Phân loại, đề ra phương pháp giải, lựa chọn và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương v dòng điện xoay chiều lớp 12 THPT, ban KHTN nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn vật lí

Mục đích nghiên cứu: Trên cơ sở nghiên cứu lí luận về BTVL, nội dung và mục tiêu dạy học của chương: "Dòng điện xoay chiều", điều tra thực trạng dạy học giải BTVL của giáo viên và học s

Mở Đầu

1 Lí do chọn đề tài:

Nước ta hiện nay đang có sự chuyển biến rõ rệt về mọi mặt đời sống, kinh tế, xã hội Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang đòi hỏi một đội ngũ cán bộ, những người lao động mới, nắm vững tri thức khoa học kĩ thuật, năng động, sáng tạo trong hoạt động thực tiễn Trong quá trình đất nước phát triển và hội nhập với thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã nhận thức đúng đắn vị trí, vai trò hết sức to lớn của giáo dục Nghị quyết Trung ương 2 khóa VIII của

Đảng cộng sản Việt Nam đã đưa ra một số vấn đề rất cần thiết và cấp bách đối với giáo dục nước ta trong giai đoạn Cách mạng hiện nay, đó là:

"Đổi mới phương pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng phương pháp tiên tiến và hiện đại vào quá trình dạy học"

Đó là phương châm đúng đắn, phù hợp với tình hình hiện nay Nó cũng

đặt ra cho ngành giáo dục nhiều nhiệm vụ cần giải quyết Để nền giáo dục

được phát triển, nhiệm vụ cần thiết đặt ra cho người giáo viên là trước hết phải trang bị cho mình một vốn kiến thức phổ thông cơ bản và hiện đại Đó chính

là một trong những mục tiêu và nhiệm vụ của công tác giảng dạy ở trường phổ thông Việt Nam hiện nay.Trong nhiệm vụ chung ấy việc giảng dạy vật lí ở trường phổ thông chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng Để giúp học sinh nắm vững kiến thức môn vật lí, người giáo viên không chỉ giảng giải lí thuyết mà còn phải đưa ra bài tập vận dụng

Mặt khác, bài tập vật lí (BTVL) không chỉ có tác dụng hình thành và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn mà còn giúp học sinh phát triển tư duy, có một thế giới quan duy vật biện chứng

Hiện nay số lượng BTVL trong sách giáo khoa, sách bài tập và sách tham khảo là rất nhiều Tuy nhiên hệ thống bài tập đó chưa được phân loại rõ ràng, chưa đưa ra cách giải cụ thể từng loại Thế mà trên lớp cũng như ở nhà, học sinh được giáo viên hướng dẫn giải và giải một số không nhiều bài tập Như vậy học sinh sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc nắm vững kiến thức bộ môn Do đó việc phân loại, lựa chọn, sắp xếp các bài tập cho phù hợp với đối tượng và mục đích giảng dạy là rất quan trọng đối với giáo viên

Xuất phát từ những lí do nêu trên, việc nghiên cứu đề tài: "Phân loại,

đề ra phương pháp giải, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài

tập chươngV Dòng điện xoay chiều lớp 12 THPT, ban KHTN nhằm nâng

cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lí" là rất cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu:

Trên cơ sở nghiên cứu lí luận về BTVL, nội dung và mục tiêu dạy học của chương: "Dòng điện xoay chiều", điều tra thực trạng dạy học giải BTVL của giáo viên và học sinh của trường phổ thông mà phân loại, đề ra phương pháp giải, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập chương:

"Dòng điện xoay chiều" lớp 12 THPT, ban KHTN nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn vật lí

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

3.1 Nghiên cứu lí luận về BTVL trong dạy học ở trường phổ thông 3.2 Nghiên cứu nội dung và xác định mục tiêu dạy học chương: "Dòng

điện xoay chiều" trong dạy học vật lí lớp 12 ban KHTN

3.3 Điều tra thực trạng dạy học giải BTVL chương: "Dòng điện xoay chiều" của giáo viên và học sinh ở trường phổ thông

3.4 Phân loại, đề ra phương pháp giải, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều"

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng: Hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều", lớp 12

THPT Ban KHTN

- Phạm vi: Dạy học hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều"

của giáo viên và học sinh trường THPT Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên

5 Phương pháp nghiên cứu:

Trong luận văn chúng tôi đã sử dụng phối hợp các phương pháp chủ yếu

là: nghiên cứu lí luận, điều tra cơ bản qua dự giờ, trò chuyện với giáo viên,

học sinh

* Theo nghĩa rộng:

- Sự tư duy định hướng tích cực luôn luôn là việc giải bài tập hay mỗi một vấn đề mới xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong các tiết học vật lí chính là một bài tập đối với học sinh

- Trong sách giáo khoa, bài tập là những bài luyện tập được lựa chọn phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lí của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức của họ vào thực tiễn, [ , trang 337]

Như vậy, theo các định nghĩa nêu trên thì BTVL có hai chức năng chủ yếu là tập vận dụng kiến thức cũ và hình thành kiến thức mới

Trong khóa luận này, chúng tôi chỉ nghiên cứu chức năng thứ nhất: tập vận dụng kiến thức cũ

1.2 Tác dụng của BTVL trong dạy học:

1.2.1 Hình thành và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn

1.2.2 Hình thành kiến thức mới:

- Yêu cầu của các bài tập hình thành kiến thức mới:

+ Bài tập có chứa vấn đề học tập cần giải quyết và vừa sức học sinh

+ Mỗi bài tập phải chứa đựng một yếu tố mới mà để giải nó học sinh cần phải thực hiện lập luận phức tạp hoặc phải tìm câu trả lời ở thiên nhiên (làm thí nghiệm)

+ Mỗi bài tập phải chú ý tới các mặt: tình huống đưa ra bài tập, nội dung bài tập, cách giải, kết luận để từ đó rút ra kiến thức mới

+ Việc giải bài tập phải đúng theo thời gian chương trình qui định, đảm bảo đạt được mục đích chiếm lĩnh kiến thức mới của học sinh trong tiết học

1.3 Phân loại BTVL theo phương thức giải:

Có nhiều cách phân loại BTVL, tùy theo cách chọn dấu hiệu khác nhau Tuy nhiên cách phổ biến hơn cả là dựa vào phương thức giải Dựa vào đó người ta có thể chia BTVL thành bốn loại sau: Bài tập định tính (bài tập câu hỏi), bài tập định lượng (bài tập tính toán), bài tập đồ thị, bài tập thí nghiệm Trong khóa luận này, chúng tôi chỉ nghiên cứu bài tập định lượng (bài tập tính toán)

* Bài tập định lượng (bài tập tính toán)

Đó là loại bài tập muốn giải được chúng phải thực hiện một loạt các phép tính

Có thể chia bài tập tính toán ra làm hai loại: Bài tập tập dượt và bài tập tổng hợp

+ Bài tập tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản được sử dụng ngay sau khi nghiên cứu một khái niệm, một định luật hay một quy tắc nào đó

+ Bài tập tổng hợp là bài tập muốn giải nó thì phải vận dụng nhiều khái niệm, định luật, nhiều công thức nằm ở nhiều bài, nhiều mục Loại bài tập này ngoài mục đích chủ yếu là ôn tập, mở rộng, đào sâu kiến thức của học sinh,

đôi khi bài tập tổng hợp còn có tác dụng chuẩn bị cho học sinh nghiên cứu hiện tượng mới

1.4 Phương pháp giải BTVL

* Bước 1: Nghiên cứu đề bài:

- Đọc kỹ đề bài

- Tìm hiểu các thuật ngữ mới, quan trọng có trong đề bài

- Mã hoá đề bài bằng các ký hiệu quen dùng

- Đổi đơn vị của các đại lượng trong cùng một hệ thống thống nhất

* Bước 2: Phân tích hiện tượng, quá trình vật lí và lập kế hoạch giải:

- Mô tả hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra trong tình huống nêu lên trong đề bài

- Vạch ra các quy tắc, định luật chi phối hiện tượng hay quá trình vật lí

ấy

- Dự kiến những lập luận, biến đổi toán học cần thực hiện nhằm xác lập các mối quan hệ giữa cái cho và cái tìm

* Bước 3: Trình bày lời giải:

- Viết phương trình của các định luật và giải hệ phương trình có được để tìm ẩn số dưới dạng tổng quát, biểu diễn các đại lượng cần tìm qua các đại lượng đã cho

- Thay giá trị bằng số của các đại lượng đã cho để tìm ẩn số, thực hiện các phép tính với độ chính xác cho phép

*Bước 4: Kiểm tra và biện luận kết quả:

Có thể kiểm tra theo một hay một vài cách sau:

- Kiểm tra xem đã thực hiện hết các yêu cầu của bài toán đã đặt ra chưa?

