luận văn thạc sĩ soạn thảo bài tập chương dòng điện xoay chiều

Trong đó giải bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp được xác định từ lâu trong giảng dạy vật lí, có tác dụng rất tích cực đến việc giáo dục và phát triển năng lực của học sinh..

Trong dạy học vật lí, có thể nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng lực của học sinh bằng nhiều phương pháp, cách thức khác nhau Trong đó giải bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp được xác định từ lâu trong giảng dạy vật lí, có tác dụng rất tích cực đến việc giáo dục và phát triển năng lực của học sinh Giải bài tập cũng là một trong những thước đo thực chất, đúng đắn sự tiếp thu, vận dụng kiến thức và kĩ năng, kĩ xảo của học sinh

Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, biết phân tích vào những vấn đề thực tiễn Chỉ thông qua bài tập dưới hình thức này hay hình thức khác, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức để

tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác thì kiến thức đó mới trở lên sâu sắc, hoàn thiện và biến thành vốn riêng của học sinh

Xu hướng hiện đại của lí luận dạy học là chú trọng nhiều đến hoạt động và vai trò của người học, đặc biệt là rèn luyện hoạt động tự lực, tích cực của học sinh Điều 28, Luật Giáo dục năm 2005 đã khẳng định rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học ” Việc rèn luyện khả năng hoạt động tự lực, sự sáng tạo và đánh giá sự tiếp thu kiến thức của học sinh thông qua việc

nhiều năm giảng dạy ở trường phổ thông và qua tìm hiểu thực tế, tôi nhận thấy trong chương trình vật lí phổ thông phần kiến thức về “Dòng điện xoay chiều” là một trong những chương quan trọng của chương trình vật lí 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 Với tất cả các lí do trên, tôi lựa chọn đề tài “Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương

“dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 sẽ giúp học sinh có một hệ thống bài tập, có phương pháp giải cụ thể của từng dạng với hướng dẫn giải chi tiết từng bài, từ đó giúp học sinh có thể hiểu rõ hơn về chương dòng điện xoay chiều Đồng thời thông qua việc giải bài tập, học sinh có thể được rèn luyện về kĩ năng giải bài tập, phát triển tư duy sáng tạo và năng lực tự làm việc của bản thân.Vì vậy, chúng tôi lựa

chọn đề tài: “Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập

chương Dòng điện xoay chiều vật lí 12 ” làm đề tài nghiên cứu của mình

2 Lịch sử nghiên cứu:

Cho đến nay, đã có một số học viên cao học nghiên cứu về đề tài nghiên cứu

xây dựng hệ thống bài tập như: Đặng Thị Bình với đề tài: Tổ chức dạy học một số ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ theo hướng sử dụng bài tập làm phương tiện xây dựng kiến thức mới, góp phần bồi dưỡng tính tích cực, tự chủ sáng tạo của học sinh lớp 12 THPT Lã Thị Thu Hoài với đề tài: Xây dựng hệ thống bài tập chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn trong chương trình sách giáo khoa vật lí 10 THPT theo tiếp cận hệ thống Phạm Đình Lượng với đề tài: Soạn thảo và

sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm về khúc xạ ánh sáng lớp 11 trung học phổ thông theo chương trình nâng cao nhằm phát huy tính tích cực và nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh Nguyễn Thanh Huyền với đề tài: Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập định tính trong dạy học phần “Từ trường và Cảm ứng điện từ” vật lí 11 THPT theo hướng nâng cao tính tích cực nhận thức của học sinh” Lương Thị Minh với đề tài: Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Hạt nhân nguyên tử” vật lí 12 Các tác giả viết sách giáo khoa và

sách bài tập vật lí phổ thông cũng đã soạn thảo hệ thống bài tập bám sát các chủ đề vật lí phổ thông Nhưng vẫn chưa có tác giả nào nghiên cứu về việc Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “ Dòng điện xoay chiều”

Vật lí 12

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu, xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Dòng điện xoay chiều– vật lí 12, nhằm giúp học sinh không những ôn tập củng cố được kiến thức mà còn phát huy được tính tích cực, tự chủ và năng lực sáng tạo trong hoạt động giải bài tập

4 Câu hỏi vấn đề nghiên cứu

Dạy bài tập chương Dòng điện xoay chiều như thế nào để bồi dưỡng tính tích

cực, tự chủ và sáng tạo cho học sinh?

5 Giả thuyết khoa học:

Nếu xây dựng được một hệ thống bài tập phù hợp với mục tiêu dạy học và thời gian dành cho mỗi chủ đề kiến thức vật lí, đồng thời tổ chức hoạt động dạy giải bài tập theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh thì sẽ phát huy được hết các tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học vật lí, góp phần vào việc giúp học sinh không những ôn tập củng cố được kiến thức mà còn phát huy được tính tích cực, tự chủ và năng lực sáng tạo

6 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy và học về bài tập vật lí ở lớp 12 THPT

7 Phạm vi nghiên cứu

Hoạt động dạy học về bài tập vật lí chương Dòng điện xoay chiều– vật lí 12

Đối tượng thực nghiệm: Hoạt động dạy học về bài tập vật lí chương Dòng điện xoay chiều của học sinh lớp 12 THPT tại trường trường THPT Buôn Hồ

8 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài:

* Tìm hiểu lý luận về vai trò, tác dụng, phương pháp giải bài tập vật lí

* Nghiên cứu nội dung kiến thức chương Dòng điện xoay chiều – vật lí 12

* Nghiên cứu phương pháp giải bài tập chương Dòng điện xoay chiều vật lí 12

* Lựa chọn hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Dòng điện xoay chiều – vật lí 12

* Thực nghiệm sư phạm để kiểm định tính khả thi và hiệu quả của hệ thống

các bài tập và phương pháp hướng dẫn hoạt động giải bài tập đã đề ra

9 Phương pháp nghiên cứu

* Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

* Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn như: phương pháp thực nghiệm

sư phạm, phương pháp chuyên gia, phương pháp điều tra

* Phương pháp thống kê toán học

10 Bố cục của luận văn

Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, luận văn còn bao gồm 03 chương

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy giải bài tập vật lí phổ thông

Chương 2 Hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Dòng điện xoay chiều vật lí 12 THPT

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

Chương 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

VỀ DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THÔNG 1.1 Khái niệm về bài tập vật lí

