Nghiên cứu, sử dụng bài tập để dạy học chương “dòng điện xoay chiều” theo hướng phát triển năng lực của người học

Chính vì vậy, đề tài “nghiên cứu, sử dụng bài tập vật lí chương “dòng điện xoay chiều” lớp 12 THPT theo hướng phát triển năng lực của người học” với mong muốn trạng bị cho mình năng lực

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Hồng Đức, Khoa sư phạm cùng quí thầy cô đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành được khóa luận

Tôi xin gởi lời cảm ơn đến cô Lê Thị Phượng nhờ sự hướng dẫn tận tình của cô mà tôi đã học hỏi thêm được rất nhiều về phương pháp nghiên cứu khoa học và biết cách tự mình nghiên cứu một vấn đề khoa học một cách nghiêm túc

và đúng đắn

Tôi xin cảm ơn gia đình và những bạn bè thân đã giúp đỡ tạo cho tôi nhiều điều kiện thuận lợi để tôi để có thể hoàn thành được khoá luận

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Thanh hóa, tháng 5 năm 2017

Tác giả Bùi Thị Hường

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 4

1 Lí do chọn đề tài 4

2 Mục đích nghiên cứu 4

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Giới hạn nghiên cứu Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN 6

1.1 Phương pháp dạy học phát triển năng lực của người học 6

1.1.1 Khái niệm năng lực 6

1.1.2 Phương pháp dạy học phát triển năng lực 6

1.2 Bài tập vật lí 9

1.2.1 Khái niệm bài tập vật lí 9

1.2.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lí và những yêu cầu khi sử dụng bài tập vật lí trong dạy học 9

1.2.3 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập 11

1.3 Mục tiêu dạy học vật lí ở trường THPT 12

1.3.1 Về kiến thức 12

1.3.2 Về kĩ năng 13

1.3.3 Về thái độ 13

1.4 Thực trạng dạy học vật lí hiện nay 14

CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ DẠY HỌC CHƯƠNG 16

“DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ LỚP 12 16

2.1 Nội dung kiến thức dòng điện xoay chiều 16

2.1.1 Dòng điện xoay chiều - Mạch điện xoay chiều không phân nhánh (Mạch R, L, C mắc nối tiếp) 16

2.1.2 Sản xuất - Truyền tải điện năng 21

2.2 Xây dựng hệ thống bài tập chương “ dòng điện xoay chiều” vật lí 12 - năng cao 24

2.2.1 Bài tập nhằm đề xuất vấn đề 24

2.2.2 Bài tập nhằm xây dựng kiến thức mới 24

2.2.3 Bài tập nhằm ôn tập, củng cố 27

Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 27

Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÕNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 30

Dạng 3: CỘNG HƯỞNG ĐIỆN 33

4: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN KHI BIẾT HAI ĐOẠN MẠCH CÓ ĐIỆN ÁP CÙNG PHA, VUÔNG PHA 36

Dạng 5: CÔNG SUẤT CỦA ĐOẠN MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP 39

Dạng 6: XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA ĐIỆN ÁP HIỆU DỤNG KHI THAY ĐỔI L, HOẶC C, HOẶC f 43

Dạng 7: XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN R, L, C CHỨA TRONG HỘP ĐEN 50

Dạng 8: GIẢI TOÁN NHỜ GIẢN ĐỒ VEC-TƠ 53

Dạng 9: MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 56

Dạng10 : MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 59

2.2.4 Bài tập nhằm kiểm tra, đánh giá 61

KẾT LUẬN 72

MỞ ĐẦU

1.Lí do chọn đề tài

Dòng điện xoay chiều là một dao động điện từ cưỡng bức, đổi chiều liên tục hằng trăm lần trong một giây, làm từ trường do nó sinh ra cũng thay đổi theo Chính điều đó đã làm cho dòng điện xoay chiều có một số tác dụng to lớn

mà dòng điện một chiều không có Do đó mà dòng điện xoay chiều được ứng dụng rộng rãi trong thực tế cuộc sống

Chương “Dòng điện xoay chiều” là một trong những chương quan trong của chương trình vật lý 12 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 thật không dễ dàng Chính vì vậy, đề tài “nghiên cứu, sử dụng bài tập vật lí chương

“dòng điện xoay chiều” (lớp 12 THPT) theo hướng phát triển năng lực của người học” với mong muốn trạng bị cho mình năng lực sử dụng bài tập để dạy học cũng như các năng lực dạy học vật lý ở trường phổ thông ,góp phần nâng cao chất lượng học tập

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng hệ thống bài tập và sử dụng để dạy học phần “dòng điện xoay

chiều”(vật lý 12 THPT) theo hướng phất triển năng lực của ngưới học

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

1 Nghiên cứu lý luận dạy học về bài tập vật lý để vận dụng vào hoạt động dạy học

2 Nghiên cứu nội dung chương “Dòng điện xoay chiều” chương trình sách giáo khoa vật lý 12 THPT nhằm xác định nội dung kiến thức cơ bản học sinh cần nắm vững và các kĩ năng giải bài tập cơ bản học sinh cần rèn luyện

3 Soạn thảo hệ thống bài tập của chương này, đưa ra phương pháp giải theo từng dạng, đề xuất tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập trong hệ thống bài tập này

