π t +

π

 (V).

2

 

π

 

π

nên: uC = U oC cos 100π t − Vậy uC = 150cos 100π t −

 2  (V).

2

Z L − ZC 80 − 50 3 = = ;  ϕ ≈ 37 o R 40 4

37π ≈ 0,2π (rad).

180

 biểu thức hiệu điện thế tức thời giữa hai đầu mạch điện: u = U o cos (100π t + ϕ ) ; Với Uo= IoZ = 3.50 = 150V;

Vậy u = 150 cos (100π t + 0, 2π ) (V).

34 −3

10 1 Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ. Biết L = H, C = F và đèn ghi (40V4π 10π 40W). Đặt vào 2 điểm A và N một hiệu điện thế u AN = 120 2 cos100π t (V). Các dụng cụ đo không làm ảnh hưởng đến mạch điện. a. Tìm số chỉ của các dụng cụ đo. b. Viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp toàn mạch.

Hướng dẫn giải: a. Cảm kháng: Z L = ω L = 100π .

Dung kháng: Z C =

1 = ωC

1 = 10Ω ; 10π

1 10 −3 100π .

4π

Điện trở của bóng đèn: R đ =

U đ2m 40 2 = = 40Ω Pđm 40

Tổng trở đoạn mạch AN: Z AN = Số chỉ của vôn kế: U AN =

= 40Ω

R đ2 + Z C2 = 40 2 + 40 2 = 40 2 Ω

U oAN 120 2 = = 120 V 2 2

Số chỉ của ampe kế: I A = I =

U AN 120 3 = = ≈ 2,12 A Z AN 40 2 2

b. Biểu thức cường độ dòng điện có dạng: Ta có : tan ϕ AN =



π − ZC 40 =− = −1  ϕ AN = − rad 4 Rđ 40

ϕi = ϕuAN − ϕ AN = −ϕ AN =  

i = I o cos (100π t + ϕ i ) (A)

Vậy i = 3cos  100π t +

π 4

rad;

Io = I 2 =

3 . 2 = 3A 2

π

 (A).

4

Biểu thức hiệu điện thế giữa hai điểm A, B có dạng: u AB = U o cos (100π t + ϕ u ) (V) Tổng trở của đoạn mạch AB:

35

Z AB =

R đ2 + ( Z L − Z C ) = 2

40 2 + (10 − 40 ) = 50 Ω 2

 U o = I o Z AB = 3.50 = 150 V Ta có: tan ϕ AB =

 ϕu = ϕi + ϕ AB =

π 4

Z L − Z C 10 − 40 3 = =− Rđ 40 4

−

 ϕ AB = −

37π rad 180

π  37π π  = rad; Vậy u AB = 150cos 100π t +  (V) 20  180 20 

Dạng 3: Quan hệ giữa các điện áp hiệu dụng

Phương pháp giải: Dùng các công thức: Công thức tính U: - Biết UL, UC, UR : U 2 = U R2 + (U L − U C ) 2 => U = (U L − U C ) 2 + U R2 - Biết u=U0 cos(ωt+ϕ) : Suy ra : U =

U0 2

Công thức tính I: - Biết i=I0 cos(ωt+ϕ) : Suy ra: I =

I0 2

- Biết U và Z hoặc UR và R hoặc UL và L hoặc UC và C: I = U = U R = U L = Z

R

ZL

UC ZC

Bài tập ví dụ: Bài 1. Điện áp đặt vào hai đầu một đoạn mạch R, L, C không phân nhánh. Điện áp hai đầu R là 80V, hai đầu L là 120V, hai bản tụ C là 60V. Điện áp hiệu dụng hai đầu

đoạn mạch là bao nhiêu.

Hướng dẫn giải: Điện áp ở hai đầu đoạn mạch:

U = U R2 + (U L − UC )2 = 802 + (120 − 60)2 = 100 (V).

Bài 2: Cho mạch như hình vẽ. Điện trở R, cuộn dây thuần cảm L và tụ C mắc nối tiếp . Các vôn kế có điện trở rất lớn , V1 Chỉ UR=5(V),

R V1

V

L

V2

C V3

V2 chỉ UL=9(V), V chỉ U=13(V). Hãy tìm số chỉ V3 biết rằng mạch có tính dung kháng?

36

Hướng dẫn giải: Áp dụng công thức tổng quát của mạch nối tiếp R, L, C ta có: U 2 = U ñ 2 + (U L − U C ) 2 Hay : U 2 − U ñ 2 = (U L − U C ) 2 ; Thay số ta có: 13 2 − 15 2 = (U L − U C ) 2 Tương đương: (U L − U C ) 2 = 144 ← U L − U C = ±12 . Vì mạch có tính dung kháng nên UC > U L

Hay trong biểu thức trên ta lấy nghiệm U L − U C = −12 → U C = U L + 12 = 9 + 12 = 21(V ) UC chính là số chỉ vôn kế V3.

Dạng 4: Công suất tiêu thụ

1. Mạch RLC không phân nhánh: + Công suất tiêu thụ của mạch Dòng điện xoay chiều: P = UIcosϕ hay P = I2R =

U 2R .

Z2

+ Hệ số công suất: cosϕ =

R .

Z

+ Ý nghĩa của hệ số công suất cosϕ - Trường hợp cosϕ = 1 tức là ϕ = 0: mạch chỉ có R, hoặc mạch RLC có cộng hưởng

điện (ZL = ZC) thì: P = Pmax = UI =

U2 .

R

π - Trường hợp cosϕ = 0 tức là ϕ = ± : Mạch chỉ có L, hoặc C, hoặc có cả L và C 2 mà không có R thì: P = Pmin = 0. + Để nâng cao cosϕ bằng cách thường mắc thêm tụ điện thích hợp sao cho cảm kháng và dung kháng của mạch xấp xỉ bằng nhau để cosϕ ≈ 1. + Nâng cao hệ số công suất cosϕ để giảm cường độ dòng điện nhằm giảm hao phí P

điện năng trên đường dây tải điện.

a. R thay đổi để P =Pmax + Khi L,C, ω không đổi thì mối liên hệ giữa ZL

Pmax P<Pmax

và ZC không thay đổi nên sự thay đổi của R O R1 RM

R2

R

37 không gây ra hiện tượng cộng hưởng

+ Tìm công suất tiêu thụ cực đại của đọan mạch:

L

R

A

C

B

U2 = , (Z L − Z C ) 2 R+ R

U2 Ta có P=RI = R 2 R + (Z L − Z c ) 2 2

Do U=Const nên để P=Pmax thì ( R +

(Z L − Z C ) 2 ) đạt giá trị min. Áp dụng bất đẳng R

thức Cosi cho 2 số dương R và (ZL-ZC)2 ta được: (Z L − Z C ) 2 (Z L − Z C ) 2 = 2 Z L − ZC ≥ 2 R. R+ R R

V ậy ( R +

(Z L − Z C ) 2 ) R

min

R= Z L − Z C

nên ta có

Lúc đó: cosϕ =

là 2 Z L − Z C lúc đó dấu “=” của bất đẳng thức xảy ra => P= Pmax =

Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ.

1

π

2

H, C =

2 .10 −4

π

A

R

L

C

B

F , uAB = 200cos100πt(V). R bằng bao nhiêu để công

suất toả nhiệt trên R là lớn nhất? Tính công suất đó.

Hướng dẫn giải: Ta có :ZL = ωL = 100 Ω;

ZC =

1 = 50 Ω; ωC

U = 100 2 V

U 2R Công suất nhiệt trên R : P = I R = 2 = R + (Z L − Z C ) 2 2

Theo bất đẳng thức Cosi : Pmax khi R = => Pmax =

.

2 ; tan ϕ = 1 2

Bài tập ví dụ:

Biết L =

U U2 và I = Imax= 2 Z L − ZC Z L − ZC

U2 = 200W 2R

U2 (Z − Z C ) 2 R+ L R

(Z L − Z C ) 2 hay R =ZL -ZC = 50 Ω R

38 Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ: Biết L =

1

π

H, C =

R

A

C

L

B

10 −3 F , uAB = 200cos100πt(V). R phải có giá trị bằng bao nhiêu 6π

để công suất toả nhiệt trên R là 240W?

Hướng dẫn giải: 2 Ta có: P ' = I R =

RU 2 ⇔ P ' R 2 − U 2 R + P '( Z L − Z C ) 2 = 0 2 2 R + (Z L − ZC )

Ta có PT bậc 2: 240R2 –(100 2 )2.R +240.1600 = 0. Giải PT bậc 2 => R = 30Ω hay 160/3 Ω

2. Mạch RLrC không phân nhánh: (Cuộn dây không thuần cảm có điện trở thuần r) + Công suất tiêu thụ của cả đọan mạch xoay chiều: P = UIcosϕ hay P = I2 (R+r)= U 2( R + r ) .

Z2

+ Hệ số công suất của cả đọan mạch : cosϕ =

R+r .

Z

+ Công suất tiêu thụ trên điện trở R: PR = I2.R=

U 2 .R Z2

Với Z = (R+r)2 + (Z L - ZC )2 + Công suất tiêu thụ của cuộn dây:

Pr = I2 .r =

U 2 .r Z2

+ Hệ số công suất của đọan mạch chứa cuộn dây : cosϕd = r = Zd

r r 2 + Z L2

a. Công suất tiêu thụ cực đại của cả đọan mạch: có L,r,C, ω không đổi .

+ R thay đổi để Pmax: Khi L,C, ω không đổi thì mối liên hệ giữa ZL và ZC không thay đổi nên sự thay đổi của R không gây ra hiện tượng cộng hưởng Ta có P=(R+r)I2= (R+r) P=

U2 ( R + r )2 + ( Z L − Z c )2

A

R

U2 ( Z L − Z C )2 , để P=P => ( ) min R + r + max ( Z L − Z C )2 R+r (R + r )+ (R+r)

L,r

C

B

39 thì : (R+r) = ZL − ZC Hay: R =/ZL-ZC/ -r Công suất tiêu thụ cực đại trên (R+r):

Pmax =

U2 2 Z L − ZC

b. Công suất tiêu thụ cực đại trên R: Ta có PR= RI2 =

U2 R= ( R + r )2 + ( Z L − Z c )2

Để PR:PRmax ta phải có X = ( R + => R=

( Z L − Z C )2 + r 2 => R= R

Lúc đó PRmax=

U2

U2  (Z − Z )2 + r2  2r + X 2r + R + L C  R   =

( Z L − Z C )2 + r 2 ) đạt giá trị min R

( Z L − Z C )2 + r 2

U2 2r + 2 r 2 + ( Z L − Z C )2

Lưu ý: có khi kí hiệu r thay bằng R0 .

Bài 3: Cho đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh, cuộn dây có điện trở 1 ( H ) Và một biến trở R mắc như hình vẽ. Hiệu điện thế hai 5π r, L R đầu mạch là : U = 80. cos(100π .t )(V ) . r = 15(Ω ) , độ tự cảm L =

a. Khi ta dịch chuyển con chạy của biến trở công suất tỏa nhiệt trên toàn mạch đạt giá trị cực đại là bao nhiêu? b. Khi ta dịch chuyển vị trí con chạy công suất tỏa nhiệt trên biến trở đạt giá trị cực

đại là là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải: r= 15Ω; ZL =20 Ω a. Công suất tỏa nhiêt trên toàn mạch là: ( Chú ý: mạch lúc này có 2 phần tử R, r và khuyết C ) : P = I 2 .(r + R) =

U2 U2 .( r + R ) = .(r + R) = Z2 ((r + R) 2 + (Z L ) 2

U2 2

Z ( r + R) + L r+R

Do tử số là U không đổi nên P lớn nhất khi mẫu số bé nhất.Nghĩa là :

40 2

y=r+R+

ZL bé nhất. r+R

Áp dụng bất đẳng thức côsi cho hai số không âm ta có : 2

y =r+R+

2

Z ZL ≥ 2. (r + R). L = 2.Z L . r+R r+R

Dấu ‘’=” xảy ra khi a=b => r + R = Z L → R = Z L − r = 20 − 15 = 5(Ω) Công suất cực đại : Pmax =

U2 (40 2 ) 2 = = 80(W ) 2(r + R) 2 2(15 + 5)

b. Công suất tỏa nhiệt trên biến trở R là : P = I 2 .R =

U2 U2 U2 U2 .

R = .

R = = Z2 ((r + R) 2 + (Z L ) 2 (r + R) 2 + Z 2 L r 2 + 2r.R + R 2 + Z 2 L R R 2

Đến đây ta nên làm như sau : Đặt y = được biểu thức như sau : y = 2r + R +

2 r .R + R 2 + ( r 2 + Z L ) Sau đó chia cho R thì R

r2 + Z 2L . Trong biểu thức này ta lại lập luận P R

lớn nhất khi y bé nhất Hay : Dùng BĐT Côsi cho hai số không âm trong biểu thức y ta có : R+

r2 + Z 2L R.Z 2 L ≥2 . = 2.Z L . Dấu bằng xảy ra khi R R

R=

r 2 + Z L2 => R 2 = r 2 + Z L2 => R = R

Ta có PRmax=

r 2 + Z L2 = 15 2 + 20 2 =25Ω

U2 2r + 2 r 2 + ( Z L − Z C )2

thế số ta có: PRmax = 40W

Bài 4: Một điện trở biến trở R mắc nối tiếp với cuộn dây có điện trở thuần R0 = 15 Ω và độ tự cảm L =

1 H như hình vẽ.

5π

A

R

L,R0

B

Biết điện áp hai đầu đoạn mạch là uAB= 40 2 cos100πt (V). Công suất toả nhiệt trên biến trở có thể đạt giá trị cực đại là bao nhiêu khi ta dịch chuyển con chạy của biến trở?

Tính giá trị của biến trở lúc đó và Công suất cực đại đó?

41

Hướng dẫn giải: Cảm kháng : ZL = ωL = 20 Ω; U = 40 V Công suất toả nhiệt trên R : P = I2 R = P=

U 2R U 2R = 2 2 2 ( R + R0 ) 2 + Z L R 2 + 2 RR0 + R0 + Z L

U2 .

2 2 R0 + Z L R+ + 2R0 R 2

- Để Pmax thì R +

2

R0 + Z L phải min. Vì 2R0 là một số không đổi.

R 2

R + ZL - Theo bất đẳng thức Cosi thì R + 0 R

R=

R0 + Z L = 25 Ω và Pmax = 2

2

2

2

R + ZL nhỏ nhất khi R = 0 R

2

hay

U2 =20W 2( R + R0 )

* Chú ý khi giải bài tập này : - Các đại lượng U, R0 , ZL hoặc ZC là các đại lượng không đổi - Khi áp dụng bất đẳng thức Cosi cần chọn A và B sao cho A.B = const.

Dạng 5: Cuộn dây không cảm thuần có điện trở hoạt động (cuộn r, L) 1. Xét cuộn dây không cảm thuần (L,r): Khi mắc cuộn dây có điện trở r và độ tự cảm L vào mạch Dòng điện xoay chiều, ta xem cuộn dây như đoạn mạch r nối tiếp với L có giản đồ vectơ như hình vẽ dưới: +Tổng trở cuộn dây: Z cd = r 2 + Z L2 = r 2 + (ωL ) 2 Trong đó: ZL = L. ω . + Điện áp hai đầu cuộn dây nhanh pha hơn U Z cường độ dòng điện một góc ϕ d được tính theo công thức: tan ϕ d = 0 L = L U0r

r

+ Biên độ, giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp theo các công thức: I0 =

U 0d = Zd

U 0d r +Z 2

2 L

và I =

Ud = Zd

Ud r + Z2L 2

;

+ Công suất tiêu thụ của cuộn dây: P = Ud.I.cos ϕ d = I.r2 + Hệ số công suất của cuộn dây : cos ϕ d=

r r = 2 Zd ZL + r 2

Hay Pr =

U 2 .r Z2

42 + Cách nhận biết cuộn dây có điện trở thuần r: - Xét toàn mạch, nếu: Z ≠ R 2 + (Z L − Z C ) 2 ; U ≠ U R2 + (U L − U C ) 2 hoặc P ≠ I2R;hoặc cosϕ ≠

R Z

 thì cuộn dây có điện trở thuần r ≠ 0.

- Xét cuộn dây, nếu: Ud ≠ UL hoặc Zd ≠ ZL hoặc Pd ≠ 0 hoặc cosϕd ≠ 0 hoặc ϕd ≠

π 2

 thì cuộn dây có điện trở thuần r ≠ 0.

2. Mạch RLrC không phân nhánh:

L,r

R

A

C

B

- Điện trở thuần tương đương là: R+ r.

