Sáng kiến kinh nghiệm lý thí nghiệm điện xoay chiều

Sáng kiến kinh nghiệm lý thí nghiệm chương điện xoay chiều

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM GHÉP NỐI MÁY TÍNH NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 12

• Thiết bị thí nghiệm được trang bị thiếu thốn, lạc hậu và kém chính xác Đây là tình trạngchung của các trường phổ thông trung học, nhất là các trường ở xa thành phố

• Nhiều bài thí nghiệm không đủ thời gian thực hiện trong tiết dạy qui định do các yếu tố phụnhư giới thiệu dụng cụ (đặc biệt là dao động ký 2 chùm tia), đo đạc, xử lý kết quả

• Các thí nghiệm vật lí mà học sinh được học tập, rèn luyện (nếu có) ở trường phổ thông chưanhiều do số lượng giờ thực hành còn ít, mặt khác một số GV có tư tưởng ngại làm thí nghiệm biểudiễn khi dạy bài mới cho HS

• GV chưa quan tâm đúng mức về vấn đề học tập gắn liền với thực nghiệm

• Đầu tư kinh phí cho phương diện này ở các trường phổ thông còn hạn chế, khiêm tốn

Từ các nhận định trên, ta thấy cần phải từng bước khắc phục các nguyên nhân trên để việcdạy học có hiệu quả hơn Loại trừ các nguyên nhân khách quan, các vấn đề mang tính chủ quan vàđặc thù chuyên môn cần được phân tích và đề nghị các hướng khắc phục

Đáp ứng những yêu cầu đó đồng thời tiến tới đổi mới phương pháp dạy học (PPDH), nângcao chất lượng giáo dục trong trường trung học phổ thông (THPT) tôi đã chọn nghiên cứu đề tài

“Xây dựng và sử dụng bộ thí nghiệm ghép nối máy tính nhằm nâng cao hiệu quả dạy học một số kiến thức về mạch điện xoay chiều trong chương trình Vật Lí 12”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm ghép nối máy tính hỗ trợ dạy học một số kiến thức liên quan đếncác mạch điện xoay chiều có R, L, C trong chương trình Vật Lí 12 (với giao diện được xây dựng bằngngôn ngữ lập trình LabView)

- Thiết kế tiến trình dạy học có sử dụng các bộ thí nghiệm đã chế tạo để dạy học một cáchhiệu quả một số kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trong chương trìnhVật Lí 12

3 Giả thuyết khoa học của đề tài

Có thể thiết kế và tổ chức quá trình dạy học một cách hiệu quả một số kiến thức liênquan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trong chương trình Vật Lí 12, nếu vận dụng líluận dạy học hiện đại thiết kế và sử dụng thí nghiệm ghép nối máy tính phối hợp với các thínghiệm truyền thống.

4 Phạm vi nghiên cứu

+ Một số kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trong chương trình Vật

Lí 12 được đề cập trong luận văn là các nội dung về :

- Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần

- Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

- Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm

- Khảo sát mạch xoay chiều có R, L và C mắc nối tiếp

+ Tính hiệu quả đề cập đến trong giả thuyết bao gồm:

- Phát huy tính tích cực, năng lực sáng tạo của học sinh

- Nâng cao chất lượng kiến thức mà học sinh chiếm lĩnh

5 Đối tượng nghiên cứu

- Thí nghiệm ghép nối máy vi tính (lập trình bằng phần mềm LabView)

- Một số kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trong chương trình Vật Lí 12 :mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần , mạch điện xoay chiều chỉ tụ điện, mạch điện xoay chiều chỉcuộn cảm, mạch xoay chiều R, L, C nối tiếp

- Quá trình dạy học một số kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trongchương trình Vật Lí 12

6 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu lí luận dạy học hiện đại về phát huy tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS tronghọc tập

- Nghiên cứu các kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trongchương trình Vật Lí 12 (cụ thể hoá ở mục trên) nhằm xác định nội dung và đặc điểm củachúng

- Tìm hiểu thực tế dạy học các kiến thức trên nhằm xác định những khó khăn vànguyên nhân của những khó khăn ấy trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sángtạo của HS

- Nghiên cứu các bộ thí nghiệm đã có trong phòng thí nghiệm vật lí phổ thông để tìm ra những ưuđiểm và nhược điểm

- Thiết kế, chế tạo các bộ thí nghiệm ghép nối với máy vi tính để hỗ trợ việc dạy học các kiến thức trênmột cách hiệu quả.

