Thiết kế thí nghiệm và xây dựng video hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lí ở trường trung học phổ thông phần dòng điện xoay chiều

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ĐÀO THỊ KIM CHI THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG VIDEO HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG PHẦN DÒNG ĐIỆN X

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

ĐÀO THỊ KIM CHI

THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG VIDEO HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG PHẦN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ

Hà Nội – 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG VIDEO HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG PHẦN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Thị Thu Hiền

Sinh viên thực hiện khóa luận: Đào Thị Kim Chi

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này, tôi đã nhận được sự quan tâm, động viên và giúp đỡ rất lớn từ quý Thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè Tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc của mình đến:

Cô PGS.TS Lê Thị Thu Hiền, người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn,

đã rất tận tâm, tận tình chỉ dạy, truyền đạt kinh nghiệm, là người luôn động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện khóa luận Quý thầy cô trong Khoa Vật Lý, trường Đại học Giáo dục đã luôn tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và những ý kiến đóng góp hết sức chân tình để tôi

có thể hoàn thiện khóa luận

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè thân hữu đã hết lòng quan tâm, động viên, cổ vũ và giúp đỡ tôi học tập, nghiên cứu giúp tôi có thêm nghị lực để hoàn thành khóa luận

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2018

Sinh viên

Đào Thị Kim Chi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.Lí do lựa chọn đề tài 1

2.Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 3

1.1 Phân tích nội dung, chương trình phổ thông phần “Dòng điện xoay chiều” 3 1.1.1 Nội dung kiến thức cơ bản phần “Dòng điện xoay chiều” 3

1.1.1.1 Mạch RLC 3

1.1.1.2 Dao động điện cưỡng bức 4

1.1.1.3 Dòng điện xoay chiều 8

1.1.1.4 Phương pháp Fresnel 11

1.1.1.5 Công suất tỏa ra trên mạch điện xoay chiều 11

1.1.1.6 Máy phát điện 12

1.1.1.7 Máy biến thế Sự vận chuyển năng lượng điện 13

1.1.2 Những yêu cầu chương trình phổ thông mới ……… 15

1.2 Phân tích lozic hình thành kiến thức phần “Dòng điện xoay chiều” 17

1.2.1 Graph nội dung phần “Dòng điện xoay chiều” 17

1.2.2 Phân tích lozic hình thành kiến thức 20

1.2.2.1 Khái niệm về dòng điện xoay chiều 20

1.2.2.2 Các giá trị hiệu dụng 21

1.2.2.3 Phương pháp giản đồ Fresnel (phương pháp vector quay) 22

1.2.2.4 Các loại mạch điện xoay chiều 23

1.2.2.5 Công suất của dòng điện xoay chiều 26

1.2.2.6 Máy phát điện xoay chiều 28

1.2.2.7 Động cơ không đồng bộ ba pha 29

1.2.2.8 Máy biến áp Truyền tải điện năng 30

CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM PHẦN “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU”32 2.1 Mục đích thiết kế các thí nghiệm 32

2.2 Khảo sát độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện giữa hai đầu điện trở 32

2.3 Khảo sát mạch xoay chiều chỉ có có tụ điện 33

2.4 Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm 34

2.5 Khảo sát mạch điện xoay chiều R – L – C mắc nối tiếp 36

2.6 Máy phát điện xoay chiều ba pha 39

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40

1.1 Báo cáo thí nghiệm khảo sát độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện giữa hai đầu điện trở 42

1.2 Báo cáo thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện 42

1.3 Báo cáo thí nghiệm khảo sát mạch điện chỉ chứa cuộn cảm 45

1.4 Báo cáo thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều R-L-C mắc nối tiếp46 1.5 Báo cáo thí nghiệm máy phát điện xoay chiều ba pha 48