- Tổng trở của cả đoạn mạch RLrC nối tiếp là: Z = ( R + r ) 2 + ( Z L − Z C ) 2 - Độ lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch RLrC với cường độ dòng điện là: tan ϕ =

Z L − ZC R+r

+ Sự liên hệ giữa các điện áp coϕ =

hiệu dụng: U 2 = (U R + U r ) 2 + (U L − U C ) 2 ;

r+R Z

+ Công suất tiêu thụ toàn mạch: P = U . I .c os ϕ =(r+R )I 2 + Công suất tiêu thụ trên R: PR = R I 2

Bài tập ví dụ: Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ , trong đó C =

10 −4

π

F ,L=

A

L,r.

R M

C N

B

1 H, r = 10Ω , R = 40Ω. Biểu thức dòng điện trong mạch 2π

i = 2 2 cos 100πt (A). a.Tính tổng trở của mạch? b.Độ lệch pha ϕ và Công suất của toàn mạch ?

Hướng dẫn giải: a. Tính tổng trở: Cảm kháng: ZL = L.ω = ZC =

1 = ω.C

1 = 100 Ω 10−4 100π.

π

1 100π = 50Ω ; Dung kháng: 2π

43

Tổng trở : Z =

(r + R ) 2 + ( Z L − Z C )2 =

(10 + 40) 2 + (50 − 100) 2 = 50 2 Ω

b. Công suất tiêu thụ của mạch điện : Ta có: tan ϕ =

ZL − ZC 50 −100 π = = −1 => ϕ = − rad ; r+R 10 + 40 4

Công suất tiêu thụ của mạch điện : P= UIcosϕ hoặc P = I2.(r+R) = 22.(10+40) = 200 W

Bài 2: Cho mạch như hình vẽ .

L,r M C

A

1 Cuộn dây có r=100 Ω , L = H ; π

tụ điện có điện dung C =

B

V

10 −4 F . Điện áp 2π

xoay chiều hai đầu đoạn mạch

u AB = 100 2 cos100 πt(V) .Tính độ lệch pha giữa điện áp

uAB và uAM ? Tính Uc?

Hướng dẫn giải: ZL= 100Ω; ZC = 200Ω;

tanϕAB =

ZL − ZC 100 − 200 = = -1 r 100

Z 100 π π = 1 Suy ra ϕAM = rad Suy ra ϕAB = − rad ; tanϕAM = L = 4 4 r 100 Độ lệch pha giữa điện áp Tính UC ? UC = I.ZC = =

uAB và uAM : ϕAB/AM = ϕAB − ϕAM = − π − π = − π 4 4

U .ZC r + ( Z L − ZC ) 2

Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ.

10−4

2

=

100.100 100 + (100 − 200)2 2

A

1 Biết C = F, L = H, u AB = 200 cos100π t (V). π 2π Điện áp uAM chậm pha

π 3

π 6

R

2

=50 2Ω

C

L,r M

B

so với dòng điện qua mạch và dòng điện qua mạch chậm pha

so với uMB. Tính r và R?

44

Hướng dẫn giải: ZL= 50Ω; ZC = 100Ω; tan ϕMB =

tan ϕ AM =

ZL π Z 50 3 = tan = 3 .  r = L = Ω r 3 3 3

−ZC 1  π = tan  −  = −  R = ZC 3 = 100 3Ω .

R 3  6

Dạng 6. Hiện tượng cộng hưởng điện

Phương pháp chung: 1. Cộng hưởng điện: Điều kiện: ZL = ZC

<=>

ωL =

+ Cường độ dòng điện trong mạch cực đại: Imax =

1 <=> LCω 2 = 1 Cω

U U U = = R R Z min R

+ Điện áp hiệu dụng: U L = U C → U R = U ; P= PMAX =

U2 R

+ Điện áp và cường độ dòng điện cùng pha ( tức φ = 0 ) + Hệ số công suất cực đại: cosφ = 1.

2. Ứng dụng: tìm L, C, tìm f khi có Cộng hưởng điện: + Số chỉ ampe kế cực đại, hay cường độ dòng điện hiệu dụng đạt giá trị lớn nhất + Cường độ dòng điện và điện áp cùng pha, điện áp hiệu dụng: U L = U C → U R = U + Hệ số công suất cực đại, công suất cực đại....

Bài tập ví dụ:

uAB = 200 2 cos100πt (V).

R =100 Ω ; L =

1

π

L

R

A

Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ.

C

B

V

H; C là tụ điện biến đổi ; RV →∞ . Tìm C để vôn kế V có số chỉ lớn nhất.

Tính Vmax?

Hướng dẫn giải: Số chỉ của Vôn Kế (V) là giá trị điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch chứa R và L. 2 2 Ta có: UV= I .Z RL = R + Z L .

U R + (Z L − Z C ) 2 2

.

45 Do R, L không đổi và U xác định suy ra UV=UVmax=> cộng hưởng điện, nên ZL=ZC => C=

1 Lω

= 2

1 1 (100π)2 π

=

10 −4

π

F.

Bài 2: Cho mạch điện không phân nhánh gồm R = 40Ω, cuộn dây có r = 20Ω và L = 0,0636H, tụ điện có điện dung thay đổi. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có f = 50Hz và U = 120V. Điều chỉnh C để điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây

đạt giá trị cực đại, giá trị đó bằng:

Hướng dẫn giải: Ta có: Z L = 2π f .L = 2π .50.0,0636 = 20Ω .

Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây: Ud = I.Zd . Vì Zd không phụ thuộc vào sự thay đổi của C nên Ud đạt giá trị cực đại khi I = Imax. Suy ra trong mạch phải có cộng hưởng điện. Lúc đó:

I max =

U 120 = = 2 (A) ; Z d = r 2 + Z L2 = 20 2 + 20 2 = 20 2 Ω .

R + r 40 + 20

 U d max = I .Z d = 2.20 2 = 40 2Ω = 56,57Ω (V).

R

Bài 3: Cho mạch dòng điện xoay chiều như hình vẽ. A Biết R = 50Ω, L =

1

π

L

C

H. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều

u = 220 2 cos100π t (V). Biết tụ điện C có thể thay đổi được. a. Định C để điện áp đồng pha với cường độ dòng điện. b. Viết biểu thức dòng điện qua mạch.

Hướng dẫn giải: a. Để u và i đồng pha: 

ZL = ZC  ω L =

ϕ = 0 thì trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện.

1 ; ωC

C =

1

ω 2L

=

1

(100π )

2

.

1

π

b. Do trong mạch xảy ra cộng hưởng điện nên Zmin = R

 Io =

U o U o 220 2 = = = 4,4 2 (A) Z min R 50

=

10 −4

π

F

B

46 Pha ban đầu của dòng điện: ϕ i = ϕ u − ϕ = 0 − 0 = 0 .

Vậy i = 4, 4 2 cos100π t (A)

Bài 4: Một mạch Dòng điện xoay chiều RLC không phân nhánh có R=100 Ω , L= 2

π

H, tụ điện có điện dung C thay đổi được. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay

π

chiều u AB = 200 2 cos(100πt + ) .

4

R

A

L

C

B

Giá trị của C và công suất tiêu thụ của mạch khi điện áp giữa hai đầu R cùng pha với

điện áp hai đầu đoạn mạch bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải: Ta thấy khi uR cùng pha với uAB nghĩa là uAB cùng pha với cường độ dòng điện i.

Vậy trong mạch xảy ra cộng hưởng điện: ZL=ZC

=>

C=

1 Z Lω

. Với ZL=L ω = 200 Ω => C=

Lúc này công suất P=Pmax=

10−4 F 2π

U 2 200 2 = = 400 W R 100

Dạng 7: Độ lệch pha

1. Phương pháp chung: + tan ϕ =

Z L − ZC U −UC Hay tan ϕ = L Thường dùng công thức này vì có dấu của R UR

+ cos ϕ =

U R P Hay cosϕ = R ; cosϕ = ; Lưu ý công thức này không cho biết Z U UI

ϕ,

dấu của ϕ. + sinϕ =

Z L − ZC U − UC ; hay sin ϕ = L Z U

+ Kết hợp với các công thức định luật ôm : I =

U R U L U C U U MN = = = = R ZL ZC Z ZMN

+ Lưu ý: Xét đoạn mạch nào thì áp dụng công thức cho đoạn mạch đó.

+ Nếu 2 đoạn mạch cùng pha: tan ϕ1 = tan ϕ 2 + Nếu 2 đoạn mạch vuông pha: tan ϕ1.tan ϕ 2 = −1

47

Bài tập ví dụ: a. Xác định các đại lượng khi biết hai đoạn mạch có điện áp cùng pha, vuông pha.

Bài 1: Cho mạch điện xoay chiều như hình.

R1 = 4Ω, C1 =

1 10 −2 F , R2 = 100Ω , L = H , f = 50Hz. Tìm điện dung C2, biết rằng π 8π

điện áp uAE và uEB đồng pha.

Hướng dẫn giải:

ϕ AE = ϕu AE − ϕi ; ϕ EB = ϕ u − ϕ i EB

Vì uAE và uEB đồng pha nên ϕ u AE = ϕ u EB  ϕ AE = ϕ EB  tan ϕ AE = tan ϕ EB

⇔−

Z C1 R1

=

Z L − Z C2 R2

 Z C2 = Z L + Z C1

R2 R1

1 1 10−4 100 = =  ZC2 = 100 + 8 = 300Ω ;  C2 = (F) 2π f .ZC2 2π 50.300 3π 4 Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ.

UAN = 150V, UMB = 200V,

A

C

L,

R N

M

B

uAN và uMB vuông pha với nhau, cường độ dòng điện tức thời trong mạch có biểu thức

i = I o cos100π t (A). Biết cuộn dây là thuần cảm. Hãy viết biểu thức uAB. Hướng dẫn giải: Ta có:

U AN = U R2 + U C2 = 150 V

(1)

U MB = U R2 + U L2 = 200 V

(2)

Vì uAN và uMB vuông pha nhau nên: ϕMB − ϕAN =

π

π

ϕMB = + ϕAN 2 2

(Với ϕ MB > 0 , ϕ AN < 0 )

1 π   tanϕMB = tan +ϕAN  =−cotϕAN ⇔tanϕMB =− tanϕMB.tanϕAN =−1 tanϕAN 2 

48



U L UC . = 1  U R2 = U L .U C UR UR

(3)

Từ (1), (2) và (3), ta suy ra : UL = 160V , UC = 90V, UR = 120V Ta có : U AB = U R2 + (U L − U C ) = 120 2 + (160 − 90 ) ≈ 139 V 2

tanϕ =

2

UL − UC 160 − 90 7 = =  ϕ = 0,53 rad.

UR 120 12

Vậy u AB = 139 2 cos (100π t + 0,53 ) (V)

Bài 3: Cho vào đoạn mạch hình bên.

L,r=0

M

C

R A

B

N

Một Dòng điện xoay chiều có cường độ i = I o cos100π t (A). Khi đó uMB và uAN vuông pha nhau, và u M B = 100 2 cos  100π t + π  (V). Hãy viết biểu thức uAN và tìm 3 



hệ số công suất của đoạn mạch MN.

Hướng dẫn giải: Do pha ban đầu của i bằng 0 nên

ϕ MB = ϕu − ϕi = MB

π 3

−0=

U MB

UL

π 3

ϕ MB rad

O

Dựa vào giản đồ vec-tơ, ta có các giá trị hiệu

UC

ϕ MN

U L = U R tan ϕ MB = 50 tan

π 3

π 3

U AN

= 50 (V)

= 50 3 (V)

Vì uMB và uAN vuông pha nhau nên: Ta có: tan ϕMB .tan ϕ AN Ta có: U

AN

=

I

UR

dụng của UL, UR, UC là: UR = UMB cos ϕMB = 100cos

U MN

π π ϕMB −ϕAN = ϕAN = − 2

6

U L −U C U R2 50 2 50 . = −1  U C = (V) = −1 < = = UR UR U L 50 3 3

UR = cos ϕ AN

50 100 2 (V) =  U oAN = 100  π  3 3 cos  −   6

49 Vậy biểu thức u A N = 100 2 cos  100π t − π  (V).

3



6

R UR UR = = = 2 2 Z U U R + (U L − U C )

50

Hệ số công suất toàn mạch:

cosϕ =

50   50 +  50 3 −  3 

2

2

=

3 7

b. Xác định các đại lượng khi biết hai đoạn mạch có điện áp lệch pha góc ϕ.

Bài 1: Một mạch điện không phân nhánh gồm điện trở thuần R = 75 Ω , cuộn cảm có độ tự cảm L =

5 H và tụ điện có điện dung C. Dòng điện xoay chiều qua mạch: i = 4π

2 cos 100 π t(A). Độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện là π/4.Tính C.Viết biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch trên.

Hướng dẫn giải: ZL= ωL= 100π.

5 =125Ω ; 4π

Độ lệch pha giữa u và i: tanϕ=

Z L − ZC R

π Z − ZC 125 − Z C <=> tan = / L / <=> 1= 4 R 75  1 1 10−3 = = = C F  .

100 .50 5 75 = 125 − ZC => ZC = 50Ω ω Z π π C =>  Suy ra: 75 = 125 − Z C =>   1 1 10−4 75 = ZC −125 => ZC = 200Ω = = F  ZC = ω.Z C 100π .200 π 

a) Trường hợp C=

10 −3 2 2 F , thì Z = R2 + ( ZL − ZC ) = 752 + (125 − 50) = 75 2Ω 5π

Ta có: U0 = I0 .Z = 2.75 2 =150 2 V ; ϕ=π/4 nên: u= 150 2 cos(100πt+ π/4)(V) b) Trường hợp C=

10 −4

π

F , thì Z = R2 + ( ZL − ZC ) = 752 + (125 − 200) = 75 2Ω 2

2

Ta có: U0 = I0 .Z = 2.75 2 =150 2 V ; ϕ= -π/4 nên: u= 150 2 cos(100πt- π/4)(V)

Bài 2: Cho mạch xoay chiều như hình vẽ: C = 31,8( µF ) , f=50(Hz); Biết

U AE lệch pha U E . B

A

R,L

E

C

B

50 một góc 1350 và i cùng pha với U AB . Tính giá trị của R?

Hướng dẫn giải: Theo giả thiết u và i cùng pha nên trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng ta có: Z L = ZC =

ϕ EB =

1 1 = = 100 (Ω ) . Mặt khác đoạn EB chứa tụ C nên ωC 100π .31,8.10 − 6

−π = −900 2

0 0 0 0 Suy ra : Hay : ϕ AE = ϕ EB + 135 = 135 − 90 = 45 ;

Vậy tgϕ AE =

ZL = tg450 = 1 → R = Z L = 100(Ω) .

R

Bài 3 : Cho đoạn mạch như hình vẽ : Với f=50(Hz); L=

1 (H) thì 2π

C

L A

U MB

M

R N

B

trễ pha 900 so với U AB và U MN trễ pha 1350 so với U AB . Tính điện trở R?

Hướng dẫn giải: ZL= L.ω = tg ϕ MB =

−1 tg ϕ AB

1 100π = 50 Ω . Do 2π

Hay :

U MB trễ pha 900 so với U AB ; Nên ta có:

− ZC −1 −R = = → R 2 = Z C ( Z L − Z C ) (1) Z L − ZC Z L − ZC R R

Mặt khác U MN trễ pha 1350 so với U AB nên: ϕ MN − ϕ AB = −1350 → ϕ AB = ϕ MN + 1350 = 1350 − 900 = 450

( Do đoạn MN chỉ chứa C nên ϕ MN = − Vậy : tgϕ AB = Z L − Z C = ZC → ZC =

π 2

= −90 0 )

ZL − ZC = tg 45 0 = 1 → Z L − Z C = R(2) R

Thay (2) vào (1) ta có:

Z L 100 = = 50(Ω) Thay vào (2): R = Z L − ZC = 100− 50 = 50(Ω) .

2 2

Dạng 8: Bài toán ngược xác định R,L,C: Tính tổng trở Z, điện trở R - cảm kháng ZL – dung kháng ZC – độ tự cảm L và điện dung C

51

1.Phương pháp chung: Giả thiết đề cho Cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu dung.