- Kiểm tra tính toán đã đúng chưa?

a, Kiểm tra xem thứ nguyên có phù hợp không?

b, Xem kết quả và ý nghĩa thực tiễn có phù hợp không?

c, Giải bài tập theo cách khác xem có cùng kết quả không?

Biện luận giúp loại trừ những nghiệm không phù hợp với dữ kiện của bài toán, với thực tế, với những quan niệm vật lí hiện đại

1.5 Nguyên tắc lựa chọn hệ thống bài tập cho mỗi đề tài, chương, phần của giáo trình vật lí phổ thông

- Số lượng bài tập trong hệ thống phải phù hợp với thời gian quy định của chương trình học và thời gian học ở nhà của học sinh

- Hệ thống bài tập phải khắc phục những khó khăn chủ yếu, những sai lầm phổ biến của học sinh trong học tập, mỗi bài tập phải đóng góp một phần nào đó trong việc nắm vững kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, thói quen vận dụng kiến thức đã chiếm lĩnh được và phát triển năng lực của học sinh trong việc giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn Mỗi bài tập sau phải mang lại cho học sinh một điều mới lạ nhất định và một khó khăn vừa sức,

đồng thời việc giải bài tập trước là cơ sở giải bài tập sau

1.6 Hướng dẫn học sinh giải BTVL

1.6.1 Cơ sở định hướng của việc hướng dẫn học sinh gải BTVL:

Muốn hướng dẫn học sinh giải một BTVL cụ thể nào đó thì trước hết giáo viên phải giải được bài tập đó, nhưng như vậy chưa đủ Muốn cho việc hướng dẫn giải bài tập được định hướng một cách đúng đắn thì giáo viên phải phân tích được phương pháp giải bài tập cụ thể bằng cách vận dụng những hiểu biết về tư duy giải BTVL để xem xét việc giải BTVL cụ thể này Mặt khác phải xuất phát từ mục đích sư phạm cụ thể của việc giải bài tập để xác

định kiểu hướng dẫn phù hợp Đó chính là cơ sở khoa học để suy nghĩ những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt kết quả mong muốn

Ta có thể minh họa điều này bằng sơ đồ của Giáo sư Phạm Hữu Tòng

1.6.2 Các kiểu hướng dẫn:

1.6.2.1 Hướng dẫn theo mẫu (Algôrit)

Algôrit là một bảng chỉ dẫn bao gồm các thao tác (hành động sơ cấp)

được học sinh hiểu một cách đơn giá và nắm vững, được xác định một cách rõ ràng, chính xác, chặt chẽ trong đó chỉ rõ cần thực hiện những thao tác nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả

Hướng dẫn algôrit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những thao tác cần thực hiện và trình tự thực hiện các thao tác ấy để đạt kết quả mong muốn

Được áp dụng khi cần hướng dẫn cho học sinh phương pháp giải từng loại bài tập cơ bản, điển hình, luyện tập cho học sinh kỹ năng giải bài tập dựa trên cơ

sở học sinh nắm được algôrit giải

- Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải được bài tập một cách chắc chắn, rèn luyện kỹ năng giải bài tập có hiệu quả

- Nhược điểm: ít có tác dụng rèn cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng tạo, sự phát triển tư duy của học sinh bị hạn chế

1.6.2.2 Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn ơnxtic)

Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi cách giải quyết vấn đề Kiểu hướng dẫn này áp dụng khi cần thiết giúp học sinh vượt qua khó khăn để giải bài tập, đồng thời đảm bảo phát triển tư duy và rèn luyện được cho học sinh kỹ năng học tự lực tìm tòi cách giải quyết vấn đề

- Ưu điểm: Tránh tình trạng giáo viên giải bài tập thay cho học sinh

- Nhược điểm: Không phải bao giờ cũng đảm bảo cho học sinh giải bài tập một cách chắc chắn

Phương pháp hướng dẫn học sinh giải BTVL cụ thể

Tư duy giải

BTVL

Phân tích phương pháp giải BTVL cụ thể

Mục đích

sư phạm

Xác định kiểu hướng dẫn

thích hợp

1.6.2.3 Định hướng khái quát chương trình hóa:

Định hướng khái quát chương trình hóa là sự hướng dẫn cho học sinh sự tìm tòi cách giải quyết (chứ không thông báo cho học sinh cái có sẵn) Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này là giáo viên định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát hoá của việc giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết của học sinh, nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hoá thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh, để thu hẹp hơn, phải tìm tòi, giải quyết cho vừa sức với học sinh Nếu học sinh vẫn không đủ khả năng để tìm tòi giải quyết thì sự hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh

được hoàn thành yêu cầu của một bước Sau đó tiếp tục cho học sinh tự lực tìm tòi giải quyết bước tiếp theo, nếu cần giáo viên lại giúp đỡ thêm, cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

Trong thời gian thực tập sư phạm, chúng tôi đã tiến hành điều tra tình hình dạy học bài tập chương: “Dòng điện xoay chiều” tại hai lớp 12A2 và 12A3(đều thuộc ban KHTN) tại trường THPT Khoái Châu, Hưng Yên thông qua hai biện pháp chủ yếu sau:

- Dự giờ, trao đổi với giáo viên và học sinh

- Xem xét vở bài tập của học sinh và chất lượng giải bài tập chương:

“Dòng điện xoay chiều” của học sinh thông qua bài kiểm tra dưới đây (thời gian làm bài: 30 phút)

Bài 1: Cho đoạn mạch điện xoay chiều có sơ đồ như hình vẽ Biết:

R=10; cuộn dây thuần cảm;

cuộn dây và biến trở có độ tự cảm L,

điện trở R thay đổi được

a, Để R = R1, L = L1 Khóa K mở, ampekế chỉ 1A, dòng điện i nhanh pha

b, Để R=R2, L=L2 Khi khóa K đóng, dòng điện trong mạch lớn gấp 3 lần dòng điện khi khóa K mở và hai dòng điện này vuông pha Tính hệ số công suất của mạch này khi khóa K mở

*Kết quả làm bài của học sinh được thống kê qua bảng sau:

Lớp Tổng số học sinh Số học sinh đạt điểm

Nhờ các biện pháp trên chúng tôi rút ra một vài nhận xét sau về việc dạy học của giáo viên và học sinh:

a, Về cách dạy và sử dụng bài tập của giáo viên:

- Thường áp đặt lối suy nghĩ của mình cho học sinh, cụ thể là thường chữa các bài tập cho học sinh chứ chưa quan tâm đúng mức đến việc hướng dẫn học sinh giải các bài tập đó

- Thường chỉ định cùng một lúc nhiều học sinh lên bảng làm bài tập khiến các em ngồi dưới khó theo dõi bài làm của từng bạn trên bảng

- Giáo viên chưa phân loại, hệ thống các bài tập của chương, chưa đưa

ra những lưu ý khi giải

Ví dụ:

+  là độ lệch pha giữa u và i Độ lệch pha giữa i và u là - 

+ Nếu trong mạch có nhiều điện trở (kể cả điện trở của cuộn dây) thì có thể coi như mạch có một điện trở thuần bằng tổng các điện trở của mạch Nếu trong mạch có nhiều cuộn dây thì có thể coi như mạch có một cuộn dây với

hệ số tự cảm bằng tổng các hệ số tự cảm của cuộn dây

b, Về việc giải bài tập của học sinh:

- Đa số học sinh quen với cách học tập “đọc –chép” nên trong các giờ bài tập chỉ chép các bài chữa của giáo viên hoặc bài giải của bạn được chỉ

định lên bảng

- Nhiều học sinh còn lười làm bài tập

* Một số sai lầm phổ biến, khó khăn chủ yếu học sinh mắc phải khi giải bài tập:

Học sinh chưa có phương pháp, kĩ năng trong việc giải bài tập của chương Bên cạnh đó, kĩ năng tính toán và suy luận lôgic còn hạn chế, thường

áp dụng máy móc các công thức, chưa biết biến đổi các công thức về dạng tương đương để vận dụng cho đơn giản Cụ thể là:

 Trong các bài toán có liên quan đến cuộn dây, tuy đề bài không nêu gì

về điều kiện của cuộn dây nhưng học sinh thường coi đó là cuộn dây

thuần cảm và quên mất điện trở thuần của nó khiến kết quả tính toán

là đơn giản hơn nhiều

3 Xác định mức độ yêu cầu nắm vững kiến thức cơ bản của chương:

“Dòng điện xoay chiều”