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

MỞ ĐẦU

1 Lí do lựa chọn đề tài

Thực nghiệm luôn đóng vai trò quan trọng trong vật lí học Đặc biệt trong quá trình dạy học ở trung học phổ thông, các kiến thức phần lớn được hình thành từ con đường thực nghiệm Phương pháp này rèn luyện cho học sinh những kĩ năng như quan sát hiện tượng vật lí trong tự nhiên, trong đời sống hoặc trong các thí nghiệm, giúp học sinh sử dụng được các dụng cụ đo phổ biến của vật lí, biết lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm vật lí đơn giản Thí nghiệm là một khâu then chốt của phương pháp thực nghiệm Tuy nhiên, do nhiều yếu tố chủ quan và khách quan như khả năng làm thí nghiệm của giáo viên và học sinh còn hạn chế, thiết bị thí nghiệm có chất lượng chưa cao, chưa chính xác khiến thời gian tiến hành thí nghiệm sẽ không được đảm bảo dẫn đến quá trình hình thành kiến thức cho học sinh bằng con đường thực nghiệm không được hiệu quả Để khắc phục nhược điểm trên chúng ta có thể sử dụng các video clip hướng dẫn các thí nghiệm đã được thiết kế cẩn thận, công phu từ khâu lựa chọn thiết bị thí nghiệm cho đến khâu thực hiện để nâng cao hiệu quả của quá trình dạy học

Nội dung phần “dòng điện xoay chiều” chiếm một phần quan trọng trong chương trình vật lí phổ thông Hầu hết kiến thức của phần này được hình thành từ con đường thực nghiệm thông qua các thí nghiệm vật lí Chính vì thế các thí nghiệm nếu không được chuẩn bị kĩ sẽ diễn ra với thời gian dài, khó thực hiện một cách chính xác trong phạm vi thời gian một tiết học Bên cạnh đó, một số dụng cụ thí nghiệm được sử dụng trong nhà trường phổ thông chưa đảm bảo được chất lượng đáp ứng các yêu cầu của phương tiện dạy học Chính vì vậy, muốn đạt được mục tiêu dạy học thì phương án tối ưu là sử dụng các video clip đã được chuẩn bị công phu

Vì những lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu “Thiết kế thí nghiệm

và xây dựng video hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lí ở trường trung học phổ thông phần “Dòng điện xoay chiều”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng thí nghiệm phần “Dòng điện xoay chiều” sử dụng dạy học ở phổ thông theo chương trình Vật lí phổ thông mới

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu chương trình phổ thông mới về dạy học theo hướng phát triển năng lực cho học sinh Nghiên cứu lí luận về phương pháp thực nghiệm và ứng dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí trung học phổ thông

- Nghiên cứu và phân tích nội dung chương trình Vật lí trung học phổ thông phần

“Dòng điện xoay chiều”

- Nghiên cứu cấu tạo và xây dựng các bài thí nghiệm phần “Dòng điện xoay chiều”

- Xây dựng video hướng dẫn tiến hành các thí nghiệm

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Phân tích nội dung, chương trình phổ thông phần “Dòng điện xoay chiều”

1.1.1 Nội dung kiến thức cơ bản phần “Dòng điện xoay chiều”

1.1.1.1 Mạch RLC

Khảo sát mạch RLC như hình vẽ

Giả sử tại thời điểm t = 0, trên các bản tụ đã

có điện tích bằng Q0 và ta bắt đầu đóng khóa

Khi điều kiện 2 4L

R C

 thỏa mãn, giải phương trình vi phân (1) với các điều kiện ban đầu ta thu được nghiệm sau:

2 0

R t L

q t Q e  t (2) Trong đó:

2

2

1'

Đây là các phương trình dao động điện từ tắt dần trong mạch RLC Các mạch dao động đóng vai trò rất quan trọng trong nhiều dụng cụ điện tử Nghiên cứu chi tiết hơn về các mạch này thường được trình bày trong các giáo trình về lý thuyết dao động [1, tr.335 - 336]

1.1.1.2 Dao động điện cưỡng bức

Để buộc mạch RLC hoàn thành một dao động cưỡng bức ta mắc nối tiếp vào mạch điện một nguồn xoay chiều:

cos

m

U U t Lúc đó phương trình vi phân có dạng :

q t( )q mcos( t  ) (4)

0 0

2,

m

m

U L

U q

Nghiệm tổng quát của phương trình (3) là tổng nghiệm riêng (4) với nghiệm tổng quát của phương trình tổng quát (2) Do nghiệm tổng quát của (2) có chứa số hạng

