(SKKN 2022) kinh nghiệm rèn kĩ năng giải bài toán máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa phần điện học vật lí 9

Vì vậy người giáo viên cần giúp học sinh nắm vữngkiến thức vật lí, biết khai thác, vận dụng kiến thức để giải quyết được các vấn đềtrong thực tiễn cũng như khi học tập bộ môn là nhiệm vụ

MỤC LỤC Trang

PHẦN 1.MỞ ĐẦU 2

1.1 Lí do chọn đề tài .2

1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài .3

1.3 Nhiệm vụ đề tài 3

1.4 Đối tượng nghiên cứu 3

1.5 Phương pháp nghiên cứu 3

PHẦN 2.NỘI DUNG SÁNG KIẾN 4

2.1 Cơ sở lý thuyết 4

2.2 Thực trạng 4

2.2.1 Đối với học sinh 4

2.3.2 Tổ chức thực hiện 5

2.3.2.1 Lý thuyết về máy biến thế - truyền tải điện năng đi xa 6

2.3.2.1.1 Máy biến thế 6

2.3.2.1.2 Truyền tải điện năng đi xa 6

2.3.2.3 Một số dạng bài tập cụ thể 7

2.3.2.3.1 Bài tập xác định số vòng dây máy biến thế 7

2.3.2.3.2 Bài tập xác định hiệu điện thế và truyền tải điện năng đi xa 8

2.3.2.3.3 Bài tâp nâng cao về máy biến thế 9

2.3.2.3.4 Bài tập về truyền tải điện năng đi xa 10

2.3.2.3.5 Bài tập về truyền tải điện năng đi xa 11

2.3.2.3.6 Bài tập nâng cao về máy biến thế và truyền tải điện năng 14

2.4 Kiểm nghiệm 17

2.4.1 Bài học kinh nghiệm 17

2.4.2 Kết quả 18

Phần 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18

3.1 Kết luận 19

3.2 Kiến nghị .19

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

CÁC SÁNG KIẾN CỦA BẢN THÂN ĐƯỢC XẾP LOẠI 22

1 MỞ ĐẦU 1.1.Lí do chọn đề tài:

Trong vài thập kỉ gần đây, do sự phát triển nhanh chóng của khoa học,

kĩ thuật và công nghệ, đặc biệt là cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 cũng như quátrình hội nhập quốc tế đã dẫn đến nền kinh tế nước ta trở thành nền kinh tế - trithức Trong nền kinh tế - tri thức, kiến thức và kĩ năng của con người là nhân tốquyết định sự phát triển của xã hội Nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho nền giáodục là ngoài việc trang bị cho học sinh những kiến thức tối thiểu, cần thiết, cácmôn học cần tạo ra cho học sinh các năng lực nhất định để khi đi vào cuộc sốngcác em có thể thích ứng được với thực tiễn cuộc sống

Trong nhiều năm qua công tác dạy vật lý lớp 9 tôi nhận thấy Điện học lớp 9

là môn học khó đối với học sinh Đây là nội dung các em đã được tiếp cận từ lớp

7 các em đã làm quen với điện học, đó chỉ là cách làm quen và tiếp cận các kháiniệm đơn giản và mang tính định tính Ở phần điện học lớp 9 thì khác hẳn, các

em phải dùng lập luận có căn cứ, kết hợp với tư duy logic và sử dụng công thức

và kinh nghiệm thực tế Vì vậy người giáo viên cần giúp học sinh nắm vữngkiến thức vật lí, biết khai thác, vận dụng kiến thức để giải quyết được các vấn đềtrong thực tiễn cũng như khi học tập bộ môn là nhiệm vụ quan trọng và thườngxuyên trong quá trình giảng dạy nói chung và các môn học khác nói riêng Từnhững kiến thức đã học, cần giúp học sinh nắm vững thực tiễn khách quan, cócách nhìn một cách khoa học để nhận biết sự vật, hiện tượng một cách lôgic, có

hệ thống

Để đạt được mục đích trên, trong quá trình giảng dạy cần chú ý giúp họcsinh phương pháp tự nghiên cứu, tự học để học sinh biết vận dụng kiến thức đãhọc trong những trường hợp cụ thể mà áp dụng cho những trường hợp kháctương tự Trong công tác rèn luyện kỹ năng làm bài tập vật lí THCS thường gặpcác mảng kiến thức có thể gây khó khăn cho giáo viên và học sinh trong quátrình dạy và học Điều quan trọng, giáo viên phải định hướng được cho học sinhnhận biết được dạng bài tập vật lí để có phương pháp, kĩ năng giải đúng hướng.Một trong những mảng kiến thức đó là bài tập về máy biến thế và truyền tải điệnnăng đi xa phần điện học Vật lí 9 Từ những khó khăn và vướng mắc trong quátrình hướng dẫn giải bài tập dạng này tôi đã tìm tòi, nghiên cứu tìm ra nguyênnhân và tìm ra được các biện pháp giúp học sinh giải quyết tốt được kiến thức vềdạng bài tập này