4.Phương pháp nghiên cứu

1 Nghiên cứu lý luận về dạy học bài tập vật lý

2 Nghiên cứu chương trình vật lý trung học phổ thông: bao gồm sách giáo khoa vật lý 12, sách bài tập, một số sách tham khảo vật lý 12 về phần dòng điện xoay chiều

Lựa chọn các dạng bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo phù hợp với nội dung, kiến thức của chương

3 Lựa chọn các dạng bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo phù hợp với nội dung, kiến thức của chương

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1.Phương pháp dạy học phát triển năng lực của người học

1.1.1 Khái niệm năng lực

- Trong khoa học tâm lý, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lý riêng của cá nhân, nhờ những thuộc tính này mà con người hoàn thành tốt đẹp một

loại hoạt động nào đó, mặc dù bỏ ra ít sức lao động nhưng vẫn đạt kết quả cao

- Người có năng lực về một mặt nào đó thì không phải nổ lực nhiều trong quá trình công tác mà vẫn khắc phục được những khó khan một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn những người khác hoặc có thể vượt qua được những khó khan mới mà nhiều người khác không vượt qua được

- Năng lực gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo trong lĩnh vực hoạt động tương ứng Song kĩ năng, kĩ xảo liên quan đến việc thực hiện một loại hành động hẹp, chuyên biệt, đến mức thành thạo, tự động hóa, máy móc Còn năng lực chứa đựng yếu tố mới mẻ, linh hoạt trong hành động, có thể giải quyết nhiệm vụ thành công trong nhiều tình huống khác nhau, trong một lĩnh vực hoạt động rộng lớn hơn

Ví dụ: Người có kĩ năng, kĩ xảo thực hienj các phép đo lường thì có thể

thực hiện nhanh chóng, chính xác các phép đo, khéo léo lắp ráp các thiết bị để

đo lường Còn người có năng lực thực nghiệm thì ngoài việc thực hiện các phép

đo, còn có việc thiết kế các thí nghiệm, xử lí các số liệu đo lường rút ra kết quả, giải thích, đánh giá các kết quả đo được, rút ra kết luận khái quát

1.1.2 Phương pháp dạy học phát triển năng lực

Tổ chức nội dung kiến thức vật lí trong dạy học phỏng theo chu trình sáng tạo dạy học

- Cơ sở lí thuyết của phương pháp phát triển năng lực của học sinh trong quá trình dạy học là sự hiểu biết những quy luật của sự sang tạo khoa học tự nhiên Sơ đồ ngắn gọn và rõ ràng nhất của quá trình nhận thức đã được LêNin nêu lên: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn - đó là con đường biện chứng của nhận thức chân lí, nhận thức thực tế khách quan” Trên cơ sở lời phát biểu đó, có thể trình bày khái quát chu

trình sang tạo khoa học dưới dạng chu trình: Từ sự khái quát hóa những sự kiện,

đề xuất vấn đề và đi đến xây dựng mô hình trừu tượng của hiện tượng ( đề xuất giả thuyết), từ mô hình dẫn đến việc rút ra các hệ quả lí thuyết, từ việc rút ra các

hệ quả đến sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm Nếu những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với lí thuyết, thì điều đó dẫn đến phải xem lại lí thuyết, chỉnh lí lại hoặc thay đổi mô hình trừu tượng mới dùng làm nguồn tri thức mới Sự kiểm tra bằng thực nghiệm những kết luận lí thuyết vừa mới thu được lại đòi hỏi phải thiết kế những máy móc tương ứng và bằng cách đó làm giàu thêm cho khoa học những kiến thức mới

- Để xây dựng phương pháp phát triển năng lực của học sinh, cần phải chú

ý rằng đặc điểm của lao động trong các giai đoạn của chu trình sáng tạo là khác nhau Nhu cầu giải quyết vấn đề mà không có thông tin đầy đủ cho nó là điều kiện của sự tìm tòi, sáng tạo

Quan niệm về tính chu trình sáng tạo khoa học cho phép xây dựng nội dung kiến thức một cách hợp lí và năng cao trình độ khoa học của kiến thức vật lí ở nhà trường, đồng thời tạo điều kiện để có thể rèn luyện cho học sinh tư duy sáng tạo trong quá trình chiếm lĩnh tri thức Việc sử dụng những bài tập có tính sáng tạo về vật lí không những phát triển ở học sinh năng lực dự đoán trực giác mà còn hình thành ở họ một trạng thái tâm lí quan trọng; kiến thức cần thiết không

Các hệ quả lôgic

Mô hình – giả thuyết trừu tượng

Các sự kiện xuất

phát

Thực nghiệm

phải là để nhớ chúng và “hoàn lại” cho giáo viên khi bị hỏi, chúng cần thiết để giải thích những hiện tượng chưa biết để hiểu cơ chế của chúng, hoặc để thu nhận những kiến thức mới

Tổ chức luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết

- Dự đoán có vai trò quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học Dự đoán dựa chủ yếu vào trực giác kết hợp với kinh nghiệm phong phú và kiến thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực Dự đoán khoa học không phải là tùy tiện mà luôn luôn phải

có một cơ sở nào đó, tuy chưa thật là chắc chắn Có thể có các cách dự đoán sau đây trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức vật lí của học sinh:

+ Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có

+ Dựa trên sự tương tự: Dựa trên một dấu hiệu bên ngoài giống nhau mà dự đoán sự giống nhau về bản chất; dựa trên sự giống nhau về cấu tạo mà dự đoán giống nhau về tính chất

+ Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có quan hệ nhân quả

+ Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tang hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng

+ Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiếu quá trình

+ Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang một lĩnh vực khác

+ Dự đoán về mối quan hệ định lượng

- Luyện tập đề xuất phương án kiểm tra dự đoán: Trong nghiên cứu vật lí, một dự đoán, một giả thuyết thường là một sự khái quát các sự kiện thực nghiệm nên nó có tính chất trừu tượng, tính chất chung, không thể kiểm tra trực tiếp được Muốn kiểm tra xem dự đoán, giả thuyết có phù hợp với thực tế không, ta phải xem điều dự đoán đó biểu hiện trong thực tế như thế nào, có những dấu hiệu nào có thể quan sát được

1.2 Bài tập vật lí

1.2.1 Khái niệm bài tập vật lí

Bài tập vật lí là một vấn đề đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí

1.2.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lí và những yêu cầu khi sử dụng bài tập vật lí trong dạy học

Trong quá trình dạy học vật lí các bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt Chúng được sử dụng theo những mục đích khác nhau

+ Bài toán vật lí có thể được sử dụng như là phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc và vững chắc

+ Bài toán vật lí là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống

+ Bài toán vật lí là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh Bởi vì giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh Trong khi giải bài toán học sinh phải phân tích điều kiện trong đề bài, tự xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, khi cần thiết thì phải cần tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác dịnh sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra các kết quả của mình Trong những điều kiện đó tư duy logic tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực làm việc độc lập của học sinh được năng cao

+ Bài toán vật lí là phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả Khi giải các bài toán đòi hỏi học sinh phải nhớ lại các công thức, định luật, kiến thức đã học, có khi đòi hỏi phải vận dụng một cách tổng hợp các kến thức đã học trong cả một chương, một phần do đó học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc những kiến thức đã học

+ Thông qua việc giải bài toán có thể rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt như tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tính kiên trì, tinh thần vượt khó

+ Bài toán vật lí là một phương tiện đẻ kiểm tra dánh giá kiến thức kĩ năng của học sinh một cách chính xác

Những yêu cầu khi sử dụng bài tập vật lí trong dạy học

Trong dạy học vật lí giáo viên phải dự tính kế hoạch cho toàn bộ công việc

về bài toán, với từng đề tài, với từng tiết học cụ thể Có như vậy, mới phát huy được khả năng của bài toán trong việc thực hiện những yêu cầu của dạy học vật

lí Cần phải thực hiện các việc sau đây:

+ Lựa chọn, chuẩn bị các bài toán nêu vấn đề để sử dụng các tiết nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hững thú học tập và phát triển tư duy của học sinh

+ Lựa chọn, chuẩn bị các bài toán nhằm củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lí thuyết cụ thể dã học, cung cấp cho học sinh những hiểu biết

về thực tế, kĩ thuật có liên quan với kiến thức lí thuyết

+Lựa chọn, chuẩn bị những bài toán điển hình nhằm hướng dẫn cho học sinh vậ dụng kiến thức đã học để giải những loại bài toán cơ bản, hình thành phương pháp chung giải mỗi loại bài toán đó

+ Lựa chọn, chuẩn bị các bài toán nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức

kĩ năng của học sinh về từng kiến thức cụ thể và về từng phần của chương trình + Sắp xếp các bài toán đã lựa chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và phương pháp sử dụng trong tiến trình dạy học

Trong việc giải bài toán vật lí phải dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề đặt ra, phải rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải những loại bài toán cơ bản thuộc những phần khác nhau của giáo trình vật lí phổ thông

Trong việc giải bài toán vật lí phải đặc biệt coi trọng việc rèn luyện tư duy

và bảo đảm tính tự lập của học sinh Giải bài toán không phải chỉ là giúp cho học sinh củng cố kiến thức, luyện tập áp dụng những định luật đã học mà quan trong hơn còn là hình thành chính phong cách nghiên cứu Phát triển tư duy học sinh trong quá trình giải bài toán, cũng như trong mọi hoạt động trí tuệ, đòi hỏi phải áp dụng các hình thức và phương pháp nhận thức khoa học

1.2.3 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập

Việc lựa chọn và xây dựng hệ thống bài tập cần đảm bảo các nguyên tắc sau:

-Hệ thống bài tập phải góp phần thực hiện mục tiêu dạy học

Bài tập vật lý là phương tiện để tổ chức các hoạt động học tập nhằm khắc sâu, vận dụng và phát triển hệ thống kiến thức vật lý, hình thành và rèn luyện các kỹ năng hết sức cần thiết và cơ bản của học sinh Vì vậy, bài tập vật lý phải bám sát mục tiêu, góp phần thực hiện mục tiêu môn học

-Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính hệ thống, đáp ứng yêu cầu nắm vững kiến thức