2

L C

Như vậy, so sánh U U mcost với (6) ta thấy dòng chậm pha so với hiệu điện

thế vào một lượng là  trong trường hợp   0 tức là L 1

u chậm pha hơn dòng

2



u

U I

12

chg

R

LC L

    thì q đạt giá trị cực đại, tức là có hiện tượng cộng hưởng thế Khi 0 các đường cong cộng hưởng thế hội tụ về một điểm có giá trị bằng U m Cực đại càng cao

và càng nhọn khi giá trị

2

R L

L C

1

chI

LC

  Như vậy, khi   chI, có hiện tượng cộng hưởng dòng và tần số cộng hưởng

cộng hưởng điện, nguồn sẽ chuyền cho mạch một năng lượng cực đại khi đạt đến giá trị cộng hưởng Chính vì vậy, mà hiện tượng cộng hưởng được sử dụng trong nhiều mạch khác nhau Ví dụ trong máy thu thanh, máy thu vô tuyến truyền hình, cộng hưởng cho phép thu được tín hiệu từ máy phát Nhiều đài với nhiều tần số khác nhau đến với khung dao động, nhưng chỉ có tín hiệu nào có tần số bằng tần số cộng hưởng của khung thì mới cho dòng chạy trong khung Bằng cách thay đổi các giá trị L và C ta thu được các tín hiệu từ các đài phát khác nhau [2, tr 169 – 173]

1.1.1.3 Dòng điện xoay chiều

Quá trình dao động điện cưỡng bức mà ta đã khảo sát ở trên chính là sự chuyền qua một dòng điện xoay chiều trong mạch RLC khi đấu nối tiếp vào mạch một nguồn xoay chiều u(t)U cosm t

Ta có thể biểu diễn hiệu điện thế xoay chiều dưới dạng:

U t U  ft Hiệu điện thế này dao động từ U m đến U m Giá trị U m được gọi là hiệu điện thế cực đại hay là biên độ của thế Tần số f biểu diễn số dao động trong một giây

Trong một mạch điện chỉ có điện trở thuần R, theo định luật Ohm, cường độ dòng điện tức thời:

 là giá trị cực đại hay biên độ dòng

Công suất tỏa nhiệt trên điện trở R là:

P t I R ft Giá trị trung bình của công suất P do giá trị trung bình của 2

cos 2 f quy định

và có giá trị bằng:

2

1( )

P t  I R

hoặc

2

1( )2

P t  I RI R hoặc

d

1( )2

Trong trường hợp tổng quát khi trong mạch có cả điện trở thuần R, cuộn cảm L

và tụ điện C, theo các phương trình:

U I

R





   Khi   0 dòng nhanh pha hơn hiệu điện thế áp vào

Khảo sát một số mạch điện đơn giản:

 So sánh biểu thức này với giá trị tổng trở ta thấy khi nối tắt tụ điện có giá trị bằng 

b Mạch chỉ có cảm kháng

Trong trường hợp này ta có:

m m

U I L

so với điện áp, hay điện áp trên cuộn

cảm nhanh pha so với dòng một lượng

2



c Mạch chỉ có tụ

Trong trường hợp này cả R lẫn L đều bằng không Ta có:

m m

U I C





,2

tg   

Đại lượng:

rằng dòng một chiều không thể đi qua tụ điện được Do

- Có độ lớn bằng biên độ dao động A

- Tạo với trục x một góc bằng pha ban đầu 

- Vector X quay quanh điểm O với vận tốc góc bằng 

Các phép tính về các đại lượng điện trong trường hợp này được thay thế bằng các phép tính về vector thông qua các phép tính về các hàm lượng giác [1, tr.345]

1.1.1.5 Công suất tỏa ra trên mạch điện xoay chiều

Giá trị tức thời của công suất bằng tích các giá trị tức thời của dòng và hiệu điện thế, tức là:

p t u t i t U t I  t

Dùng công thức lượng giác:

kí hiệu giá trị này bằng P Vì giá trị trung bình của cos(2 t ) trong một chu kì bằng

1.1.1.6 Máy phát điện

Ứng dụng cơ bản của phát minh Faraday

là chế tạo các máy phát điện hay còn gọi là

dynamo Đây là các máy biến đổi năng lượng cơ

học thành năng lượng điện Về thực chất có thể

cho môtơ điện làm việc theo chế độ ngược lại để

có được một máy phát điện Hình 1.2 là sơ đồ

của một máy phát điện xoay chiều đơn giản

Máy gồm nhiều vòng dây được quấn trên

khung Nhờ lực cơ học, các khung dây quay

trong từ trường và do đó trong khung xuất hiện

một suất điện động cảm ứng Cũng chính nhờ vậy mà máy phát tạo ra dòng xoay chiều Dùng quy tắc bàn tay phải (F q v B ^  ) áp dụng cho từng đoạn dây đó