Để có cách giải dạng bài tập trên hiệu quả nhất, giúp học sinh dễ hiểu, giảiquyết vấn đề nhanh, chính xác, đầy đủ và gọn gàng hơn, đồng thời rèn luyện khảnăng tư duy độc lập trong quá trình học tập cho học sinh tôi đã chọn đề tài:

“Kinh nghiệm rèn kĩ năng giải bài toán Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa phần điện học Vật lí 9” từ đó giúp các em có kinh nghiệm trong

việc giải các bài tập dạng này

1.2 Mục đích nghiên cứu

Việc nghiên cứu thành công đề tài sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên

và học sinh hiểu rõ lí thuyết và phân dạng cũng như giải bài tập về máy biến thế

và truyền tải điện năng đi xa phần điện học Bổ sung và phát triển cơ sở lí luậncủa dạy học làm cơ sở cho việc vận dụng trong dạy học kiến thức về Máy biếnthế- Truyền tải điện năng

Đề xuất một số biện pháp phát triển năng lực vận dụng kiến thức, nănglựcgiải quyết vấn đề, vận dụng kiến thức vật lý vào thực tế, năng lực trải nghiệmsáng tạo và mục đích cuối cùng là để nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn

Tập cho học sinh làm quen với phương pháp học tập mới, học đi đôi vớihành, chủ động chiếm lĩnh tri thức, phát huy tính hứng thú học tập của học sinh

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu: Là các giải pháp mới có hiệu quả để nâng cao chất

lượng bồi dưỡng HSG các môn văn hóa cấp Tỉnh phù hợp môn học

* Phạm vi nghiên cứu:

- Thời gian nghiên cứu từ tháng 3/ 2021 đến tháng 12/2021

- Chủ thể nghiên cứu là toàn bộ học sinh khối 9 của đội tuyển môn vật lý tham

ra dự thi cấp Tỉnh được chọn lọc từ các Trường THCS, TH&THCS trên địa bànHuyện Yên Định được tập trung về học tại Trường THCS Lê Đình Kiên nămhọc 2021 - 2022

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu tài liệu, thu thập và xử lícác bài tập trong tài liệu, các bài tập trên mạng

- Phương pháp điều tra: Tiến hành dạy thử nghiệm theo phương pháptrong đề tài đối với học sinh trong khối 9 thành 2 lớp: một lớp áp dụng đề tài vàmột lớp không thực hiện, khái quát thành bài học kinh nghiệm

- Tổng hợp nhận dạng các thể loại bài tập

- Phỏng vấn

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN 2.1 Cơ sở lí luận:

* Các văn bản chỉ đạo

Công văn 4040/BGDĐT về việc hướng dẫn thực hiện Chương trình giáodục phổ thông cấp THCS, THPT ứng phó với dịch Covid-19 năm học 2021-

2022 của Bộ giáo dục và đào tạo

Công văn số 3280/BGDĐT- GDTrH được Bộ Giáo dục và Đào tạo đã banhành ngày 27/8/2020 về việc hướng dẫn các nội dung giảm tải, tinh giản trongchương trình học THCS và THPT

Căn cứ Công văn số 3189/SGD&ĐT-KT&KĐCLGD ngày 05 tháng 11năm 2021 của Giám đốc Sở GD&ĐT Thanh Hóa về việc thi chọn học sinh giỏilớp 12 THPT, BTTHPT, lớp 9 THCS năm học 2021 - 2022;

Thực hiện Kế hoạch Số: 580/PGDĐT, Phòng Giáo dục và Đào tạo YênĐịnh, ngày 22 tháng 12 năm 2020 hướng dẫn về công tác tham dự kỳ thi chọnHSG lớp 9 bậc THCS cấp Tỉnh năm học 2021 – 2022

Căn cứ Công văn số 56 / PGDĐT Yên Định, ngày 22 tháng 02 năm 2021V/v tổ chức thi chọn đội tuyển HSG các môn văn hóa dự thi cấp tỉnh năm học2021- 2022