- Thiết kế tiến trình tổ chức dạy học kiến thức trên một cách hiệu quả

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của tiến trình dạy học đã thiết kế

và phân tích các ưu điểm, nhược điểm của các bộ thí nghiệm mới chế tạo trong dạy học

7 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu lí luận

- Điều tra thực tiễn

- Phương pháp thực nghiệm (trong phòng thí nghiệm): được sử dụng để thiết kế và chế tạocác bộ thí nghiệm ghép nối máy tính

- Thực nghiệm sư phạm: được sử dụng để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài

- Sử dụng thống kê toán học trong nghiên cứu khoa học giáo dục: được sử dụng để xử lýđịnh lượng các kết quả trong thực nghiệm sư phạm

8 Đóng góp của đề tài

- Sản phẩm của đề tài sẽ làm phong phú thêm danh mục các thiết bị thí nghiệm ở trường phổ

thông, tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên sử dụng thiết bị thí nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả trongdạy học Vật lý ở trường PT

- Tiến trình dạy học có sử dụng thiết bị thí nghiệm ghép nối máy tính là tài liệu thamkhảo cho giáo viên phổ thông trong việc tổ chức dạy học một số kiến thức nêu trên một cáchhiệu quả

Cấu trúc của đề tài

Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, đề tài gồm 4 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn

Chương 2 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm ghép nối với máy vi tính

Chương 3 Thiết kế tiến trình dạy học các kiến thức về mạch điện xoay chiều có R, L, C theohướng phát huy tính tích cực và sáng tạo của học sinh

Chương 4 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG I

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Cơ sở lí luận về tổ chức quá trình dạy học theo hướng phát huy tính tích cực và sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí

1.1.1 Tính tích cực

Tính tích cực học tập là một hiện tượng sư phạm biểu hiện ở sự cố gắng cao về nhiều mặt trong học tập(L.V Rebrova, 1975) Học tập là một trường hợp riêng của nhận thức “ Một nhận thức đã được làm cho dễ dàng

đi và được thực hiện dưới sự chỉ đạo của giáo viên” (P.N Erdonive, 1974)

 Các biểu hiện của tính tích cực nhận thức

Theo G.I Sukina (1979) có thể nêu những dấu hiệu của tính tích cực hoạt động nhận thứcnhư sau:

- Học sinh khao khát tự nguyện tham gia trả lời các câu hỏi của giáo viên, thích đượcphát biểu ý kiến của mình về vấn đề nêu ra

- Học sinh hay nêu thắc mắc, đòi hỏi phải giải thích cặn kẽ những vấn đề giáo viên trình bàychưa đủ rõ

- Học sinh chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức, kỹ năng đã học để nhận ra vấn

đề mới

- Học sinh mong muốn được đóng góp những thông tin mới lấy từ những nguồn khác nhau,

có khi vượt ra ngoài phạm vi bài học, môn học

Về mức độ tích cực có thể phát hiện được điều đó nhờ dựa vào một số biểu hiện sau:

- Tự giác học tập hay bị bắt buộc bởi những tác động bên ngoài

- Thực hiện yêu cầu của giáo viên theo yêu cầu tối thiểu hay tối đa?

- Tích cực nhất thời hay thường xuyên liên tục?

- Tích cực tăng lên hay giảm dần?

- Có kiên trì vượt khó hay không?