Các bài tập phải có quan hệ chặt chẽ với nhau, có tác dụng bổ sung cho nhau, bài tập này là cơ sở của bài tập kia Mỗi bài tập ứng với một kỹ năng nhất định, toàn bộ hệ thống bài tập sẽ hình thành một hệ thống kỹ năng đồng bộ cho người học, giúp người học nắm và vận dụng tri thức một cách sâu sắc, vững chắc hơn

-Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính vừa sức, tạo động cơ, kích thích hứng thú cho người học

Hệ thống bài tập phải được xây dựng từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, từ tái hiện đến sáng tạo Tuy nhiên dù ở mức độ nào thì độ khó, độ phức tạp của bài tập cũng không được vượt quá giới hạn kiến thức của chương trình Cần chọn những bài tập cơ bản, điển hình và tiêu biểu nhằm rèn luyện các thao tác tư duy cho học sinh, hướng vào trọng tâm kiến thức mà học sinh cần nắm vững

- Hệ thống bài tập phải phù hợp với quá trình dạy học

Mỗi khâu của quá trình dạy học có những đặc điểm riêng về việc tổ chức,

sử dụng các phương pháp và hình thức dạy học Ở khâu nghiên cứu kiến thức mới thì bài tập chủ yếu được xây dựng như là việc định hướng để học sinh tìm tòi, phát hiện kiến thức mới Ở khâu vận dụng, củng cố thì bài tập sử dụng chủ yếu là ôn luyện, đào sâu các kiến thức đã học Ở khâu kiểm tra đánh giá thì bài tập được sử dụng làm phương tiện để đánh giá kết quả học tập của học sinh, là

cơ sở để hoàn thiện quá trình dạy học Do vậy, hệ thống bài tập phải được xây dựng phù hợp với quá trình dạy học thì mới phát huy được vai trò và tác dụng của nó trong việc rèn luyện và phát triển năng lực cho học sinh

Ở đây chúng tôi đưa ra quan điểm xây dựng hệ thống bài tập theo hướng nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh, đó là:

Lựa chọn xây dựng hệ thống bài tập theo từng nội dung kiến thức (theo từng chương, bài của chương trình sách giáo khoa) và được sắp xếp theo mục đích sử dụng: nhằm xây dựng kiến thức mới, ôn tập, luyện tập, hệ thống hóa kiến thức hay nhằm kiểm tra đánh giá

Vì vậy, trước khi lựa chọn xây dựng hệ thống bài tập cần nghiên cứu tổng quan chương trình, cấu trúc chương trình và logic hình thành kiến thức, mục tiêu cần đạt, những ứng dụng kỹ thuật của kiến thức, những mối liên hệ thực tế, những mối liên quan đến các hiện tượng tự nhiên xảy ra xung quanh chúng ta, những thông tin khoa học hiện đại…để từ đó lựa chọn và xây dựng hệ thống bài tập cho từng bài, từng chương

- Các đại lượng, các định luật và nguyên lí vật lí cơ bản

- Những nội dung chính của một số thuyết vạt lí quan trọng

- Những ứng dụng phổ biến của vật lí trong đời sống và sản xuất

- Các phương pháp chung của nhận thức khoa học và những phương pháp đặc thù của vật lí, trước hết là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình

1.3.2 Về kĩ năng

- Biết quan sát các hiện tượng và quá trình vật lí trong tự nhiên, trong đời sống hằng ngày hoặc trong các thí nghiệm; biết điều tra, sưu tầm, tra cứu tài liệu từ các nguồn khác nhau để thu thập thông tin cần thiết cho việc học tập môn vật lí

- Sử dụng các dụng cụ đo phổ biến của vật lí; biết lắp ráp và tiến hành đo các thí nghiệm vật lí đơn giản

- Biết phân tích, tổng hợp và xử lí các thông tin thu được để rút ra kết luận,

đề ra các dự đoán đơn giản về các mối quan hệ hay về bản chất các hiện tượng hoặc quá trình vật lí, cũng như đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán

- vận dụng được kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tượng, các quá trình vật lí; giải các bài toán vật lí và giải quyết vấn đề đơn giản trong đời sống

và sản xuất ở mức độ phổ thông

- Sử dụng được các thuật ngữ vật lí, các biểu đồ, các bảng số liệu, các đồ thị để trình rõ ràng, chính xác những hiểu biết cũng như những kết quả thu được qua thu thập và xử lí thông tin

1.3.3 Về thái độ

- Có hứng thú học vật lí, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng đối với những đóng góp vật lí cho sự tiến bộ của xã hội và đối với công lao của các nhà khoa học

- Có thái độ khách quan, trung thực; có tác phong tỉ mĩ, cẩn thận, chính xác vfa có tinh thần hợp tác trong việc học tập môn vật lí, cũng như trong việc áp dụng những hiểu biết đã đạt được

- Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lí vào đời sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập cũng như để bảo vẹ và giữ gìn môi trường sống trong tự nhiên