Độ lệch pha φ

Sử dụng công thức

Chú ý

Áp dụng định luật ôm: I= tgϕ =

Cho n dự kiện tìm được (n-

U R U L U C U U AM = = = = R Z L Z C Z Z AM R Z L − ZC hoặc cos ϕ = R Z

kết hợp với định luật ôm Công suất P hoặc

P = RI 2 = UI cos ϕ

nhiệt lượng Q

hoặc Q = RI 2 t với định luật ôm

1) ẩn số

Thường tính Z =

R cos ϕ

Thường dùng tính I: I =

P R

Áp dụng định luật ôm tính Z

+ Nhớ các công thức về ĐL Ôm, công thức tính tổng trở....: - Biết U và I: Z=U/I - Biết ZL, ZC và R: Z = R 2 + ( Z L − Z C )2 : Z L = ω L , ZC =

1 với L có đơn vị (H) và ωC

C có đơn vị (F) - Biết R và ϕ hoặc cosϕ : Z=R/cosϕ - Nếu cuộn cảm có điện trở hoạt động r thì mạch RLrC sẽ có điện trở thuần tương

đương là R+ r; khi đó Z = (r + R ) 2 + ( Z L − Z C )

2

+ Công thức tính điện trở R: - Nếu biết L, C và ϕ: tính theo: tan ϕ = tan ϕ =

Z L − ZC ; Nếu cuộn cảm có điện trở r: R

Z L − ZC r+R

- Biết Z và ϕ hoặc cosϕ : R= Z.cosϕ;

Nếu cuộn cảm có điện trở r: coϕ =

r+R Z

- Biết P và I: P = RI 2 ; Nếu cuộn cảm có điện trở r: Công suất toàn mạch : P= (r+R)I2 + Công thức tính cảm kháng ZL và dung kháng Zc:

Z L = ω L = 2π fL

;

52

ZC =

1 1 = ω C 2π fC

- Biết Z và R, tính được hiệu: ( Z L − Z C ) = ± Z 2 − R 2 sau đó tính được ZL nếu biết Zc và ngược lại, từ đó tính L và C - Chú ý thêm : ZL .ZC = ω=

L ; cộng hưởng điện : ZL= ZC hay : ω 2 L.C = 1 hay C

1 LC

- Khi bài toán cho các điện áp hiệu dụng thành phần và hai đầu mạch, cho công suất tiêu thụ nhưng chưa cho dòng điện thì hãy lập phương trình với điện áp hiệu dụng.

U U U - Khi tìm ra UR sẽ tìm I = P sau đó tìm R = R ; Z L = L ; ZC = C .

I I I UR

- Công suất thiêu thụ : P = U .I .cosϕ =I 2 R =

U 2R U 2R P = ; Hay Z2 R 2 + (Z L − ZC )2

hay P= URI - Hệ số công suất k = cosϕ =

R P UR = = Z UI U

- Nhiệt lượng toả ra trên mạch ( chính là trên R): Q = RI2t ( t có đơn vị: s, Q có đơn vị: J) - Cũng cần phải nghĩ đến giản đồ véc tơ vẽ mạch điện đó để bảo đảm hệ phương trình không bị sai.

Bài tập ví dụ: Bài 1: Tính tổng trở của các mạch điện sau: a. Cho mạch RLC không phân nhánh: UC = 4V; UR =16V; UL=20V; I=2A b. Cho Mạch RL nối tiếp có R=20Ω; u lệch pha 60o so với i c. Cho Mạch RC nối tiếp có R=10Ω; u lệch pha 30o so với i d.Cho Mạch RLC nối tiếp có R=60Ω; hệ số công suất 0,6

Hướng dẫn giải: a.Vì đề cho I và các UC;UR,UL nên ta dùng các công thức : R = UR/I = 16/2 = 8 Ω; ZL= UL/I = 20/2=10Ω; ZC= UC/I = 4/2=2Ω; Suy ra: Z= Z = 8 2 + (10 − 2 )2 =8 2 Ω

53 π

b.Vì đề cho: R = 20 Ω; ϕ =

nên ta có: tan ϕ =

3

c.Vì đề cho: R = 10 Ω; ϕ = -

π 6

ZL => ZL = R; tan ϕ =20 3 Ω.

R

nên ta có: tan ϕ =

d. Vì đề cho: R = 60 Ω; cos ϕ =0,6 mà cosϕ =

−ZC 3 =>ZC = -R; tan ϕ =10 Ω.

R 3

R R => Z = = 100 Ω.

Z cos ϕ

Bài 2: Cho mạch Dòng điện xoay chiều như hình vẽ.

UAB=const; f=50(Hz) , điện trở các khóa K 10

và ampe kế không đáng kể. C =

−4

π

C 1

A

R

A

B K

(F ) .

2

L

Khi khóa K chuyển từ vị trí 1 sang 2 thì số chỉ của ampe kế không thay đổi. Tính độ tự cảm L của cuộn dây?

Hướng dẫn giải: Z C = 100Ω ; ω = 100π (

Rad ) s

Khi khóa K ở vị trí 1 mạch là hai phần tử R và C. Nên ta có : I =

U AB = Z AB

U AB R2 + ZC

2

(1)

Khi khóa K ở vị trí 2 thì mạch bao gồm hai phần tử là R và L: Nên ta có : I ' =

U AB U AB = (2) 2 Z ' AB R2 + ZL U AB

Theo đề I=I’ nên (1) = (2) :

Suy ra:

=> L =

1 R + ZC 2

2

=

R2 + ZC

1 R + ZL 2

2

=

U AB R2 + ZL 2

2

2

2

→ R 2 + Z C = R 2 + Z L → Z L = Z C = 100Ω

100 1 = (H) ω 100π π

ZL

=

Bài 3 : Mạch Dòng điện xoay chiều gồm một cuộn dây có điện trở r = 30Ω, độ tự c ảm L =

0,4

π

H mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C. Điện áp tức thời giữa hai đầu

đoạn mạch là: u =120cos100πt (V). Với giá trị nào của C thì công suất tiêu thụ của

54 mạch có giá trị cực đại và giá trị công suất cực đại bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải: Công suất: P = I r = 2

U2.r r2 + ( ZL − ZC )

Ta có Pmax ⇔ Z C = Z L ⇔

2

2

1 = ωL ωC

2

U 120 1 1 10−3 = = 240 W. F. => Pmax = C= 2 = = r 2.30 ω L 100π 2 . 0,4 4π ( ) π

Bài 4 : Cho mạch điện không phân nhánh. R = 100Ω, cuộn dây có độ tự cảm L = 0,318 H, f = 50Hz, tụ điện có điện dung thay đổi. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U = 100 2 V. Điều chỉnh C để mạch có cộng hưởng

điện. Giá trị C và cường độ dòng điện khi đó là:

Hướng dẫn giải: Cảm kháng: ZL = 2π f .L = 2π.50.0,318 =100Ω; Mạch có cộng hưởng khi ZC = ZL = 100Ω.

C =

U 100 2 1 1 10 −4 = 2 A. F = 31,8 µF. => Imax = = = = R 100 2π f .Z C 2π .50.100 π

10−3 Bài 5: Cho mạch điện gồm R, L, C nối tiếp. R thay đổi, L = H, C = F. Đặt 4π π 1

vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = 75 2 cos100π t (V). Công suất trên toàn mạch là P = 45W. Điện trở R có giá trị bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải: Ta có:

Z L = ω L = 100π .

1

π

= 100Ω

;

ZC =

Công suất tiêu thụ: P = I 2 R =

1 = ωC

1 10−3 100π .

4π

U 2 .R R2 + (Z L − ZC )

 R = 80Ω 752 2 ⇔R − R + (100 − 40) = 0 ⇔  45  R = 45Ω 2

= 40Ω .

U2 2 ⇔ R − R + (Z L − ZC ) = 0 P 2

2

55 Dạng 9: Xác định giá trị cực đại của điện áp hiệu dụng khi thay đổi L ( hoặc C, hoặc f) mà không liên quan đến cộng hưởng.

1. Phương pháp giải chung:

C

R

A

L V

* Tìm L để ULmax: - Phương pháp dùng công cụ đạo hàm: + Lập biểu thức dưới dạng:

UL = IZL =

UZL R2 + ( ZL − ZC )

U U = ( R2 + ZC2 ) Z12 − 2ZC Z1 +1 y L L

2

+ Để ULmax thì ymin. + Dùng công cụ đạo hàm khảo sát trực tiếp hàm số:

y = ( R2 + ZC2 )

1 1 − 2 ZC +1 2 ZL ZL

- Phương pháp dùng tam thức bậc hai: + Lập biểu thức dưới dạng:

UZL

UL = IZL =

R2 + ( ZL − ZC )

(

2 2 + Đặt y = R + Z C

Với x =

) Z1

2 L

2

U U = ( R2 + ZC2 ) Z12 − 2ZC Z1 +1 y L L

− 2Z C

1 + 1 = ax 2 + bx + 1 ZL

1 , a = R 2 + Z C2 , b = −2 Z C ZL

 ∆ = 4ZC2 − 4 ( R 2 + ZC2 ) = −4R 2

* ULmax khi ymin. Tam thức bậc hai y đạt cực tiểu khi x = −

R 2 + Z C2 ∆ R2 ZL = = , ymin = − .=> ZC 4 a R 2 + Z C2 U L max =

R 2 + Z C2 U => U Lmax = U R ymin

- Phương pháp giản đồ Fre-nen: + Từ giản đồ Fre-nên, ta có:

UL

b (vì a > 0) hay 2a

U

O

UC

U1

UR

I

B

56

U = U R + U L + UC

Đặt U1 = U R + U C ,

với U 1 = IZ 1 = I R 2 + Z C2 .

+ Áp dụng định lý hàm số sin, ta có: + Vì U không đổi và sinα =

UL U U sin β = UL = sin β sin α sin α

UR R = = const nên UL = ULmax khi sin β đạt U1 R2 + ZC2

cực đại hay sin β = 1.

Khi đó U L max =

U R 2 + Z C2 R

π U Z U Z + Khi sin β =1 β = , ta có: coα = 1 = C => 1 = C 2

=> ZL =

UL

U1

ZL

Z1

R 2 + ZC2 R 2 + ZC2 => L = ZC ωZC

Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại ở hai đầu cuộn dây có điện trở thuần r thì lập biểu thức U d =

U và dùng đạo hàm, lập bảng biến thiên để tìm ymin , Udmax và giá trị của y

L. * Tìm C để UCmax:

A

R

- Lập biểu thức dưới dạng:

U C = IZ C =

UZ C R 2 + ( Z L − ZC )

2

L

C

B

V

U U = ( R 2 + Z L2 ) Z12 − 2Z L Z1 + 1 y C C

- Tương tự như trên, dùng ba phương pháp: đạo hàm, tam thức bậc hai, và giản đồ Fre-nen để giải.

- Ta có kết quả: U Cmax

R 2 + Z 2L =U R

=> ZC =

R 2 + ZL2 Z ω => C = 2 L 2 ZL R + ZL

- Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại ở hai đầu đoạn mạch nhỏ gồm R nối tiếp C thì

57

lập biểu thức U RC =

U và dùng đạo hàm, lập bảng biến thiên để tìm ymin. y

* Xác định giá trị cực đại ULmax, và UCmax khi tần số f thay đổi: - Lập biểu thức điện áp hiệu dụng 2 đầu cuộn dây UL: UZ L

U L = IZ L =

Đặt a =

1   R2 + ω L − ω C  

U

=

2

1 1  L 1 . 4 +  R2 − 2  2 2 + 1 2 LC ω C Lω 

=

U y

2

2L  1 1 1  b =  R2 −  2 , c =1 , x = 2 2 , C L LC ω  2

- Lập biểu thức điện áp hiệu dụng 2 đầu tụ điện UC:

U

U C = IZ C =

 

ωC R 2 +  ω L −

1  ωC 

 

2 2 2 2 Đặt a = L C , b = C  R −

2

=

U 2L  2  L2C 2ω 4 + C 2  R 2 − ω + 1 C  

U y

=

2L  2 2  , c =1 , x = ω  y = ax + bx + c C 

- Dùng tam thức bậc hai của ẩn phụ x để tìm giá trị cực tiểu của y, cuối cùng có chung kết quả:

U L max = U C max =

Và ωOC

1 = L

2

2LU R 4 LC − R C

L 2 -R C 2

2

2

ωOL =

(với điều kiện 2

1 C

2 2

L - R2 C

L > R2 ) C

- Các trường hợp linh hoạt sử dụng các công thức hoặc vẽ giản đồ Fre-nen để giải toán.

Bài tập ví dụ: Bài 1 : Cho mạch điện như hình vẽ.

A

Điện áp giữa hai đầu AB có biểu thức u = 200cos100π t (V).

R

C

M

L

B

V

Cuộn dây thuần cảm có L thay đổi được, điện trở R = 100Ω, tụ điện có điện dung

58

C=

10−4

π

(F). Xác định L sao cho điện áp hiệu dụng giữa hai điểm M và B đạt giá trị

cực đại, tính hệ số công suất của mạch điện khi đó.

Hướng dẫn giải: Dung kháng: Z = 1 = C ωC

1 100π .

10 − 4

= 100 Ω

π

Cách 1: Phương pháp đạo hàm Ta có: U AB Z L

U MB = IZ L =

UL max =

R2 + ( Z L − ZC )

U AB U = AB ( R 2 + Z C2 ) Z12 − 2 Z C Z1 + 1 y L L

2

1 1 U 2 2 1 2 2 2 với y = R + ZC 2 − 2ZC +1 = R + ZC x − 2ZC.x +1(với x = ) ZL ZL ZL ymin

(

)

(

)

Khảo sát hàm số y:

(

y ' = 0 ⇔ 2( R2 + ZC2 ) x − 2ZC = 0  x =

)

Ta có: y ' = 2 R2 + ZC2 x − 2ZC ;

ZC R + ZC2 2

Bảng biến thiên: ymin khi x =

L=

ZL

ω

=

ZC 1 ZC R2 + ZC2 1002 +1002 =  = = = 200Ω Z hay L R 2 + ZC2 Z L R 2 + ZC2 ZC 100

200 2 = H; 100π π

Hệ số cosϕ =

R R 2 + ( Z L − ZC )

2

=

100 1002 + ( 200 − 100)

Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai

2

=

2 2

59

Ta có: U

MB

(

2 2 Đặt y = R + ZC

Với x =

U AB Z L

= IZ L =

R 2 + (Z L − ZC )

) Z1 − 2Z 2 L

C

U AB U = AB y ( R 2 + Z C2 ) Z12 − 2 Z C Z1 + 1 L L

2

1 +1 = ax2 + bx +1 ZL

UL

1 ; a = R 2 + Z C2 ; b = −2 Z C ZL

ϕ ϕ1

O

UMBmax khi ymin: Vì a = R 2 + Z C2 > 0 nên tam thức bậc

b hai đạt cực tiểu khi x = − hay 2a

P

U

UR

U1

UC

200 2 = H ω 100π π

ZL

=

Hệ số công suất: cosϕ=

R R2 +( ZL −ZC)

2

=

100 1002 +( 200−100)

2

=

2 2

Cách 3: Phương pháp dùng giản đồ Fre-nen.

U = U R + U C + U L Đặt U1 = U R + U C Ta có: Vì α + ϕ1 =

tan ϕ 1 =

π 2

α =

UC IZ C Z 100 = = C = =1 UR IR R 100

π 2

− ϕ1  α =

π 2

−

π 4

=

π 4

 ϕ1 =

π 4

rad

rad

Xét tam giác OPQ và đặt β = ϕ + ϕ1 .

Theo định lý hàm số sin, ta có:

U U U = L UL = sin β sin α sin β sin α

Vì U và sinα không đổi nên ULmax khi sinβ cực đại hay sinβ = 1  β = Vì β = ϕ + ϕ1  ϕ = β − ϕ1 =

π 2

−

π 4

=

π 4

rad.

α Q

1 −2ZC ZC R2 + ZC2 1002 + 1002 =− =  Z = = = 200Ω ; 2 2 L ZL ZC 100 2( R2 + ZC2 ) R + ZC L =

I

π 2

60

Hệ số công suất: cosϕ = cos Mặt khác tanϕ =

π 4

=

2 2

ZL −ZC Z 200 2 = =1 ZL = ZC + R =100 +100 = 200Ω L= L = ω 100π π R

Bài 2: Mạch điện như hình vẽ.

V’

Cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 0,318H,

A

L

N C

R M

R = 100Ω, tụ C là tụ xoay. Điện áp đặt vào

B

V

hai đầu đoạn mạch có biểu thức u = 200 2 cos100π t (V). a. Tìm C để điện áp giữa hai đầu bản tụ đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực đại đó. b. Tìm C để điện áp hai đầu MB đạt cực đại, tính giá trị cực đại đó.

Hướng dẫn giải: a. Tính C để UCmax.