Trong thực tế dạy học, người ta hay gọi một vấn đề, hay một câu hỏi cần được giải đáp nhờ lập luận lôgic, suy luận toán học hay thực nghiệm vật lí trên cơ sở sử dụng các định luật và các phương pháp của Vật lí học là bài tập vật lí

Bài toán vật lí, hay đơn giản gọi là các bài tập vật lí, là một phần không thể thiếu của quá trình dạy học vật lí vì nó cho phép hình thành và làm phong phú các khái niệm vật lí, phát triển tư duy vật lí và thói quen vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn, góp phần vào việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp và hướng nghiệp

1.2 Vai trò, tác dụng của bài tập vật lí

Mục tiêu của dạy học vật lí ở trường phổ thông là phải đảm bảo trang bị đầy

đủ cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, hiện đại, làm cho học sinh có thể vận dụng những kiến thức đó để giải quyết nhiệm vụ học tập Để đạt được những nhiệm vụ trên đồi hỏi học sinh phải được rèn luyện một cách thường xuyên, kết hợp nhiều phương pháp Bài tập vật lí là một trong những phương pháp được vận dụng có hiệu quả trong dạy học vật lí Nó có một tầm quan trọng đặc biệt góp phần vào việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí ở phổ thông

Có thể nói, việc giải các bài tập vật lí được xem như mục đích, là phương pháp dạy học Người ta ngày càng chú ý tăng cường các bài tập vật lí vì chúng đóng vai trò quan trọng trong dạy học và giáo dục học sinh

Tùy thuộc vào những tình huống cụ thể, bài tập vật lí được sử dụng theo các mục đích khác nhau

mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc

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

Khi giải các bài tập như vậy sẽ giúp cho học sinh ôn tập, củng cố các kiến thức

đã học, đồng thời tập cho người học quen với việc liên hệ lí thuyết với thực tế, vận dụng các kiến thức đã học vào giải quyết các vấn đề đặt ra trong cuộc sống

- Bài tập 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

Hoạt động giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh Trong khi giải bài tập học sinh phải phân tích điều kiện trong đề bài, tự xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, khi cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình Trong những điều kiện đó, tư duy lôgic, tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực làm việc độc lập của học sinh được nâng cao

- Bài tập vật lí là một phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả

Khi giải các bài tập đòi hỏi học sinh phải nhớ lại các công thức, định luật, kiến thức đã học, có khi phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến 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 tập 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 tập vật lí là một phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức,kĩ năng của học sinh một cách chính xác

Giải các bài tập vật lí cũng là một phương pháp đơn giản để kiểm tra, hệ thống hóa kiến thức, kĩ năng và thói quen thực hành, cho phép mở rộng, làm sâu sắc các kiến thức đã học Mặt khác, khi giải các bài toán vật lí học sinh phải vận dụng các kiến thức toán học, hóa học hoặc của các bộ môn khác Vì vậy, bài tập vật lí cũng là một công cụ để thực hiện mối quan hệ liên môn

1.3 Phân loại bài tập vật lí

Các bài tập vật lí khác nhau về nội dung và mục đích dạy học, vì vậy trong dạy học vật lí có thể phân loại chúng theo các cơ sở:

- Phân loại theo nội dung

- Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải

- Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Hình 1.1 Phân loại bài tập vật lí

Tuy nhiên, cần nói thêm rằng, các phương án phân loại như trên không hoàn toàn tách biệt, một bài tập cụ thể có thể đồng thời thuộc một vài nhóm khác nhau

1.3.1 Phân loại bài tập theo nội dung

Theo nội dung, bài tập vật lí cũng có thể phân chia thành các bài tập có nội dung trừu tượng và bài tập có nội dung cụ thể Ở các bài tập có nội dung trừu tượng, các dữ kiện đều cho dưới dạng các kí hiệu, lời giải cũng sẽ biểu diễn dưới dạng một công thức chứa đựng ẩn số và dữ kiện đã cho

- Bài tập có nội dung lịch sử: đó là những bài tập chứa đựng những kiến thức

có đặc điểm lịch sử: những dữ liệu về các thí nghiệm vật lí , về những phát minh sáng chế hoặc về những câu chuyện có tính chất lịch sử

Ngoài ra, để phát triển và duy trì hứng thú học vật lí, người ta thường sử dụng các bài tập vật lí vui làm cho bài học sinh động Trong các bài tập như vậy các điều kiện của bài tập thường chứa đựng các yếu tố nghịch lí hoặc gây trí tò mò ở học sinh

1.3.2 Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải

Theo đó, người ta sẽ phân ra thành các dạng: bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị, bài tập trắc nghiệm khách quan

- Bài tập định tính: Có hai loại bài tập định tính là: Giải thích hiện tượng và

dự đoán hiện tượng

+ Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lí giải xem vì

sao hiện tượng lại xảy ra như thế Trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập được mối quan hệ giữa hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay với một số định luật vật lí Thực hiện phép suy luận logic luận ba đoạn trong đó tiền đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí tổng quát, tiền đề thứ hai là những điều kiện cụ thể,kết luận về hiện tượng được nêu ra

+ Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đề bài, xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng

gì xảy ra và xảy ra thế nào Ta thực hiện suy luận lôgic,thiết lập luận ba đoạn, trong

đó ta mới biết tiền đề thứ hai(phán đoán khẳng định riêng), cần phải tìm tiền đề thứ nhất(phán đoán khẳng định chung) và kết luận (phán đoán khẳng định riêng) Trong trường hợp hiện tượng xảy ra phức tạp, ta phải xây dựng một chuỗi luận ba đoạn liên tiếp ứng với các giai đoạn diễn biến của hiện tượng

- Bài tập định lượng (bài tập tính toán): Đó là các bài tập khi giải phải sử

dụng các phương pháp Toán học (dựa trên các định luật và quy tắc, thuyết Vật lí) Dạng bài tập này có ưu điểm lớn là làm sâu sắc các kiến thức của học sinh, rèn luyện cho học sinh vận dụng phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí đặc biệt phương pháp suy luận Toán học Tuỳ theo phương pháp Toán học được vận dụng, bài tập tính toán được quy về các bài tập số học, đại số và hình học

SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

Định luật 1(Công thức 1) x= f(y,z)

- Phương pháp tổng hợp

+ Từ những đại lượng đã cho ở đề bài Dựa vào các định luật,qui tắc vật lí,tìm những công thức có chứa đại lượng đã cho với các đại lượng trung gian mà ta dự kiến có liên quan đến đại lượng cần tìm