Chương trình môn Vật lý 9 là giai đoạn 2 của chương trình vật lý THCS,nên những yêu cầu về khả năng tư duy trừu tượng, khái quát cũng như nhữngyêu cầu về mặt định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật Vật

lý cũng cao hơn

Tuy nhiên Vật Lý là một môn khoa học thực nghiệm, các kiến thức vật

lý, quan điểm vật lý thay đổi không ngừng ngày càng có nhiều ứng dụng thựctiễn cao Trong khi đó việc thực hiện công tác giảng dạy Vật Lý của các trườngphổ thông cũng còn nhiều hạn chế Kiến thức được giảng dạy mới chỉ dừng lại ởnguyên lí sách vở, liên hệ vật lý với thực nghiệm, khoa học công nghệ rất ít vàlạc hậu Các kiến thức vật lý chỉ mang tính chất biến đổi toán học mà thiếu tínhliên hệ thực tiễn, do đó học sinh không có hứng thú nhiều với môn học Đặc biệtcác thầy cô trong quá trình giảng dạy phần nhiều chỉ tập trung vào kiến thức màkhông chú ý đến phát triển năng lực học sinh Vì vậy, nghiên cứu các phươngpháp dạy học mới để phát triển năng lực học sinh, góp phần nâng cao chất lượnggiảng dạy là thực sự cần thiết

Phần Máy biến thế - Truyền tải điện năng đi xa trong chương trình Vật

lý lớp 9 giúp học sinh tìm hiểu về vai trò, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và ứngdụng của máy biến thế ở dạng đơn giản Các kiến thức phần liên quan đến máybiến áp này là những kiến thức rất gần gũi, thực tế với học sinh Tuy nhiên, họcsinh chỉ được nghiên cứu các kiến thức hàn lâm, tính toán các đại lượng thôngqua biến đổi toán học, tưởng tượng suy luận các quá trình diễn ra trong máy biếnthế thực trạng dạy và học không có thực nghiệm như vậy làm cho học sinh rất

thụ động, không có tính thực tế, chưa phát huy hết hứng thú của học sinh đối vớimôn học Chính vì vậy, để nắm vững và làm thành thạo các dạng bài tập ở phầnnày một cách có hiệu quả, khai thác tốt hứng thú, đam mê của học sinh thì cần

có một phương pháp dạy học thực sự phù hợp và khoa học

Trong quá trình dạy nhiều năm tôi nhận thấy để học sinh có thể phát hiệnhướng giải và giải thành thạo các bài tập dạng này, thì trong quá trình dạy ngườigiáo viên cần xây dựng lại kiến thức lý thuyết có hệ thống, phân dạng bài tập,bài tập có liên quan để cho học sinh suy luận có tính logic một vấn đề

2.2 Thực trạng:

2.2.1 Đối với học sinh:

Một số học sinh chưa nắm chắc được bản chất các hiện tượng vật lí

- Thụ động trong việc tiếp thu cách giải trong sách giáo khoa, sách bài tập

và hướng dẫn giải có trên thị trường

- Học sinh còn lúng túng khi nhận diện được thể loại bài tập và do đóchưa định hướng nhanh cách giải Từ đó dẫn đến trong một khuôn khổ thời giannhất định không hoàn thành được bài giải

- Tuy nhiên học sinh có khả năng làm được các bài tập vận dụng, bài tậptổng hợp, bài tập phát triển và nâng cao khi được giáo viên gợi ý, hướng dẫn

2.2.2 Đối với giáo viên:

- Thuận lợi: Đa số đều có trình độ chuẩn và trên chuẩn tâm huyết và cónhiều năm làm công tác dạy học

- Khó khăn: Do kiến thức khó, do đó có nhiều giáo viên còn đầu tư ít thờigian nên ngại tìm tòi nghiên cứu nên khi dạy Máy biến thế – Truyền tải điệnnăng đi xacòn chưa sâu, rộng và đủ độ để học sinh nắm chắc vấn đề

bài tập

Không làm được bài tập

2.3 GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ:

2.3.1 Các giải pháp:

* Giải pháp 1: Xây dựng lí thuyết về máy biến thế và truyền tải điện

năng đi xa, công thức phân tích lí thuyết để xây dựng các dạng bài tập có liênquan