Hình 1.3 Mô hình máy phát điện

xoay chiều

Nhờ lực cơ học ta có thể làm cho khung dây quay với vận tốc ở trong một từ trường đều B Theo định luật Faraday, suất điện động cảm ứng tương ứng bằng:

hệ thống làm quay Trong các nhà máy thủy điện, turbine được nước chảy từ độ cao từ các đập làm quay, còn trong các nhà máy nhiệt điện người ta dùng hơi nước có áp suất rất lớn từ các nồi hơi nước được đốt nóng bằng than, dầu và khí thiên nhiên để làm quay turbine [1, tr.307]

1.1.1.7 Máy biến thế Sự vận chuyển năng lượng điện

Máy biến thế là một dụng cụ điện để

tăng hoặc giảm hiệu điện thế xoay chiều Máy

gồm hai cuộn dây được gọi là cuộn thứ cấp và

cuộn sơ cấp được liên kết với nhau qua một

mạch từ được gọi là lõi biến thế Lõi gồm

những lá kim loại mỏng được sơn cách điện sắp

xếp lại với nhau để giảm bớt dòng Foucault

Máy biến thế hoạt động theo dựa trên

trong máy biến thế, tức là khi hiệu suất của máy gần 100% Khi ta có một hiệu điện thế xoay chiều tác dụng lên hai đầu của cuộn sơ cấp Trường từ biến đổi gây nên một suất điện động cảm ứng biến đổi trong cuộn thứ cấp với cùng một tần số như trong cuộn sơ cấp Độ lớn của hiệu điện thế trong cuộn thứ cấp là hàm số của vòng dây có trong cuộn

đó Theo định luật Faraday, suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp được xác định bằng công thức sau:

U  N Khi N s N p ta có máy tăng thế (survolteur), trong trường hợp ngược lại

N N , ta có máy hạ thế (devolteur)

Theo định luật bảo toàn năng lượng, công suất lối ra bằng công suất lối vào Nếu đảm bảo được điều kiện này thì hiệu suất của máy biến thế có thể đạt đến 99%, vì tiêu hao nhiệt lượng trong máy biến thế không đáng kể Từ điều kiện cân bằng công suất, ta có:

I  N

Máy biến thế chỉ làm việc với các dòng xoay chiều và đóng vai trò rất quan trọng trong việc vận chuyển năng lượng Các nhà máy phát điện thường ở xa các trung tâm sử dụng điện, thông thường các nhà máy thủy điện nằm gần các đập, các nhà máy điện nguyên tử cần nằm gần nguồn nước để có nước làm lạnh vì vậy để vận chuyển điện từ nhà máy đến nơi tiêu thụ người ta phải nâng cao thế để giảm bớt tiêu hao năng lượng dọc đường [1, tr 312]

1.1.2 Những yêu cầu chương trình phổ thông mới [4, tr.29]

Thông qua chương trình môn Vât lí, học sinh hình thành và phát triển được thế giới quan khoa học; rèn luyện được sự tự tin, trung thực, khách quan; cảm nhận được

vẻ đẹp của thiên nhiên; yêu thiên nhiên, tự hào về thiên nhiên của quê hương, đất nước; tôn trọng các quy luật của thiên nhiên, trân trọng giữ gìn và bảo vệ thiên nhiên, ứng xử với thiên nhiên phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững; đồng thời hình thành và phát triển được các năng lực tự chủ và tự học, giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo

Đặc biệt học sinh hình thành và phát triển được năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên, cụ thể là năng lực vật lí, bao gồm các thành phần sau:

a Nhận thức kiến thức vật lí

- Nhận thức được kiến thức phổ thông cốt lõi về: mô hình hệ vật lí; chất, năng lượng và sóng; lực và trường

- Nhận biết được một số ngành, nghề liên quan đến vật lí

b Tìm tòi và khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí

- Thực hiện được hoạt động tìm tòi, khám phá một số sự vật, hiện tượng đơn giản, gần gũi trong thế giới tự nhiên và đời sống theo tiến trình

- Thực hiện được việc phân tích, so sánh, rút ra những dấu hiệu chung và riêng của một số sự vật, hiện tượng đơn giản, gần gũi trong thế giới tự nhiên

- Sử dụng được các chứng cứ khoa học để kiểm tra các dự đoán, lí giải các chứng cứ, rút ra kết luận

c Vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn

- Vận dụng được kiến thức vật lí để mô hình hóa các hệ vật lí đơn giản và sử dụng được toán học như một ngôn ngữ và công cụ để giải quyết vấn đề cụ thể