+ Suy luận toán học, đưa đến công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm với các đại lượng đã cho

SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP

Hai phương pháp trên đều có giá trị như nhau, chúng bổ sung cho nhau Phương pháp phân tích nếu tìm được công thức đúng thì nhanh chóng hướng tới kết quả bài toán Tuy nhiên, học sinh không tập trung chú ý nhiều vào các giai đoạn trung gian, điều đó nói chung là không có lợi, đặc biệt đối với học sinh yếu, họ sẽ nắm bản chất Vật lí kém sâu sắc hơn Phương pháp tổng hợp cho phép đi sâu vào các giai đoạn trung gian, học sinh chú ý hơn tới bản chất Vật lí và mối liên hệ giữa các đại lượng và hiện tượng

- Bài tập thí nghiệm: là loại bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm

chứng lời giải bằng lí thuyết hoặc tìm những số liệu cần thiết cho bài tập Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng về mặt giáo dục và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí luận và thực tiễn: trong các bài tập thí nghiệm thì thí nghiệm chỉ cho các số liệu để giải bài tập, chứ không cho biết tại sao hiện tượng lại xảy ra như thế, cho nên phần vận dụng các định luật vật lý để lí giải các hiện tượng mới là nội dung chính của bài tập thí nghiệm

- Bài tập đồ thị: là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải

phải tìm trong đồ thị đã cho trước hoặc ngược lại Bài tập đòi hỏi học sinh phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng đã nêu trong bài tập Bài tập đồ thị có tác dụng rèn luyện kĩ năng đọc, vẽ đồ thị, và mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng

- Bài tập trắc nghiệm khách quan: bài tập dạng trắc nghiệm khách quan

thường dùng để kiểm tra kiến thức trong phạm vi rộng, số lượng người được kiểm tra nhiều, kết quả thu được khách quan không phụ thuộc người chấm Bài tập dạng này yêu cầu học sinh phải nhớ, hiểu và vận dụng đồng thời rất nhiều các kiến thức liên quan

Khi lựa chọn các nội dung các bài tập nên đi từ đơn giản đến phức tạp, tăng cường cá nhân hóa hoạt động của học sinh tương ứng với năng lực và kiến thức của

họ

1.3.3 Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy trong quá trình dạy học

- Bài tập luyện tập: là loại bài tập dùng để rèn luyện cho học sinh áp dụng

được những kiến thức xác định để giải từng bài tập theo mẫu xác định Ở đó không đòi hỏi học sinh phải tư duy sáng tạo mà chủ yếu để cho học sinh luyện tập, nắm vững cách giải đối với một loại bài tập đã được chỉ dẫn

-Bài tập sáng tạo: là loại bài tập để phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Có thể chia bài tập sáng tạo thành:

+ Bài tập nghiên cứu: khi cần giải thích một hiện tượng chưa biết trên cơ sở

mô hình trừu tượng thích hợp từ lí thuyết vật lí

+Bài tập thiết kế: bài tập loại này là bài tập xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm tra kết quả rút ra từ lí thuyết

1.4 Tư duy trong giải bài tập vật lí

Quá trình giải bài tập vật lí là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lí được đề cập và dựa trên kiến thức vật lí để đưa tới mối liên hệ có thể có của những cái đã cho và cái phải tìm, sao cho có thể thấy được cái phải tìm

có mối liên hệ trực tiếp hay gián tiếp với cái đã cho

Như vậy, tư duy trong giải bài tập vật lí cho thấy hai phần cơ bản, quan trọng như sau:

- Xác lập các mối liên hệ cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho

- Sự tiếp tục luận giải ,tính toán đi từ mối liên hệ đã xác lập được đặt trong bài tập đã cho

Tóm lại, để tìm được lời giải của một bài tập vật lí là phải trả lời được câu hỏi:

- Để giải bài tập này, cần xác lập những mối liên hệ cơ bản nào?

- Sự xác lập những mối liên hệ cơ bản cụ thể này dựa trên sự vận dụng những kiến thức gì? Vào điều kiện cụ thể gì của bài tập

Trả lời được những câu hỏi đó còn giúp giáo viên có sự định hướng trong phương pháp dạy học về bài tập một cách đúng đắn, hiệu quả

1.5.Phương pháp giải bài tập vật lí

Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải và sửa bài tập gặp không ít khó khăn

vì học sinh thường không có kiến thức lý thuyết chắc chắn và kĩ năng vận dụng kiến thức vật lí còn hạn chế Vì vậy các em giải một cách mò mẫm, không có định hướng

rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được Có nhiều nguyên nhân:

- Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập vật lí

- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tượng vật lí để đi đến bản chất vật lí

Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo

đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết Nó không những giúp

học sinh có kiến thức lí thuyết chắc chắn mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch

Quá trình giải một bài tập vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lí, xác lập được những mối liên hệ cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho Từ đó tính toán những mối liên hệ đã xác lập được để dẫn đến lời giải và kết luận chính xác

Bài tập vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú Vì vậy không thể chỉ ra được một phương pháp nào cụ thể mà có thể áp dụng để giải

được tất cả bài tập Song trong thực tế người ta cũng thừa nhận một quan điểm chung về quá trình giải một bài tập Vật lí Theo quan điểm đó, giáo viên không chỉ đơn giản trình bày cách giải cho học sinh mà phải thực hiện nhiệm vụ giáo dục, giáo dưỡng học sinh trong quá trình giải bài tập, cần phải dạy học sinh tự lực giải được bài tập Vật lí Vì vậy sau mỗi chương, mỗi phần của chương trình Vật lí, giáo viên trình bày cách giải mẫu mỗi loại bài, hình thành cho học sinh thói quen phân tích đúng bài toán, ghi chép và tính toán một cách hợp lí, rèn luyện tư duy logic Quá trình giải một bài tập Vật lí, đặc biệt là giải một bài tập phức tạp, có thể trải qua các

bước chính sau:

Bước 1 Tìm hiểu đề bài

- Đọc, ghi ngắn gọn các dữ kiện xuất phát và các cái phải tìm

- Mô tả lại tình huống được nêu trong bài tập, vẽ hình minh họa Nếu đề bài yêu cầu, thì phải làm thí nghiệm hoặc vẽ đồ thị để thu được dữ kiện (trong trường hợp bài tập thí nghiệm hoặc bài tập đồ thị) Trong nhiều trường hợp, cần đổi đơn vị của các đại lượng đã cho về đơn vị chuẩn(Theo hệ SI)