1.4 Thực trạng dạy học vật lí hiện nay

-Đối với giáo viên

- Nhiều giáo viên không nắm được quy trình sử dụng bài tập để dạy học, họ quan niệm bài tập vật lý chỉ được dùng để ôn luyện củng cố và kiểm tra kiến thức sau khi học xong lý thuyết sau mỗi bài học giáo viên tìm một số bài tập cho học sinh vận dụng kiến thức để giải, cuối cùng là giao bài tập về nhà trong sách giáo khoa, sách bài tập hoặc tham khảo

- Khi sử dụng bài tập, nhiều giáo viên chỉ hướng dẫn học sinh giải các bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập trong giờ bài tập, chỉ một số rất ít quan tâm đến các bài tập nhằm đề xuất vấn đề nghiên cứu, nhằm xây dựng kiến thức mới và hầu như không đưa vào cấu trúc của bài học vì không đủ thời gian

- Trong giờ bài tập nhiều giáo viên có quan niệm giải được càng nhiều bài tập và các bài tập càng khó càng tốt với mục đích là để học sinh nhớ, vận dụng các công thức, tính toán nhanh và thành thạo

- Hiện nay, trên thị trường có bán rất nhiều sách tham khảo về bài tập vật

lý, trên mạng internet…có sẵn các hệ thống bài tập có lời giải sẵn…, nên một số giáo viên dựa vào đó mà không quan tâm đến việc rèn luyện cho mình các kỹ năng sử dụng bài tập để dạy học

-Đối với học sinh

- Các em chưa thuộc hết các công thức; chưa nắm vững lí thuyết giải các bài tập định tính và định lượng

- Nhiều em thuộc công thức nhưng chua biết vận dụng ở các dạng bài tập

- Bài tập vận dụng tích hợp nhiều kiến thức và những bài tập sai số thực hành các em chưa chú ý

- Một số học sinh chưa có ý thức trong học tập, không có định hướng trong việc học

Vì vậy theo chúng tôi, ngoài nguyên nhân do hình thức thi cử là thi trắc nghiệm thì nguyên nhân cơ bản của thực trạng trên là do việc đào tạo ở trường

Sư phạm và bồi dưỡng giáo viên chưa thoát khỏi lối dạy truyền giảng, áp đặt kinh nghiệm chủ nghĩa Sinh viên Sư phạm vẫn còn thụ động, chưa đặt mình vào

vị trí chủ động tham gia suy nghĩ tìm tòi, giải quyết những nhiệm vụ đặt ra Mặt khác, nội dung và phương pháp đào tạo chủ yếu vẫn là truyền giảng, cung cấp kiến thức bộ môn, chưa xác định được rõ những năng lực nào là cần thiết đối với giáo viên phổ thông, chưa có sự gắn kết giữa việc học ở trường đại học với việc dạy khi ra trường, vì thế mà sinh viên thiếu các kỹ năng nghề nghiệp cần thiết

Về bản chất, sử dụng bài tập để dạy học vật lý là một phương pháp tổ chức hoạt động học tập của học sinh Năng lực sử dụng bài tập để dạy học của mỗi giáo viên vật lý phụ thuộc vào trình độ hiểu biết sâu sắc, vững vàng về tri thức vật lý, tư duy vật lý, tư duy khoa học và lý luận dạy học vật lý

Từ những cơ sở lí luận trên chúng tôi hướng tới việc nâng cao chất lượng

dạy học thông qua bài tập vật lý là “quy trình sử dụng bài tập vật lí để dạy học”gồm các bước sau:

Bước 1:Xác định nội dung dạy học

Bước 2:Xây dựng hệ thống bài tập

Hệ thống bài tập phải góp phần thực hiện mục tiêu dạy học

Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính hệ thống, đáp ứng yêu cầu nắm vững kiến thức

Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính vừa sức, tạo động cơ, kích thích hứng thú cho người học

Hệ thống bài tập phải phù hợp với quá trình dạy học

Bước 3:Soạn thảo thiết kế tiến trình dạy học

Bước 4:Tổ chức dạy học

Các bước của quy trình này được chúng tôi áp dụng cho việc sử dụng bài tập để dạy học phần “dòng điện xoay chiều”-vật lý 12 THPT-sẽ được chúng tôi trình bày ở chương II

CHƯƠNG II: SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ DẠY HỌC CHƯƠNG

“DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU”VẬT LÝ LỚP 12

2.1 Nội dung kiến thức dòng điện xoay chiều

2.1.1 Dòng điện xoay chiều - Mạch điện xoay chiều không phân nhánh (Mạch R, L, C mắc nối tiếp)

I Suất điện động xoay chiều

Cho một khung dây dẫn phẳng có diện tích S quay đều với tốc độ góc quanh một trục vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có cảm

ứng từ B Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động biến đổi theo thời gian theo định luật dạng sin gọi tắt là suất điện động xoay chiều

1 Từ thông: gởi qua khung dây dẫn gồm N vòng dây có diện tích S quay

II Điện áp xoay chiều - Dòng điện xoay chiều

1 Biểu thức điện áp tức thời: nếu nối hai đầu khung dây với mạch ngoài thành mạch kín thì biểu thức điện áp tức thời ở mạch ngoài là:

u = e - ir

Xem khung dây có r2 0 thì u e E ocos t o

Tổng quát: u Uocos t u

Với Uo : điện áp cực áp (V)

u : pha ban đầu của u (rad)