1.1.2 Năng lực sáng tạo (1)

Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất và tinh thần,tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những hiểu biết đã có vào hoàncảnh mới Như vây, sản phẩm của sự sáng tạo không thể suy ra từ cái đã biết bằng cách suy luậnlogic hay bắt chước làm theo

 Những biểu hiện của năng lực sáng tạo:

- Khả năng tự lực chuyển các kiến thức cũ, vốn hiểu biết của mình sang một tình huống Vật

lí mới cần giải quyết

- Phát hiện được những chức năng mới ở đối tượng quen biết (chức năng mới ở đây cóthể chỉ mới đối với sự hiểu biết của học sinh)

- Nhanh chóng nhận ra cấu trúc, kết cấu đối tượng đang nghiên cứu

- Đưa ra một hay nhiều phương án giải quyết trước một vấn đề đặt ra

- Đề xuất ý kiến riêng, cách lí giải riêng khác với ý kiến đã biết về một hiện tượng, mộtnguyên tắc hay một quá trình nào đó mà không lệ thuộc vào ý kiến của giáo viên, của bạn bècũng như không sợ sai

- Nêu được giả thuyết một cách có căn cứ

- Đề xuất được ý tưởng bổ sung, cải tiến các thiết bị thí nghiệm đã có hay đề xuất cácphương án thí nghiệm mới

- Vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống bắt gặp bất ngờ

- Trong quá trình nhận thức, học sinh tự kiểm tra đánh giá điều chỉnh một cách nhanhchóng những sai lầm gặp phải

1.1.3 Phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo trong dạy học các kiến thức Vật lí với

việc sử dụng các phương tiên dạy học

1.1.3.1 Tiến trình khoa học xây dựng từng đơn vị kiến thức cụ thể (2)

1.1.3.2Tổ chức quá trình nhận thức các kiến thức Vật lí một cách tích cực và sáng tạo (3)

 Một số vận dụng của lí thuyết phát triển nhận thức của Jean Piaget và Lev Vygosky trong việc tổ chức quá trình hoạt động nhận thức Vật lí của học sinh một cách tích cực, tự chủ, sáng tạo

- Tổ chức tình huống học tập trong đó tạo nên sự mất cân bằng – xuất hiện mâu thuẫn vềmặt nhận thức

- Điều khiển, dẫn dắt học sinh tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận thức một cách tự lựcsáng tạo

1.1.3.3Sử dụng phối hợp các thí nghiệm ghép nối với máy vi tính và thí nghiệm truyền thống trong việc tổ chức quá trình nhận thức các kiến thức Vật lí một cách tích cực và sáng tạo

 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí (4)

- Theo quan điểm của lí luận nhận thức thí nghiệm có các chức năng:

+ Thí nghiệm là phương tiện thu nhận tri thức

+ Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của những tri thức đã thu nhận

+ Thí nghiệm là phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn

+ Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức

- Theo quan điểm của lí luận dạy học thí nghiệm có các chức năng:

+ Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trìnhdạy học

thực nghiệm

Hình a

Sơ đồ các pha của tiến

trình dạy học giải quyết

vấn đề

Hình b:

Sơ đồ các pha của tiến trình nghiên cứu xây dựng, bảo vệ

tri thức mới trong nghiên cứu khoa học

+ Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh.

+ Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp chohọc sinh

+Thí nghiệm là phương tiện kích thích học tập của học sinh

+ Thí nghiệm là phương tiện tổ chức hoạt động của học sinh

+ Thí nghiệm vật lí góp phần đơn giản hóa các hiện tượng và quá trình vật lí

 Sử dụng phối hợp các thí nghiệm ghép nối với máy vi tính và thí nghiệm truyền thốngtrong việc tổ chức quá trình nhận thức các kiến thức Vật lí một cách tích cực và sáng tạo

Khi dạy học một số nội dung, để tổ chức quá trình hoạt động học tập vật lí một cách tíchcực, tự chủ và sáng tạo, nếu chỉ sử dụng các phương tiện dạy học truyền thống thì sẽ gặp khókhăn để đạt được mục đích dạy học Chính vì vậy, khi công nghệ thông tin (CNTT) phát triển, để

hỗ trợ việc thực hiện tốt hơn mục tiêu dạy học, người ta đã tạo ra các phương tiện dạy học có sự

hỗ trợ của máy vi tính

Chu trình hoạt động nhận thức sáng tạo đựơc sơ đồ hoá theo hình sau:

1.2 Điều tra thực tiễn về quá trình dạy học phần nội dung kiến thức các mạch điện xoay chiều có R, L, C ở trường THPT

1.2.1 Về giáo viên

1.2.1.1 Kiến thức về lí luận dạy học vật lí

Trong quá trình dạy học giáo viên chưa tổ chức hoạt động dạy học theo tiến trình dạy họcgiải quyết vấn đề nên không lôi cuốn học sinh vào tham gia xây dựng kiến thức mới, không pháthuy được tính tích cực, tự lực tìm tòi, sáng tạo của học sinh Giáo viên chưa khai thác triệt đểkiến thức cũ của học sinh trong quá trình xây dựng kiến thức mới

1.1.1.2 Vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn dạy học phần các mạch điện xoay chiều có R, L, C

Phần lớn giáo viên vẫn chọn phương pháp dạy học truyền thống để hình thành các kiến thứctrong chương “Dòng điện xoay chiều”, khi dạy GV không sử dụng thí nghiệm vì vậy quá trình dạy

Mô hình- Giả thuyết trừu

Các sự kiện

Hình 1 Chu trình hoạt động nhận thức sáng tạo

học vẫn nặng về truyền thụ một chiều (GV giảng giải, thông báo kiến thức theo một trình tự nêutrong SGK, nhấn mạnh cho HS ghi nhớ những nội dung quan trọng của bài học).

1.2.1.3 Các khó khăn thường gặp khi dạy học kiến thức vật lí liên quan đến thí nghiệm

+ Đòi hỏi phải có những thiết bị dạy học phức tạp và những cơ sở vật chất tương ứng,trong khi đó phương tiện dạy học ở trường phổ thông hiện nay còn khá thiếu thốn, lạc hậu

+ Các thiết bị thí nghiệm phải đồng bộ và thống nhất trong cả nước

+ Tiến hành thí nghiệm trong giờ học sẽ tốn nhiều thời gian hơn nên lượng kiến thức sẽphải hạn chế bớt, đòi hỏi HS phải có năng lực tự học, tự đào sâu nghiên cứu

+ Giáo viên phải chuẩn bị nhiều hơn và công việc giảng dạy sẽ phức tạp và nặng nhọc hơn.+ Đòi hỏi giáo viên phải có kĩ năng sử dụng thí nghiệm một cách nhuần nhuyễn, biết cách

sử dụng thí nghiệm phù hợp với nội dung bài học để mang lại hiệu quả cao nhất

+ Trình độ học sinh không đồng đều cũng là một trở ngại lớn khi tiến hành dạy học kiếnthức vật lí liên quan đến thí nghiệm

+ Để việc làm thí nghiệm thành công thì giáo viên phải biết cách tổ chức, chọn những dụng cụsao cho hạn chế ít nhất những sai số không cần thiết

1.2.2 Về học sinh

1.2.2.1 Tính tích cực sáng tạo trong quá trình học tập

Đa số HS tiếp cận bài giảng một cách thụ động, ngại suy nghĩ động não, hoạt động chủyếu của HS là ngồi nghe thầy cô giảng bài, ghi chép lại các nội dung mà GV đã cô đọng, quátrình xây dựng bài giảng còn rất hạn chế HS chưa tích cực, sáng tạo trong quá trình tiếp cận kiếnthức mới

1.2.2.2 Các khó khăn mà HS gặp phải khi học về các mạch xoay chiều R, L, C

- HS chưa hiểu rõ bản chất của sự cùng pha, sớm pha, trễ pha của các đại lượng nên gâykhó khăn trong việc vận dụng kiến thức để giải các bài tập liên quan

- HS không biết phải tăng tần số f hay giảm tần số f để tạo ra hiện tượng cộng hưởng trongtrường hợp u sớm pha hơn i hoặc ngược lại