Bước 2 Xác lập mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái phải tìm

Đối chiếu các dữ kiện xuất phát và cái phải tìm, xem xét bản chất vật lí của tình huống đã cho để nhận ra các định luật, công thức lí thuyết có liên quan

Xác lập các mối liên hệ cụ thể của các dữ kiện xuất phát và của cái phải tìm Lựa chọn các mối liên hệ cơ bản, cho thấy sự liên hệ của cái phải tìm với các

dữ kiện xuất phát và từ đó có thể rút ra cái phải tìm

Bước 3 Luận giải rút ra kết quả cần tìm

Từ các mối liên hệ cơ bản đã xác lập, tiếp tục luận giải, tính toán rút ra kết quả cần tìm

Bước 4 Kiểm tra và biện luận kết quả

Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm được cần kiểm tra lại việc giải theo một hoặc một số cách sau:

-Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi chưa, đã xét hết các trường hợp chưa

- Kiểm tra tính toán có đúng không?

- Kiểm tra thứ nguyên của các đại lượng có phù hợp không?

- Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp không?

- Giải bài tập theo cách khác xem có cho cùng kết quả không?

Đối với bài tập phần chương Dòng điện xoay chiều, việc hướng dẫn học sinh giải bài tập là quan trọng Thực tế cho thấy học sinh chỉ có thể giải bài tập nếu học sinh có kiến thức lý thuyết chắc chắn và thực hiện thành thạo các bước giải bài tập vật lí nói chung Phương pháp giải bài tập chương Dòng điện xoay chiều cũng có đầy đủ các bước giải giống như phương pháp giải bài tập vật lí nói chung

Bước 1 Tìm hiểu đề bài

Bước 2 Lập mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái phải tìm

Bước 4 Kiểm tra và biện luận kết quả

1.6 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

Để việc hướng dẫn giải bài tâp cho học sinh có hiệu quả, thì trước hết giáo viên phải giải được bài tập đó, và phải xuất phát từ mục đích sư phạm để xác định kiểu hướng dẫn cho phù hợp.Ta có thể minh họa bằng sơ đồ sau:

Hình 1.2

Theo đó, tùy theo mục đích sư phạm mà người ta vận dụng các kiểu hướng dẫn khác nhau trong hướng dẫn giải bài tập vật lí

1.6.1 Hướng dẫn theo mẫu (hướng dẫn Angorit)

Sự hướng dẫn hành động theo mẫu sẵn có thường gọi là hướng dẫn angôrit Hướng dẫn angorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được các kết quả như mong muốn Những hành động sơ cấp phải được học sinh hiểu một cách đơn giá và học sinh đã nắm vững Kiểu hướng dẫn angorit không đòi hỏi học sinh phải tự mình tìm tòi xác định các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra mà chỉ đòi hỏi học sinh chấp hành các hành động đã được giáo viên chỉ ra, căn cứ theo đó học sinh

sẽ đạt được kết quả, sẽ giải được bài tập đã cho

Kiểu hướng dẫn angorit đòi hỏi giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải bài tập để xác định được một trình tự chính xác chặt chẽ của các hành

Tư duy giải bài

động cần thực hiện để giải được bài tập và đảm bảo cho các hành động đó là những hành động sơ cấp đối với học sinh

Ưu điểm: Dạy cho học sinh được phương pháp giải một loại bài tập điển hình Đồng thời, rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải một bài tập xác định

Nhược điểm: Học sinh có thói quen chấp hành những hành động đã được chỉ dẫn theo mẫu đã có sẵn, do đó ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng tạo, hạn chế sự phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

1.6.2 Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn Ơrixtic)

Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải quyết Không phải là giáo viên chỉ dẫn cho học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo một mẫu đã có để đi tới kết quả mà là giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả Thông thường, kiểu hướng dẫn tìm tòi được áp dụng khi cần giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn để giải được bài tập, đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy học sinh, muốn tạo điều kiện để học sinh tự lực tìm cách giải quyết

Ưu điểm: Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải

bài tập Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi học sinh phải tự lực tìm ra cách giải quyết chứ không phải là học sinh học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo mẫu đã được chỉ ra, nên không phải bao giờ cũng có thể đảm bảo cho học sinh giải được bài

tập một cách chắc chắn

Khó khăn: Cách hướng dẫn này không phải bao giờ cũng đảm bảo cho học sinh giải quyết được bài tập một cách chắc chắn Có thể, sự hướng dẫn của giáo viên cho học sinh dễ đưa học sinh đến chỗ chỉ còn việc thừa hành các hành động, theo mẫu, hoặc sự hướng dẫn của giáo viên viển vông, quá chung chung, không giúp ích được cho sự định hướng tư duy của học sinh Nó phải có tác dụng hướng tư

duy của học sinh vào phạm vi cần và có thể tìm tòi phát hiện cách giải quyết vấn đề Ngoài ra, phương pháp này không thể áp dụng cho toàn bộ đối tượng học sinh do chất lượng học sinh là khác nhau

1.6.3 Định hướng khái quát chương trình hóa

Định hướng khái quát chương trình hóa cũng là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết, chứ không thông báo ngay 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 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 hóa ban đầu, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh, để thu hẹp hơn phạm vi phải tìm tòi, giải quyết cho vừa sức với học sinh

Ưu điểm: Kết hợp được việc thực hiện các yêu cầu: rèn luyện tư duy của học

sinh trong quá trình giải bài tập và đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho

Sự hướng dẫn như vậy đòi hỏi giáo viên theo sát tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh, không thể chỉ dựa vào những lời hướng dẫn có thể soạn sẵn, mà phải kết hợp được việc định hướng với việc kiểm tra kết quả hoạt động của học sinh để điều chỉnh sự giúp đỡ, thích ứng với trình độ của học sinh

Ví dụ: Đối với các bài toán giáo viên có thể hướng dẫn học sinh theo cách định hướng khách quan khái quát hóa như sau: đề bài đã cho cái gì? Yêu cầu tìm cái gì? Hay có thể xác nhận được những mối liên hệ cụ thể gì đối với cái đã cho và cái phải tìm? Nó liên quan đến những kiến thức gì ?