Cảm kháng : Z L = ω L = 100π .0,318 = 100Ω

Cách 1: Phương pháp đạo hàm:

UZ C

Ta có: U C = IZ C =

(

2 2 Đặt y = R + ZL

R 2 + ( Z L − ZC )

2

=

U U = ( R 2 + Z L2 ) Z12 − 2Z L Z1 + 1 y C C

) Z1 −2Z Z1 +1=( R + Z ) x −2xZ. +1 (với x = Z1 2

2 C

2 L

L

C

2

L

); UCmax khi ymin.

C

(

)

(

)

Khảo sát hàm số: y = R 2 + Z L2 x 2 − 2 x.Z L + 1  y ' = 2 R 2 + Z L2 x − 2 Z L

y ' = 0 ⇔ 2 ( R 2 + Z L2 ) x − 2 Z L = 0  x = Bảng biến thiên:

ZL R + Z L2 2

61

 ymin khi x =

 ZC =

ZL 1 Z = 2 L 2 2 hay R + ZL ZC R + Z L 2

R2 + ZL2 1002 + 1002 = = 200Ω 100 ZL

U C max =

C =

1 1 5.10 −5 = = F ω Z C 100π .200 π

U R 2 + Z L2 200 100 2 + 100 2 = = 200 2 (V) R 100

Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai.

UZ C

Ta có: U C = IZ C =

(

2 2 Đặt y = R + ZL

(với x =

R 2 + ( Z L − ZC )

) Z1 − 2Z 2 C

L

2

=

U U = ( R 2 + Z L2 ) Z12 − 2Z L Z1 + 1 y C C

1 +1= ax2 + bx +1 ZC

UL

1 ; a = R 2 + Z L2 ; b = −2 Z L ) ZC

UCmax khi ymin. Vì hàm số y có hệ số góc a > 0, nên y đạt cực tiểu khi: x = −

O

β

U

1 Z b = 2 L 2 hay ZC R + Z L 2a

R2 + ZL2 1002 + 1002  ZC = = = 200Ω ZL 100

U1

α

UR

UC

U R2 + ZL2 200 1002 +1002 1 1 10−4 C = = = = = 200 2 V (F). UC max = ωZC 100π .200 2π R 100 Cách 3: Phương pháp dùng giản đồ Fre-nen.

P

Ta có: U = U L + U R + U C

Áp dụng định lý hàm số sin, ta có:

U R U U U = C UC = sin β ; Vì U và sin α = R = không đổi sin α sin β U1 sinα R2 + Z L2

I

Q

62 nên UCmax khi sinβ cực đại hay sinβ = 1.

Khi sin β = 1  β =

π 2

 cos α =

U L U1 Z Z =  L= 1 U1 U C Z1 Z C

Z12 R 2 + Z L2 1002 + 1002 1 1 5.10 −5  ZC = = = = 200Ω  C = = = F ZL ZL 100 ω Z C 100π .200 π U C max

U R 2 + Z L2 200 100 2 + 100 2 = = = 200 2 (V) R 100

b. Tìm C để UMbmax. UMBmax = ?

Lập biểu thức:

U MB = IZ MB =

UZ MB R + Z − 2Z L ZC + Z 2

2 L

2 C

=

U Z − 2Z L ZC +1 R 2 + Z C2 2 L

Z L2 − 2 Z L Z C Z L2 − 2 Z L x +1= +1 Đặt y = R 2 + Z C2 R2 + x2

=

U y

(với x = ZC)

UMBmax khi ymin: Khảo sát hàm số y: y ' =

2Z L ( x 2 − x.Z L − R 2 )

(R

2

+ x2 )

2

Ta có: y ' = 0 ⇔ x 2 − xZ L − R 2 = 0 (*)

Z L + Z L2 + 4 R 2 Giải phương trình (*)  x = Z C = (x lấy giá trị dương).

2

 ZC =

1002 + 1002 + 4.1002 = 50 1 + 5 = 162Ω 2

Lập bảng biến thiên:

(

)

63

 điện dung C =

Thay x = ZC =

 ymin =

1 1 = = 0,197.10−4 F; ω ZC 100π .162

Z L + Z L2 + 4R2 vào biểu thức y 2

4R2

=

( Z + 4R + Z ) Z + 4R ) 200(100 + 100 + 4.100 ) = = 324 (V)

4 R 2 + 2 Z L2 + 2Z L Z L2 + 4 R 2

(

4R2

2 L

U ZL + L2 U UMB max = = 2R ymin

2

2

L

2

2

2

2.100

Dạng 10: Bài tập tìm hộp đen X

Chú ý :

C

L

R

A

B

1. Mạch điện đơn giản ( X chỉ chứa 1 phần tử ): a. Nếu U NB cùng pha với i suy ra X chỉ chứa R0

π

b. Nếu U NB sớm pha với i góc c. Nếu U NB trễ pha với i góc

2

π 2

suy ra X

chỉ chứa L 0

suy ra X

chỉ chứa C 0

2. Mạch điện phức tạp:

A •

a. Mạch 1 Nếu UAB cùng pha với i , suy ra

N •

X

X chỉ chứa L 0

Nếu U AN và UNB tạo với nhau góc

π 2

suy ra X

chứa ( R0 , L 0 )

b. Mạch 2 Nếu UAB cùng pha với

i

suy ra

Nếu U AN và UNB tạo với nhau góc

π 2

X

suy ra

chỉ chứa C 0 X

chứa ( R0 , C0 )

Phương pháp: Để giải một bài toán về hộp kín ta thường sử dụng hai phương pháp sau:

1. Phương pháp đại số

B •

64 B1: Căn cứ “đầu vào” của bai toán để đặt ra các giả thiết có thể xảy ra.

B2: Căn cứ “đầu ra” của bài toán để loại bỏ các giả thiết không phù hợp.

B3: Giả thiết được chọn là giả thiết phù hợp với tất cả các dữ kiện đầu vào và đầu ra của bài toán.

2. Phương pháp sử dụng giản đồ véc tơ trượt.

B1: Vẽ giản đồ véc tơ (trượt) cho phần đã biết của đoạn mạch.

B2: Căn cứ vào dữ kiện bài toán để vẽ phần còn lại của giản đồ.

B3: Dựa vào giản đồ véc tơ để tính các đại lượng chưa biết, từ đó làm sáng toả hộp kín.

a. Giản đồ véc tơ * Cơ sở: + Hiệu điện thế tức thời ở hai đầu đoạn mạch: uAB = uURL+ uL + uC Ta biểu diễn:

uR

 + § Æ t t¹ i O 

↔ uR + C ï n g h − í n g I  + § é lí n U R 

UL+UC

O  + § Æt t¹i O  π  u L ↔ u L  + Sím pha so I 1 gãc UC 2   + § é lín : U L (theo cïng tû lÖ víi U R )  + § Æt t¹i O  π  u C ↔ u C  + Muén pha so i 1 gãc 2   + § é lín : U C

UR

N

* Cách vẽ giản đồ véc tơ

UL

UC

UA

N

Vì i không đổi nên ta chọn trục cường độ dòng điện làm trục gốc, gốc tại điểm O, chiều

U

dương là chiều quay lượng giác.

* Cách vẽ giản đồ véc tơ trượt

+

UAB

A

B AB

UR

M

+ i

Bước 1: Chọn trục nằm ngang là trục dòng điện, điểm đầu mạch làm gốc (đó là điểm A).

Bước 2: Biểu diễn lần lượt hiệu điện thế qua mỗi phần bằng các véc tơ

AM ; MN ; NB nối đuôi nhau theo nguyên tắc: R - đi ngang; L - đi lên; C - đi

i

65 xuống.

Bước 3: Nối A với B thì véc tơ AB chính là biểu diễn uAB

Nhận xét: + Các điện áp trên các phần tử được biểu diễn bởi các véc tơ mà độ lớn tỷ lệ với

điện áp dụng của nó. + Độ lệch pha giữa các hiệu điện thế là góc hợp bởi giữa các véc tơ tương ứng biểu diễn chúng. + Độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện là góc hợp bởi véc tơ biểu diễn nó với trục i. + Việc giải bài toán là xác định độ lớn các cạnh và góc của tam giác dựa vào các

định lý hàm số sin, hàm số cosin và các công thức toán học:

a b C = = ˆ ˆ SinA SinB SinCˆ

A

Trong toán học một tam giác sẽ giải

được nếu biết trước ba (hai cạnh 1

b

c

góc, hai góc một cạnh, ba cạnh) trong sáu yếu tố (3 góc và 3 cạnh). ; + a = b + c - 2bccos A 2

2

C ; b = a + c - 2accos B

2

2

2

2

III. Các công thức: + Cảm kháng: ZL = ωL + Dung kháng: ZC = + Tổng trở Z =

1 ωC

R 2 + ( Z L − Z C )2

+ Định luật Ôm: I =

U U ⇔ I0 = 0 Z Z

+ Độ lệch pha giữa u và i: tgϕ =

ZL − ZC R

+ Công suất toả nhiệt: P = UIcosϕ = I2R + Hệ số công suất: K = cosϕ =

P R = UI Z

a

B

c = a + b - 2abcos C 2

2

2

66

Bài tập ví dụ: Bài 1: Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ. L A •

X là một hộp đen chứa 1 phần tử:R hoặc L

N •

B •

X

hoặc (L, r) hoặc C, biết uAB=100 2 cos100πt (V); IA = 2 (A), P = 100 (W), C =

10 −3 3π

(F), i trễ pha hơn uAB. Tìm cấu tạo X và giá trị của phần tử.

Hướng dẫn giải: Theo giả thiết i trễ pha hơn uAB và mạch tiêu thụ điện suy ra: Hộp đen là một cuộn dây có r ≠ 0.

-Ta có: P = I2r → r =

P 100 = = 50 (Ω) 2 2 I 2

( )

2 U AB U2AB 2 1002 2 2  ZL − ZC = - Mặc khác: r + (ZL - Zc) = −r = − 502 2 2 2 I I 2

( )

-Giải ra: ZL = 80 Ω  L =

ZL

ω

=

80 4 = (H) 100π 5π

Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ: UAB = 200cos100πt(V)

C A

M

N

X

B

ZC = 100Ω ; ZL = 200Ω; I = 2 2 ( A ) ; cosϕ = 1; X là đoạn mạch gồm hai trong ba phần tử (R0, L0 (thuần), C0) mắc nối tiếp. Hỏi X chứa những linh kiện gì ? Xác định giá trị của các linh kiện đó.

Hướng dẫn giải: Cách 1: Dùng phương pháp giản đồ véc tơ trượt.

N

UR0

* Theo bài ra cosϕ = 1  uAB và i cùng pha.

UAM = UC = 200 2 (V)

* Giản đồ véc tơ trượt hình bên; Từ đó suy ra

i

A

UMN = UL = 400 2 (V) UAB = 100 2 (V)

U C0

UMN UAB

B

UAM

M Vì UAB cùng pha so với i nên trên NB (hộp X) phải chứa điện trở Ro và tụ điện Co.

67

+ URo = UAB ↔ IRo = 100 2 → Ro =

100 2 = 50(Ω) 2 2

+ UCo = UL - UC → I . ZCo = 200 2 → ZCo = Co =

200 2 = 100(Ω) 2 2

1 10 −4 = (F) π 100 π.100

Cách 2: Dùng phương pháp đại số: B1: Căn cứ “Đầu vào” của bài toán để đặt các giả thiết có thể xảy ra. → Trong X có chứa Ro và Lo hoặc Ro và Co Theo bài ZAB =

R 100 2 = 50(Ω) .Ta có: cos ϕ = = 1 Z 2 2

B2: Căn cứ “Đầu ra” để loại bỏ các giả thiết không phù hợp vì ZL > ZC nên X phải chứa Co. →Vì trên đoạn AN chỉ có C và L nên NB (trong X) phải chứa Ro, B3: Ta thấy X chứa Ro và Co phù hợp với giả thiết đặt ra. →Mặt khác: Ro=Z → ZL(tổng) = ZC(tổng) nên ZL = ZC+ZCo. Vậy X có chứa Ro và Co

R 0 = Z AB = 50(Ω)  Z C = Z L − Z C = 200 − 100 = 100(Ω)

 Co =

o

10 −4 (F ) π

Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ:UAB = 120(V); ZC = 10 3 ( Ω ) ; R = 10(Ω);

C

uAN = 60 6 cos100π t (V ) ; UNB = 60(V) a. Viết biểu thức uAB(t)

A

R M

N

X

B

b. Xác định X. Biết X là đoạn mạch gồm hai trong ba phần tử (Ro, Lo (thuần), Co) mắc nối tiếp

Hướng dẫn giải: a. Vẽ giản đồ véc tơ cho đoạn mạch đã biết (Hình vẽ) Phần còn lại chưa biết hộp kín chứa gì vì vậy ta giả sử nó là một véc tơ bất kỳ tiến theo chiều dòng điện sao cho: NB = 60V, AB = 120V, AN = 60 3 V

i

A U

U AB A

B

N

UC UN

M

UR

B

N UR0

Ul0 D

68 + Xét tham giác ANB, ta nhận thấy AB2 = AN2 + NB2, vậy đó là tam giác vuông tại N : tgα =

π π NB 60 1  α =  UAB sớm pha so với UAN góc = = 6 6 AN 60 3 3

→ Biểu thức uAB(t): uAB= 120 2 cos  100π t + π  (V) 6



b. Xác định X: Từ giản đồ ta nhận thấy NB chéo lên mà trong X chỉ chứa 2 trong 3 phần tử nên X phải chứa Ro và Lo. Do đó ta vẽ thêm được U R vµ U L như hình vẽ.

0

+ Xét tam giác vuông AMN: tgβ =

+ Xét tam giác vuông NDB:

UR R 1 π = = β= U C ZC 6 3 U R = U NB cos β = 60 .

O

U L = U NB sin β = 60 .

O

+Mặt khác: UR = UANsinβ = 60 3.

+Hộp đen X:

0

3 = 30 3 ( V ) 2

1 = 30 ( V ) 2

1 = 30 3 ( v )  I = U R = 30 3 = 3 3( A) R 10 2

U RO 30 3  = = 10( Ω )  RO = I  3 3  10 0,1  Z = U LO = 30 = 10 ( Ω )  L = (H ) = O  LO I 3 3 3 100π 3 3π

* Nhận xét: Đây là bài toán chưa biết trước pha và cường độ dòng điện nên giải theo phương pháp đại số sẽ gặp nhiều khó khăn (phải xét nhiều trường hợp, số lượng phương trình lớn → giải phức tạp). Vậy sử dụng giản đồ véc tơ trượt sẽ cho kết quả ngắn gọn, .. Tuy nhiên, học sinh khó nhận biết được: U 2AB = U 2AN + U 2NB . Để có sự nhận biết tốt, HS phải rèn luyện nhiều bài tập để có kĩ năng giải.

2.4. Tiến trình dạy học bài tập vật lý theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh

2.4.1. Giáo án 1

69 Tiết 24 (PPCT) BÀI TẬP CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức.

- Củng cố, vận dung các kiến thức về dòng điện xoay chiều.

2. Kĩ năng.

- Vận dụng kiến thức giải bài tập - Rèn luyện kỹ năng giải bài tập - Rèn luyện khả năng tư duy độc lập trong giải bài tập trắc nghiệm.

3. Thái độ: Tích cực học tập.

II. CHUẨN BỊ: 1. Giáo viên: - Giải các bài tập sách giáo khoa, sách bài tập để tìm ra phương pháp tối ưu cho từng dạng bài tập để hướng dẫn học sinh sao cho giải nhanh, chính xác - Chuẩn bị thêm một số câu hỏi trắc nghiệm để học sinh tự rèn luyện 2. Học sinh: - Xem lại các kiến thức đã học đại cương về dòng điện xoay chiều - Chuẩn bị các bài tập sách giáo khoa, sách bài tập III. TIẾN TRÌNH BÀI DẠY:

Hoạt động 1. ( 10 phút) Ổn định, kiểm tra HOẠT ĐỘNG CỦA GV - Ổn định, kiểm tra sĩ số - Kiểm tra: + Biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều? + Cách tính giá trị hiệu? Cường độ hiệu dụng? Hiệu điện thế hiệu dung?

HOẠT ĐỘNG CỦA HS - Báo học sinh vắng - Trả bài.

Hoạt động 2: ( 10 phút) Hệ thống kiến thức HOẠT ĐỘNG CỦA GV - Biểu thức i, ý nghĩa các đại lượng?

- Chu kỳ, tần số dòng điện?