: tần số góc bằng vận tốc quay của khung (rad/s)

2 Biểu thức cường độ dòng điện tức thời:

cos

Với Io : cường độ dòng điện cực đại (A)

i : pha ban đầu của i (rad)

Đại lượng: u i gọi là độ lệch pha của u so với i

Nếu > 0 thì u sớm pha so với i

< 0 thì u trễ pha so với i

= 0 thì u và i đồng pha

III Các giá trị hiệu dụng:

- Cho dòng điện xoay chiều có cường độ i I ocos t chạy qua đoạn mạch

chỉ có điện trở thuần R Công suất tỏa nhiệt tức thời (công suất tại thời điểm t bất kì) có công thức:

2 o2cos2

p Ri RI t (đơn vị : W)

Công suất tỏa nhiệt trung bình của dòng điện xoay chiều trong một chu kì, gọi tắt là công suất tỏa nhiệt trung bình, có giá trị là:

p RI t RI (đơn vị : W)

Đó cũng là công suất tỏa nhiệt trung bình trong thời gian t rất lớn so với chu kì, vì phần thời gian lẻ so với chu kì rất nhỏ, gây sai lệch không đáng kể Vậy nhiệt lƣợng tỏa ra trong thời gian t là:

2

2

2

o RI

2

o E E

- Biểu diễn bằng vectơ quay:

U I

Z hay C

U I Z

- Biểu diễn bằng vectơ quay:

U I

Z hay L

U I Z

- Giản đồ vectơ quay:

V Mạch có R, L, C mắc nối tiếp - Cộng hưởng điện

1 Độ lệch pha của điện áp so với cường độ dòng điện

1tan Z L Z C L

dòng điện trễ pha so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch

- Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, tức là 1

L

C thì < 0, cường độ dòng điện sớm pha so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch

2 Biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch RLC nối tiếp Tổng trở:

- Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch:U U R2 U L U C 2

- Tổng trở của đoạn mạch:

2 2

S

- Tổng hợp các vectơ theo quy tắc hình bình hành:

- Tổng hợp các vectơ theo quy tắc đa giác:

4 Công suất của dòng điện xoay chiều Hệ số công suất:

- Công suất tức thời: Cho dòng điện xoay chiều i I ocos t chạy qua

mạch RLC nối tiếp, có u U ocos t , thì công suất tức thời là:

o o

p ui U I t t hay p UIcos UIcos 2 t

- Công suất trung bình: P P UIcos (Với cos là hệ số công suất)

Cũng là công suất tỏa nhiệttrên R : PR = RI2

- Hệ số công suất: cos R oR

o

U U

R Z

Q

L

U

R : công suất tiêu thụ cực đại

2.1.2 Sản xuất - Truyền tải điện năng

I Máy phát điện:

1 Máy phát điện xoay chiều một pha:

 Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều là dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ và đều có hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng

 - Giả sử tại t = 0, ta có ,n B  0

thì từ thông gửi qua mỗi vòng dây là:

1 BScos t ocos t ,

Với o là từ thông cực đại qua mỗi vòng dây của mát phát điện

Suất điện động xoay chiều trong mỗi cuộn dây của máy phát điện là:

2 Máy phát điện xoay chiều ba pha:

 Đối với máy phát ba pha, ba cuộn dây phần ứng giống nhau và đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn

 Suất điện động trong ba cuộn dây của Stato:

Công thức liên hệ giữa điện áp pha Up và điện áp dây Ud , dòng điện pha Ip

và dòng điện dây Id như sau:

- Đối với mạng hình sao: Ud = 3 Up và Id = Ip

- Đối với mạng hình tam giác: Ud = Up và Id = 3 Ip

II Động cơ không đồng bộ:

 Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trường quay

 Công suất tiêu thụ của động cơ điện ba pha bằng công suất tiêu thụ của

ba cuộn dây stato cộng lại: P = 3UIcos

 Hiệu suất của động cơ được xác định bằng tỉ số giữa cộng suất cơ học Pi

mà động cơ sinh ra và công suất tiêu thụ P của động cơ: P i

H P

 Công suất hao phí do tỏa nhiệt: P = 3I2

R Với R là điện trở thuần của mỗi cuộn dây trong stato

III Máy biến áp

Máy biến áp (biến thế) là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của

nó Ta xét máy biến áp một pha:

 Hệ số biến áp: 1 1

2 2

N U k

Với U1 , N1 : điện áp, số vòng dây của cuộn sơ cấp

U2 , N2 : điện áp, số vòng dây của cuộn thứ cấp

Nếu k < 1 : máy biến áp là máy tăng áp

k > 1 : máy biến áp là máy hạ áp

 Công suất vào (sơ cấp): P1 U I1 1cos 1 U I1 1 (xem cos 1 1)

 Công suất ra (thứ cấp) : P2 U I2 2cos 2 U I2 2 (xem cos 2 1)

 Nếu hiệu suất của biến áp là 100% thì:

1 2

2 1

1 2 1 1 2 2

1 2

N N

 Gọi R điện trở đường dây, P là công suất truyền đi, U là điện áp ở nơi

phát, cos là hệ số công suất của mạch điện thì công suất hao phí trên đường dây là:

2 2

2cos

U

U

2.2 Xây dựng hệ thống bài tập chương “ dòng điện xoay chiều” vật lí

12 - năng cao

2.2.1 Bài tập nhằm đề xuất vấn đề

Bài 1:

Trong thí nghiệm như ở hình bên Hãy dự đoán

độ sáng của đèn thay đổi như thế nào khi rút lõi sắt ra

khỏi cuộn cảm Giải thích

Bài 2

Giải thích vì sao đoạn mạch xoay chiều gồm cuộn thuần cảm L nối tiếp với

tụ điện C trong thực tế vẫn tiêu thụ điện năng?

có hướng của B

a Viết biểu thức từ thông xuyên qua khung dây

b Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây

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 = 2.10-2

T Trục quay của khung vuông góc với B

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

Bài 3:

Mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 40 , một cuộn thuần cảm có hệ số tự cảm L 0,8 H và một tụ điện có điện dung

4

2.10

nối tiếp Biết rằng dòng điện qua mạch có dạng i 3cos100 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

Bài 4:

Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 80 , một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 64mH và một tụ điện có điện dung 40

C F mắc nối tiếp

a Tính tổng trở của đoạn mạch Biết tần số của dòng điện f = 50Hz

b Đoạn mạch được đặt vào điện áp xoay chiều có biểu thức 282cos314

u t (V) Lập biểu thức cường độ tức thời của dòng điện trong đoạn

mạch

Bài 5:

Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ Biết R

= 50 , L 1 H Đặt vào hai đầu đoạn mạch một

điện áp xoay chiều u 220 2 cos100 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

6:

R1 = 4 ,

2 1

108

Cho mạch điện như hình vẽ UAN = 150V, UM B = 200V, uAN và uM B vuông pha với nhau, cường độ dòng điện tức thời trong mạch có biểu thức cos100

Bài 9:

Máy phát điện xoay chiều một pha mà phần cảm gồm hai cặp cực và phần ứng gồm 4 cuộn dây giống hệt nhau mắc nối tiếp, có suất điện động hiệu dụng là 120V và tần số 50Hz, Hãy tính số vòng mỗi cuộn dây, biết từ thông cực đại qua mỗi vòng là 5.10-3Wb

Bài 10

Động cơ điện xoay chiều một pha mắc vào mạng xoay chiều một pha đã hạ

áp với U = 110V Động cơ sinh ra một công suất cơ học Pi = 60W Biết hiệu suất là 0,95 và dòng điện qua động cơ I = 0,6A Hãy tính điện trở của động cơ

và hệ số công suất của động cơ điện qua mạch là 3 2 cos 100

= 540 kW Hệ số công suất của mạch điện là cos = 0,9 Hãy tìm công suất hao phí trên đường dây và hiệu suất truyền tải điện

Bài 12

Điện năng được truyền từ trạm tăng áp đến trạm hạ áp nhờ hệ thống dây dẫn có điện trở R = 20 Cảm kháng và dung kháng không đáng kể Đầu ra cuộn thứ cấp máy hạ áp có công suất 12 kW với cường độ 100A Máy hạ áp có

tỉ số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là 1

210

N

N Bỏ qua hao phí máy biến

áp Hãy tìm điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp

2.2.3 Bài tập nhằm ôn tập, củng cố

Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

*Phương pháp giải chung:

Thông thường bài tập thuộc dạng này yêu cầu ta tính từ thông, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây quay trong từ trường Ta sử dụng các công thức sau để giải:

- Tần số góc: 2 n (đơn vị: rad/s) o

- Tần số của suất điện động cảm ứng trong khung bằng tần số quay của khung:

f n (Đơn vị: Hz) (Với no : số vòng quay trong mỗi giây)

- Chu kỳ quay của khung dây: 1 1 2

o

T

f n (đơn vị: s)

- Biểu thức từ thông: ocos t , với o NBS

- Biểu thức suất điện động: '

sin

o

e E t , Với  B n, lúc t = 0 Hay e Eocos t o , với E o NBS (đơn vị: V)

- Vẽ đồ thị:Đường sin: có chu kì 2

T

có biên độ Eo

Bài tập:

Khung dây gồm N = 250 vòng quay đều trong từ trường đều có cảm ứng từ

B = 2.10-2T Vectơ cảm ứng từ B vuông góc với trục quay của khung Diện tích của mỗi vòng dây là S = 400cm2 Biên độ của suất điện động cảm ứng trong khung là E o 4 (V) 12,56 (V)

Chọn gốc thời gian (t = 0) lúc pháp tuyến của khung song song và cùng chiều với B



a Viết biểu thức của suất điện động cảm ứng e theo t

b Xác định giá trị của suất điện động cảm ứng ở thời điểm 1

- Chọn gốc thời gian t = 0 lúc pháp tuyến n

của khung song song và cùng chiều với B

0

- Tìm biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e theo t

- Có t thay vào biểu thức e giá trị e

- Thay giá trị 6,28

2

o

E

e V vào biểu thức e thời điểm t

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

- Đề bài chưa cho và cho Eo Làm

cùng chiều với B

điều gì?