Nhược điểm: Để làm tốt được sự hướng dẫn này phụ thuộc vào trình độ và

khả năng sư phạm của người giáo viên Đôi khi người giáo viên dễ sa vào làm thay cho học sinh trong từng bước định hướng Do vậy, câu hỏi định hướng của giáo viên phải được cân nhắc kĩ và phù hợp với trình độ học sinh

Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập không thể theo một khuôn mẫu nhất định,

1.7 Lựa chọn và sử dụng bài tập vật lí

1.7.1 Lựa chọn các bài tập Vật lí

Trong thực tế dạy học Vật lí người giáo viên thường xuyên phải thực hiện công việc lựa chọn và tìm cách vận dụng các bài tập Vật lí sao cho phù hợp với mục tiêu dạy học của mỗi loại bài học, của công việc (như kiểm tra, giờ luyện tập, ) Khi đó việc lựa chọn hệ thống các bài tập cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Nội dung các bài tập phải phù hợp với nội dung các kiến thức cơ bản và kỹ năng giải bài tập của học sinh

- Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản tới phức tạp giúp cho học

sinh xây dựng được phương pháp giải các loại bài tập điển hình

- Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập, đóng góp vào việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức cho học sinh

- Trong hệ thống bài tập cần bao gồm nhiều loại như: Bài tập giả tạo (là loại bài tập mà nội dung của nó không sát với thực tế), các bài tập trừu tượng và các bài tập có nội dung thực tế, bài tập luyện tập và các bài tập sáng tạo, bài tập cho thừa hoặc thiếu dữ kiện, bài tập mang tính chất ngụy biện và nghịch lí, bài tập có nhiều

cách giải khác nhau

- Các bài tập phải đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh đại trà, đồng thời có chú ý tới sự phân hoá học sinh Biện pháp để cá biệt hoá học sinh trong việc giải các bài tập Vật lí: Biến đổi mức độ yêu cầu của bài tập ra cho các đối tượng học sinh khác nhau như mức độ trừu tượng của đề bài, loại vấn đề cần giải quyết, phạm vi và tính phức tạp của các số liệu cần xử lí, loại và số lượng các thao tác tư duy logic và các phép biến đổi Toán học phải sử dụng, phạm vi và mức độ kiến thức, kĩ năng cần

huy động; Biến đổi mức độ yêu cầu về số lượng bài tập cần giải, về mức độ tự lực của học sinh trong quá trình giải bài tập

- Chú ý thích đáng về số lượng và nội dung các bài tập nhằm giúp học sinh vượt qua những khó khăn chủ yếu , khắc phục những sai lầm phổ biến

1.7.2 Sử dụng hệ thống bài tập

Trong dạy học, người giáo viên phải cần dự tính kế hoạch về việc sử dụng BTVL trong dạy học, với từng đề tài, từng tiết học Trước tiên cần xác định mục đích sử dụng bài tập Các mục đích có thể là

+ Dùng bài tập để củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lí thuyết đã học

+ Dùng bài tập làm xuất hiện vấn đề trong các tiết nghiên cứu tài liệu mới + Dùng bài tập hình thành kiến thức mới

+ Lựa chọn bài tập điển hình nhằm hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải, từ đó hình thành phương pháp giải chung cho mỗi loại bài tập đó + Dùng bài tập để kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh

cũ

Hình thành kiến thức mới

Củng cố, vận dụng

Giao về nhà

Sửa tại lớp Tự giải

1.8 Phát triển tính tích cực, tự chủ và năng lực sáng tạo của học sinh

1.8.1 Tính tích cực và tự chủ

Tích cực, tự chủ trong học tập là một hoạt động nhằm làm chuyển biến vị trí của người học từ thụ động sang chủ động, từ đối tượng tiếp nhận tri thức sang chủ thể tìm kiếm tri thức để nâng cao hiệu quả học tập

Phát huy tính tích cực, tự chủ trong hoạt động nhận thức của học sinh là một trong những nhiệm vụ của thầy giáo trong nhà trường và cũng là một trong những biện pháp nâng cao chất lượng dạy học Tuy không phải là vấn đề mới, nhưng với

xu hướng đổi mới dạy học hiện nay thì việc tích cực hóa hoạt động của học sinh là một vấn đề được đặc biệt quan tâm Phát huy khả năng tích cực, tự chủ hoạt động nhận thức của học sinh sẽ góp phần làm cho mối quan hệ giữa dạy và học, giữa thầy

và trò ngày càng gắn bó, hiệu quả hơn

Tích cực hoá vừa là biện pháp thực hiện nhiệm vụ dạy học, đồng thời nó góp phần rèn luyện cho học sinh những phẩm chất của người lao động mới: tự chủ, năng động, sáng tạo Đó là một trong những mục tiêu mà các nhà trường phải hướng tới

Để phát huy tốt tính tích cực, tự chủ trong hoạt động nhận thức của học sinh, chúng ta cần quan tâm đến một số biện pháp sau:

- Tạo ra và duy trì không khí dạy học trong lớp nhằm tạo ra môi trường thuận lợi cho việc học tập và phát triển của học sinh Qua đó, học sinh dễ dàng bộc lộ những hiểu biết của mình và sẵn sang tham gia tích cực trong quá trình dạy học

- Khởi động tư duy gây hứng thú học tập cho học sinh trước mỗi tiết học tư duy của học sinh ở trạng thái nghỉ ngơi Đây là bước khởi động tư duy nhằm đưa học sinh vào trạng thái sẵn sàng học tập, lôi kéo học sinh vào không khí dạy học khởi động tư duy chỉ là bước mở đầu, điều quan trọng hơn là phải tạo ra và duy trì không khí dạy học trong suốt giờ học

- Khai thác và phối hợp các phương pháp dạy học một cách có hiệu quả, đặc biệt chú trọng tới các phương pháp dạy học tích cực

- Tổ chức cho học sinh hoạt động Trong việc xác định rõ vai trò, nhiệm vụ của từng chủ thể có ý nghĩa rất quan trọng, nó giúp cho chủ thể định hướng hoạt động của mình

1.8.2 Bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

Năng lực luôn gắn với kĩ năng kĩ xảo trong lĩnh vực hoạt động tương ứng Song kĩ năng, kĩ xảo liên quan đến việc thực hiện một loạt hành động, chuyên biệt đến mức thành thạo, tự động hoá, máy móc Năng lực sáng tạo gắn liền với kỹ năng,

kĩ xảo và vốn hiểu biết của chủ thế Trong bất kì lĩnh vực hoạt động nào, càng thành thạo và có kiến thức sâu thì càng nhạy bén trong dự đoán, đề ra được nhiều dự đoán, nhiều phương án để lựa chọn, càng tạo điều kiện cho trực giác phát triển Bởi vậy, không thể rèn luyện năng lực sáng tạo tách rời, độc lập với học tập kiến thức về một lĩnh vực nào đó