* Giải pháp 2: Chọn, phân loại, định hướng nguyên tắc phương pháp

giải các dạng bài tập về máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa và các dạng

có liên quan

* Giải pháp 3: Rèn kỹ năng nhận dạng và giải các bài tập về máy biến

thế và truyền tải điện năng đi xa và các dạng có liên quan

* Giải pháp 4: Kiểm tra, đánh giá rút kinh nghiệm tổng hợp thành bài

Mô hình máy biến thế

Từ thông cảm ứng trong lõi thép máy biến thế

Máy biến thế hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lý:

 Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)

 Sự biến thiên từ trường trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (cảm ứng điện)

Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và

1 từ trường biến thiên trong lõi sắt Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt

Cấu tạo: gồm 2 cuộn dây quấn chung một lõi có số vòng là n1 , n2 Cuộn sơ cấp

có n1 vòng, cuộn thứ cấp có n2 vòng

Rđ

U1.P I

2.3.2.1.2 Truyền tải điện năng đi xa:

a) Vận tải điện năng bằng đường dây tải điện:

Từ nguồn sản xuất điện năng người ta

truyền đi một công suất không đổi P0 với hiệu điện

thế đầu đường dây là U0 Do dây có điện trở Rđ nên

ở nơi tiêu thụ điện ta chỉ nhận được một công suất P

với hiệu điện thế U Ta có:

Bởi vậy ta phải theo giải pháp thứ 2 Muốn vậy ta phải tăng thế lên cao trước lúc truyền đi và tất nhiên lại phải hạ thế trước lúc sử dụng Hai loại máy

ra đời: máy tăng thế và máy hạ thế, gọi chung là máy biến thế

+ Cuộn nối với nguồn (dòng điện đi vào) gọi là cuộn sơ cấp, cuộn nối với tải (dòng điện lấy ra) gọi là cuộn thứ cấp.

2.3.2.3.1 Bài tập xác định số vòng dây trên mỗi cuộn sơ cấp và thứ cấp Bài toán1: Xác định hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn dây( thứ cấp hay sơ cấp)

Xác định số vòng dây trên mỗi cuộn sơ cấp và thứ cấp

Hướng dẫn: Gọi U1 , U2lần lượt là hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấpn1 , n2 lần lượt là số vòng dây trong cuộn sơ cấp và thứ cấp

a Máy biến thế trên thuộc dạng nào?

b Nếu hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn sơ cấp là 80V, thì hiệu điện thế giữa đầu cuộn thứ cấp là bao nhiêu?

Giải

a Ta có:U1

U2 = n1

n2 = 1000100 = 10 >1Vậy máy biến thế trên là máy giảm thế

b Hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn thứ cấp:

Bài tập luyện tập:

1 Điện xoay chiều từ nhà máy sản xuất có hiệu điện thế U = 5000V muốn nâng

lên 25000V để truyền tải đi xa, ta phải dùng loại máy biến thế nào? Tỉ số biến thế là bao nhiêu? Nếu cuộn sơ cấp có 8500V, thì cuộn thứ cấp có số vòng là baonhiêu?

2 Ở cuối nguồn điện, để giảm hiệu điện thế từ 16000V xuống còn 220V ta phảidùng loại máy biến thế nào? Tỉ số biến thế là bao nhiêu? Nếu số vòng ở cuộn thứ cấp là 9240 vòng, thì số vòng ở cuộn sơ cấp là bao nhiêu?

2.3.2.3.2 Bài tập xác định hiệu điện thế cuộn sơ cấp, thứ cấp:

Bài toán 1: Một máy biến thế có số vòng trên 2 cuộn dây lần lượt là 50 vòng và

1000 vòng

a Nếu máy được dùng để tăng thế, biết hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn sơ cấp là

220 V thì hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn thứ cấp là bao nhiêu?

b Thật ra máy trên là một máy giảm thế Nếu hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn sơ cấp vẫn là U 1 = 220V, thì hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn thứ cấp là bao nhiêu?

Bài toán 2: Số vòng dây ở 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến thếlần lượt là

n1 = 2000 vòng, n2 = 100 vòng Nếu hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn sơ cấp là

U1 = 400V, thì hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn thứ cấp là bao nhiêu?

2.3.2.3.3 Bài tập nâng cao của máy biến thế

Bài toán1: Một máy biến thế đang hoạt động ở chế độ hạ thế Hiệu điện thế của

nguồn là U1 không đổi Ban đầu, các cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp có số vòng dây là n1 và n2 Người ta giảm bớt cùng một số vòng dây n ở cả hai cuộn (n< n1 ;

n2) Hỏi điện thế ở cuộn thứ cấp sẽ tăng hay giảm so với lúc đầu

Tức là hiệu điện thế trên cuộn thứ cấp giảm so với lúc đầu.

Bài toán 2 : Cuộn sơ cấp của một máy biến thế được mắc nguồn U1 = 240

V Cuộn thứ cấp nối với 20 bóng đèn giống nhau loại (1,5V – 18W) mắc song song Biết các bóng đèn sáng bình thường và máy biến thế xem như

lý tưởng (Bỏ qua mọi hao phí)

a) Xác định hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp

❑

U2=

I2

thế và cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp

Hướng dẫn:

a) Các bóng đèn mắc song song vào 2 đầu cuộn thứ cấp và sáng bình thường nênhiệu điện thế định mức mỗi bóng đèn chính là hiệu điện thế 2 đầu cuộn thứ cấp.+ Hiệu điện thế định mức của bóng đèn: Uđ = P đ

I đ = 1,518 = 12V+ Vậy hiệu điện thế hai đầu cuộn thứ cấp là U2 = Uđ =12V

b) Cường độ dòng điện định mức của bóng đèn 1,5A Đèn sáng bình thường nêncường độ dòng qua các bóng là 1,5A Các bóng như nhau, mắc song song nên dòng điện chạy qua cuộn thứ cấp là 1,5.20=30A

Bài 1 : Một máy biến thế đang hoạt động ở chế độ tăng thế Hiệu điện thế của

nguồn là U1 không đổi.Ban đầu, các cuộn sơ cấp và thứ cấp có số vòng dây là N1

và N2. Người ta tăng cùng một số vòng dây n ở cả hai cuộn (n<N1; N2) Hỏi hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp sẽ tăng hay giảm so với lúc đầu

Bài 2: Một máy biến áp gồm cuộn sơ cấp 10 vòng và cuộn thứ cấp 100 vòng

cuộn thứ cấp nối với bóng đèn loại 100W - 200V Biết hao phí trong máy là không đáng kể, và cho N1

N2 = I2

I1 với N1 và I1 là số vòng dây và cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp, N2 và I2 là số vòng dây và cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp Khi bóng đèn sáng bình thường cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp là bao nhiêu?

2.3.2.3.4 Bài tập liên quan đến truyền tải điện năng

Phương pháp giải:

Điện năng được truyền từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn Vìvậy theo hiệu ứng Joule- Lenz, sẽ có một phần điện năng bị hao phí dưới dạng nhiệt

Php= R.I2 với I = P0

U0 =>P h p=R P02

U02

P0 : Công suất dòng điện

U0 : Hiệu điện thế đầu nguồn

* Giảm R: Giảm R bao nhiêu lần thì công suất nhiệt giảm bấy nhiêu lần Biện pháp này không khả thi và tốn kém vật liệu làm dây dẫn (tăng tiết diện dây), vật liệu làm giá đỡ ( cột điện)

* Tăng điện thế đầu nguồn: Nếu tăng hiệu điện thế lên n lần, công suất hao phí giảm n2 lần Đây là biện pháp khả thi nhất nên được sủ dụng trong thực tế Để tăng hiệu điện thế lên cao, người ta dùng máy biến thế

Bài toán1: Để đưa điện năng từ nhà máy thủy điện Trị An về thành phố Hồ Chí

Minh Hãy so sánh công suất hao phí trên đường dây trong hai trường hợp hiệu điện thế lên 200KV và 100KV

Hướng dẫn:Gọi P'1 là công suất hao phí nếu hiệu điện thế truyền tải được nânglên 200KW

P'2 là công suất hao phí nếu hiệu điện thếtruyền tải được nâng lên 100KW

Vậy nâng hiệu điện thếtruyền tải lên 200KW lợi hơn nâng 100KW gấp 4 lần

Bài toán2: So sánh công suất hao phí trên đường dây tải điện nếu ta giảm

điện trởđường dây đi 10 lần và tăng hiệu điện thế đầu nguồn lên gấp 10 lần Để tải điện năng đi xa, ở 2 dầu đường dây (nơi sản xuất và nơi tiêu thụ) ta phải sử dụng những loại biến thế nào?

*Chú ý: Để truyền tải điện năng đi xa, ở đầu đường dây tải điện người ta dùng

hai máy biến thế

Nơi sản xuất: Máy tăng thế

Nơi tiêu thụ: Máy giảm thế