HOẠT ĐỘNG CỦA HS - Trình Bày

T=

2π

ω

NỘI DUNG 1. Cường độ dòng điện i = I0cos(ωt + ϕ ) i: Cường độ tức thời I0 > 0: Cường độ cực đại (A) ω > 0: Tần số góc 9 rad/s) ωt + ϕ : Pha của i (rad) 2π - Chu kỳ biến thiên: T = , ω

70

f =

- Công suất trung bình

ω 2π

ω 2π 2. Công suất trung bình Tần số f =

P = RI 2 =

U2 = UI R

P = RI 2 =

U2 = UI R

3. Các giá trị hiệu dụng

- Giá trị hiệu dụng?

- Cường độ hiệu dụng?

- Hiệu điện thế hiệu dụng?

Giatrihieudung =

Giatricucdai 2

Giatricucdai 2 a. Cường độ hiệu dụng Giatrihieudung =

I=

I I= 0 2

I0 2

b. Hiệu điện thế hiệu dụng

U = U0

U =

2

- Ý nghĩa thông số: A(V) – B (A) - Là các giá trị hiệu dụng A: Hđt hiệu dụng hay A(V) – C B: Cường độ hiệu dụng (W) C: Công suất trung bình

U0 2

4. Ý nghĩa thông số trên dụng cụ Là các giá trị hiệu dụng VD: 220V-5A: U = 220V, I = 5A

Hoạt động 3 ( 5 phút) Giải bài tập trắc nghiệm.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV

HOẠT ĐỘNG CỦA HS

* Cho học sinh đọc suy nghĩ chọn đáp án

-Chọn đáp án đúng, giải thích, trình bày cách giải

NỘI DUNG Bài 7 trang 66 C Bài 8 trang 66 A Bài 9 trang 66 D Bài 10 trang 66 C

Hoạt động 4:( 15 phút) Bài tập Tự luận HOẠT ĐỘNG CỦA GV

HOẠT ĐỘNG CỦA HS

- Cho biết miền giá trị của sinx?

−1 ≤ sin x ≤ 1 −1 ≤ cos x ≤ 1

- Miền giá trị của cosx?

0 ≤ sin 2 x ≤ 1 0 ≤ co s 2 x ≤ 1

NỘI DUNG

71 - Miền giá trị sin2x?

- Miền giá trị cos2x?

- Suy ra giá trị trung bình của sinx và cosx?

- Giá trị trung bình của sin2, cos2x?

- Xácđịnh giá trị trung bình các hàm bài tập 3

- Bằng 0 - Bằng 1/2

Bài 3 trang 66

dạng Asinx nên giá trị trung bình bằng 0

dạng Asinx nên giá trị trung bình bằng 0

dang Acosx nên giá trị trung bình bằng 0

dang Acosx nên giá trị trung bình bằng 0

2 sin(100π t +

2 sin(100π t +

2sin100π t

2sin100π t

2cos100π t

π

6

)

2cos100π t

- Tính cường độ hiệu dụng - Tính điện năng tiêu thụ

)

Dạng Asin(x + C) nên giá trị trung bình là 0

4 sin 2 100π t

4 sin 2 100π t

dạng Asin2x nên giá trị trung bình bằng A/2 = 2

dạng Asin2x nên giá trị trung bình bằng A/2 = 2

3cos(100π t − ) 3

3cos(100π t −

dạng Acos(x + C)nên giá trị trung bình là 0

dạng Acos(x + C)nên giá trị trung bình là 0

- U = 220V P = 100W

Bài 4 trang 66 a. Điện trở của đèn P=

- Tính điện trở của đèn

6

Dạng Asin(x + C) nên giá trị trung bình là 0

π

- Ý nghĩa các thông số?

π

U2 P= R U 2 2202 R= = = 484Ω P 100 U 220 5 I= = = A R 484 11

A = Pt = 100.1 = 100Wh

π

3

)

U2 R

R=

U 2 2202 = = 484Ω P 100

b. Cường độ hiệu dụng U 220 5 I= = = A R 484 11 c. Điện năng tiêu thụ trong 1 giờ A = Pt = 100.1 = 100Wh Bài 5 trang 66 P=

U2 R

 R1 = R2 =

U12 220 2 = = 420,8Ω P1 115

U 2 2 220 2 = = 366, 7 Ω P2 132

72

P=

- Tính điện trở của mỗi đèn - Tính công

U2 R

 R1 = R2 =

RN =

U12 220 2 = = 420,8Ω P1 115

U 2 2 220 2 = = 366, 7 Ω P2 132

suất

P = P1 + P2 = 247W

- Tính cường độ dòng điện trong mạch.

I=

- Phải mắc như thế nào để điện thế qua đèn giảm?

- Tính I trong mạch - Tính điện trở cần mắc thêm

U 220 = = 1,122 A R 196

Phải mắc nối tiếp vì khi mắc nối tiếp U = Uđ + UR I = IR = 100/100 = 1A R=

R1 R2 = 196 Ω R1 + R2

a. Công suất tiêu thụ trong mạch P = P1 + P2 = 247W b. Cường độ dòng điện trong mạch U 220 I= = = 1,122 A R 196 Bài 6 trang 66 Phải mắc nối tiếp vì khi mắc nối tiếp U = Uđ + UR Khi đó UR = 110 – 100 = 10 V và I = IR = 100/100 = 1A U 10 R = R = = 10Ω I 1

U R 10 = = 10Ω I 1

Hoạt động 5. (5 phút) Giao nhiệm vụ HOẠT ĐỘNG GV - Tiếp tục làm bài tâp sách bài tâp - Bài mới: Làm bài tập 12.1 đến 12.8 - Bài mới: + Quan hệ u, i trong các mạch điện xoay chiều + Định luật Ôm cho từng dạng mạch.

HOẠT ĐỘNG HS - Ghi bài tập - Ghi vở bài soạn

2.4.2. Giáo án 2 Tiết 26 (PPCT) BÀI TẬP VỀ MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức - Củng cố các kiến thức:

73 + Mối liên hệ u, i trong các dạng mạch + Định luật Ôhm trong các mạch điện xoay chiều + Công thức tính cảm kháng, dung kháng + Công thức tính tổng trở mạch RLC nối tiếp + Điều kiện, hệ quả cộng hưởng điện 2. Kĩ năng - Vận dụng kiến thức giải bài tập - Rèn luyện kỹ năng giải bài tập 3. Thái độ: Tích cực trong các haotj dộng GV yêu cầu.

II. CHUẨN BỊ: 1. Giáo viên: - Giải các bài tập sách giáo khoa, sách bài tập để tìm ra phương pháp tối ưu cho từng dạng bài tập để hướng dẫn học sinh sao cho giải nhanh, chính xác - Chuẩn bị thêm một số câu hỏi trắc nghiệm để học sinh tự rèn luyện 2. Học sinh: - Xem lại các kiến thức các mạch điện xoay chiều, mạch RLC nối tiếp - Chuẩn bị các bài tập sách giáo khoa, sách bài tập III. TIẾN TRÌNH BÀI DẠY: Hoạt động 1. ( 10 phút) Ổn định, kiểm tra

HOẠT ĐỘNG CỦA GV

HOẠT ĐỘNG CỦA HS

- Ổn định, kiểm tra sĩ số - Kiểm tra: + Mối liên hệ u, i trong các dạng mạch + Định luật Ôhm trong các mạch điện xoay chiều + Công thức tính cảm kháng, dung kháng + Công thức tính tổng trở mạch RLC nối tiếp + Điều kiện, hệ quả cộng hưởng điện

- Báo học sinh vắng - Trả bài.

Hoạt động 2: ( 10 phút) Hệ thống kiến thức Mạch chỉ có R u = U 2 cos ωt

R I=

U R

Mạch chỉ có C

π

u = U 2 cos(ωt − ) 2 1 ZC = Cω I=

U ZC

Mạch chỉ có L i = I 2 cos ωt

π

u = U 2 cos(ωt + ) 2 Z L = Lω U I= ZL

Mạch RLC nối tiếp u = U 2 cos(ω t + ϕ ) Z =

I=

R 2 + (Z L − ZC )2

U R + ( Z L − ZC ) 2

2

=

U Z

74 u, i cùng pha

π

u chậm pha hơn i

2

u nhanh pha hơn i

π 2

tan ϕ =

U L − U C Z L − ZC = UR R

- Nếu ZL > ZC  ϕ > 0 :u sớm pha hơn i ( tính cảm kháng ) - Nếu ZL < ZC  ϕ < 0 :u trễ pha hơn i ( tính dung kháng ) - Nếu : ZL = ZC  ϕ = 0 : u và i cùng pha ( cộng hưởng điện )

* Cộng hưởng điện : a. ĐKCH : ZL = ZC ⇔ LC = b. Hệ quả :

1

ω

2

hay ω 2 LC = 1

+ I max = U = U Z min

R

+ u, i cùng pha

Hoạt động 3:( 20 phút) Bài tập Tự luận SGK HOẠT ĐỘNG CỦA GV - Tính dung kháng

- Suy ra C

HOẠT ĐỘNG CỦA HS 1 U 100 = = = 20Ω ωC I 5 1 1 C = = ω Z C 20.100π ZC =

C=

1 .10−3 F 2π

NỘI DUNG Bài 3 trang 74 a. Điện dung của tụ 1 U 100 = = = 20Ω ωC I 5 1 1 C = = ω Z C 20.100π ZC =

C=

1 .10−3 F 2π

b. Viết biểu thứci - Liên hệ u, i trong mạch chỉ có C? - Tính I0 - Viết i - Tính cảm kháng

Trong mạch chứa L u chậm π pha hơn i 2 π i = 5 2 cos(100π t + ) A 2

i = I 2 cos(ω t + ϕ )

Trong mạch chứa L u chậm π pha hơn i nên 2 π i = 5 2 cos(100π t + ) A 2 Bài 4 trang 74 a. Tính L

75

- Suy ra L

U 100 = = 20Ω I 5 Z 20 L= L = ω 100π 1 L= H 5π ZL = ωL =

U 100 = = 20Ω I 5 Z 20 L= L = ω 100π 1 L= H 5π ZL = ωL =

b. Viết biểu thứci

i = I 2 cos(ω t + ϕ )

i = I 2 cos(ω t + ϕ )

u nhanh pha hơn i

π 2

nên

π

- Viết i

- Tính ZC

i = 5 2 cos(100π t − ) A 2

Trong mạch chứa L u nhanh π pha hơn i nên 2 π i = 5 2 cos(100π t − ) A 2 Bài 4 trang 79 * ZC =

Z = R 2 + ( Z L − ZC )2

1 2000π ZC = = = 20Ω ωC 100π

*

Z = R 2 + ( Z L − ZC )2

Ta có: i = I 2 cos(ω t + ϕ )

= 202 + 202 = 20 2Ω

= 202 + 202 = 20 2Ω - Tính Z

- Tính I0

Io =

U 0 60 2 = = 3A Z 20 2

Z − Z C − 20 tan ϕ = L = = −1 R 20 ϕ =−

π

4

- Tính Z

* tan ϕ =

U 0 60 2 = = 3A Z 20 2

Z L − Z C − 20 = = −1 R 20

ϕ =−

π

4

u chậm pha hơn i

π 4

π

 i = 3cos(100π t + ) A 4 Bài 5 trang 79

0,3

π Z = R 2 + ( Z L − ZC )2

Z L = ω L = 100π

= 302 + 302 = 30 2Ω

= 302 + 302 = 30 2Ω

L

- Tính ZL

* Io =

π

i = 3cos(100π t + ) A 4 - Tính độ lệch pha 0,3 u so với i Z = ω L = 100π = 30Ω

- Viết biểu thức i

1 2000π = = 20Ω ωC 100π

U 120 2 Io = 0 = = 4A Z 30 2

= 30Ω

π 2 Z = R + ( Z L − ZC )2

Ta có: i = I 2 cos(ω t + ϕ )

Io =

U 0 120 2 = = 4A Z 30 2

76

tan ϕ =

- Tính I0

ϕ =

Z L − Z C 30 = =1 R 30

tan ϕ =

π

ϕ =

4

- Tính độ lệch pha π i = 4cos(100π t − ) A u so với i 4

Z L − Z C 30 = =1 R 30

π

4

u nhanh pha hơn i

π 4

π

 i = 4cos(100π t − ) A 4

- Viết biểu thức i

Hoạt động 5. Giao nhiệm vụ HOẠT ĐỘNG GV

HOẠT ĐỘNG HS

- Tiếp tục làm bài tâp sách bài tâp - Bài mới: Làm bài tập 14.1 đến 14.10

- Ghi bài tập - Ghi vở bài soạn

2.4.3. Giáo án 3 Tiết 28 (PPCT) BÀI TẬP VỀ CÔNG SUẤT DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức: - Củng cố các kiến thức: + Công suất + Hệ số công suất.

2. Kĩ năng - Vận dụng kiến thức giải bài tập - Rèn luyện kỹ năng giải bài tập - Rèn luyện khả năng tư duy độc lập trong giải bài tập trắc nghiệm

3. Thái độ: Nghiêm túc, hợp tác, tích cực trong học tập II. CHUẨN BỊ:

1. Giáo viên: - Giải các bài tập sách giáo khoa, sách bài tập để tìm ra phương pháp tối ưu cho từng dạng bài tập để hướng dẫn học sinh sao cho giải nhanh, chính xác - Chuẩn bị thêm một số câu hỏi trắc nghiệm để học sinh tự rèn luyện

2. Học sinh: - Xem lại các kiến thức công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều, hệ số công suất.

- Chuẩn bị các bài tập sách giáo khoa, sách bài tập

77 III. TIẾN TRÌNH BÀI DẠY:

Hoạt động 1. ( 10 phút) Ổn định, kiểm tra HOẠT ĐỘNG CỦA GV

HOẠT ĐỘNG CỦA HS

- Ổn định, kiểm tra sĩ số

- Báo học sinh vắng

- Kiểm tra:

- Trả bài.

+ Công suất trong mạch điện xoay chiều? + Công suất tính hệ số công suất? Ý nghĩa hệ số công suất?

Hoạt động 2: ( 10 phút) Hệ thống kiến thức HOẠT ĐỘNG CỦA GV - Công suất?

- Hệ số công suất?

- Từ đó suy ra công

HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH P = UI cos ϕ = RI2 cos ϕ =

UR R = U Z

P = UI cos ϕ = RI2

thức tính công suất?

1. Công suất P = UI cos ϕ = RI2 2. Hệ số công suất: U R cos ϕ = R = U Z

0 ≤ cosϕ ≤ 0 P = UI cos ϕ = RI2

ϕ = 0 cosϕ =1 - Các trường hợp riêng?

NỘI DUNG

 P max = UI π ϕ = ±  cos ϕ = 0 2  P =0

•

ϕ = 0 cosϕ =1

 P max = UI → Đoạn mạch chỉ có R, đoạn mạch xảy ra cộng hưởng điện. π ϕ = ±  cos ϕ = 0 • 2  P =0 → Đoạn mạch chỉ có L , đoạn mạch chỉ có C, đoạn mạch có L và C (R = 0). Các đoạn mạch

W = P . t (J) - Điện năng tiêu thụ?

này không tiêu thụ điện năng.

3. Điện năng tiêu thụ W = P . t (Wh)

78 Hoạt động 3 ( 5 phút) Giải bài tập trắc nghiệm.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV

HOẠT ĐỘNG CỦA HS

* Cho học sinh đọc suy nghĩ chọn đáp án

-Chọn đáp án đúng, giải thích

NỘI DUNG Bài 2 trang 85 C Bài 3 trang 85 B Bài 4 trang 85 A Bài 5trang 85 A Câu 15. 1 D Câu 15.2 A Câu 15.3 D Câu 15.4 A

Hoạt động 4:( 20 phút) Bài tập Tự luận HOẠT ĐỘNG CỦA GV - Tính ZL, ZC?

- Tính tổng trở

HOẠT ĐỘNG CỦA HS Z L = ω L = 2π fL = 2π .1000.

5.10

π

−3

1 = ωC

1

Z=

R + (Z L − ZC ) = R

2π .1000.

2

Câu 6 trang 85 Ta có: ZL = ωL = 2π fL

= 10Ω

ZC =

50.10−6

NỘI DUNG

= 10Ω = 2π.1000.

π

2

ZC = Z=

- Tính công suất - Tìm hệ số công suất

U P = RI 2 = R ( ) 2 Z U 2 100 2 = = = 333W R 30

cosϕ =

R =1 Z

U 2 = U R2 + (U L − U C ) 2

- Tìm UR - Tính hệ số công suất - Tính I

 U R = 502 − (60 − 30) 2 = 40V cosϕ =

R UR = = 0,8 Z U

P = 20 = URI = 40 I  I = 0,5A R=

UR 40 = = 80Ω I 0,5

5.10−3

1 = ωC

π

=10Ω 1

2π.1000.

