skkn phát triển bài tập chương dòng điện xoay chiều vật lý 12

Trong dạy học vật lý, bài tập là một phương tiện, phương pháp có hiệu quảthực hiện các nhiệm vụ giáo dưỡng, giáo dục, phát triển tư duy và nhiệm vụ giáodục kỹ thuật tổng hợp.. Chính vì v

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHÁT TRIỂN BÀI TẬP

CHƯƠNG ‘‘DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU’’ VẬT LÍ 12

Họ và tên : Lê Thị Huệ Chức vụ : Giáo viên Đơn vị: Trường PT Nguyễn Mộng Tuân SKKN thuộc lĩnh vực môn : Vật lý

THANH HÓA NĂM 2013

MỤC LỤC

A PHẦN MỘT: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Thực trạng vấn đề 3

B PHẦN HAI: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 4

1 Cơ sở lí thuyết 4

2 Xây dựng và phát triển chương bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” 6

2.1 BTCB 6

2.2 Phát triển bài tập cơ bản theo 5 phương án 6

3 Thiết kế bài học BTVL 17

III PHẦN BA: KẾT LUẬN 18

1 Kết quả 18

2 Những kết luận chủ yếu 18

3 Những đóng góp của đề tài 19

4 Một số đề xuất, kiến nghị 19

CÁC TỪ VIẾT TẮT

BTCB: Bài tập cơ bảnBTTH: Bài tập tổng hợp

A PHẦN MỘT: ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lí do chọn đề tài

Trong dạy học vật lý, bài tập là một phương tiện, phương pháp có hiệu quảthực hiện các nhiệm vụ giáo dưỡng, giáo dục, phát triển tư duy và nhiệm vụ giáodục kỹ thuật tổng hợp Chính vì vậy trong thực tế, nhiều lúc, nhiều nơi đã tuyệt đốihóa bài tập vật lý, coi DHVL có nhiệm vụ chính là dạy HS giải BTVL (đặc biệt làcác lớp luyện thi tốt nghiệp, tuyển sinh đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi…); tronghiệu sách ngoài bộ sách giáo khoa (2 quyển) thì đa số là sách bài tập các loại, cókhi cùng một nội dung vật lý có đến hàng chục cuốn sách bài tập của nhiều tác giả;phụ huynh và HS hoang mang trước thực trạng quá nhiều các bài tập, làm thế nào

để có thể học hết được các bài tập trong đó khi mà thời gian thì rất hạn hẹp Thực tếnày đặt ra cho GV vật lý một câu hỏi: dạy bài tập như thế nào để phát huy được cácchức năng LLDH, chức năng nhận thức luận của BTVL? Nếu như bài học xâydựng kiến thức mới các mục tiêu, nội dung đã được nêu tường minh trong SGV,SGK thì bài học bài tập vật lý hoàn toàn do GV xác định từ mục tiêu, nội dung đếnphương pháp, phương tiện

Thực tế cho thấy, nhiều giáo viên rất lúng túng không biết nên dạy BTVL nhưthế nào để đạt được hiệu quả cao nhất Cho nên trong các đợt thao giảng dự giờ tiếtdạy bài tập ít được giáo viên lựa chọn Trong tiết dạy bài tập, thông thường giáoviên chỉ bám sát phân phối chương trình và bài tập sách giáo khoa để ra bài tập chohọc sinh hướng dẫn học sinh giải bài tập đó sao cho ra kết quả rồi chuyển sang bàitập khác Chính vì vậy mà học sinh học một cách thụ động, không phát huy đượctính sáng tạo trong giải bài tập vật lý và khi áp dụng cũng không linh hoạt, nhất là

ta cho bài tập khác dạng thì học sinh lúng túng không giải quyết được Bên cạnh đó

đa số học sinh hiện nay cũng còn thụ động trong việc học tập của mình, các em chỉhọc xoay quanh những gì mà giáo viên đã cung cấp chứ ít chủ động tìm tòi học tậpđiều mới ngoài thông tin từ người thầy Trong quá trình dạy BTVL đòi hỏi ngườigiáo viên phải chọn các bài tập từ đơn giản đến phức tạp, các bài tập phải liên hệvới nhau một cách có hệ thống làm thế nào để thông qua việc giải một số bài tập cơ

bản, trang bị cho các em phương pháp giải để các em giải được nhiều dạng bài tậpkhác Qua đó, học sinh nắm được kiến thức vững vàng, sâu sắc, chủ động, màkhông mất nhiều thời gian, phát huy mạnh tính sáng tạo của học sinh