Các biện pháp bồi dưỡng, phát triển năng lực sáng tạo:

- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới

- Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết Dự đoán có vai trò hết sức quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học

1.9 Thực trạng hoạt động dạy giải bài tập vật lí ở một số trường Trung học phổ thông hiện nay

1.9.1 Đối tượng và phương pháp điều tra

 Đối tượng

Điều tra, khảo sát thực tế tại trường THPT Buôn Hồ thị xã Buôn Hồ, tỉnh Daklak để tìm hiểu về một số thông tin

- Tình hình dạy giải bài tập chương dòng điện xoay chiều

- Tình hình hoạt động giải bài tập chương dòng điện xoay chiều

- Tìm hiểu những khó khăn và sai lầm mà học sinh thường mắc phải khi giải bài tập chương dòng điện xoay chiều, từ đó tìm hiểu những nguyên nhân đẫn đến những sai lầm đó của học sinh

Từ đó, chúng tôi đề xuất phương hướng khắc phục

 Phương pháp điều tra

- Điều tra giáo viên: sử dụng phiếu điều tra (số lượng giáo viên được điều tra

là 12) trao đổi trực tiếp, dự giờ giảng, xem giáo án

- Điều tra học sinh: sử dụng phiếu điều tra (số lượng học sinh được điều tra là 70), quan sát hoạt động của học sinh trong giờ học, kiểm tra khảo sát, phân tích kết quả

1.9.2 Kết quả điều tra

1.9.2.1 Tình hình dạy giải bài tập

Thông qua việc trao đổi cùng giáo viên giảng dạy bộ môn Vật lí tại trường THPT Buôn Hồ, thị xã Buôn Hồ, Tỉnh Daklak và một số đồng nghiệp khác, sơ bộ chúng tôi rút ra được một số nhận định

- Số tiết học dành cho việc sửa bài tập còn ít mà yêu cầu rèn kĩ năng lại nhiều, chính vì thế giáo viên rất khó bố trí thực hiện cho đầy đủ

- Trình độ học sinh không đồng đều vì thế bài chọn để sửa rất khó phù hợp: bài khó thì học sinh trung bình không hiểu nổi, bài dễ lại làm cho các em khá giỏi chán

- Các bài tập trong chương Dòng điện xoay chiều có nhiều dạng, nhiều kiến thức mới, đòi hỏi vận dụng nhiều kiến thức toán học , đồng thời có nhiều bài tập tổng hợp,vừa mới vừa khó

- Khó đưa ra một hệ thống các bài tập vừa đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh lại vừa đảm bảo yêu cầu mục tiêu của chương trình

- Mỗi một giáo viên thường chọn riêng cho mình một phương pháp giải và đưa

ra cho học sinh luyện tập, nên rất khó khăn trong công tác kiểm tra đánh giá chất lượng học tập trong môn vật lí của học sinh trong cả khối

1.9.2.2 Tình hình hoạt động giải bài tập của học sinh

+ Đa số học sinh nhớ máy móc, chưa hiểu hết bản chất hiện tượng vật lí đề cập trong bài tập nên rất khó khăn trong việc giải các bài tập chương Dòng điện xoay chiều

+ Trong các giờ bài tập còn một số học sinh thụ động, lười suy nghĩ, chỉ có một số học sinh tích cực tham gia hoạt động giải bài tập

+ Học sinh cảm thấy ngại các bài tập phần này vì ngoài kiến thức mới, học sinh thường phải vận dụng kiến thức toán nhưng khi học kiến thức toán đó ở môn

toán lại không có được những ví dụ vật lí vận dụng kiến thức toán đó hoặc phải vận dụng khá nhiều kiến thức đã học

+ Học sinh chưa có ý thức phân loại và xây dựng phương pháp giải cho mỗi loại bài tập

1.9.2.3 Những khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập chương dòng điện xoay chiều

Những khó khăn chủ yếu của học sinh:

+ Kiến thức chương dòng điện xoay chiều, vật lí 12 nâng cao có phần lớn kiến thức mới về dòng điện xoay chiều

1.9.2.4 Nguyên nhân của những khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập chương Dòng điện xoay chiều và phương hướng khắc phục

-Nội dung kiến thức trong chương nhiều, tương đối khó đối với học sinh

 Đề xuất phương hướng khắc phục

- Lựa chọn được hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập phù hợp hơn

- Thường xuyên ôn tập kiến thức cho học sinh qua hoạt động giải bài tập

- Rèn luyện cho học sinh một số kĩ năng vận dụng toán học vào hoạt động giải bài tập vật lí đồng thời hướng dẫn học sinh ôn lại kiến thức đã học liên quan đến chương này

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này, chúng tôi trình bày một số cơ sở lý luận:

 Khái niệm bài tập vật lí, vai trò, tác dụng của bài tập vật lí trong quá trình dạy học vật lí THPT

 Tìm hiểu các cách phân loại bài tập vật lí và các phương pháp giải bài tập vật lí, đề xuất phương pháp giải bài tập vật lí chương Dòng điện xoay chiều vật

lí 12 nói chung

 Tư duy trong giải bài tập vật lí

 Hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí

 Phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lí

Ngoài ra, chúng tôi còn trình bày kết quả điều tra tình hình dạy giải bài tập vật

lí ở một số trường Trung học phổ thông hiện nay Những luận điểm lí luận và thực tiễn trình bày ở chương này là cơ sở của việc soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Dòng điện xoay chiều vật lí 12 mà chúng tôi trình bày ở chương sau

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP

CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 2.1 Vị trí chương dòng điện xoay chiều vật lí 12

Môn vật lí có vai trò quan trọng trong việc thực hiện các mục tiêu của giáo dục phổ thông Việc giảng dạy môn Vật lí nói chung, và chương Dòng điện xoay chiều vật lí 12 nói riêng có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức vật lí

cơ bản ở trình độ phổ thông, bước đầu hình thành cho học sinh những kĩ năng thói quen làm việc khoa học; góp phần tạo ra cho học sinh các năng lực nhận thức, năng lực hành động và các phẩm chất về nhân cách mà mục tiêu giáo dục đã đề ra; chuẩn

bị cho học sinh tiếp tục tham gia lao động sản xuất, có thể thích ứng với sự phát triển của khoa học – kĩ thuật