3.1 Sơ đồ cấu trúc chương: “Dòng điện xoay chiều”

I =

C Z

TruyÒn t¶i ®iÖn n¨ng



L

U



3.2 Nội dung cơ bản của chương: “Dòng điện xoay chiều” là giúp học sinh nắm được các kiến thức cơ bản sau:

3.2.1 Chu kỳ, tần số của dòng điện:

3.2.2 Suất điện động xoay chiều:

+ Từ thôngqua một khung dây dẫn phẳng gồm N vòng dây, có tiết diện S quay trong từ trường đều B 

= NBS cos(t+ ) (: Vận tốc góc của khung)

Đơn vị của : Vêbe (Wb)

+ Suất điện động xuất hiện trong khung:

e = -'= NBSsin(t + ) =NBS cos(t + o) = Eo cos(t + o)

(Với Eo = NBS )

Đơn vị của e: Vôn (V)

3.2.3 Điện áp xoay chiều:

u = Uo cos(t +  1)

Trong đó: Uo: Biên độ của điện áp

 1: Pha ban đầu của điện áp

: Tần số góc (bằng vận tốc của khung)

Đơn vị của u: Vôn (V)

3.2.4 Dòng điện xoay chiều:

i = I0 cos(t + 2)

Trong đó: I 0: Biên độ của dòng điện

 2: Pha ban đầu của dòng điện

: Tần số góc

Đơn vị của i: Ampe (A)

3.2.5 ý nghĩa của độ lệch pha  giữa u và i:

 = 1- 2

+ Nếu  > 0 thì u sớm pha so với i

+ Nếu  < 0 thì u trễ pha so với i

+ Nếu  = 0 thì u đồng pha với i

3.2.6 Các giá trị hiệu dụng:

Cường độ hiệu dụng: I =

U

Suất điện động hiệu dụng: E =

2

o E

3.2.7 Biểu diễn bằng véctơ quay

- Cường độ dòng điện i, điện áp u được biểu diễn bằng véctơ tương ứng : i  I

; u U

- Các véctơ I

; U

có độ dài tỷ lệ với các giá trị hiệu dụng tương ứng

- Chúng quay quanh gốc O ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ góc ω (bằng tần số góc của dòng điện)

- Tại thời điểm ban đầu, chúng có phương hợp với trục Ox (trục pha) một góc bằng pha ban đầu

- Tổng trở của đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu Zmin = R

- Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch đạt cực đại: Imax =

R

U

- Các điện áp tức thời giữa hai bản tụ điện và giữa hai đầu cuộn cảm có

biên độ bằng nhau nhưng ngược pha nên triệt tiêu lẫn nhau

- Điện áp giữa hai đầu điện trở R bằng điện áp giữa hai đầu đoạn mạch

- Cường độ dòng điện biến đổi đồng pha với điện áp giữa hai đầu mạch

3.2.9 Đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần



O

L U



L U



+U  C

AB U

3.2.12 Công suất của dòng điện xoay chiều:

* ý nghĩa của hệ số công suất:

a, cos  = 1 tức  = 0: Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, hoặc trường hợp

có cộng hưởng Trong trường hợp này công suất tiêu thụ trên đoạn mạch là lớn nhất và P = UI

b, cos  = 0 tức  = ±

2

: Đoạn mạch không có điện trở thuần, mạch chỉ có cuộn cảm hoặc tụ điện hoặc có cả cuộn cảm và tụ điện

Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch là nhỏ nhất và bằng 0

a Cấu tạo: Gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín

b Hoạt động:

- Cuộn dây được nối với nguồn điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp

- Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thức cấp

Dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp , làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều Nếu mạch thứ cấp kín thì có dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp

Ha: Sơ đồ cấu tạo của máy biến áp

Hb: Kí hiệu máy biến áp

E U

2 1

2

1

k: Hệ số biến đổi của máy biến áp

+, Nếu N2>N1 thì U2>U1: Máy tăng áp

+, Nếu N2<N1 thì U2<U1: Máy hạ áp

Trong đó: N1, E1, U1 lần lượt là số vòng dây, suất điện động, hiệu điện thế của cuộn sơ cấp

N2, E2, U2 lần lượt là số vòng dây, suất điện động, hiệu điện thế của cuộn thứ cấp

Nếu hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể thì công suất dòng điện trong mạch sơ cấp và trong mạch thứ cấp có thể coi bằng nhau

U1I1=U2I2

1 2

1 2

2

1

N

N U

U I

- Công suất hao phí trên dây là:

2 2 2

cos

U

P R



 Trong đó: R : điện trở đường dây

P : công suất truyền đi

U : điện áp nơi phát

Thực tế để giảm công suất hao phí, người ta tăng điện áp U ở nơi phát

và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ điện tới giá trị cần thiết Cách này có thể thực hiện nhờ máy biến áp

4 Phân loại bài tập chương:"Dòng điện xoay chiều" và phương pháp giải chúng

Căn cứ vào lí luận về BTVL, mục tiêu dạy học của chương:"Dòng điện xoay chiều" và thực tế dạy học BTVL chương này, chúng tôi chia bài tập chương này thành ba loại, đồng thời nêu ra phương pháp giải hoặc những lưu ý khi giải từng loại

Loại 1: Xác định suất điện động xoay chiều trong mạch kín

Khi giải bài toán xác định suất điện động xoay chiều xuất hiện trong khung dây dẫn quay trong từ trường đều cần vận dụng các công thức:

, I=

2

o I

đối chiếu các kết quả thu được với điều kiện cụ thể của bài toán ta sẽ tìm được đại lượng cần thiết

Loại 2: Xác định các đại lượng đặc trưng cho mạch điện Viết biểu thức của hiệu điện thế (điện áp), cường độ dòng điện

đại lượng ta có thể suy ra đại lượng còn lại nhờ định luật Ôm

3, Xác định độ lệch pha  giữa điện áp và dòng điện

4, Viết biểu thức của dòng điện và điện áp

Cần chú ý:  là độ lệch pha giữa u và i, độ lệch pha giữa i và u là -

Để xác định được biểu thức của điện áp giữa hai đầu các phần tử hay

đoạn mạch cần xác định độ lệch pha giữa các điện áp đó so với dòng điện qua mạch

5, Nếu trong mạch có nhiều điện trở (kể cả điện trở của cuộn dây) thì có thể coi như mạch có một điện trở thuần bằng tổng các điện trở của mạch Nếu trong mạch có nhiều cuộn dây thì có thể coi như mạch có một cuộn dây với

hệ số tự cảm bằng tổng các hệ số tự cảm của cuộn dây

6, Đối với các bài toán xác định điều kiện để một đại lượng điện đạt cực trị

a, Trước hết phải dựa vào các công thức có liên quan, lập biểu thức của

đại lượng cần tìm cực trị dưới dạng hàm của một biến thích hợp

b, Để tìm cực trị của đại lượng nào đó, có thể dựa vào các kiến thức sau:

- Hiện tượng cộng hưởng của mạch

- Tính chất của phân thức đại số

- Tính chất của các hàm lượng giác

- Bất đẳng thức Côsi

- Tính chất đạo hàm của hàm số

Các bài toán loại này ngoài việc giải bằng phương pháp tính toán dựa vào định luật Ôm và các hệ thức đã biết, ta cũng có thể giải bằng phương pháp giản đồ vectơ: Căn cứ vào dữ kiện trong đề, tiến hành tính toán(các độ lệch pha, các điện áp ) và vẽ giản đồ vectơ Dựa trên giản đồ vectơ tiến hành lập luận và tính toán để rút ra các kết quả theo yêu cầu của đề bài

7, Đối với các bài toán xác định phần tử trong hộp đen và giá trị của chúng

Trước hết vẽ giản đồ vectơ, sau đó từ giản đồ vectơ xác định được độ lệch pha giữa hiệu điện thế và dòng điện hoặc độ lệch pha giữa các hiệu điện thế hai đầu các phần tử và lần lượt khẳng định trên đoạn mạch chứa các phần

tử gì

Từ các dữ kiện đề bài xác định giá trị của các phần tử

Loại 3: Khảo sát sự truyền tải điện năng

Đối với các bài toán liên quan đến máy biến áp và sự truyền tải điện

năng ta cần sử dụng các công thức: k

N

N E

E U

2 1

2

1

Từ đó có thể tính được

điện áp ở cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp

Ta cần chú ý rằng công thức trên chỉ được sử dụng khi coi điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp là nhỏ không đáng kể