- Mô tả, dự đoán, giải thích hiện tượng, giải quyết vấn đề một cách khoa học; ứng xử thích hợp với công nghệ và thiên nhiên trong một số tình huống liên quan đến bản thân, gia đình, cộng đồng

Trong dự thảo chương trình Vật lí phổ thông mới, sau khi học xong phần “Dòng điện xoay chiều” phải đảm bảo học sinh đạt được những yêu cầu sau:

Bảng 1.1 Nội dung và yêu cầu của chương trình vật lí phổ thông mới

- Trình bày được biểu thức cường độ dòng điện hoặc điện áp xoay chiều

- Phân biệt được giá trị hiệu dụng và giá trị cực đại

- Khảo sát đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp bằng dụng cụ thực hành

Máy biến áp

- Nêu được nguyên tắc hoạt động của máy biến áp

- Vận dụng được công thức liên hệ số vòng dây, điện áp hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng cho máy biến áp lí tưởng

- Nêu được nguyên nhân hao phí năng lượng trong máy biến

điện xoay chiều

- Phân biệt được đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì

- Vẽ được mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode

- Vẽ được mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu

1.2 Phân tích lozic hình thành kiến thức phần “Dòng điện xoay chiều”

1.2.1 Graph nội dung phần “Dòng điện xoay chiều”

“Dòng điện xoay chiều” là chương thứ 5 và là chương trọng tâm trong chương trình Vật lí 12 nâng cao chiếm thời lượng lớn nhất trong phân phối chương trình (15 tiết) cụ thể như sau:

1 Tiết 42: Dòng điện xoay chiều Mạch điện xoay chiều chỉ có

8 Tiết 50: Động cơ không đồng bộ ba pha 1

12 Tiết 54 – 55: Thực hành: Khảo sát đoạn mạch điện xoay

Nội dung kiến thức của chương đa dạng thuộc nhiều khối kiến thức Để thuận tiện tôi chia chương thành 2 phần chính đó là đại cương về dòng điện xoay chiều và các loại máy và được thể hiện cụ thể qua sơ đồ tóm tắt kiến thức của chương sau đây:

Hình 1.5 Sơ đồ tổng hợp kiến thức phần “Dòng điện xoay chiều”

Tần số góc, chu kì, tần số Pha và pha ban đầu Công suất

Hệ số công suất

Dòng điện xoay chiều

Hệ thống dòng điện xoay

chiều 3 pha

Các giá trị tức thời, cực đại, hiệu dụng

Các giá trị tức thời

Các giá trị cực đại

Các giá trị hiệu dụng

Cường độ tức thời Điện áp tức thời Cường độ cực đại Điện áp cực đại Cường độ hiệu dụng Điện áp hiệu dụng

Quan hệ giữa dòng điện và điện

áp trong các mạch điện xoay chiều

Đoạn mạch chỉ có R

u cùng pha với i Đoạn mạch chỉ có C

u chậm pha với i Đoạn mạch chỉ có L

u nhanh pha với i

Đoạn mạch có RLC nối tiếp

1.2.2 Phân tích lozic hình thành kiến thức

Những nội dung kiến thức về “Dòng điện xoay chiều” đã được trình bày rất kỹ ở

cả sách cơ bản và nâng cao, đã làm rõ được đặc điểm cơ bản của dòng điện xoay chiều, dòng điện này thay đổi liên tục từ 50 đến 60 lần trong một giây làm từ trường do nó sinh ra cũng thay đổi theo Chính vì điều đó, dòng điện xoay chiều có một số tác dụng

mà dòng điện một chiều không có Để tìm hiểu kĩ hơn về sự trình bày kiến thức về dòng điện xoay chiều trong hai bộ sách cơ bản và nâng cao trong chương trình vật lí 12

ta đi nghiên cứu trong từng đơn vị kiến thức

1.2.2.1 Khái niệm về dòng điện xoay chiều

Sách giáo khoa cơ bản trình bày khái niệm dòng điện xoay chiều theo hướng

diễn dịch Bằng cách thông báo “dòng điện xoay chiều hình sin, gọi tắt là dòng điện xoay chiều, là dòng có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm sin hay cosin, với dạng tổng quát iI ocos( t  )” [3, tr.62], sau đó đưa ra

nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều bằng cách cho cuộn dây quay trong từ trường