Để giải quyết vấn đề trên, tôi nhận thấy cần phải xây dựng bài tập với tinhthần từ một bài tập cơ bản phát triển thành các bài tập tổng hợp khác nhau theonhiều phương án khác nhau nhằm huy động các kiến thức cơ bản khác trong việcgiải bài tập; GV xây dựng BT và dạy cho HS cũng xây dựng BT; phân tích bài tậptổng hợp thành các bài tập cơ bản; kết quả HS vừa củng cố kiến thức lý thuyết, vừabiết PP giải BT và đặc biệt HS còn biết tự đặt bài tập để giải theo yêu cầu của GV;biến HS từ chỗ thụ động giải BT do GV yêu cầu thành chủ động đặt BT để giải; đó

là một cách cụ thể thực hiện chiến lược dạy học tập trung vào người học

Chương “Dòng điện xoay chiều” là chương rất quan trọng trong chươngtrình Vật lý 12 THPT Lượng bài tập ở chương này rất nhiều và khó, nhiều học sinhcảm thấy rất khó khăn không biết giải quyết bài tập như thế nào

Với những lí do trên tôi chọn đề tài: Phát triển bài tập chương “Dòng điện xoay

chiều” Vật lý 12

2 Mục đích và nhiệm vụ của đề tài:

- Xây dựng bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” (Vật lý 12 cơ bản) và đề

xuất các phương án dạy học bài tập vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập nhằmphát huy các chức năng lý luận dạy học của bài tập trong DH chương “Dòng điệnxoay chiều”

3 Đối tượng nghiên cứu

Tôi đã nghiên cứu đề tài này trên đối tượng là học sinh lớp 12 trường THPTNguyễn Mộng Tuân và một số trường trước kia tôi đã từng công tác giảng dạy

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong khi làm đề tài này tôi sử dụng các phương pháp chủ yếu sau:

* Phương pháp nghiên cứu lí luận

* Phương pháp tổng kết rút kinh nghiệm

* Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm

* Phương pháp điều tra khảo sát

5 Thực trạng vấn đề

a Thực trạng của học sinh trước khi thực hiện đề tài

Nhiều số học sinh rất ngỡ ngàng, khó khăn, lúng túng trong việc giải bài toánđiện xoay chiều

b Biện pháp thực hiện

- Giáo viên khai thác triệt để các bài toán trong SGK và SBT bằng cách giaobài tập về nhà cho học sinh tự nghiên cứu tìm phương pháp giải và tự đặt đề bàitoán và giải

- Trong giờ bài tập, giáo viên hướng dẫn học sinh giải bài tập, đặt đề bài liênquan đến kiến thức đã học để đưa bài toán từ đơn giản đến phức tạp mà huy độngnhiều kiến thức liên quan và nhiều học sinh có thể cùng tham gia giải một bài

B PHẦN HAI: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1 Cơ sở lí thuyết

Việc giải BTVL không chỉ đơn giản là giải được BT mà thông qua BT đó HShọc được cách phân tích BT, từ đó có thể suy ra được những BT khác từ đơn giản

đến phức tạp Phát triển bài tập là biến đổi một BTCB thành các BTTH theo các

1 KTCB

- BTTH: là bài tập mà khi giải cần sử dụng từ hai đơn vị kiến thức trở lên.Như vậy, BTTH là tổ hợp các bài tập cơ bản Thực chất của việc giải BTTH là việcnhận ra các BTCB trong các bài tập cơ bản đó.