- Khả năng diễn đạt nội dung kiến thức bằng ngôn ngữ vật lí còn yếu do đó HS lúng túng,thiếu tự tin khi phải phát biểu xây dựng bài, giải thích hiện tượng, khi diễn đạt vấn đề mà bản thânhọc sinh muốn hiểu hoặc muốn hỏi

- HS rất lúng túng khi lắp ráp thí nghiệm, các kĩ năng thực hành còn hạn chế

1.2.2.3 Các sai lầm mà HS gặp phải khi học về các mạch xoay chiều R, L, C

- Về khái niệm các đại lượng đặc trưng cho mạch điện xoay chiều:

+ Lẫn lộn giữa các giá trị tức thời, cực đại, hiệu dụng.

+ Không phân biệt được số chỉ của ampe kế, vôn kế là chỉ giá trị cường độ dòng điện, hiệu điệnthế hiệu dụng hay cực đại của dòng điện xoay chiều

- Về mối liên hệ giữa các đại lượng trong các đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh.+ Nắm được công thức tính cảm kháng, dung kháng nhưng không hiểu được là giá trị cảmkháng, dung kháng phụ thuộc vào tần số dòng điện

+ Hiểu sai về pha của cường độ dòng điện trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần luônbằng không

+ Hay nhầm lẫn khi đi so sánh pha của cường độ dòng điện với pha của hiệu điện thế vàngược lại

+ Thường hay bỏ qua giá trị điện trở thuần của cuộn dây

+ Khi giải các bài toán về cực trị của dòng điện xoay chiều còn hay nhầm sang hiện tượngcộng hưởng điện Thường lúng túng trong việc phải biến đổi các công thức về dạng cơ bản khigiải các bài toán cực trị

+ Thường vẽ và tổng hợp sai các vectơ trong giản đồ vectơ Frexnen của bài toán mạchRLC không phân nhánh mà cuộn cảm có điện trở thuần

+ Thường vận dụng lẫn lộn các công thức của dòng điện một chiều vào giải toán cho mạchđiện xoay chiều

1.2.3Về cơ sở vật chất

1.2.3.1Quy mô phòng thí nghiệm

Tình trạng chung trong nhiều trường trung học phổ thông hiện tại là do thiếu phòng học nênkhông thể bố trí phòng thí nghiệm thực hành riêng biệt Ở nhiều trường dù có phòng thực hànhnhưng lại quá nhỏ hẹp, diện tích không đủ chuẩn (bằng hoặc nhỏ hơn phòng học thông thường) nênviệc bố trí thí nghiệm, thực hành rất khó khăn

1.2.3.2 Trang thiết bị thí nghiệm

Trong trường phổ thông ở ta hiện nay, vẫn thiếu trầm trọng các phương tiện dạy học thôngthường cũng như hiện đại Bên cạnh đó phương tiện thí nghiệm được trang bị thiếu thốn, lạc hậu

và kém chính xác.Dụng cụ thí nghiệm không chính xác dẫn đến kết quả sai lệch với nội dung bàihọc

1 Sử dụng bộ thí nghiệm mạch RLC được trang bị ở trường THPT

- Ưu điểm: Giúp HS:

+ Khảo sát về tác dụng của các linh kiện điện đối với dòng điện xoay chiều

+ Khảo sát định luật Ôm của đoạn mạch chứa các linh kiện điện R, L, C

+ Bước đầu làm quen với các dụng cụ như: đồng hồ đo điện đa năng hiện số, cuộn cảm, tụ điện…

- Nhược điểm:

+ Không khảo sát được mối quan hệ về pha của điện áp và cường độ dòng điện trực tiếp màphải thông qua giản đồ Fre – nen

+ Sai số trong thí nghiệm còn khá lớn

+ Khả năng quan sát của HS rất hạn chế khi giáo viên tiến hành thí nghiệm

2 Sử dụng thí nghiệm mạch RLC và các ampe kế, vôn kế xoay chiều

- Ưu điểm:

Ngoài những ưu điểm như đã nêu ở phương án 1, phương án này đã có thể giúp khảo sát mối quan

hệ về pha của điện áp và cường độ dòng điện trong mạch

- Nhược điểm:

+ Độ chính xác của thí nghiệm chưa cao

+ Không khảo sát được cuộn cảm

+ Thí nghiệm này đòi hỏi ta phải tiến hành với tần số thấp (cỡ vài Hz) nên giá trị điện trở thuầncủa cuộn dây là đáng kể so với cảm kháng của nó

+ Thí nghiệm đòi hỏi phải lựa chọn linh kiện và dụng cụ thích hơp

3 Sử dụng Dao động kí (DDK) điện tử

- Ưu điểm: Sử dụng dao động kí điện tử là phương án có nhiều ưu điểm nhất:

+ Dùng để khảo sát định lượng về điện áp, dòng điện

+ Xác định được mối quan hệ về pha của điện áp và cường độ dòng điện của các đoạnmạch một cách dễ dàng vì nó cho phép hiển thị đồ thị của chúng lên màn hình của DDK

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM GHÉP NỐI

VỚI MÁY VI TÍNH 2.1 Yêu cầu đối với các bộ thí nghiệm trong dạy học các kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C

2.1.1 Yêu cầu chung của các bộ thí nghiệm nghiên cứu về các kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C

a) Yêu cầu về kết quả thí nghiệm

+ Đối với thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần: Phải chỉ rađược u và i luôn cùng pha, nếu quan sát trên màn hình dao động kí đồ thị của hai tín hiệu nàyphải trùng khít nhau

+ Đối với thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện: Phải chỉ ra được u và

i luôn lệch pha  / 2, nếu quan sát trên màn hình dao động kí đồ thị của u sẽ trễ pha  / 2 so với

đồ thị của i

+ Đối với thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần: Phải chỉ rađược u và i luôn lệch pha  / 2, nếu quan sát trên màn hình dao động kí đồ thị của u sẽ sớm pha/ 2

 so với đồ thị của i

+ Đối với thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều có điện trở thuần, tụ điện và cuộncảm thuần mắc nối tiếp: Phải chỉ ra được độ lệch pha của u và i tương ứng với từng giá trị cụ thểcủa L và C Khảo sát được hiện tượng cộng hưởng trong mạch

b) Yêu cầu về phương án thí nghiệm

Vì uR và i cùng pha nên ta có thể khảo sát uR thay vì khảo sát trực tiếp i, do đó khi bố trímạch điện ta mắc thêm một điện trở R, tín hiệu điện áp giữa hai đầu điện trở này xem như tínhiệu của i trong mạch

Mạch điện phải đảm bảo sao cho tránh được yếu tố nhiễu do dây nối

Nếu là thí nghiệm biểu diễn của GV thì các bộ thí nghiệm phải có kích thước đủ lớn Nếu là thí nghiệm thực tập của HS thì bộ thí nghiệm cần nhỏ gọn, ít chi tiết

2.2 Định hướng chế tạo bộ thí nghiệm mới

Trên cơ sở của phương án sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều dùngDDK điện tử chúng tôi đã sử dụng phương pháp thay thế có cùng tác dụng nhưng cho hiệu quảthí nghiệm cao hơn, đó là sử dụng phần mềm DDK được viết bằng ngôn ngữ lập trình Labview,phần cứng là bộ xử lý của máy tính PC thông qua ghép nối Analog – Digital nhận tín hiệu quacổng USB từ mạch xoay chiều RLC Các thông số của mạch sẽ được xử lý, hiển thị qua giao diệnphần mềm DDK

2.3 Thiết kế chế tạo bộ thí nghiệm mới

2.3.1 Nghiên cứu bộ ghép nối – USB 6009

Thiết bị thu thập dữ liệu đa chức năng National Instruments USB-6009 cung cấp khả năngthu thập dữ liệu tin cậy với giá thành thấp Với kiểu kết nối USB, thiết bị này đủ đơn giản để thựchiện đo lường nhanh, nhưng cũng đủ linh hoạt để thực hiện các ứng dụng đo lường phức tạp