50.10−6

=10Ω

π

R 2 + (Z L − Z C )2 = R

* Công suất: U P = RI 2 = R ( ) 2 Z 2 2 U 100 = = = 333W R 30

* Hệ số công suất R cosϕ = = 1 Z Câu 15. 5(SBT) a.

U 2 = UR2 + (UL −UC )2 UR = 502 − (60 − 30)2 = 40V cosϕ=

R UR = = 0,8 Z U

b. P = 20 = URI = 40 I  I = 0,5A Suy ra:

79

UL = 60Ω I Z 60 3 L= L = = H ω 100π 5π ZL =

- Tìm R

- Tính ZL từ đó suy ra L

UC = 120 Ω I 1 1 C= = ω Z C 100π 120

- Tính ZC, suy ra C

=

ZC =

1 10 − 3 F 12π

UR 40 = = 80Ω I 0,5 U Z L = L = 60Ω I Z 60 3 L= L = = H ω 100π 5π U ZC = C = 120Ω I 1 1 C = = ω ZC 100π 120 R=

=

1 10−3 F 12π

Hoạt động 5. Giao nhiệm vụ HOẠT ĐỘNG GV - Tiếp tục làm bài tâp sách bài tâp - Bài mới: + Làm sao tải điện đi xa mà ít bị tổn hao và kinh tế? + Máy biến áp? + Ứng dụng máy biến áp?

HOẠT ĐỘNG HS - Ghi bài tập - Ghi vở bài soạn

80 Kết luận chương 2 Từ cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài đã trình bày ở chương I, chúng tôi xây dựng hệ thống bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy gồm hệ thống kiến thức kiến thức trọng tâm của chương và hệ thống 32 bài tập, 03 giáo án có nội dung đảm bảo được tính đa dạng, độ khó, sáng tạo đáp ứng được sự đổi mới trong các năm gần đây.

Ch ươ ng “Dòng đ iện xoay chiều” là m ột trong nh ữ ng ch ươ ng ch ứ a nhi ề u kiến th ứ c mà h ọ c sinh gặp khó khăn. Để h ọ c tố t “Dòng đ iện xoay chiều” đòi h ỏ i họ c sinh ph ải hộ i tụ được nhiều yếu tố: tư duy, trí nhớ tốt và đặc biệt là khả năng giải bài tập nhanh nhẹn. Bài tập trong ch ươ ng “Dòng điện xoay chiều” thường là đề bài dài và các dữ kiện có liên quan ch ặt ch ẽ v ới nhau, ch ỉ c ần không hiểu được m ộ t d ữ kiện mà đề bài cho khai thác ở điểm nào thì thật khó có thể làm được bài tập đó. Ngay cả những câu hỏi lí thuyết thuộc phần này cũng đòi hỏi tư duy và khả năng suy luận logic.

Chúng tôi phân chia bài tập ch ương này thành các dạng c ụ thể giúp học sinh giải nhanh bài tập, tuy nhiên học sinh phải ghi nhớ máy móc và hiểu sâu sắc hiện tượng vật lí, hạn chế về bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh.

Nghiên cứu chương trình, nội dung SGK phần này, tham khảo nhiều tài liệu khác,

đề tài đã hệ thống hóa các dạng bài tập và phương pháp giải, đồng thời hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập đó một cách có hệ thống và dễ dàng cho học sinh chọn phương án tối ưu giải bài toán.

Hệ thố ng bài tập đượ c xây d ựng nhằm b ồi dưỡng kiến thứ c V ật lí cho HS lớp chọn 12 THPT. Hệ thống bài tập này sẽ được đưa vào thử nghiệm và thí điểm ở trường THPT Hương Sơn - Hương Sơn – Hà Tĩnh. Kết quả được trình bày và thảo luận ở chương 3.

81 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích thực nghiệm Mục đích của thực nghiệm sư phạm là để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài, kiểm tra hiệu quả của việc sử dụng bài tập theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh trong dạy học bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” vật lý 12 THPT mà luận văn đã đề xuất. Đồng thời kết quả của thực nghiệm sư phạm sẽ góp phần khẳng

định tính khả thi của đề tài.

3.2. Đối tượng thực nghiệm Để chọn đối tượng cho quá trình thực nghiệm chúng tôi đã tìm hiểu khả năng và kết quả học tập của những lớp mà chúng tôi dự định thực nghiệm thông qua trao đổi với giáo viên chủ nhiệm và giáo viên bộ môn vật lý của các lớp về tình hình học tập kết quả học tập của phần trước. Đây là vấn đề quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thực nghiệm nên chúng tôi lựa chọn đối tượng thực nghiệm gồm lớp đối chứng và lớp thực nghiệm có sĩ số gần bằng nhau, có trình độ học tập tương đương nhau. Ở đây chúng tôi lựa chọn dựa vào kết quả học tập của môn vật lý của các lớp học theo chương trình cơ bản trong năm học 2015 – 2016 tại trường THPT- Hương Sơn – Hà T ĩnh. Kết quả chúng tôi chọn được hai lớp 12A1 và 12A2 .

Sau khi trao đổi với GV phụ trách giảng dạy bộ môn vật lý của hai lớp chúng tôi chia 2 lớp thành hai nhóm như sau: Nhóm đối chứng: lớp 12A1 Nhóm thực nghiệm: lớp 12A2

3.3. Nhiệm vụ thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm nhằm giải quyết các vấn đề sau: - Đánh giá thái độ, tinh thần học tập, năng lực lĩnh hội tri thức và khả năng giải quyết vấn đề của học sinh trong quá trình học tập các kiến thức về ‘’Dòng điện xoay chiều’’ thông qua dạy học theo hệ thống hệ thống bài tập được soạn thảo nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy theo các dấu hiệu sau: * Không khí lớp học: Sôi nổi, hào hứng, chăm chủ tập trung học tập ... hay trầm lặng, buồn tẻ, hờ hững ...

82 * Số học sinh giơ tay trả lời câu hỏi, nêu dự đoán, bảo vệ câu trả lời của mình ...

- Đối chiếu diễn biến của giờ học và tiến trình dạy học đã dự kiến về mặt thời gian, về mức độ tư duy của học sinh cũng như tiến trình hướng dẫn của giáo viên. Từ đó bổ sung, sửa đổi và hoàn thiện tiến trình dạy học soạn thảo.

- Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các tiến trình dạy học sử dụng bài tập chúng tôi đã soạn thảo bằng cách kiểm tra, thu thập số liệu, xử lý kết quả thực nghiệm.

3.4. Phương pháp tiến hành - Gặp ban lãnh đạo nhà trường, tổ chuyên môn trao đổi với về mục đích thực nghiệm và xin phép cho triển khai kế hoạch thực nghiệm.

- Gặp GV trực tiếp giảng dạy vật lý ở các lớp được chọn làm thực nghiệm trao đổi về mục đích, nhiệm vụ, nội dung, và các giáo án thực nghiệm của mình.

- Lớp đối chứng và lớp thực nghiệm đều do cùng một GV dạy chỉ khác nhau ở chỗ:

Ở lớp thực nghiệm dạy theo giáo án mà chúng tôi đã soạn còn lớp đối chứng dạy theo giáo án bình thường.

- Tham gia dự giờ lớp đối chứng và lớp thực nghiệm trước khi tiến hành thực nghiệm để HS làm quen với sự có mặt của chúng tôi ở trong lớp .

3.5. Nội dung thực nghiệm Tiến hành dạy học các bài: Chúng tôi triển khai các giáo án thực nghiệm ở các lớp thực nghiệm 12 A2.

Giáo án 1: Tiết 24. Bài tập về các mạch điện xoay chiều Thời gian: Ngày 10 tháng 11 năm 2015

Giáo án 2: Tiết 26. Bài tập về mạch điện RLC mắc nối tiếp Thời gian: Ngày 18 tháng 11 năm 2015

Giáo án 3: Tiết 28. Bài tập về Công suất dòng điện xoay chiều Thời gian: Ngày 26 tháng 11 năm 2015.

Ở lớp thực nghiệm dạy theo hệ thống bài tập chúng tôi đã soạn thảo nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh, ở lớp đối chứng dạy theo phương pháp lâu nay vẫn

83 sử dụng.

Trước và sau đợt thực nghiệm sư phạm ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng đều có bài kiểm tra 45 phút so sánh sự tiếp nhận tri thức và kỷ năng của học sinh ở hai lớp.

3.6. Kết quả thực nghiệm 3.6.1. Kết quả định tính Qua quá trình thực nghiệm luận văn đã đạt được những kết quả định tính sau: Chúng tôi đã quan sát diễn biến các giờ thực nghiệm về tinh thần, thái độ học tập của học sinh.

- Số học sinh hoàn thành các bài tập ở nhà khoảng trên 80% trên tổng số HS ở lớp thực nghiệm. Ở lớp đối chứng thì tỉ lệ này khoảng 40%.

- Trong các giờ thực nghiệm không khí học tập trong lớp sôi nổi, hào hứng, số HS phát biểu ý kiến và đưa ra dự đoán chiếm tỉ lệ 50% - 55%. So với lớp đối chứng tỉ lệ này từ 25% - 30%.

Khi tham gia tiết học theo các giáo án đã thiết kế, HS học tập tích cực hơn, sau tiết học khả năng tư duy vật lý của HS nâng cao lên một cách rõ rệt. Thể hiện cụ thể nhất là kết quả bài kiểm tra của nhóm thực nghiệm tốt hơn. Trong giờ thực nghiệm, nhất là giờ ngoại khóa HS được giao về làm các bài tập khó, đòi hỏi phải tư duy. Khi kiểm tra kết quả cho thấy: - Ở lớp thực nghiệm, 60% HS giải được các bài tập thực nghiệm trong số các bài tập SGK, bài tập giáo viên cho thêm. HS làm được các bài tập đạt yêu cầu về mặt logic, sự sáng tạo, tìm tòi kiến thức mới . . . Có 65% HS đến lớp trình bày các bước giải bài tập của mình.

- Ở lớp đối chứng, tỉ lệ HS biết giải bài tập tư duy là ít hơn, tỉ lệ HS hoàn thành bài tập tư duy ở nhà thấp. Bài làm của các em không đạt yêu cầu về mặt trình bày logic, có một số em mượn bài của bạn khác chép lại để nộp.

Từ những kết quả trên cho thấy: HS rất thích thú với việc được tự mình tư duy suy nghĩ giải các bài tập từ những lý thuyết đã học. Qua đó HS cũng làm quen tốt với quá trình, phương pháp tư duy trong vật lý, có tác dụng to lớn trong việc bồi dưỡng tư duy vật lý cho học sinh.

84 3.6.2. Kết quả định lượng Sau khi tổ chức cho HS làm bài kiểm tra ở hai khối thực nghiệm và đối chứng chúng tôi tiến hành chấm bài và xử lí kết quả thu được theo các phương pháp thống kê toán học.

- Bảng thống kê số điểm.

- Bảng thống kê số % HS đạt điểm Xi. - Bảng thống kê số % HS đạt điểm từ điểm Xi trở xuống.

- Tính các tham số thống kê: X , S 2 , S , m , V theo các công thức: + Số trung bình cộng:

X =

1 n  fi Xi n i =1

(với f : số HS đạt điểm X i , còn X i là

điểm số và n là số HS tham gia bài kiểm tra) + Phương sai:

S2 =

+ Độ lệch chuẩn:

S=

+ Sai số tiêu chuẩn: m =

 f (X i

− X )2

i

n −1

 f (X i

i

− X )2

n −1

S n

cho biết mức độ phân tán quanh giá trị X , giá trị

S càng bé càng chứng tỏ số liệu càng ít phân tán.

V=

+ Hệ số biến thiên:

S 100%.

X

V: cho biết mức độ phân tán của số liệu.

Sau khi kiểm tra ở hai khối thực nghiệm và đối chứng chúng tôi thu thập và xử lý số liệu theo phương pháp thống kê toán học.

Sau đây chúng tôi trình bày chi tiết việc xử lý kết quả:

Bảng 3.1. Bảng thống kê các điểm số kết quả bài kiểm tra Nhóm

Số HS

Số học sinh đạt điểm ( X i ) 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ĐC

n = 51

0

1

4

11

11

13

8

3

0

0

TN

n = 49

0

0

2

6

19

16

9

5

2

0

85 T ừ bảng thống kê các đ iểm số kết quả bài kiểm tra ta lập bảng phân phố i tần su ất.

Bảng 3.2. Bảng phân phối tần suất Số % học sinh đạt điểm Xi Nhóm Số HS 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ĐC

n = 51

0

2

7,8

21,6

21,6

25,5

15,7

5,8

0

0

TN

n = 49

0

0

4,1

12,2

18,4

32,6

18,4

10,2

4,1

0

Từ bảng phân phối tần suất ta có đồ thị phân phối tần suất (đồ thị 3.1) và biểu đồ phân phối tần suất (biểu đồ 3.1).

Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất luỹ tích Số % học sinh đạt dưới điểm Xi Nhóm

Số HS 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ĐC

n =51

0

2

9,8

31,4

53,0

78,5

94,2

100

0

0

TN

n =49

0

0

4,1

16,3

34,7

67,3

85,6

95,9

100

0

Từ bảng phân phối tần suất luỹ tích ta có đồ thị phân phối tần suất luỹ tích (đồ thị 3.2) và biểu đồ tần suất luỹ tích (biểu đồ 3.2). * Các thông số toán học: + Điểm trung bình kiểm tra: X TN = 1

49

10

( f X )

1 10  ( f i X i ) DC = 5,31 ; 51 i =1

X DC = 10

+ Phương sai:

S

2 DC

=

 f (X i =1

= 5,96 ;

i TN

i

i =1

i

i

− X )2 = 2,06 ;

n −1 10

2 = S TN

+ Độ lệch chuẩn:

 f (X i

i

− X )2

i =1

n −1

2 S DC = S DC = 2,06 = 1,44 ;

= 2,04 ;

86

2 STN = STN = 2,04 = 1,43 ;

VDC =

+ Hệ số biên thiên:

S DC 1,44 ⋅100% = = 27,12 ; X DC 5,31 VTN =

+ Sai số tiêu chuẩn:

S TN ⋅100% = 23,99 X TN

m DC =

S DC = 0,03 ; n DC

mTN =

S TN = 0,029 . n TN

Bảng 3.4. Bảng tham số thống kê Nhóm

Số HS

X

S2

S

V(%)

X = X +m

ĐC

51

5,31

2,06

1,44

27,12

5,31 ± 0,03

TN

49

5,96

2,04

1,43

23,99

5,96 ± 0,029

35

30

Số % học sinh

25

Đối chứng

20

Thực nghiệm

15

10

5

0 0

2

4

6

8

Điểm

Đồ thị 3.1. Đồ thị phân phối tần suất

10

12

87

Số % học sinh

35 30 25 20 15 10 5 0

Đối chứng Thực nghiệm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Điểm Biểu đồ 3.1. Biểu đồ phân phối tần suất Số % học sinh đạt điểm Xi trở xuống

120

100

80

Đối chứng 60

Thực nghiệm

40

20

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Điểm số Xi

Đồ thị 3.2. Đồ thị phân phối tần suất luỹ tích Số % học sinh đạt điểm Xi trở xuống

120

100

80

Đối chứng 60

Thực nghiệm 40

20

0 1

2

3

4

Điểm số Xi

5

6

7

8

9

Biểu đồ 3.2. Biểu đồ phân phối tần suất luỹ tích Dựa vào những tham số đã tính toán ở trên, đặc biệt từ bảng tham số thống kê, đồ thị phân phối tần suất và phân phối luỹ tích có thể rút ra kết luận sơ bộ sau: - Điểm trung bình của bài kiểm tra của học sinh ở nhóm thực nghiệm (5,96) cao hơn so với học sinh ở nhóm đối chứng (5,31).

88 - Đường luỹ tích ứng với lớp thực nghiệm nằm bên phải và về phía dưới đường luỹ tích lớp đối chứng.

Như vậy kết quả học tập của lớp thực nghiệm cao hơn kết quả học tập của lớp đối chứng.

Qua tính toán và phân tích kết quả ở trên, chúng tôi thấy rằng điểm trung bình cộng của nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng. Kết quả này có phải do ngẫu nhiên không? Hay do áp dụng tiến trình dạy học đem lại?