- Từ BTCB, có thể phát triển thành những BTTH muôn hình, muôn vẻ Vềmặt lý luận có thể khái quát thành năm hướng phát triển bài tập như sau:

Phương án 1: Hoán vị giả thiết và kết luận của BTCB để được BTCB khác có độ

khó tương đương

Phương án 2: Phát triển giả thiết BTCB

- Dữ kiện bài toán không liên hệ trực tiếp với ẩn số bằng phương trình biểudiễn kiến thức cơ bản mà kiên hệ gián tiếp thông qua cái chưa biết trung gian a,

b, nhờ phương trình biểu diễn kiến thức cơ bản khác Phát triển giả thiết BTCB

là thay giả thiết của bài tập đó bằng một số BTCB khác buộc tìm các đại lượngtrung gian là cái chưa biết liên hệ dữ kiện với ẩn số

f (a, b, c, x)

Giả thiết a, b, c

Cho a, b, x

Cho a, c, x Cho b, c, x

Tìm c

Tìm a Tìm b

Kết luận x

BTCB cũ:

KTCB b KTCB a

- Mức độ phức tạp phụ thuộc vào số bài toán trung gian (số cái chưa biết).Tuỳ thuộc vào đối tượng học sinh mà tăng hoặc giảm số bài toán trung gian

Phương án 3: Phát triển kết luận BTCB

- Cái cần tìm (ẩn số) không liên hệ trực tiếp với dữ kiện bằng một kiến thức

cơ bản mà thông qua các ẩn số trung gian Phát triển kết luận là thay kết luận của

BTCB bằng một số BTCB trung gian để tìm ẩn số trung gian X, Y, liên kết dữ liệu a, b, c và các ẩn số x 1 , y 1

- Mức độ phức tạp phụ thuộc số bài toán trung gian (số ẩn số trong bài toántrung gian

Phương án 4: Đồng thời phát triển giả thiết và kết luận của BTCB (kết hợp hướng

Phương án 5: Đồng thời phát triển giả thiết, kết luận và hoán vị giả thiết kết luận

(kết hợp cả 4 hướng trên)

- Phát triển BTCB thành BTTH làm cho học sinh không chỉ nắm được một bài tập

mà thông qua đó nắm được nhiều bài tập nữa, học sinh không những nắm kiến thứcmột cách chắc chắn và sâu sắc mà còn làm tăng sự hứng thú, năng lực làm việc độclập, tích cực nhận thức của học sinh Vì ở đây học sinh vừa cố gắng hoàn thànhnhiệm vụ cho mình bằng cách tự đặt ra các đề bài tập Lúc này giáo viên chỉ đóngvai trò làm trọng tài và cố vấn là chủ yếu

2 Xây dựng và phát triển chương bài tập chương “Dòng điện xoay chiều”

Chương : “Dòng điện xoay chiều” ta có thể đưa ra một bài tập cơ bản và phát

triển bài tập cơ bản này có thể huy động toàn bộ kiến thức trong chương Sau đây

tôi xin đưa ra một số bài tập ví dụ của chương “Dòng điện xoay chiều” theo tinh

thần phát triển bài tập từ đơn giản đến phức tạp, từ bài tập cơ bản đến bài tập tổnghợp

2.1 BTCB

BTCB: Là bài tập sử dụng định luật ôm

Ví dụ: Cho đoạn mạch xoay chiều, điện áp tức thời giữa hai đầu mạch là

Giải:

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch ta có:

I = UZ = 301202 = 2 2A

Ampe kế chỉ 2 2A

2.2 Phát triển bài tập cơ bản theo 5 phương án

2.2.1 Theo PA1: Hoán vị giả thiết và kết luận

Đối với bài tập này cần hoán vị giả thiết và kết luận bằng cách:

Hoặc

Việc này có tác dụng ôn luyện kiến thức về định luật Ôm cho toàn mạch

Bài tập 1: Đoạn mạch xoay chiều có tổng trở là 100 Dùng ampe kế để đo dòngđiện hiệu dụng trong mạch, ampe kế chỉ 1A Xác định điện hiệu điện thế hiệu dụngđặt vào hai đầu mạch ?

2.2.2 Theo PA 2: Phát triển giả thiết BTCB

Đối với BTCB ta có thể cho I, U một cách gián tiếp thông qua các đại lượngtrung gian Tuy nhiên tuỳ theo đối tượng học sinh ta có thể phát triển giả thiết ởmức độ khó khác nhau Mức độ khó đó phụ thuộc vào số bài toán trung gian

Bài tập 2: Mạch điện xoay chiều có điện trở thuần R mắc nối tiếp với tụ điện C.