- Có , Eo ta viết đƣợc biểu thức suất

điện động cảm ứng tức thời e

- Giá trị của suất điện động cảm ứng

e tại thời điểm 1

40

t s đƣợc tính bằng cách nào?

5

26

k t

k s

Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP

*Phương pháp giải chung:

- Xác định giá trị cực đại của cường độ dòng điện Io hoặc điện áp cực đại Uo

- Xác định góc lệch pha giữa u và i: tan L C L C

Bài tập:Cho mạch điện xoay chiều như hình

vẽ, R = 100 , L là độ tự cảm của cuộn dây thuần

cảm,

4

10

3

C F, RA 0.Điện áp u AB 50 2 cos100 t(V) Khi K đóng hay khi

K mở, số chỉ của ampe kế không đổi

a Tính độ tự cảm L của cuộn dây và số chỉ không đổi của ampe kế

b Lập biểu thức của cường độ dòng điện tức thời trong mạch khi K đóng

và khi K mởhú ý: Cũng có thể tính các độ lệch pha và các biên độ hay giá trị

hiệu dụng bằng giản đồ Fre-nen

*Hướng dẫn giải:

Tóm tắt:

R = 100

- Tìm tổng trở Z khi K đóng và U số chỉ của ampe kế A d

d

U

Z

- Tìm độ lệch pha khi K mở, khi K đóng i khi K mở, K đóng với chú

ý : i u , tìm Io biểu thức cường độ dòng điện i khi K mở, K đóng

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

a.- Theo bài, biểu thức uAB và số chỉ

của ampe kế không đổi ta suy ra được

điều gì?

- Hãy lập biểu thức mối liên hệ giữa

Zm và Zd, từ đó hãy tính giá trị của L

- Do số chỉ của ampe kế không đổi

khi K đóng cũng như khi K mở nên

để tính toán nhanh chóng, ta chọn tìm

số chỉ của ampe kế khi K đóng Khi K

- Tổng trở Z khi K đóng và khi K mở bằng nhau: Z m Z d

đóng thì dòng điện trong mạch chạy

thời khi K đóng có dạng thế nào?

- Khi K đóng thì mạch gồm R nối tiếp

C, góc lệch pha giữa cường độ dòng

điện và điện áp được xác định như thế

nào? Suy ra pha ban đầu của dòng

điện khi K đóng

Tương tự, hãy hập biểu thức cường

độ dòng điện tức thời khi K mở

d

- Biểu thức cường độ dòng điện tức thời khi K mở có dạng:

a Theo đề bài, điện áp và số chỉ ampe kế không đổi khi K đóng hay khi K

mở nên tổng trở Z khi K mở và khi K đóng bằng nhau

* Phương pháp giải chung:

Khi có hiện tượng cộng hưởng điện thì:

- Cường độ dòng điện và điện áp đồng pha ( 0 )

- Hệ số công suất cực đại, công suất tiêu thụ cực đại

- Để mạch có cộng hưởng điện

Nếu đề bài yêu cầu mắc thêm tụ điện C’ với C và tìm cách mắc thì chú ý

so sánh Ctđ với C trong mạch:

- Ctđ> C : phải mắc thêm C’ song song với C

- Ctđ< C : phải mắc thêm C’ nối tiếp với C

L , điện trở thuần Ro = R = 100 , tụ điện có

điện dung Co Người ta đo được hệ số công suất của mạch điện là cos 0,8

- a Biết điện áp u sớm pha hơn dòng điện i trong mạch Xác định Co

- b Để công suất tiêu thụ đạt cực đại, người ta mắc thêm một tụ điện có điện dung C1 với tụ điện Co để có bộ tụ điện có điện dung C thích hợp Xác định cách mắc và giá trị của C1

Mắc tụ điện C1 với Co thì có điện dung tương đương C Do P R R I o 2

nên để Pmax thì Imax trong mạch xảy ra cộng hưởng điện: ZC = ZL

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

a - Tính cảm kháng của

cuộn cảm

- Đề bài cho hệ số công suất

cos 0,8 Áp dụng biểu

thức hệ số công suất, hãy rút

ra mối liên hệ giữa các đại

lượng R, Ro, ZL, ZCo ?

- Z L L 100 2,5 250

- cos 0,8

2 2

o

- Đề bài cho điện áp u sớm

pha hơn dòng điện i, từ (*)

để Pmax thì cần điều kiện gì?

- Hãy suy luận cách mắc tụ

điện C1 vào mạch (gợi ý: so

Co mắc tụ điện C1 song song với tụ điện Co + Nếu ZC> ZCo điện dung tương đương

o

C C mắc tụ điện C1 nối tiếp tụ điện Co

* Có cách mắc tụ điện ZC1

1 1



1 2 2

2

1

 = 0o (hai điện áp đồ 1 2 tan 1 tan 2

Áp dụng công thức tan Z L Z C

R , thay giá trị tương ứng từ hai đoạn

mạch đã biết vào tan 1 và tan 2

Bài tập:

Cho vào mạch điện hình bên một dòng điện

xoay chiều có cường độ i I ocos100 t (A) Khi đó

uM B và uAN vuông pha nhau, và

Z U hệ số công suất cos MN

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: