skkn HIỆU QUẢ của VIỆC GIẢI một số bài TOÁN điện XOAY CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢN đồ VÉCTƠ

Từ những thực trạng trên, hầu hết học sinh khi đối mặt với bất kì bài tậpnào của phần này thường rất lúng túng không nắm được các quy luật biến đổicủa các đại lượng vật lý trong mạch điệ

SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC

I-Thông tin về cá nhân :

1.Họ và tên : Nguyễn Trung Cường

2.Ngày tháng năm sinh : 22-11-1973

8.Đơn vị công tác : Trường THPT Đoàn Kết - Tân Phú - Đồng Nai

II-Trình độ đào tạo

-Học vị cao nhất : Cử nhân khoa học

-Năm nhận bằng : 2001

-Chuyên ngành đào tạo: Sư phạm vật lý

III-Kinh nghiệm khoa học :

- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm : Vật lí

- Số năm có kinh nghiệm : 12 năm

- Các sáng kiến kinh nghiệm trong 6 năm gần dây : 5 sáng kiến kinh nghiệm

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 1

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

1 Tầm quan trọng của vấn đề:

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật, những ứngdụng của khoa học, kĩ thuật vào đời sống, xã hội và đặc biệt là trong công nghệthông tin đa phần xuất phát trên cơ sở của môn Vật lý Trong nhà trường phổthông, bộ môn Vật lý nghiên cứu nhiều lĩnh vực tuy rất sơ khai, nhưng đó lànền tảng ban đầu để đi tới các ứng dụng to lớn trong thực tế

Mạch điện xoay chiều cũng không ngoại lệ, đây là một phần có tầmquan trọng trong bộ môn Vật lý và cũng như trong công nghiệp, trong đời sốnghàng ngày

Học sinh nghiên cứu và nắm vững quy luật vận động của mạch điện mộtcách thành thạo khi nhìn nhận mối quan hệ giữa các đại lượng của mạch điệnxoay chiều dưới dạng véc tơ, sẽ tạo tiền đề vững chắc để học sinh tiếp thu dễdàng các kiến thức khác có liên quan

2 Thực trạng vấn đề:

a Từ phía học sinh:

Trước hết phải nói đến tài liệu viết về mạch điện xoay chiều RLC nốitiếp Trong chương trình Vật lý phổ thông phần mạch điện xoay chiều chỉ có ởphần Vật lý 12 Đây là vấn đề khó và đòi hỏi sự tư duy cao từ phía học sinh.Không giống như phần điện một chiều mà học sinh dễ dàng tiếp nhận vì nhữngquy luật biến đổi của chúng đa số dựa trên lý thuyết và dụa trên thực nghiệm Hơn nữa, do quan niệm chủ quan của nhiều học sinh cho rằng đây chỉ làvấn đề đơn giản, dễ dẫn đến chủ quan

Từ những thực trạng trên, hầu hết học sinh khi đối mặt với bất kì bài tậpnào của phần này thường rất lúng túng không nắm được các quy luật biến đổicủa các đại lượng vật lý trong mạch điện xoay chiều kể cả những học sinh khágiỏi, từ đó dẫn đến việc không nhớ được lâu các công thức để làm bài tập cũngnhư giải quyết vấn đề

b Từ phía giáo viên:

Trong thời lượng học phần này ngắn, thời lượng của phân phối chươngtrình không nhiều nên việc tổ chức hoạt động cho học sinh nắm bắt được vấn

đề là một việc làm không dễ, nó không đơn thuần là truyền thụ cho học sinhkiến thức rồi yêu cầu học sinh nhớ chúng để vận dụng, mà đòi hỏi giáo viênphải trăn trở, mày mò, tìm tòi một phương pháp giảng dạy thích hợp nhằm giúphọc sinh có cái nhìn tổng thể của vấn đề, có thể lĩnh hội chúng một cách tựnhiên theo đúng quy luật của chúng từ đó khắc sâu kiến thức

Tóm lại: Phần mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp trong chương trình

Vật lý 12 phổ thông là một vấn không đơn giản và với thời gian học, luyện kĩnăng giải bài tập quá hạn hẹp, do đó dẫn đến cả chương đều gây cho học sinhmột tâm lý “sợ” không biết phải làm gì khi gặp phải dạng toán điện xoay chiều

mà ở đó có sự lệch pha cũng như sự thay đổi các thông số của mạch điện Đa

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 2

3 Lý do chọn đề tài:

Trước thực trạng trên không thể không tìm một phương pháp nghiên cứu

có hiệu quả, mang lại cho học sinh sự tự tin, không lo sợ khi gặp phải vấn đềtrên Qua quá trình tìm kiếm, mày mò học hỏi tôi nhận thấy:

Bộ môn Vật lý ở trường PT là một bộ phận khoa học tự nhiên nghiên cứu

về các hiện tượng vật lý nói chung và “điện học” nói riêng Những thành tựucủa vật lý được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất và ngược lại chính thực tiễnsản xuất đã thúc đẩy khoa học Vật lý phát triển Vì vậy học vật lý không chỉđơn thuần là học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vật lý vào thực tiễn sảnxuất Do đó trong quá trình giảng dạy vật lý người giáo viên phải rèn luyện chohọc sinh có được những kỹ năng, kỹ xảo và thường xuyên vận dụng nhữnghiểu biết đã học để giải quyết những vấn đề thực tiễn đặt ra

Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằmcung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản , có hệ thống toàndiện về vật lý Hệ thống kiến thức này phải thiết thực và có tính kỹ thuật tổnghợp và đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý hiện đại Để học sinh có thểhiểu được một cách sâu sắc và đủ những kiến thức và áp dụng các kiến thức đóvào thực tiễn cuộc sống thì cần phải rèn luyện cho các học sinh những kỹ năng,

kỹ xảo thực hành như: Kỹ năng, kỹ xảo giải bài tập, đo lường, quan sát, thínghiệm…

Bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hếtsức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổthông Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý các học sinh sẽ có được những

kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp,…do đó sẽ góp phần to lớn trong việcphát triển tư duy của học sinh Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh củng cốkiến thức có hệ thống, cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việcgiải quyết những tình huống cụ thể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫncác em hơn

Qua nhận định trên và ý kiến của các đồng nghiệp về vấn đề này, tôi

nhận thấy: Nhìn chung các em học sinh khi giải các bài toán điện xoay chiềukhông phân nhánh RLC, thường sử dụng phương pháp đại số và ít có thói quen

sử dụng phương pháp giản đồ véc tơ để giải Đặc biệt các bài toán về hộp kíntrong mạch điện xoay chiều không phân nhánh RLC, chưa biết rõ ở hộp kínchứa những phần tử nào để biểu diễn các véc tơ điện áp tương ứng, do đóphương pháp véc tơ này lại càng ít được học sinh chú ý tới Điều đó thật đángtiếc, vì sử dụng phương pháp giản đồ véctơ để giải một số bài toán điện xoaychiều không phân nhánh rất hay và ngắn gọn, đặc biệt là các bài toán liên quanđến độ lệch pha Có nhiều bài toán khi giải bằng phương pháp đại số rất dàidòng và phức tạp còn khi giải bằng phương pháp giản đồ véc tơ thì tỏ ra rấthiệu quả và phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 3

dùng phương pháp giản đồ vectơ Ở phương pháp đại số, học sinh thường haylúng túng vì phải xét nhiều trường hợp hơn, biện luận nhiều khả năng và từ đódẫn đến phải giải nhiều phương trình hơn – điều này là không hay khi làm bàithi trắc nghiệm.

Phương pháp vectơ tỏ ra rất hiệu quả khi giải các bài toán điện xoay chiều.Trong phương pháp này được chia thành hai phương pháp nhỏ là: phươngpháp vectơ buộc và phương pháp vectơ trượt Trong đó, phương pháp vectơtrượt tỏ ra chiếm ưu thế vượt trội hơn hẳn

Để giải một bài toán về hộp kín ta thường sử dụng hai phương pháp là:phương pháp đại số và phương pháp giản đồ vectơ Trong một số tài liệu cóviết về các bài toán hộp kín thường sử dụng phương pháp đại số Trong bài viếtnày, tôi sẽ trình bày phương pháp giản đồ vectơ trượt cho lời giải ngắn gọnhơn, logic, dễ hiểu hơn, phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm hiện hành

Phương pháp giản đồ véctơ được chia thành hai phương pháp: phươngpháp véc tơ buộc và phương pháp véc tơ trượt, phương pháp véctơ buộc cónhững hạn chế nhất định khi áp dụng nên trong phạm vi đề tài này ở phần vậndụng tôi chỉ dùng phương pháp véctơ trượt để giải một số bài toán điện xoayRLC nối tiếp, không dùng phương pháp véc tơ buộc để giải.Tuy nhiên để họcsinh hiểu rõ phương pháp véctơ buộc và phương pháp véctơ trượt, đồng thời có

sự so sánh tính ưu thế vượt trội của phương pháp véctơ trượt khi áp dụng nên ởphần đầu của đề tài tôi trình bày cách vẽ phương pháp véc tơ buộc và cách vẽphương pháp véc tơ trượt, sau đó đưa ra một số trường hợp thường gặp để các

em học sinh tham khảo, rèn luyện kỹ năng cho mình và có sự so sánh ưu thếvượt trội của phương pháp véc tơ trượt.Phần sau cuả đề tài là một số bài tậpvận dụng minh họa cho tính hiệu quả của phương pháp véctơ trượt

4 Giới hạn nghiên cứu của đề tài:

Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn hẹp, nên tôi chỉ nghiên cứu tínhhiệu quả của việc giải bài toán điện xoay chiều khi dùng phương pháp giản đồvéc tơ và phần bài tập vận dụng tôi chỉ dùng phương pháp vec tơ trượt để giảimột số bài tập thường gặp trong các kì thi TN THPT và kì thi Đại học Đây làphương pháp mà học sinh ngại vận dụng, nhưng với phương pháp này sẽ hìnhthành cho học sinh một cái nhìn tổng thể,hứng thú hơn và từ đó dần dần thayđổi thói quen chuyển từ phương pháp đại số sang phương pháp véc tơ Ởphương pháp này học sinh có thể nhớ được lâu những kiến thức của phần mạchđiện xoay chiều, góp phần vào việc nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạocủa nhà trường, nơi tôi đang công tác

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 4

hai đầu mỗi phần tử và hai đầu mạch điện biểu diễn trên

trục pha thông qua quan hệ pha của nó với cường độ dòng

Chung gốc O, rồi tổng hợp véc tơ lại!

-Để có một giản đồ véc tơ gọn ta không nên

dùng quy tắc hình bình hành (rối hơn- hình 2b) mà nên dùng quy tắc đa giác

Vẽ theo quy tắc đa giác

1.2.Cách vẽ giản đồ véc tơ theo quy tắc đa giác (Véc tơ trượt)

Xét tổng véc tơ:   U                            U              R               UL U C

Từ điểm ngọn của véc tơ U  L

ta vẽ nối tiếpvéc tơ U  R

(gốc của UR trùng với ngọn của UL ) Từ ngọn của véc tơ UR vẽnối tiếp véc tơ UC Véc tơ tổng U

có gốc là gốc của U L

và có ngọn là ngọncủa véc tơ cuối cùng UC(Hình 3)

L - lên.; C – xuống.; R – ngang.

Thực ra không thể có một giản đồ véctơ chuẩn cho tất cả các bài toánđiện xoay chiều, nhưng những giản đồ véctơ sau đây là những giản đồ véctơđược vẽ cho mỗi dạng điện xoay chiều thường gặp.Hy vọng rằng, qua đó sẽgiúp cho các em rèn luyện được kỹ năng vẽ giản đồ véc tơ một cách dễ dànghơn.Còn việc sử dụng giản đồ véc tơ nào là hợp lí thì phụ thuộc vào khả năng

và kinh nghiệm của mỗi em học sinh

2 Một số Trường hợp thường gặp:

2.1 Trường hợp 1: U L > U C <=>  > 0 (u sớm pha hơn i)u sớm pha hơn i)

- Phương pháp véc tơ trượt ( Đa giác): Đầu tiên vẽ véc tơ U  R

, tiếp đến làL

U

cuối cùng là UC Nối gốc của U R

với ngọn của UC ta được véc tơ U 

nhưsau:

trường hợp khi cần biểu diễn

RLU

trường hợp khi cần biểu diễn U RC

2.2 Trường hợp 2: U L < U C <=>  < 0: u trễ pha so với i ( hay i sớm pha hơn u )Làm lần lượt như trường hợp 1 ta được các giản đồ thu gọn tương ứng

là:

- Cách biểu diễn 1:

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 7U  L

RU

Vẽ theo quy tắc hình bình hành Vẽ theo quy tắc đa giác

- Cách biểu diễn 2:

Vẽ theo quy tắc hình bình hành Vẽ theo quy tắc đa giác

- Cách biểu diễn 3:

Vẽ theo quy tắc hình bình hành Vẽ theo quy tắc đa giác

2.3 Trường hợp đặc biệt - Cuộn cảm có điện trở thuần r

Vẽ theo đúng quy tắc và lần lượt từ U R

Vẽ theo quy tắc hình bình hành Vẽ theo quy tắc đa giác

- Cách biểu diễn 2:

Vẽ theo quy tắc hình bình hành Vẽ theo quy tắc đa giác

3 Một số công thức toán học thường áp dụng :

3.1.Hệ thức lượng trong tam giác vuông:

Cho tam giác vuông ABC vuông tại A, đường cao AH = h; các cạnh BC = a,

Hệ thức lượng trong tam giác vuông:

3.2 hệ thức lượng trong tam giác:

đầu đoạn mạch AM và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch MB có giá trị hiệudụng bằng nhau nhưng lệch pha nhau i n áp hi u d ng gi a hai Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu ện áp hiệu dụng giữa hai đầu ện áp hiệu dụng giữa hai đầu ụng giữa hai đầu ữa hai đầu đầuu

Bài 2: Đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần 30 () mắc nối tiếp với

cuộn dây Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn dây là 120 V Dòng điện trong

mạch lệch pha /6 so với điện áp hai đầu đoạn mạch và lệch pha /3 so với điện

áp hai đầu cuộn dây Cường độ hiệu dụng dòng qua mạch bằng

A 33 (A) B 3 (A) C 4 (A) D 2 (A).

Bài3: Đặt điện áp xoay chiều u = 1206cost (V) vào hai đầu đoạn mạch AB

gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp Đoạn AM là cuộn dây có điện

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 11

và cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch là 0,5 A Điện áp trên đoạn

MB lệch pha so với điện áp hai đầu đoạn mạch là /2 Công suất tiêu thụ toàn

điện có điện dung C = 0,05/ (mF) Biết điện áp giữa hai đầu đoạn mạch MB

và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch AB lệch pha nhau /3 Giá tr L b ngị L bằng ằng

thứ tự A, M, N và B Giữa hai điểm A và M chỉ có điện trở thuần, giữa hai

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 13

pha nhau  /3, uAB vàuMB lệch pha nhau  /6 Điện áp hiệu dụng trên R là

Bài 6: Một mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm tụ điện có điện dung C, điện trở

thuần R và cuộn dây có độ tự cảm L có điện trở thuần r Dùng vôn kế có điện

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 14

thì số chỉ lần lượt là 50 V, 302 V và 80 V Biết điện áp tức thời trên cuộndây sớm pha hơn dòng điện là /4 i n áp hi u d ng trên t l Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu ện áp hiệu dụng giữa hai đầu ện áp hiệu dụng giữa hai đầu ụng giữa hai đầu ụng giữa hai đầu à

là 25 (V), trên đoạn MN là 25 (V) và trên đoạn NB là 175 (V) Hệ số công suất của toàn mạch là

7 24

III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 16

bài tập trong phần mạch điên xoay chiều, từ những bài đơn giản đến phức tạp,trong năm học vừa qua tôi thu được một số kết quả chính sau:

1 Đa số học sinh vận dụng phương pháp để giải được các bài tập phầnmạch điện xoay chiều không phân nhánh, phần mà trước đây hầu hết học sinhxem là khó

2 Hình thành cho học sinh năng lực tự học tự nghiên cứu, năng lực tư duygiải quyết vấn đề tương tự nhau Chỉ cần sử dụng một phương pháp chung mà

có thể tìm ra kết quả vận dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, với phương phápnày không chỉ bài tập phần mạch điện xoay chiều mà ngay cả phần mạch daođộng cũng có thể áp dụng(không trình bày ở đây)

3 Bước đầu tạo cho học sinh có cái nhìn tổng quát về kiến thức toán đượcvận dụng vào trong toán học khá sâu sắc

Do đặc điểm của trường nơi tôi đang công tác, là một trường thuộc vùngmiền núi( huyện Tân phú - Đồng Nai) điểm đầu vào rất thấp, trình độ tiếp thucủa học sinh không đều giữa các lớp, nên khi sử dụng phương pháp này gặpkhông ít khó khăn Tuy nhiên khi kiên trì sử dụng phương pháp này trong năm

2012 - 2013 đã đạt được kết quả tích cực hơn so với trước đó(sử dụng phươngpháp đại số quen thuộc) Dưới đây là kết quả thống kê từ thực tế dạy học: đi ây l k t qu th ng kê t th c t d y h c:à ết quả thống kê từ thực tế dạy học: ả thống kê từ thực tế dạy học: ống kê từ thực tế dạy học: ừ thực tế dạy học: ực tế dạy học: ết quả thống kê từ thực tế dạy học: ạn mạch AM bằng ọc:

Muốn phát triển hơn nữa phạm vi mở rộng, áp dụng của đề tài cần phải

có sự đầu tư thời gian, công sức, trí tuệ

Trong thời gian tới tôi tiếp tục vận dụng phương pháp của đề tài này, từ

đó có thể bổ sung thêm nhiều dạng bài tập hơn nữa sao cho mang lại hiệu quảcao nhất Từ đó có thể mở rộng để các thành viên trong tổ thực hiện

V KẾT LUẬN

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 17

cứu tài liệu mới, để ôn tập, để rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vàbồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học Bài tập vật lý là phương tiện đểgiúp học sinh rèn luyện những đức tính tốt đẹp như tính cảm, tinh thần chịukhó và đặc biệt giúp các em có được thế giới quan khoa học và chủ nghĩa duyvật biện chứng.

Để bài tập vật lý thực hiện đúng mục đích của nó thì điều cơ bản là ngườigiáo viên phải phân loại và có được phương pháp tốt nhất để học sinh dễ hiểu

và phù hợp với trình độ của từng học sinh

Trong đề tài này tôi chỉ mới tìm cho mình một phương pháp giản đồ véc

tơ và chỉ áp dụng cho một dạng toán “điện xoay chiều không phân nhánh –chủ yếu thiên về dạng toán có độ lệch pha” cho các lớp tôi giảng dạy và lớphọc thêm thì thấy rằng các em rất thích, lĩnh hội rất nhanh và có hiệu quả, gâyhứng thú học tập của học sinh, tránh được sự nhầm lẫn, tất nhiên là không trọnvẹn, để giúp học sinh giải được những bài toán mang tính lối mòn nhằm mụcđích giúp các em có được kết quả tốt trong các kỳ thi, đặc biệt là thi dưới hìnhthức trắc nghiệm khách quan nên việc tiết kiệm thời gian là một điều cần thiết

Hy vọng rằng, qua đề tài này sẽ giúp các em dễ dàng hơn khi vận dụngphương pháp véc – tơ trượt để giải toán điện xoay chiều RLC không phânnhánh Tuy nhiên đây mới là phương pháp mang tính chủ quan của cá nhântôi, rất mong sự đóng góp của đồng nghiệp để sáng kiến này của tôi được ápdụng cho toàn thể các lớp 12 trong trường vào năm học tới

Cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của BLĐ trường, Quí thầy cô trong tổ VậtLý- KTCN trường THPT Đoàn Kết đã quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện chotôi hoàn thành bài viết này

Xin chân thành cảm ơn!

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

Người thực hiện: Nguyễn Trung cường Trang 18