Chương Dòng điện xoay chiều vật lí 12 trình bày đầy đủ kiến thức về dòng điện xoay chiều và các đại lượng vật lý đặc trưng của dòng điện xoay chiều, mối liên hệ giữa các đại lượng vật lý trong các mạch điện cơ bản và trong mạch không phân nhánh Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy biến thế Vấn đề truyền tải điện năng đi

xa và một số ứng dụng, giải thích hiện tượng thực tế Qua những kiến thức trong chương, và thông qua việc giải bài tập của chương, giúp việc rèn luyện cho học sinh

tư duy lôgic và tư duy biện chứng, hình thành ở học sinh niềm tin về bản chất khoa học của các hiện tượng tự nhiên cũng như khả năng nhận thức con người, khả năng ứng dụng kiến thức vật lí trong kĩ thuật, đời sống

Kiến thức Vật lí trong chương có nhiều kiến thức mới, song có mối liên hệ mật thiết với các kiến thức đã học trước đó Trước khi học chương này, học sinh đã biết một số kiến thức cơ bản về điện học và từ học học sinh học ở lớp 9 và lớp 11

2.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung của chương “ Dòng điện xoay chiều” vật lí 12

Dòng điện xoay chiều là một phần của Điện học, trong đó người ta đi nghiên cứu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều, các đại lượng vật lý đặc trưng cho mạch điện xoay chiều

Ở chương này ta nghiên cứu về phương thức sản xuất ra dòng điện xoay chiều, cách biến đổi dòng điện xoay và phương thức truyền tải dòng điện xoay chiều đi xa Lôgíc nội dung kiến thức của chương có thể được mô tả bằng sơ đồ sau:

2.3 Nội dung kiến thức kiến thức khoa học về Dòng điện xoay chiều

2.3.1.Cường độ dòng điện

a Định nghĩa dòng điện: Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt

điện tích

- Chiều dòng điện, theo quy ước là chiều chuyển động của các hạt điện dương

b Cường độ dòng điện: Cường độ dòng điện qua diện tích S là một đại lượng

đặc trưng cho độ mạnh của dòng điện được đo bởi thương số bằng điện lượng chuyển qua diện tích ấy trong một đơn vị thời gian

- Nếu trong thời gian dt có điện lượng dq chuyển qua diện tích S thì cường độ dòng điện qua diện tích đó là: i = dq/dt

c.Véc tơ mật độ dòng điện

Cường độ dòng điện đặc trưng cho độ mạnh hay yếu của dòng điện qua một diện tích cho trước, nhưng không đặc trưng cho độ mạnh hay yếu của dòng điện tại từng điểm của môi trường có dòng điện chạy qua ngoài ra cường độ dòng điện còn chưa cho ta biết phương chiều của dòng điện Vì vậy ngoài cường độ dòng điện ta đưa ra véc tơ mật độ dòng điện

Xét một diện tích nhỏ dSn đặt tại điểm M và vuông góc với phương chuyển động của dòng hạt điện tích qua diện tích ấy Theo định nghĩa: Véc tơ mật

độ dòng j

tại một điểm M là một véc tơ có gốc tại M, có hướng là hướng chuyển động của điện tích dương đi qua điểm đó, và có trị số bằng cường độ dòng điện qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với hướng ấy: j = dI/ dSn

Hình 2.1 Véc tơ mật độ dòng điện

Ta suy ra cường độ dòng điện qua diện tích Sn vuông góc với phương của cường độ dòng điện là:

Để tính cường độ dòng điện qua diện tích S bất kỳ ta phải chia diện tích

đó thành những phần tử diện tích nhỏ dS (hình 2 2) Nếu gọi dSn là hình chiếu của diện tích dS trên mặt phẳng vuông góc với đường dòng, thì rõ ràng rằng cường độ dòng điện qua dS cũng bằng cường độ dòng điện qua dSn: dI = j.dSn

Nhưng vì dSn = dS.cos, trong đó  là góc giữa véc tơ pháp tuyến n

của diện tích dS với véc tơ mật độ dòng điện j nên ta có: .

Điện trường là một trường thế nên công của lực tính điện trong sự dịch chuyển một điện tích q0 trong điện trường cũng bằng độ giảm thế năng W của điện tích đó trong điện trường

Trong một chuyển dời nguyên tố dS, ta có:

q C r

 

trong đó C là hằng số tuỳ ý, còn W được gọi là thế năng tương tác của hệ điện tích q0 và q

Biểu thức (2.3.2) chứng tỏ thế năng của điện tích điểm q0 trong điện trường được xác định sai khác một hằng số cộng C Tuy nhiên, giá trị của C không ảnh hưởng gì tới những phép tính trong thực tế, vì trong trường hợp phép tính đó ta chỉ gặp hiệu thế năng Vì vậy người ta thường quy ước chọn thế năng của điện tích điểm q0 khi nó ở cách xa q vô cùng bằng không; khi đó theo (2.2.2),ta có:

q r

 

Rõ ràng nếu q0, q cùng dấu (lực tương tác là lực đẩy), thế năng tương tác của chúng là dương còn nếu q0, q khác dấu (lực tương tác là lực hút) thì thế năng của chúng là âm

Sự phụ thuộc của thế năng tương tác

của hệ điện tích vào khoảng cách giữa

chúng được biểu diễn trên hình bên

Hình 2.3 Hình 2.3 Đồ thị thế năng tương tác của hệ hai điện tích điểm

Biểu thức thế năng của điện tích q0 trong điện trường của hệ điện tích điểm:

n

0 i

n i

q q r

q 0 q < 0

q 0 q >0

q r

n i

q r

 

với ri là khoảng cách từ điểm đang xét tới điện tích qi

Điện thế tại một điểm M trong điện trường bất kỳ có biểu thức:

Nếu ta thay giá trị của V ở (2.2.6) và (2.2.1) ta có:

AMN = WM – WN = q0.(VM - VN) (2.3.10)

Vậy: Công của lực tĩnh điện trong sự di chuyển điện tích điểm q 0 từ điểm

M tới điểm N trong điện trường bằng tích số của điện tích q 0 với hiệu điện thế giữa hai điểm M và N đó

* Ý nghĩa của điện thế và hiệu điện thế

Nếu lấy q0 = + 1 đơn vị điện tích thì VM – VN = AMN

Vậy: hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường là một đại lượng về trị số bằng công của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm M tới điểm N