Trong khi đó sách nâng cao trình bày khái niệm dòng điện xoay chiều theo hướng quy nạp, đó là không nêu ngay khái niệm mà đi trình bày về sự suất hiện suất điện động xoay chiều bằng cách cho khung dây dẫn thẳng quay quanh từ trường rồi

giới thiệu về hiệu điện thế xoay chiều hay điện áp xoay chiều đó là “hiệu điện thế biến thiên theo thời gian theo định luật dạng sin” [5, tr.142] và dòng điện xoay chiều và các

đại lượng có trong biểu thức

Hai cách đưa ra khái niệm khác nhau nhưng đều có những mục đích nhất định Với sách giáo khoa cơ bản nhóm tác giả muốn thông báo những dòng điện dao động với đặc điểm như vậy thì gọi là dao động xoay chiều Phương pháp trình bày này giúp học sinh định hình trước được về dòng điện xoay chiều, cách này giúp định hướng cho học sinh tiếp thu những kiến thức có liên quan Còn với sách giáo khoa nâng cao nhóm tác giả lại đi giới thiệu sự xuất hiện của xuất điện động xoay chiều trước tránh việc đưa đột ngột vào mạch điện hình sin mà học sinh không biết nó có nguồn gốc từ đâu Do

vậy khi đưa vào suất điện động xoay chiều tác giả chỉ nêu vắn tắt cách tạo ra và biểu thức còn việc nghiên cứu thì sẽ được trình bày kỹ hơn ở các bài sau

Trong sách cơ bản chỉ đưa ra biểu thức của dòng điện xoay chiều mà không đưa

ra biểu thức của điện áp xoay chiều Trong sách giáo khoa nâng cao ngoài việc đưa ra biểu thức của điện áp và dòng điện:

uU  t

iI  tác giả còn nêu ra các trường hợp khác nhau của độ lệch pha    1 2 giữa điện áp tức thời u so với dòng điện tức thời i với các trường hợp tổng quát:

   

- Nếu  > 0 : u nhanh pha hơn so với i

- Nếu  < 0 : u chậm pha hơn so với i

- Nếu  = 0 : u cùng pha với i [5, tr.143]

Sự trình bày này là hợp lý, giúp học sinh hiểu và tránh được sự nhầm lẫn khi tính đại lượng pha của dòng điện và điện áp trong khi làm bài tập Bên cạnh đó, giáo viên cũng có thể định hướng và dẫn dắt vấn đề để nghiên cứu các trường hợp cụ thể của các mạch điện xoay chiều Sách giáo khoa cơ bản cũng trình bày về các trường hợp lệch pha của điện áp so với dòng điện nhưng lại trình bày ở phần các mạch xoay chiều

và trình bày cụ thể ở trong các loại mạch điện Mặt khác, sách giáo khoa nâng cao còn đưa ra đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch mà sách cơ bản không đưa ra Điều này giúp học sinh hiểu rằng dòng điện xoay chiều là một dao động cưỡng bức biến đổi lệch pha so với điện áp Sự biến đổi lệch pha được minh họa bằng đồ thị và chứng minh bằng thí nghiệm [6, tr.7]

1.2.2.2 Các giá trị hiệu dụng

Để xây dựng các khái niệm về các giá trị hiệu dụng cả chương trình sách giáo khoa cơ bản và nâng cao đều trình bày về cơ bản là giống nhau Sách giáo khoa cơ bản

xây dựng các giá trị hiệu dụng dựa trên giá trị của công suất tiêu thụ tức thời trên điện trở R:

√

mà chỉ nêu giá trị hiệu dụng của suất điện động và điện áp

Sách giáo khoa cơ bản còn nêu được các số chỉ ở trên các thiết bị sử dụng điện

và các thiết bị đo cũng như những giá trị thường dùng hàng ngày đều là các giá trị hiệu dụng Đây cũng là một nội dung mà học sinh hay bị nhầm lẫn trong khi tính toán trong khi làm bài tập Khi dạy phần này giáo viên cần nhấn mạnh để học sinh có thể phân biệt được các giá trị hiệu dụng, giá trị cực đại, giá trị định mức của các đại lượng

1.2.2.3 Phương pháp giản đồ Fresnel (phương pháp vector quay)

Đây là phương pháp rất quan trọng trong khi nghiên cứu mối liên hệ giữa các đại lượng của dòng điện xoay chiều Tuy nhiên sách giáo khoa cơ bản không có phần dành riêng cho phương pháp này ở phần đầu, chỉ đến mạch điện xoay chiều chứa