Trong trường hợp không bỏ qua được điện trở ở các cuộn dây, ta cần chú ý tới mối liên hệ giữa suất điện động E1, E2 trong các cuộn dây với các

điện áp U1, U2 tương ứng

Để tính hiệu suất của máy biến áp ta sử dụng công thức: H=

1 1

2 2 1

2

I U

I U P P

Chỉ trong trường hợp có thể bỏ qua sự hao phí điện năng trong máy biến áp (H=100%) thì mới có thể viết: P2=P1U2I2=U1I1

Từ đó rút ra công thức xác định dòng điện qua các cuộn dây:

k N

N U

U

I

1 2 1

Loại 1: Xác định suất điện động xoay chiều trong mạch kín

Bài 1: Một khung dây dẫn gồm N =250 vòng quay đều trong từ trường đều có cảm ứng từ B =2.10-2 T với vận tốc góc   20  rad/s Biết diện tích của

Bài 2: Một khung dây dẫn gồm N =100 vòng, diện tích mỗi vòng dây là S =60

cm2 Khung dây quay đều với tần số 20 vòng/s trong từ trường đều có cảm ứng

từ B = 0,1T Biết trục quay của khung vuông góc với cảm ứng từ B 

Lúc t = 0, véctơ pháp tuyến của khung song song và cùng chiều với B 

Viết biểu thức của suất điện động xoay chiều trong khung và xác định giá trị của suất điện động tại thời điểm t1 =

S =50 cm2, véctơ cảm ứng từ B 

vuông góc với trục quay của khung Tại thời

điểm t = 0, véctơ pháp tuyến của khung dây hợp với B 

góc  =

3



Viết biểu thức của suất điện động xoay chiều trong khung và vẽ đồ thị biểu diễn suất điện động xoay chiều theo thời gian

Loại 2: Xác định các đại lượng đặc trưng cho mạch điện Viết biểu thức hiệu điện thế, cường độ dòng điện

Bài 4: Cho đoạn mạch điện xoay chiều có sơ đồ như hình vẽ

Biết: R=10; cuộn dây thuần cảm ;

cuộn dây và biến trở có độ tự cảm L,

điện trở R thay đổi được

a, Để R=R1, L=L1 Khóa K mở, ampekế chỉ 1A, dòng điện i nhanh pha

so với dòng điện trong mạch Tính R1, L1, C1, R0

b, Để R=R2, L=L2 Khi khóa K đóng, dòng điện trong mạch lớn gấp 3 lần dòng điện khi khóa K mở và hai dòng điện này vuông pha Tính hệ số công suất của mạch này khi khóa K mở

Bài 6: Cho mạch điện như hình vẽ Biết:

Đóng khóa K thì :

uAM =150 2sin(200

t-6

) (V)

uNB =150 2cos(200

t-3

) (V)

Bỏ qua điện trở của dây nối và của khóa K Điện trở vônkế vô cùng lớn

a, Chứng minh rằng cuộn dây có điện trở thuần đáng kể

Viết biểu thức uAB

b, Mở khóa K Thay đổi C đến giá trị

6

10 4 (F) thì thấy số chỉ vônkế đạt giá trị lớn nhất Tính R, L và điện trở r của cuộn dây

Bài 7: Cho mạch điện như hình vẽ Biết:

Cuộn dây thuần cảm có L =

 10

3

(H), C =



4 10

4 

(F) ; biến trở có điện trở R thay đổi được ; uAB =200 2 sin100t (V)

a, Xác định trị số của R để công suất tiêu thụ của đoạn mạch cực

đại.Tính công suất, hệ số công suất và viết biểu thức của uR khi đó

b, Cho R=20 Hỏi phải ghép với C một tụ C1 thế nào để công suất tiêu thụ của đoạn mạch đạt cực đại Tính công suất và viết biểu thức của hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm khi đó

Bài 8: Cho mạch điện như hình vẽ Biết:

b, Tìm L để số chỉ vônkế đạt cực đại Xác định số chỉ vônkế khi đó

c, Khảo sát sự thay đổi của công suất tiêu thụ theo sự thay đổi của L từ

R= 800, L =20(H), C =

 6

10 7

(F) ;

uAB =80 2sin2ft (V)

Cho tần số dòng điện thay đổi được

a, Công suất tiêu thụ trong mạch thay đổi như thế nào?

b, Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch lúc công suất lớn nhất Bài 10: Cho mạch điện như hình vẽ Biết:

1

(mF)

a, Với R= 40, tìm số chỉ các ampekế và vônkế

b, Thay đổi R để công suất đoạn mạch đạt cực đại Tìm R, Pmax

2, Cho R, L cố định ở giá trị R1, L1.Thay đổi C ta thấy có hai giá trị của C là

C1 và C2 đều cho P =100W Tìm R1 biết ZC1và ZC2 chênh nhau 80

Bài 11:

Cho mạch điện xoay chiều AC (hình vẽ)

gồm các linh kiện: điện trở R, cuộn dây thuần cảm, tụ điện mắc nối tiếp Gọi

Hỏi trên AB, AC có các linh kiện gì? Xác định trị số của chúng? Vẽ sơ

uMB = 60 2sin1000t (V)

a, Viết biểu thức của uAB

b, Xác định các phần tử của X và giá trị của chúng

UBD = 12V Dùng oátkế đo công suất tiêu thụ của mạch được P =6,4W Người

ta thấy khi f > 100Hz hoặc khi f < 100Hz thì số chỉ ampekế giảm đi

a, Mỗi hộp X, Y, Z chứa linh kiện gì? Tính giá trị của chúng

b, Viết biểu thức của dòng điện khi f =100Hz

Loại 3: Khảo sát sự truyền tải điện năng

Bài 14: Một trạm phát điện truyền đi với công suất 50kW, điện trở dây dẫn là

b, Nối hai cực của trạm phát điện với máy biến áp có hệ số k = 0,1 Biết năng lượng hao phí trong máy biến áp không đáng kể, hiệu điện thế và dòng

điện luôn cùng pha.Tính công suất hao phí trên đường dây và hiệu suất của máy biến áp

Bài 15: Một máy phát điện cung cấp cho mạch ngoài một công suất P1=2MW, hiệu điện thế giữa hai cực máy phát là U1= 2000V

a, Tính cường độ dòng điện hiệu dụng do máy cung cấp, biết dòng điện cùng pha với hiệu điện thế

b, Dòng điện được đưa vào cuộn sơ cấp một máy biến áp có hiệu suất

H = 97,5% Cuộn sơ cấp có N1 =1200 vòng Dòng điện thứ cấp được dẫn đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn có điện trở R =10 Tính hiệu điện thế, công suất nơi tiêu thụ và hiệu suất tải điện

Bài 16: Một máy biến áp có hiệu suất bằng 1, cuộn sơ cấp có 1000 vòng, cuộn thứ cấp có 50 vòng Đặt vào cuộn sơ cấp hiệu điện thế hiệu dụng U1=220V, khi đó ở mạch sơ cấp cường độ hiệu dụng của dòng điện là I1= 0,18A và hệ số công suất là cos 1=1 Mạch thứ cấp có hệ số công suất cos 2 = 0,9 Hãy

tính hiệu điện thế và cường độ hiệu dụng ở mạch thứ cấp

4.3 Hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều" lớp 12THPT, Ban KHTN

; f = 1

T=



2 + Biểu thức của từ thông:  =NBS cos(t+ )

a, T =? f =?

b, =? e =?

- Kiểu hướng dẫn: Theo mẫu (xem algôrit giải bài 1)

e =7,54.sin40t (V) (2.1) Thay lần lượt t1, t2 vào (2.1) ta được: e1 = 0 (V), e2 =7,54 (V)

Bài 3:

- Kiểu hướng dẫn: Theo mẫu (xem algôrit giải bài 1)

3

) = 2fNBSsin(2ft +

3

)

Thay số: e = 2.20.100.0,5.5.10-3.sin(2.20t +

3

)

e = 31,4.sin(40t +

3

) (V)

e(V)

Bài 4:

- Kiểu hướng dẫn: Tìm tòi

- Các câu hỏi định hướng tư duy học sinh:

1, Viết biểu thức dưới dạng tổng quát của cường độ dòng điện trong mạch

Từ đó cho biết để viết được biểu thức cụ thể của cường độ dòng điện ấy cần phải làm như thế nào?

2, Cường độ hiệu dụng được xác định bằng định luật nào? Từ đó cho biết

để xác định được giá trị của cường độ hiệu dụng cần phải làm như thế nào?

3, Độ lệnh pha giữa hiệu điện thế từng đoạn mạch so với dòng điện được xác định như thế nào?

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của

e theo t

A R C M L, r B