Nếu lấy q0 = +1 đơn vị điện tích và chọn điểm N ở xa vô cùng thì: VM -

V = AM (nhưng ta đã quy ước W = 0, do đó:

0

W 0 q

c Hiệu điện thế (điện áp)

* Định nghĩa: hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường là một đại lượng về trị số bằng công của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm M tới điểm N

2.3.3 Mạch xoay chiều nối tiếp

Dao động điện trong mạch RLC nối tiếp chính là dao động điện từ cưỡng bức

* Dao động điện từ cưỡng bức:

a Hiện tượng:

Để duy trì dao động điện từ trong mạch LRC ghép nối tiếp, ta phải liên tục cung cấp năng lượng cho mạch để bù đắp lại phần năng lượng đã mất mát do hiệu ứng Jun – Lenx

Việc cung cấp năng lượng này được

thực hiện bằng cách mắc nối tiếp vào mạch

(cũng có trường hợp mắc song song) một

nguồn điện xoay chiều Ta xét trường hợp thế

điện động của nguồn là hàm sin của thời gian t:  = 0 sin t

Mới đầu, dao động trong mạch là chồng chất của hai dao động: dao động tắt dần với tần số góc  và dao động cưỡng bức với tần số góc  Sau thời gian qúa

độ, dao động tắt dần coi như không còn nữa; trong mạch chỉ còn dao động cưỡng bức với tần số góc bằng tần số góc  của nguồn

b Phương trình của dao động điện từ cưỡng bức

Trong thời gian dt, nguồn cung cấp cho mạch một năng lượng bằng Idt Năng lượng này sẽ bằng độ tăng năng lượng điện từ dW của mạch và phần năng lượng biến thành nhiệt Jun – Lenx R.I2dt Theo định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng ta có:

Trong đó  là tần số góc của nguồn điện xoay chiều kích thích; I0 và

 là biên độ và pha ban đầu của dao động Nếu tính đạo hàm cấp 2 của phương trình (2.3.2) rồi thay vào phương trình (2.3.1) ta sẽ được:

L C an

c Hiện tượng cộng hưởng điện

Công thức (2.3.3) chứng tỏ biên độ I0 của dòng điện cưỡng bức phụ thuộc giá trị của tần số góc  của nguồn điện xoay chiều kích thích Đặc biệt với một điện trở R nhất định, biên độ I0 sẽ đạt giá trị cực đại khi tần số góc  có giá trị sao cho tổng trở Z của mạch dao động cực tiểu Theo công thức (2.3.6), giá trị đó của  phải thoả mãn điều kiện:

Ta thấy giá trị này của  (kí hiệu ch ) đúng bằng tần số góc riêng của mạch dao động ch = 0 (2.3.8)

Hiện tượng biên độ dòng điện của dao động điện từ cưỡng bức đạt giá trị

cực đại được gọi là hiện tượng cộng hưởng điện Vậy ta có kết luận: Hiện tượng cộng hưởng điện sẽ xảy ra khi tần số góc của nguồn điện xoay chiều kích thích có giá trị bằng tần số góc riêng của mạch dao động Giá trị ch của tần số góc của

nguồn xoay chiều kích thích được gọi là tần số góc cộng hưởng

Hình 2.5 Đường biểu diễn cộng hưởng điện

Đường biểu diễn trên hình (2.5) cho thấy rõ sự biến thiên của biên độ I0

của dao động cưỡng bức theo tần số góc  của nguồn xoay chiều kích thích Rõ ràng đường biểu diễn chứng tỏ khi  = ch = 0 thì 0

Trong thực tế, muốn có hiện tượng cộng hưởng điện ta có hai phương pháp sau đây:

- Hoặc thay đổi tần số kích thích  sao cho nó bằng tần số góc riêng 0

Hiện tượng cộng hưởng điện được ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật

vô tuyến điện, thí dụ trong việc thu sóng điện từ (mạch chọn sóng)

2.3.4 Các máy điện

2.3.4.1 Máy điện đồng bộ

a Định nghĩa và công dụng

* Định nghĩa: Những máy điện xoay chiều có tốc độ roto n bằng tốc độ

quay của từ trường n1 gọi là máy điện đồng bộ Máy điện đồng bộ có hai dây quấn:

dây quấn stato nối với lưới điện có tần số f không đổi, dây quấn stato được kích

thích bằng dòng điện một chiều Ở chế độ xác lập máy điện đồng bộ có tốc độ quay

của roto luôn không đổi khi tải thay đổi

* Công dụng:

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của các lưới điện quốc gia,

trong đó động cơ sơ cấp là các tuabin hơi, tuabin khí hoắc tuabin nước Công suất

của mỗi máy có thể đạt đến 600MVA và lớn hơn và chúng thường làm việc song

song Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi động cơ

điezen hoặc các tuabin khí, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai ba máy làm việc song

song

Động cơ đồng bộ được sử dụng khi truyền động công suất lớn, có thể đạt

vài chục MW Trong công nghiệp luyện kim khai thác mỏ, thiết bị lạnh, động cơ

đồng bộ được sử dụng để truyền động các máy bơm, nén khí, quạt gió với tốc độ

không đổi Động cơ đồng bộ công suất nhỏ được sử dụng trong các thiết bị như

đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, thiết bị điện sinh hoạt

Trong hệ thống điện, máy bù đồng bộ dùng để phát công suất phản

kháng cho lưới điện để bù hệ số công suất và ổn định điện áp

b Cấu tạo của máy điện đồng bộ Cấu tạo của máy điện đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stato và roto Trên hình 2.6 vẽ mặt cắt ngang trục máy trong đó 1: lá thép stato; 2: dây quấn stato; 3: lá thép roto; 4: dây quấn roto

Hình 2 6 Mặt cắt ngang trục máy Hình 2.7: a) Roto cực ẩn b) Roto cực lồi

* Stato

Stato của máy điện đồng bộ giống như stato của máy điện không đồng

bộ, gồm hai phần chính là lõi thép stato và dây quấn ba pha stato Dây quấn stato gọi là dây quấn phần ứng

* Rôto

Rôto máy phát điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy, đối với máy nhỏ rôto là nam châm vĩnh cửu

Có hai loại là rôto cực ẩn và rôto cực lồi

Rôto cực lồi dùng ở các máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực

Rôto cực ẩn dùng ở các máy có tốc độ 3000 vòng/phút, có một đôi cực