Tổng trở của mạch 50  Đặt một điện áp xoay chiều vào hai đầu một đoạn mạch

Cho UR,UC

I =

thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu R là 60V, giữa hai tụ điện 80V Xác định cường

U    2

C

2

R U U

U   = 100 VTổng trở trong mạch:

I = UZ = 10050 = 2

Bài tập 3: Mạch điện xoay chiều gồm nối tiếp RLC, điện trở thuần trong mạch R =

50 3 Đặt vào hai đầu mạch một điện áp u 100 2 cos 100 t(V) Hệ số công suất

Cho R, cos

cos

Giải: Ta có: cos  = Z R =

2

3

 Z = cosR = 100  Cường độ hiệu dụng: I = U Z = 100100 = 1 A

4 100 cos(

2

i  t  (A)Công suất: P = I2R= 100 W

Bài tập 5: Đoạn mạch RLC mắc nối tiếp, có tổng trở 50 2  trong đó ZL = 2ZC =2R Điện áp tức thời đặt vào hai đầu mạch u  200 2 cos 100 t(V) Viết biểu thứchiệu điện thế hai đầu diện trở R, hai bản tụ điện C.

Tóm tắt:

Cường độ hiệu dụng: I = U Z = 2 2 A

Tổng trở:: Z = 2

C L

4 100 cos(

4

i  t  (A)

Biểu thức hiệu điện thế hai đầu điện trở thuần R là: )

4 100 cos(

I =

i(t)

i = I0 cos ()

Tìm uCTìm uR uR = i.R

Bài tập 6: (Đề thi ĐH 2011) Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB

mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở thuần R1 mắc nối tiếp với tụ điện cóđiện dung C, đoạn mạch MB gồm điện trở thuần R2 mắc nối tiếp với cuộn cảmthuần có độ tự cảm L Đặt điện áp xoay chiều có tần số và giá trị hiệu dụng khôngđổi vào hai đầu đoạn mạch AB Khi đó đoạn mạch AB tiêu thụ công suất bằng 120

W và có hệ số công suất bằng 1 Nếu nối tắt hai đầu tụ điện thì điện áp hai đầuđoạn mạch AM và MB có cùng giá trị hiệu dụng nhưng lệch pha nhau 3 Tínhcông suất tiêu thụ trên đoạn mạch AB trong trường hợp này bằng ?

Tóm tắt :

Giải :

* Ban đầu, mạch xảy ra cộng hưởng: 120 2 120 ( 1 2)

2 1

2

R R

R R Z R

Z =

P =I 2 R

Tổng trở của mạch:    

3

2 2 2 1

R R Z

R R

90 ) (

3 4

) (

120 ) (

) (

) (

2 2 1

2 1 2

1 2

2 2 1

2 2 1

R R R

R Z

U R R I R

R

P

W

Bài tập 7: Cho mạch điện nối tiếp gồm cuộn dây có điện trở thuần r20  và độ

tự cảm L 0,191 H , tụ điện có điện dung C  F

1600 20

ωCL Z

   

2 2

C

Z R r

r R U r

R I P

R

20

1600 20

Bài tập 8: Cho mạch điện xoay chiều gồm có điện trở R, cuộn dây L và tụ điện C

mắc nối tiếp Điện áp hai đầu mạch u  65 2 cos 100 tV Điện áp hiệu dụng của cácđoạn mạch UAM = 13 V; UMN = 13V; UNB= 65V Công suất tiêu thụ trong mạch là

2 2

2 2

2 2

65 65

1 3 13

C L

r R

AB

C NB

L r

MN

R AM

U U

U U

U

U U

U U

U

U U

V U

V U

V U

C

L





Công suất: P = UIcos  I = cos  .  1

U

U U U

P U

P

r R

C I

U Z

H Z

L I

U Z

I U R

C C

C

L L

1 65

10 5 ωC

5 13

2 2

Bài tập 9: Cho mạch điện như hình vẽ, hiệu điện thế giữa hai điểm MB có biểu

160 Điện trở R30  , cuộn dây thuần cảm có độ tự

, L

U I

C L MB

I =

Cho L,C,UMB

+ Vì 0

2 0

100 60

MB

R

Z Z

 A t

Z Z

u

+ Vậy biểu thức hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch là:

Bài tập 10: Một nhà máy phát điện Cửa Đạt Thanh Hoá có công suất 97MW, hiệu

điện thế hai cực máy phát 10KV cung cấp điện năng cho nơi tiêu thụ với điện áphiệu dụng 220V Nếu trước khi tải điện năng người ta dùng máy tăng thế có tỉ sốvòng cuộn thứ cấp và sơ cấp là 11, và ở nơi tiêu thụ dùng máy hạ thế có tỉ số vòngcuộn sơ cấp và thứ cấp là 450 Tính công suất hao phí trên đường dây tải điện Chobiết máy biến áp lí tưởng, hệ số công suất của máy phát là 1

Tóm tắt:

Z

I =

r I

1h

N

NU

U



U1t

Tìm U

2t

U ?