Để trả lời câu hỏi trên, cần phải tiến hành phép kiểm định các giả thiết thống kê với mức ý nghĩa α (với sai số là α).

- Giả thiết H0: X TN = X ĐC - Giả thiết thống kê (kết quả ở trên là ngẫu nhiên) - Giả thiết H1: X TN > X

ĐC

đối giả thuyết thống kê (kết quả sử dụng hệ thống bài

tập theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh trong dạy học chương "Dòng

điện xoay chiều" hiệu quả hơn sử dụng phương pháp truyền thống là tất yếu). Để tiến hành kiểm định, chúng tôi tính đại lượng kiểm định t.

Giá trị đại lượng kiểm định t được tính theo công thức:

t=

X TN − X DC 2 S TN S2 + DC n TN n DC

Ta đã biết: X TN = 5,89 ; X DC = 5,31 ; STN = 1,43; S DC = 1,44 ; nTN = 49 ; n DC = 51 ; Thay các giá trị vào hai công thức trên, ta tính được t = 2,27.

Như vậy, đại lượng kiểm định qua thực nghiệm là t = 2,27.

Chọn mức ý nghĩa α = 0,05, tra bảng giá trị của hàm Laplace φ (tα ) =

1 − 2α , ta có tα = 1,65.

2

So sánh với kết quả tính toán qua thực nghiệm ta thấy: t > tα, nên ta có thể bác bỏ giả thiết H0 và chấp nhận giả thuyết đối với H1. Như vậy điểm trung bình cộng của nhóm thực nghiệm cao hơn điểm trung bình cộng của nhóm đối chứng là thực chất, không phải do ngẫu nhiên. Điều đó cho phép kết luận tiến trình dạy học sử dụng hệ thống bài tập theo hướng phát triển tư duy cho học sinh đã mang lại hiệu quả cao hơn so với tiến trình dạy học thông thường.

89

Kết luận: - Điểm trung bình cộng của HS lớp thực nghiệm cao hơn lớp đối chứng, đại lượng kiểm định t > tα chứng tỏ dạy học bài tập theo hướng phát triển tư duy cho học sinh thực sự có hiệu quả.

- Hệ số biến thiên giá trị điểm số của nhóm thực nghiệm nhỏ hơn nhóm đối chứng.

Điều này phản ánh thực tế ở nhóm học thực nghiệm: Hầu hết học sinh tham gia xây dựng bài một cách tích cực vì vậy đạt hiêụ quả cao trong kiểm tra và sự chênh lệch giữa các học sinh trong lớp cũng ít hơn.

- Đồ thị tần suất luỹ tích của hai lớp cho thấy: chất lượng của nhóm thực nghiệm thực sự tốt hơn nhóm đối chứng.

Kết luận chương 3 Sau đợt thực nghiệm sư phạm, qua tổ chức, quan sát diễn biến và phân tích các giờ dạy thực nghiệm và đối chứng, kết hợp với trao đổi với giáo viên và h ọ c sinh,

đặ c biệt là việ c x ử lý các bài kiể m tra c ủ a h ọ c sinh theo ki ể m định đã khẳng định giả thuyết khoa học của luận văn là đúng đắn, các kết quả thu được đã chứng tỏ rằng: - H ệ th ố ng và ph ươ ng pháp gi ả i bài t ậ p ch ươ ng "Dòng đ i ệ n xoay chi ề u" trình bày trong luận văn có tính khả thi.

- Hệ thống bài tập đã soạn thảo cùng với hoạt động hướng dẫn giải bài tập theo hướng bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh có tác dụng giúp học sinh không nhữ ng n ắm vữ ng kiến thức c ơ bản mà còn biết vận d ụ ng kiến thức m ột cách linh hoạt trong những trường hợp cụ thể để tìm ra phương pháp giải quyết vấn đề một cách tối ưu.

Tuy nhiên, việ c th ự c nghi ệ m m ớ i ch ỉ đượ c tiến hành v ới hai l ớ p h ọ c sinh có trình độ tương đương nhau, do đó đối tượ ng thực nghiệm n ằm trong phạm vi hẹp nên c ần phải tiến hành thực nghiệm trên các đối tượng học sinh khác mang tính " đạ i trà" h ơ n để có nh ữ ng đ i ề u ch ỉ nh, b ổ sung sao cho h ệ thố ng bài tậ p và ph ươ ng pháp gi ải có tính linh ho ạt, phù h ợ p v ớ i m ọ i đố i tượng học sinh và đạt hiệu quả cao.

90 KẾT LUẬN Đố i chi ế u v ớ i m ụ c đ ích nghiên c ứ u, đề tài lu ậ n v ă n đ ã c ơ b ả n hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra:

Đã hệ thống hóa kiến thức chương “ Dòng điện xoay chiều” và bài tập trong chương, lý luận về tư duy và bồi dưỡng năng lực tư duy.

Đã khảo sát thự c trạng về d ạy họ c chươ ng “ Dòng đ iệ n xoay chiề u” ở Trường THPT theo mục đích về dạy học bài tập để phát trển tư duy. Kết quả cho thấy tính khả thi của đề tài.

Đ ã xây d ự ng đượ c m ộ t h ệ th ố ng bài t ậ p ch ươ ng “Dòng đ i ệ n xoay chi ề u” và h ướ ng d ẫ n s ử d ụ ng cho m ụ c đích b ồ i d ưỡ ng n ă ng l ự c t ư duy h ọ c sinh. H ệ thống bài tập có l ờ i gi ả i hơn 30 bài và gần 50 bài tập tự giải. Được xây dựng theo 10 dạng, trong mỗi dạng có nêu kiến thức cơ bản liên quan, cách giải và hướng sử dụng bài tập cho mục đích bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh theo thang bậc nhận thức biết, hiểu, vận, dụng, so sánh, tổng hợp, đánh giá.

Luậ n v ăn đ ã đượ c thự c nghiệ m sư phạm tại Trườ ng THPT Hương Sơ n. Kết qu ả cho thấy đã chứng tỏ tính khả thi của đề tài. Việc sử dụng hệ thống bài tập phần “Dòng điện xoay chiều” đã đem lại hứng thú và hiệu quả trong việc bồi dưỡng, nâng cao kiến thức cho học sinh.

91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. L ươ ng Duyên Bình, V ũ Quang, Nguy ễ n Th ượ ng Chung, Tô Giang, Tr ầ n Chí Minh, Ngô Qu ố c Quýnh (2008). Bài tậ p V ậ t lí 12. Nxb Giáo dục, Ha Nội.

2. L ươ ng Duyên Bình, V ũ Quang, Nguy ễ n Th ượ ng Chung, Tô Giang, Trần Chí Minh, Ngô Quốc Quýnh (2008). Sách giáo viên Vật lí 12. Nxb Giáo dục, Hà Nội.

3. Hà Văn Chính, Tr ầ n Nguyên T ường (2007), Các D ạng Bài Tập Mạch Dòng

điện xoay chiều Không Phân Nhánh, NXB Đại Học Sư Phạm, Hà Nội. viên cao học), Đại học Vinh, 2007 4. Phạm Thế Dân (2003), 206 Bài Toán Dòng điện xoay chiều, Dao Động và Sóng

Điện Từ, NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.

5. V ũ Cao Đ àm (2008). Giáo trình ph ương pháp luậ n nghiên c ứ u khoa học.

Nxb Giáo dục, Hà Nội.

6. Nguyễ n Th ị Ph ươ ng Hoa (2008). Lí lu ậ n d ạy họ c hiệ n đại. Hà Nội.

7. Nguy ễn Thị Hương (2006), S ử d ụng lý thuyết phát triển bài tập v ật lí vào d ạ y h ọ c BTVL nh ằ m tích c ự c hoá ho ạ t độ ng nh ận thứ c ủ a học sinh, Luận văn thạc sĩ giáo dục học.

8. Lê Đức Ngọc (2008). Bài giảng Đo lường và đánh giá thành quả học tập trong giáo dục. Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội.

9. Nguyễn Quang Lạc. Lý luận dạy học hiện đại ở trường phổ thông, Bài giảng chuyên đề cho học viên cao học, ĐHV. 10. Phạm Thị Phú, Chuyến hóa phương pháp nhận thức vật lý thành phương pháp dạy học vật lý, Đại Học Vinh, 2007.

11. Phạm Thị Phú – Nguyễn Đình Thước, Logic học trong dạy học vật lý (Tài liệu dùng cho học viên cao học), Đại Học Vinh, 2001.

12. Nguyễn Thế Khôi,Vũ Thanh Khiết (2008), SGK, SGV, SBT vật lý 12, NXB Giáo dục, Hà Nội.

13. Nguyễn Đình Thước, Phát triển tư duy của học sinh trong dạy học vật lý (Bài giảng cho học 14. Nguyễn Đăng Quang (2010),Xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng bồi

92 dưỡng năng lực tư duy của học sinh trong dạy học chương “ Dòng điện xoay chiều” vật lí 12 chương trình nâng cao, Luận ăn thạc sĩ giáo dục.

15. Nguyễn Anh Thi (2005), Phương Pháp Giải Toán M ạch Dòng điện xoay chiều, NXB Giáo Dục, Hà Nội.

16. Lê Văn Thông (2000), Giải Toán Vật Lý Dòng điện xoay chiều, NXB Trẻ.

17. Lê Văn Thông (1997), Phân Loại và Phương Pháp Giải Bài Tập Vật Lý 12, NXB Trẻ.

18. Đỗ Hương Trà (2008). Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật lí. Hà Nội.

1 PHỤ LỤC 1 MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 1: Một khung dây dẫn có N = 100 vòng dây quấn nối tiếp, mỗi vòng có diện tích S = 50cm2. Khung dây được đặt trong từ trường đều B = 0,5T. Lúc t = 0, vectơ pháp

tuyến của khung dây hợp với B góc ϕ =

π . Cho khung dây quay đều với tần số 20 3

vòng/s quanh trục ∆ (trục ∆ đi qua tâm và song song với một cạnh của khung) vuông

góc với B . Chứng tỏ rằng trong khung xuất hiện suất điện động cảm ứng e và tìm biểu thức của e theo t.

Bài 2: Một khung dây quay đều trong từ trường B vuông góc với trục quay của

khung với tốc độ n = 1800 vòng/ phút. Tại thời điểm t = 0, véctơ pháp tuyến n của mặt

phẳng khung dây hợp với B một góc 300. Từ thông cực đại gởi qua khung dây là 0,01Wb. Viết biểu thức của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

Bài 3: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần

π R= 200Ω có biểu thức u= 200 2 cos(100π t + )(V ) . Viết biểu thức cường độ dòng điện 4 trong mạch.

Bài 4: Cho điện áp hai đầu tụ C là u = 100cos(100πt- π/2 )(V). Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch. , biết C =

10 −4

π

(F )

Bài 5: Cho mạch điện không phân nhánh gồm R = 100√3 Ω, cuộn dây thuần cảm L và tụ điện C =10-4 /2π (F). Đặt vào 2 đầu mạch điện một hiệu điện thế u = 100√2cos 100π t. Biết hiệu điện thế ULC = 50V, dòng điện nhanh pha hơn hiệu điện thế. Hãy tính L và viết biểu thức cường độ dòng điện i trong mạch

Bài 6: Cho đoạn mạch xoay chiều có R=40 Ω , L=

1

π

(H), C=

10−4 (F), mắc nối 0.6π

tiếp hiệu điện thế 2 đầu mạch u=100 2 cos100 π t (V), công suất và cường độ dòng điện qua mạch là bao nhiêu.

Bài 7: Cho đọan mạch RLC mắc nối tiếp, cuộn dây thuần cảm. Đặt vào 2 đầu đoạn mạch 1 điện áp xoay chiều, người ta đo được các điện áp hiệu dụng ở 2 đầu R, L, C lần

2 lượt là UR = 30V; UL = 80V; UC = 40V. Điện áp hiệu dụng UAB ở 2 đầu đoạn mạch là bao nhiêu.

Bài 8: Cho đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh. Điện trở R=50( Ω ), cuộn 1

10−3

dây thuần cảm L = (H) và tụ C = (F ) . Điện áp hai đầu mạch: U = 260 2. cos(100π .t ) 22π π . Công suất toàn mạch là bao nhiêu. π Bài 9: Điện áp hai đầu đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp là u = 200 2cos 100π t- V 3



, cường độ dòng điện qua đoạn mạch là i = 2 cos100π t ( A) Công suất tiêu thụ của

đoạn mạch bằng bao nhiêu?

Bài 10: Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ: 10 −3 Biết : L = ( H ) ; C = (F ) .

4π π 1`

A

C

L

R

B

Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế : U AB = 75 2 . cos(100π .t ) . Công suất trên toàn mạch là : P=45(W). Tính giá trị R?

Bài 11: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R=180 Ω , một cuộn dây có r=20 Ω , độ tự cảm L=0,64H ≈

2

π

H và một tụ điện có C=32 µ F ≈

10 −4

π

F, tất cả

mắc nối tiếp với nhau. Dòng điện qua mạch có cường độ i=cos(100 π t) (A). Lập biểu thức của điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch.

Đáp án: u=224cos(100 π t+0,463) (V) Bài 12: Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ.

L,r E C

A

B

Biết uAB=50 2 cos100 π t(V). Các điện áp hiệu dụng UAE=50V, UEB=60V. a. Tính góc lệch pha của uAB so với i. b. Cho C=10,6 µ F. Tính R và L.Viết i?

Đáp án: a. - 0,2 π (rad) b. R=200 Ω ; L=0,48 (H); i=0,2. 2 cos(100π t+0,2π ) (A)

Bài 13: Cho mạch điện như hình vẽ: UAB = U = 170V; UMN = UC = 70V; UMB = U1 = 170V; UAN = UR = 70V. a. Chứng tỏ cuộn dây có điện trở thuần r

A

R

N

C

M

L,r

B

3 b. Tính R, C, L và r. Biết i = 2 cos 100πt ( A)

Bài 14. Một mạch điện RLC không phân nhánh gồm điện trở R= 100Ω, cuộn dây thuần cảm có L= 1/π (H) và tụ có điện dung C thay đổi . Đặt vào hai đầu đoạn mạch

điện áp u= 200 2 cos100πt(V). Thay đổi điện dung C cho đến khi điện áp hai đầu cuộn dây đạt cực đại. Giá trị cực đại đó bằng bao nhiêu?

Bài 15. Cho một đoạn mạch xoay chiều RLC1 mắc nối tiếp ( cuộn dây thuần cảm ). Biết tần số dòng điện là 50 Hz, R = 40 ( Ω ), L =

1 10 −3 (H) , C1 = ( F ) . Muốn dòng 5π 5π

điện trong mạch cực đại thì phải ghép thêm với tụ điện C1 một tụ điện có điện dung C2 bằng bao nhiêu và ghép thế nào?

Bài 16. Cho một đoạn mạch điện xoay chiều AB gồm R, L, C mắc nối tiếp có R = 200Ω. Đặt vào hai đầu đoạn mạch này một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 220V và tần số thay đổi được. Khi thay đổi tần số, công suất tiêu thụ có thể đạt giá trị cực đại bằng bao nhiêu?

Bài 17: Cho mạch điện như hình vẽ: L=

3

π

L,r

A

C

R N

B

M

H; R = 100Ω, tụ điện có điện dung thay đổi được , điện áp giữa hai đầu mạch

là uAB = 200cos100πt (V). Để uAM và uNB lệch pha một góc

π 2

điện phải có giá trị ?

Bài 18: Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ.

, thì điện dung C của tụ L,r M C

A

B

uAB =140 2cos100πt (V). UAM = 140 V, UMB = 140 V. Viết biểu thức điện áp uAM.

Bài 19. Cho mạch điện LRC nối tiếp theo thứ tự trên. Biết R là biến trở, cuộn dây thuần cảm có L = 4/π(H), tụ có điện dung C = 10-4/π(F). Đặt vào hai đầu đoạn mạch một

điện áp xoay chiều ổn định có biểu thức: u = U0.sin100πt (V). Để điện áp uRL lệch pha π/2 so với uRC thì R bằng bao nhiêu?

Bài 20: Đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ.

A

u MB = 10 3(v ) I=0,1A , ZL =50Ω, R =150Ω

L,r

C

R M

B

N

u AM lệch pha so với uMB một góc 750 . Tinh r và ZC

Bài 21: Đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ A

L,r

C

R M

N

B

4

R =100Ω, C =

10 −4

π

F , f =50Hz, UAM =200V

UMB=100 2 (V), uAM lệch pha

5π rad so với uMB . Tinh công suất của mạch 12

Bài 22. Cho đoạn mạch RLC nối tiếp, giá trị của R đã biết, L cố định. Đặt một điện áp xoay chiều ổn định vào hai đầu đoạn mạch, ta thấy cường độ dòng điện qua mạch chậm pha π/3 so với điện áp trên đoạn RL. Để trong mạch có cộng hưởng thì dung kháng ZC của tụ phải có giá trị bằng bao nhiêu?

Bài 23: Một đoạn mạch xoay chiều gồm 2 trong 3 phần tử R, L hoặc C mắc nối tiếp. Biểu thức điện áp 2 đầu mạch và cường độ dòng điện qua mạch là

π π  u = 80 cos  100π t +  (V ) và i = 8cos(100π t + )( A) . Các phần tử trong mạch và tổng trở 4 2  của mạch là bao nhiêu?

Bài 24: Cho mạch gồm điện trở R và cuộn dây thuần cảm L mắc nối tiếp, L thay đổi được. Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch là U, tần số góc ω = 200(rad/s). Khi L = L1 = π /4(H) thì u lệch pha so với i góc ϕ 1 và khi L = L2 = 1/ π (H) thì u lệch pha so với i góc ϕ 2 . Biết ϕ 1 + ϕ 2 = 900. Giá trị của điện trở R là bao nhiêu?

Bài 25: Một đoạn mạch RLC không phân nhánh gồm điện trở thuần 100 Ω , cuộn dây cảm thuần có độ tự cảm

1

π

H và tụ điện có điện dung C thay đổi được. Đặt vào hai đầu

đoạn mạch một điện áp u = 200 2 cos100π t (V ) . Thay đổi điện dung C của tụ điện cho đến khi điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại. Giá trị cực đại đó bằng bao nhiêu?.

Bài 26: Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm cuộn dây có độ tự cảm L, điện trở r và tụ điện C. Đặ t vào hai đầ u đ o ạ n m ạ ch m ộ t hi ệ u đ i ệ n th ế xoay chi ề u có giá tr ị hi ệ u d ụ ng 30V. Điều chỉnh C để điện áp trên hai bản tụ đạt giá trị cực đại và bằng số 50V. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây khi đó là bao nhiêu?

Bài 27: Đặt điện áp xoay chiều có f thay đổi vào hai đầu đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc theo thứ tự đó có R=50Ω, L =

1 10 −2 H ;C = F . Để điện áp hiệu dụng 2 đầu 6π 24π

LC (ULC) đạt giá trị cực tiểu thì tần số dòng điện phải bằng bao nhiêu?

5 Bài 28: Một đoạn mạch xoay chiều có hai trong ba phần tử R,C hoặc cuộn dây thuần cảm. Điện áp hai đầu mạch và cường độ dòng điện qua mạch có biểu thức: u = 100√2cos 100πt (V) ; i = 2cos (100πt- 0,25π) (A). Điện trở hoặc trở kháng tương ứng là bao nhiêu?.

A C •

Bài 29: Cho đoạn mạch như hình vẽ.

Biết u = 100 2 cos(100 πt )V , C =

10 −4

π

X

B

•

F . Hộp kín X chỉ chứa một phần tử (R hoặc cuộn

dây thuần cảm), dòng điện trong mạch sớm pha π/3 so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch AB. Hộp X chứa gì ? điện trở hoặc cảm kháng có giá trị bao nhiêu?

Bài 30: Cho đoạn mạch AB gồm biến trở nối tiếp với hộp kín X. Hộp X chỉ chứa cuộn thuần cảm L hoặc tụ C .UAB = 200 (V) không đổi ; f = 50 Hz .Khi biến trở có giá trị sao cho PAB cực đại thì I = 2(A) và sớm pha hơn uAB. Khẳng định nào là đúng ?

A. X chứa C = C. X chứa C =

10−4 F 2π 10−4

π

F

B. X chứa L= D. X chứa L =

1

π

H

1 H 2.π

6 PHỤ LỤC 2 ĐỀ KIỂM TRA CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU (Thời gian 45 phút) Câu 1: Động cơ điện xoay chiều 3 pha có 3 cuộn dây giống hệt nhau mắc hình sao.

Mạch điện ba pha dùng để chạy động cơ này phải dùng mấy dây dẫn: A. 4 B. 3 C. 6 D. 5 Câu 2: Đoạn mạch RLC mắc vào mạng điện tần số f1 thì cảm kháng là 36() và dung kháng là 144(). Nếu mạng điện có tần số f2 = 120(Hz) thì cường độ dòng điện cùng pha với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. Giá trị f1 là A. 50(Hz).

B. 60(Hz).

C. 480(Hz).

D. 30(Hz).

Câu 3: Một máy biến thế cuộn sơ có 1100 vòng mắc nối tiếp với Am pe kế, cuộn thứ có 50 vòng mắc nối tiếp với một R và một tụ C, hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ là U=220V, cường độ dòng điện trong cuộn sơ là I=

2 (A). Cho R=8 Ω , r=2 Ω , hệ số công suất của 44

mạch thứ cấp là: A. 0,8 B. 0,86 C. 0,707 D. 0,5 Câu 4: Đoạn mạch điện gồm điện trở thuần, cuộn cảm thuần, tụ điện mắc nối tiếp.Kí hiệu uR, uL, uC lần lượt là điện áp tức thời ở giữa hai đầu điện trở thuần, hai đầu cuộn thuần cảm, hai đầu tụ điện. Quan hệ về pha của các điện áp này là A. uR sớm pha π /2 so với uL. B. uC trễ pha π /2 so với uL. C. uC trễ pha π so với uL. D. uR trễ pha π /2 so với uC. Câu 5: Đặt điện áp u = U o sin ωt (với U o , ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh. Biết độ tự cảm và điện dung được giữ không đổi. Điều chỉnh trị số điện trở R để công suất tiêu thụ của đoạn mạch đạt cực đại. Khi đó hệ số công suất của đoạn mạch bằng

A. 1.

B.

2 .

2

C. 0,5.

D. 0,85.

Câu 6: Hai cuộn dây ( R1,L1 ) và ( R2,L2 ) và (R3,L3) mắc nối tiếp nhau và đặt vào một hiệu điện thế xoay chiều có giá trị hiệu dụng U. Gọi U1, U2 và U3 là hiệu điện thế hiệu dụng tương ứng giữa ba cuộn (R1,L1) và ( R2,L2 ) và (R3,L3) . Điều kiện để U = U1+U2 + U3 là: A.

L1 L2 L3 = = R1 R2 R3

B.

L1 L2 L L = và 2 = 3 R2 R1 R3 R2

C. L1L2 L3 = R1R2R3 D. L1+L2 + L3 =R1+R2+ R3 Câu 7: Cuộn sơ cấp của một máy biến áp N1=1000 vòng, cuộn thứ cấp có N2=2000 vòng. Hiệu điện thế hiệu dụng của cuộn sơ cấp là U1 = 110V và của cuộn thứ cấp khi để hở là U2 =216V. Tỉ số giữa cảm kháng và điện trở thuần của cuộn sơ cấp là: A. 5,17 B. 1,02 C. 1,96 D. 0,5 Câu 8: Trong các đại lượng đặc trưng cho dòng xoay chiều sau đây, đại lựợng nào không dùng giá trị hiệu dụng ?

A. cường độ dòng điện. B. điện áp C. công suất. D. suất điện động.

Câu 9: Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần:

7 π

u = U 0cos(ωt + ) V . Biểu thức cường độ dòng điện qua đoạn mạch trên là biểu thức 2 nào sau đây?

π A. i = I 0cos(ωt + ) (A) B. i = I 0cosωt (A) 4 π π C. i = I 0cos(ωt − ) (A) D. i = I 0cos(ωt + ) (A) 2 2 Câu 10: Một cuộn dây hình chữ nhật, kích thước 20cm x 30cm, gồm 100 vòng dây, được đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ 0,2(T). Trục đối xứng của khung dây vuông góc với từ trường. Cuộn dây quay quanh trục đó với vận tốc 1200vòng/phút.

Chọn t = 0 là lúc mặt cuộn dây hợp với véc tơ cảm ứng từ góc  = 300. Biểu thức của suất điện động cảm ứng trong cuộn dây là π π A. e = 150,8. cos(40πt + )(V ).

B. e = 24,0.cos(20t + )(V ).

6 3 π π C. e = 150,8. cos(40πt + )(V ).

D. e = 24,0.cos(20t + )(V ).

3 6

Câu 11: Đặt điện áp u= U 2 cos100π.t (V) vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh. Biết điện trở thuần R=100 Ω , cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L, dung kháng π của tụ điện bằng 200 Ω và cường độ dòng điện trong mạch sớm pha so với điện áp u.

4 Giá trị của L là: 3 2 1 4 A. H B. H C. H D. H π π π π Câu 12: Một đoạn mạch gồm một tụ điện có dung kháng ZC = 100Ω và cuộn cảm thuần có cảm kháng ZL = 200Ω mắc nối tiếp nhau. Hiệu điện thế tại hai đầu cuộn cảm có dạng π uL = 100cos(100π t + )(V ) . Biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện có dạng như thế 6 nào?

5π π A. uC = 50 cos(100πt − )V u C = 100 cos(100πt + )V 6 6 B. π π uC = 50 cos(100πt − )V D. uC = 100 cos(100πt − )V 3 2 C. π Câu 13: Dòng điện xoay chiều i = I 0cos(ωt + ) qua cuộn dây thuần cảm L. Hiệu điện 4 thế giữa hai đầu cuộn dây là u = U 0cos(ωt + ϕ ) . U 0 và ϕ có các giá trị nào sau đây?

3π π A. U 0 = L.ω I 0 ;ϕ = rad B. U 0 = L.ω I 0 ;ϕ = − rad 4 4 I0 3π Lω π ;ϕ = rad ;ϕ = rad C. U 0 = D. U 0 = Lω 4 I0 2 Câu 14: Đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp . Điện trở thuần R=100 Ω , cuộn dây

8

thuần cảm có độ tự cảm L, tụ có điện dung C =

10−4

F. Mắc vào hai đầu đoạn mạch điện π áp u = U0cos100 π t(V). Để hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch cùng pha với hiệu điện thế hai đầu điện trở R thì giá trị độ từ cảm của cuộn dây là 1 1 2 H C. L= H D. L= H π 2π π π Câu 15: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V, tần số 50 Hz vào hai đầu 0,4 đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở thuần 30 Ω, cuộn cảm thuần có độ tự cảm (H) π và tụ điện có điện dung thay đổi được. Điều chỉnh điện dung của tụ điện thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại bằng A. 160 V. B. 250 V. C. 100 V. D. 150 V. Câu 16: Một đoạn mạch gồm một tụ điện có dung kháng Zc = 100Ω và cuộn dây có cảm kháng ZL = 200Ω mắc nối tiếp nhau. Hiệu điện thế tại hai dầu cuộn dây có dạng uL

A. L=

10

B. L=

H

=100cos(100πt +

π

6

) (V). Hỏi biểu thức hiệu điện thế hai đầu tụ điện có dạng

A. uc = 50 cos(100πt -

C. uc = 50 cos(100πt -

5π ) (v) 6

π

) (v).

B. uc = 100 cos(100πt +

D. uc = 100cos(100πt -

π 6

)V

π

) (v).

3 2 Câu 17: Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh một hiệu điện thế xoay

π chiều u = U0cosωt thì dòng điện trong mạch là i = I0cos(ωt+ ) . Đoạn mạch này luôn 6 có A. ZL = ZC B. ZL = R. C. ZL> ZC D. ZL< ZC. Câu 18: Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp một hiệu điện thế xoay chiều u = U0 cosωt thì độ lệch pha của cường độ dòng điện i với hiệu điện thế u trong mạch được tính theo công thức 1 − Lω ωL − Cω .

A. tgϕ = Cω B. tgϕ = R R C. tgϕ =

ωL − R

1 Cω .

D. tgϕ =

ωL + Cω R

.

Câu 19: Nhận xét nào sau đây về máy biến thế là không đúng?

A. Máy biến thế có thể giảm hiệu điện thế.

B. Máy biến thế có thể tăng hiệu điện thế.

C. Máy biến thế có tác dụng biến đổi cường độ dòng điện.

D. Máy biến thế có thể thay đổi tần số dòng điện xoay chiều Câu 20: Hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm

9

có dạng u = U0cos(ωt + α ) (v) và i = I0cos(ωt -

A. I0 = U 0 Lω ; α = C. I0 =

π 4

π 4

) (A). I0 và α có giá trị là

B. I0 = U 0 Lω ; α =

rad.

π U0 ; α = rad.

Lω 2

D. I0 =

π 2

rad.

π U0 ; α = rad.

Lω 4

Câu 21: Mạch điện nào sau đây có hệ số công suất nhỏ nhất?

A. Điện trở thuần R mắc nối tiếp với tụ điện C B. Cuộn cảm thuần L mắc nối tiếp với tụ điện C C. Điện trở thuần R mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần L D. Điện trở thuần R1 mắc nối tiếp với điện trở thuần R2 Câu 22: Chọn câu đúng. Trong mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp thì công suất tiêu thụ của mạch bằng công suất của phần tử A. Z B. L C. C D. R Câu 23: Nếu đặt điện áp u1 = U 0 cos100π t (V ) vào hai đầu đoạn mạch có điện trở thuần R không đổi nối tiếp với cuộn cảm thuần L thì công suất điện tiêu thụ của đoạn mạch là P . Nếu đặt điện áp u2 = 3U 0 cos100π t (V ) vào hai đầu đoạn mạch trên thì công suất điện tiêu thụ của đoạn mạch sẽ là A. 2P B. 9P C. 3P D. 4P Câu 24: Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp là π  u = 200 2cos 100πt −  ( V ) 3  i=

và

cường

độ

dòng

điện

qua

đ o ạn

mạch

là

2cos100 πt ( A ) . Công suất tiêu thụ của đoạn mạch bằng

A. 143 W. B. 141 W. C. 200 W. D. 100 W. Câu 25: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về máy biến áp A. Là dụng cụ dùng thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều B. Không thể dùng máy biến áp để biến đổi điện áp dòng điện không đổi .

C. Cấu tạo gồm hai cuộn dây đồng quấn trên lõi thép D. Cường độ hiệu dụng qua mỗi cuộn dây tỉ lệ thuận với số vòng dây Câu 26: Cho đoạn mạch RL nối tiếp, hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch có dạng u = 100 2cos100πt(V) thì biểu thức dòng điện qua mạch là i = 2cos(100πt − π 6)(A) . Giá trị của R và L là 2 A. R = 50(Ω),L = (H) π 1 C. R = 25 3(Ω),L = (H) 4π

Câu 27: Một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L =

3 (H) 4π 1 D. R = 50 3(Ω),L = (H) 2π 2

B. R = 25(Ω),L =

H, mắc nối tiếp với tụ điện có π điện dung C = 10π µF .Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây có dạng uL = 100cos (100πt π + ) V.Hỏi biểu thức cường độ dòng điện qua mạch có dạng như thế nào ?

3

10

A. i =

2 cos(100πt +

C. i = cos(100πt -

π

π 3

B. i = 0,5 cos(100πt -

) (A).

D. i = 0,5 cos(100πt +

) (A).

π 6

) (A)

π

) (A) 3 3 Câu 28: Mạch điện xoay chiều AB chỉ chứa một trong các phần tử: điện trở thuần,

π cuộn dây hoặc tụ điện.Khi đặt hiệu điện thế u = U0cos(ωt + ) lên hai đầu A, B thì dòng 6 π điện trong mạch là i = I0cos (ωt - ) Đoạn mạch AB chứa 3 A. điện trở thuần.

B. cuộn dây thuần cảm C. tụ điện.

D. cuộn dây có điện trở thuần.

Câu 29: Trong đoạn mạch RLC, biết R = 100 Ω ,L = 1/ π (H ), điện áp giữa hai đầu đoạn mạch u = 200cos2πft ( V ) . Khi thay đổi tần số f để hệ số công suất đạt cực đại thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch sẽ là A. 100 W. B. 400 W. C. 50 W. D. 200 W. Câu 30: Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều là A. dựa vào hiện tượng quang điện.

B. dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ C. dựa vào hiện tượng tự cảm.

D. dựa vào hiện tượng giao thoa. Đáp án : 1. A 7. A 13. A 19. D 25. D

2. B 8. C 14. C 20. D 26. D

3. C 9. D 15. A 21. B 27. B

4. C 10. C 16. A 22. D 28. B

5. B 11. C 17. D 23. B 29. B

6. A 12. C 18. A 24. D 30. B