2.3.2 Nghiên cứu phần mềm Labview

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần

mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments (NI), Hoa kỳ LabVIEW làmôi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp đa kênh giữa con người, thuật toán

và các thiết bị

2.3.3 Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm ghép nối máy vi tính sử dụng ngôn ngữ lập trình Labview với card thu thập dữ liệu đa năng – USB 6009

Phương án thí nghiệm ghép nối máy vi tính được thực hiện theo sơ đồ nguyên tắc sau:

2.3.3.1 Các Module của bộ thí nghiệm

Module 1: Thiết bị thí nghiệm RLC

Module 2: Card thu thập dữ liệu đa năng – USB 6009

Module 3: Giao diện và phần mềm xử lý số liệu

2.3.3.2 Các thí nghiệm đã xây dựng

1.Thí nghiệm kiểm chứng trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, hiệu điện thế biến thiên điều hòa cùng tần số, cùng pha với dòng điện

Bố trí mạch điện:

- Nối Ch0 (AI0, AI4) và Ch1 (AI1, AI5) vào mạch, kết nối USB6009 với PC

Kết quả: Có thể thu được tín hiệu rõ ràng trên giải tần từ 50Hz – 1kHZ

Hình 5 Đồ thị biểu diễn u R và i

2 Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch chỉ

có cuộn cảm

Bố trí mạch điện:

- Nối Ch0 (AI0, AI4) và Ch1 (AI1, AI5) vào mạch, kết nối USB6009 với PC

Kết quả: + Có thể thu được tín hiệu rõ ràng trên giải tần từ 100Hz – 1kHZ

uR

+ Độ lệch pha  = / 2

4.3 Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch chỉ có tụ điện

Bố trí mạch điện:

- Nối Ch0 (AI0, AI4) và Ch1 (AI1, AI5) vào mạch, kết nối USB6009 với PC

Kết quả: + Có thể thu được tín hiệu rõ ràng trên giải tần từ 50Hz – 1kHZ

uC

i

Hình 9 Đồ thị u C và i

iu

Hình 10 Đồ thị u và i khi chưa có cộng hưởng điện

Tăng dần f, Mạch có cộng hưởng, u và i cùng pha, biên độ i cực đại.

Ta có thể thay đổi các giá trị tần số f tùy ý từ 400Hz - 872,3Hz Khi f = fCH = 872,3Hz thìhiện tượng cộng hưởng xảy ra

ui

Hình 11 Đồ thị u và i khi có cộng hưởng điện

CHƯƠNG III THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

CÓ R, L ,C THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC

SINH 3.1 Một số nội dung kiến thức về các mạch điện xoay chiều có R, L, C

3.1.1 Đại cương về dòng điện xoay chiều

 Khái niệm về dòng điện xoay chiều

 Các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều

 Mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

 Mạch xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm

3.1.3 Mạch điện xoay chiều gồm điện trở, tụ điện và cuộn dây thuần cảm mắc nối tiếp

3.2 Những định hướng chung của việc thiết kế tiến trình dạy học

3.2.1 Về kiến thức

3.2.2 Về kĩ năng

3.2.3 Chuẩn bị của Giáo viên

3.3 Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức trong chương “Dòng điện xoay chiều” Vật

lí lớp 12

3.3.1 Thiết kế tiến trình dạy học nội dung : Mạch điện chỉ chứa điện trở thuần

3.3.2 Thiết kế tiến trình dạy học nội dung : Mạch điện chỉ chứa tụ điện

3.3.3 Thiết kế tiến trình dạy học nội dung : Mạch điện chỉ chứa cuộn cảm

3.3.4 Thiết kế tiến trình dạy học nội dung : Hiện tượng cộng hưởng điện

3.4 Tiến trình dạy học một số nội dung trong chương: “Dòng điện xoay chiều”