2t

1t 2t

1t

N

NU

2t

N

NI

I



Pphát

 cos

UI

P 

1

2

1 1

t N

N I

I

 I2t =

110

10 97 11

3

1t 

I

(A)Hiệu điện thế hiệu dụng của cuộn thứ cấp của máy tăng thế:

11

1

2

1 2

t N

N U

U

 U2t = 11 U1t = 110 KVHiệu điện thế hiệu dụng của cuộn sơ cấp của máy hạ thế:

500

2

1 2

h N

N U

U

 U1h = 450.U2h = 99 KVHiệu điện thế hao phí:

U = U2t - U1h = 11 KV

Điện trở của dây dẫn:

r = U/I =

110 97

11

12,5 

Công suất hao phí trên đường dây tải điện là: Php = I2 R 9,7 MW

3 Thiết kế bài học BTVL

Với các BTVL được xây dựng ở trên, ta có thể thiết kế bài dạy trong tiết bàitập để học sinh không chỉ nắm được một bài tập mà thông qua đó nắm được nhiềubài tập nữa, học sinh không những nắm kiến thức một cách chắc chắn và sâu sắc

mà còn làm tăng sự hứng thú, năng lực làm việc độc lập, tích cực nhận thức củahọc sinh

Quy trình thiết kế bài học tiết BTVL theo tinh thần phát triển bài tập có thể thựchiện theo các quy trình sau:

+ Hoạt động 1: Yêu cầu học sinh giải các bài tập cơ bản; phân tích các bàitập cơ bản Sau đó mô hình hoá bài tập cơ bản để xác định dự kiện, ẩn số phát triểnbài tập theo phướng án 1(hoán vị BT) Học sinh tự đặt BT theo phương án 1và giảicác BT theo phương án 1

+ Hoạt động 2: GV phát triển BT theo phương án 2 và tường minh quá trìnhgiải BT Học sinh đặt BT và HS phát triển đề bài tập theo phương án 2 và giải BTmới GV cho HS làm tương tự đối với đối với BTCB khác theo phương án 2

+ Hoạt động 3: Giáo viên phát triển BT theo phương án 3 và tường minh quátrình giải và yêu cầu HS phát triển BT theo phương án 3 và giải BT Cho HS làmtương tự thêm một số bài tập khác

Với một số HS khá có thể phát triển BT theo phương án 3 (hoạt động 3), phương án 4(hoạt động 4) hay là phương án 5 tùy theo đối tượng học sinh Với mỗi hoạt độnggiáo viên phát triển BT, tường minh quá trình giải HS đặt bài tập và phát triển BT

theo phương án tương ứng và giải BT.

III PHẦN BA: KẾT LUẬN

1 Kết quả

Tác giả đã thực nghiệm ở một số lớp tại trường THPT Nguyễn Mộng Tuân

Cụ thể lớp 12A4 làm lớp thực nghiệm (sử dụng phương pháp phát triển bài tập Vậtlý) chọn lớp 12A1 làm lớp đối chứng (sử dụng phương pháp khác) Kết quả điều trathu được như sau:

Bảng 1: Mức độ gây hứng thú cho học sinh và thời gian hoàn thành bài tập trong quá trình học tập

Hứng thú Bình thường Không hứng thú

70273

Hứng thú Bình thường Không hứng thú

20755

Bảng 2: Kết quả kiểm tra sau tiết học thực nghiệm

2 Những kết luận chủ yếu

- Đưa ra được hệ thống bài tập theo lý thuyết phát triển BTVL đảm bảo việc

củng cố, khắc sâu kiến thức cho HS khi dạy học chương “Dòng điện xoay chiều”