sáng kiến kinh nghiệm dạy học vật lí thpt

Đề tài sáng kiến kinh nghiệm đạt giải B cấp tỉnh

PHẦN I

MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Môn Vật lí là một bộ phận khoa học tự nhiên nghiên cứu về các hiện tượng Vật lí Những thành tựu của Vật lý được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất và ngược lại, chính thực tiễn sản xuất đã thúc đẩy khoa học Vật lí phát triển Vì vậy, học Vật lí không chỉ đơn thuần là học lí thuyết Vật lí mà phải biết vận dụng Vật lí vào thực tiễn sản xuất Do

đó trong quá trình giảng dạy, giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có được những kĩ năng, kĩ xảo và thường xuyên vận dụng những hiểu biết đã học để giải quyết những vấn

đề thực tiễn đặt ra Bộ môn Vật lí ở trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống và toàn diện Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc, đầy đủ những kiến thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cần phải rèn luyện cho các em những kĩ năng, kĩ xảo như: Kĩ năng, kĩ xảo giải bài tập, kĩ năng đo lường, quan sát …

Bài tập Vật lí nó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học Vật lí ở nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt các bài tập Vật lí các em sẽ có được những kĩ năng so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần phát triển tư duy của học sinh Đặc biệt, bài tập Vật lí giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống cụ thể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn hơn

Hiện nay , trong xu thế đổi mới của ngành giáo dục về phương pháp giảng dạy cũng như phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả giảng dạy và thi tuyển Cụ thể là phương pháp kiểm tra, đánh giá bằng trắc nghiệm khách quan (TNKQ) đang trở thành phương pháp chủ đạo trong kiểm tra, đánh giá chất lượng dạy và học Để đạt được kết quả tốt trong việc kiểm tra, thi tuyển, học sinh không những phải nắm vững kiến thức mà còn đòi hỏi học sinh phải biết xử lí nhanh đối với các dạng toán, đặc biệt các dạng toán điện xoay chiều và tổng hợp dao động cơ học

Với mong muốn giúp các em học sinh lớp 12 có được phương pháp giải các bài toán trắc nghiệm về tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số và một số

dạng bài tập mạch điện xoay chiều R-L-C nối tiếp một cách nhanh chóng bằng máy tính Casio fx-570ES, đồng thời rèn luyện kĩ năng xử lí nhanh các dạng câu hỏi trắc nghiệm nêu trên, giúp các em học sinh cảm thấy đơn giản hơn trong việc giải các bài tập trắc nghiệm Vật lí, có hứng thú khi làm bài tập trắc nghiệm Với kinh nghiệm giảng dạy bộ môn Vật lí 12 nhiều năm, bản thân tôi đã nghiên cứu đề tài:“ SỬ DỤNG MÁY TÍNH CASIO fx-570ES ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÍ 12”

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Làm quen với công tác nghiên cứu khoa học

- Tìm cho mình một phương pháp để tạo ra không khí hứng thú và lôi cuốn nhiều học sinh tham gia giải các bài tập Vật lí, đồng thời giúp các em đạt được kết quả cao trong các kì thi có môn thi Vật lí

- Nghiên cứu phương pháp giảng dạy bài tập Vật lí với quan điểm tiếp cận mới:

“Phương pháp Trắc nghiệm khách quan”

III NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Trong đề tài này tôi lần lượt giải quyết các nhiệm vụ sau:

-Tìm hiểu cơ sở lý luận chung của bài tập Vật lí và phương pháp giải bài tập vật lí ở Trường phổ thông

- Nghiên cứu lí thuyết về tổng hợp dao động và mạch điện xoay chiều R-L-C nối tiếp -Nghiên cứu cơ sở lí thuyết về số phức

-Nghiên cứu cách sử dụng máy tính Casio fx-570ES

- Vận dụng các cơ sở lí thuyết nêu trên để giải một số bài toán ví dụ

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lí thuyết

- Giải các bài tập vận dụng

V GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

- Trong giới hạn đề tài tôi chỉ đưa ra phương pháp giải với máy tính Casio fx-570ES

- Chỉ áp dụng cho dạng bài tập tổng hợp dao động và một số dạng bài tập về mạch điện xoay chiều R-L-C mắc nối tiếp

PHẦN II NỘI DUNG

CHƯƠNG I

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

I SỐ PHỨC VÀ BIỂU DIỄN HÌNH HỌC CỦA SỐ PHỨC

1 Định nghĩa số phức

+ Mỗi biểu thức dạng a+bi, trong đó a, bR và i2=-1 được gọi là một số phức

+ Đối với một số phức z=a+bi, ta nói a là phần thực, b là phần ảo của z

+ Tập hợp số phức kí hiệu là: C= , , 2 1







bi a b R i a

+ Số phức z’=a-bi là số phức liên hợp của số phức z=a+bi

2 Biểu diễn hình học của số phức

+ Mỗi số phức z=a+bi được biểu diễn bằng một điểm M(a,b) trong hệ tọa độ Oxy Trong đó:

z là module (môđun) của z hay độ dài của véc tơ và z  a2 b2

+ Góc  (rad) được gọi là argument (acgumen) của z , nó được tạo bởi hướng của véc tơ với trục Ox

Khi a=0:

2



  nếu b>0;

2



   nếu b<0

Khi a0:

a

b





II VẬN DỤNG SỐ PHỨC VÀO VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ

1 Sự tương quan giữa dao động điều hòa và số phức

Mỗi dao động điều hòa x=Acos(  t  )có thể biểu diễn bằng một vectơ quay A có

độ dài tỉ lệ với giá trị biên độ, có hướng tạo với trục chuẩn Ox một góc bằng pha ban đầu

 (Phương pháp giản đồ Frex-nen, vật lí 12)

Mặt khác, một đại lượng dạng sin (hoặc cos) cũng có thể biểu diễn bằng số phức dạng lượng giác A 

Như vậy, việc tổng hợp các dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số bằng phương pháp Frex-nen cũng đồng nghĩa với việc cộng các số phức biểu diễn các dao động đó

2 Sự tương quan giữa dao động điện và số phức

- Xét đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp có phương trình điện áp u=U0cos(t) (V) Ta

có giản đồ vectơ Frex-nen như sau:

+ Trục hoành biểu diễn vectơ điện áp hai đầu R

+ Phần dương của trục tung biểu diễn vectơ điện áp hai đầu L

+ Phần âm của trục tung biểu diễn vectơ điện áp hai đầu C

+ Vectơ u có độ lớn U0 và tạo với trục hoành một góc là 

Gv: Tr¬ng Trung Thµnh – THPT Lê Hữu Trác, CưM’gar-Đăk Lăk

OM OM

y

x O

z

UL-UC

UL

x O

U0

- Như vậy, ta có thể xem UR như một số phức chỉ có phần thực a; UL và UC là số phức chỉ

có phần ảo b nhưng chúng khác nhau ở chỗ:

+ UL nằm ở phần dương của trục tung nên biểu diễn là bi

+ UC nằm ở phần âm của trục tung nên biểu diễn là -bi

+ Véc tơ u được xem như là số phức z và viết dưới dạng lượng giác A 

Ví dụ:

Các đại lượng trong điện xoay chiều

Biểu diễn dưới dạng

số phức

u=100cos(100

6



6



i=2 2cos(100

4



4





- Công thức tính toán cơ bản:

+ Khi giải các bài toán điện xoay chiều bằng số phức, ta xem đoạn mạch điện này như đoạn mạch điện một chiều với các phần tử R, L, C mắc nối tiếp

+ Chúng ta chỉ sử dụng công thức định luật Ôm áp dụng cho đoạn mạch điện một chiều:

Z

U

I  Trong đó Z là tổng của điện trở, cảm kháng và dung kháng

Ví dụ: R=50  , ZL=100  , ZC=150 

Chuyển sang số phức: R=50, ZL=100i, ZC=-150i

Ta có: Z=50+100i-150i

CHƯƠNG II

SỬ DỤNG MÁY TÍNH CASIO fx-570ES

ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 12

I CÁC THAO TÁC CƠ BẢN KHI SỬ DỤNG MÁY TÍNH CASIO fx-570ES

ĐỂ TÍNH SỐ PHỨC

1 Cài đặt máy tính

+ Cài đặt chế độ đo góc:

Khi máy tính được cài đặt chế độ đo góc với đơn vị nào thì khi tính toán ta phải nhập đơn

vị góc tương ứng

Trong mode độ (màn hình hiện chữ D), ta nhập giá trị của góc  theo đơn vị độ Ví dụ:

45, 60,

Trong mode rad (màn hình hiện chữ R), ta nhập giá trị của góc  theo đơn vị rad Ví dụ:

,

3

,

4





Để cài đặt chế độ tính toán góc  với đơn vị độ, ta nhấn: [shift] [mode] [3]

Để cài đặt chế độ tính toán góc  với đơn vị rad, ta nhấn: [shift] [mode] [4]

+ Cài đặt chức năng tính toán với số phức:

Từ chế độ chờ của máy tính, ta nhấn: [mode] [2], trên màn hình xuất hiện CMPLX

Trong mode CMPLX, để nhập kí hiệu i ta nhấn: [ENG], để nhập kí hiệu ngăn cách  ta nhấn [shift] [(-)]

Các phép tính cộng, trừ, nhân, chia nhấn các phím như chế độ thông thường

Khi máy tính hiển thị kết quả dạng đại số (a+bi) thì ta biết được phần thực và phần ảo của

số phức

Khi máy tính hiển thị kết quả dạng lượng giác (A ) thì ta biết được độ dài module (môđun) và góc  argument (acgumen) của số phức

Mặc định, máy tính hiển thị kết quả dạng đại số, để chuyển sang dạng lượng giác, ta nhấn: [shift] [2] [3] [=]

Muốn chuyển trở lại dạng đại số ta nhấn: [shift] [2] [4] [=]

2 Một số lỗi thường gặp:

+ Kết quả sai do nhập giá trị góc sai Ví dụ máy tính đang ở chế độ đo góc theo đơn vị rad mà ta nhập giá trị theo đơn vị độ hoặc ngược lại.

+ Trên máy Casio fx-570ES ta thường nhấn dấu chia “” thay cho dấu phân số nên sẽ

có những lỗi sau:

4 2

 khác với

4 2

1   ;

4 2

 khác với 4

2

1





+ Để khắc phục, ta đặt chúng vào dấu ngoặc đơn:

4 ) 2 1

2

1



II SỬ DỤNG MÁY TÍNH CASIO fx-570ES ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 12.

1 Bài toán tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số:

+ Cho hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có phương trình lần lượt là:

x1=A1cos(t 1) và x2=A2cos(t2) thì phương trình dao động tổng hợp sẽ có dạng: x=x1+x2=Acos(t)

+ Với bài tập trắc nghiệm, chỉ cần tìm được giá trị của A và  là chọn được đáp án đúng

+ Chú ý: Các phương trình x1, x2, x phải cùng hàm số lượng giác và cùng tần số góc ; nếu không cùng hàm số lượng giác, ta phải chuyển chúng về cùng hàm số lượng giác trước khi giải

+ Dao động 1 được biểu diễn dạng số phức: A1 1

+ Dao động 2 được biểu diễn dạng số phức: A2 2

+ Dộng động tổng hợp có dạng: A1 1+ A2 2

+ Dùng máy tính cầm tay Casio fx-570ES ta tính như sau:

[A1] [shift] [(-)] [1] [+] [A2] [shift] [(-)] [2] [=] [shift] [2] [3] [=]

Ta được kết quả là A và , từ đó chọn được đáp án đúng

Bài tập ví dụ:

Hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số góc 100 rad/s, có các biên độ

A 1 =2a, A 2 =a và các pha ban đầu

3

1



  , 2  Phương trình dao động tổng hợp là:

2 100 cos(

a (cm) B x= a 3 cos( 100 t   )(cm)

2 100 cos(

3a t (cm) D x=3acos( 100t )(cm)

Giải

Ta nhập máy tính như sau: (đơn vị góc đo bằng độ)

[2] [shift] [(-)] [60] [+] [1] [shift] [(-)] [180] [=] [shift] [2] [3] [=]

KQ: 3  90 => Đáp án A

2 Bài toán đoạn mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp:

a) Tìm biểu thức cường độ dòng điện tức thời:

Đề sẽ cho biểu thức điện áp u=U0cos(t u) và R, L, C hoặc R, ZL, ZC.

+ B1: Tính ZL, ZC nếu chưa có

+ B2: Tính

i Z i Z R

U

C L

u







0

bằng cách nhập vào máy tính như sau:

[U0] [shift] [(-)] [u] [] [(] [R] [+] [ZL] [ENG] [-] [ZC] [ENG] [)] [=] [shift] [2] [3] [=]

KQ: I0  i => chọn đáp án đúng

Bài tập ví dụ:

Một mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp gồm R=40  , C= mF



6

1

; L= H



5

1

Biểu thức điện áp hai đầu mạch: u=120cos(100t )(V) Biểu thức cường độ dòng điện qua mạch là:

A i=1,5cos(

4

100t  )(A) B i=1,5 2cos(

4

100t  )(A)

C i=3cos(

4

100t  )(A) D i=1,5cos(

4

100t   )(A)

Giải

+ B1: Tính ZL và ZC:





5

100





L

Z L ;     60 

100 10

6 1

3





C

Z C

+ B2: Ta nhập máy tính như sau: (đơn vị góc đo bằng độ)

[120] [shift] [(-)] [0] [] [(] [40] [+] [20] [ENG] [-] [60] [ENG] [)] [=] [shift] [2] [3] [=]

2

2

3  => Đáp án B

* Lưu ý: Góc u  0 có thể không nhập vẫn được.

b) Tìm biểu thức điện áp tức thời

Dạng này đề sẽ cho biểu thức cường độ dòng điện tức thời iI0cos(  t i) và R, L, C hoặc R, ZL, ZC

+ B1: Tính ZL, ZC nếu chưa có

+ B2: Tính tích: (I0  i).(RZ L i Z C i) bằng cách nhập máy vào máy tính như sau:

[I0] [shift] [(-)] [i] [x] [(] [R] [+] [ZL] [ENG] [-] [ZC] [ENG] [)] [=] [shift] [2] [3] [=]

KQ: U0  u => chọn đáp án đúng

Bài tập ví dụ:

Một mạch điện không phân nhánh có: R=40  , cuộn dây có r=10  và độ tự cảm L=

H



5

,

1

, tụ điện có điện dung C=15,9F Khi biểu thức cường độ dòng điện qua mạch có dạng )( )

3 100 cos(

i    thì biểu thức điện áp hai đầu mạch là:

A u=200 2cos(

12

7

100t  )(V) B u=200 2cos(

12

100t  )(V)

C u=200cos(

4

100t  )(V) D u=200cos(

12

100t   )(V)

Giải

+ B1: Tính R’ ; ZL và ZC:

R’=R+r=40+10=50  ;







 1,5.100 150





L

Z L ;     200 

100 10 9 , 15

1 1

6



C

Z C

+ B2: Ta nhập máy tính như sau: (đơn vị góc đo bằng độ)

[4] [shift] [(-)] [-] [60] [x] [(] [50] [+] [150] [ENG] [-] [200] [ENG] [)] [=] [shift] [2] [3] [=]

KQ: 282,84   105=> Đáp án A

* Lưu ý: Phải đặt tổng trở (R+Z L i+Z C i) trong dấu ngoặc đơn “( )”

c) Bài toán cộng các điện áp

Dạng này đề cho (n-1) trong số n điện áp, tìm điện áp còn lại

Ta có: u=u1+u2+…+un , sử dụng phép cộng hoặc trừ các số phức, ta sẽ tìm được giá trị điện áp cần tìm (Tương tự bài toán tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số)

Bài tập ví dụ:

Đoạn mạch AC có điện trở thuần, cuộn dây thuần cảm và tụ điện mắc nối tiếp B là điểm trên đoạn mạch AC với

) 100 cos( t

u AB   (V) và )

2 100 cos(

u BC (V) Tìm biểu thức hiệu điện thế u AC

?

A u AC  2 2 cos( 100 t)(V) B )

3 100 cos(

u AC (V)

3 100 cos(

3 100 cos(

u AC (V)

Giải

+ Chuyển uAB, uBC sang số phức:

uAB: 1 ; uBC:

2

3   

+ Tính uAC bằng cách cộng hai số phức, ta nhập vào máy tính như sau:

[1] [+] [ 3] [shift] [(-)] [-] [90] [=] [shift] [2] [3] [=]

KQ: 2  60 => Đáp án D

d) Bài toán tìm các thành phần của đoạn mạch (Bài toán hộp đen)

+ Ta chia R, L, C thành hai nhóm:

 Nhóm 1: Điện trở thuần R

 Nhóm 2: Cuộn cảm và tụ điện (L và C)

+ Lấy u chia i (chia số phức), hiển thị kết quả dưới dạng đại số thì sẽ có các khả năng sau:

 a+bi: Đoạn mạch có cả nhóm 1 và nhóm 2, trong đó a là giá trị của điện trở thuần, b là tổng điện kháng của nhóm 2 Nếu nhóm 2 chỉ có 1 phần tử thì b là cảm kháng hoặc dung kháng)

 a: Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần

 bi: Đoạn mạch chỉ có nhóm 2

Ví dụ 1:

Đặt hiệu điện thế xoay chiều )( )

6 100 cos(

2

u   vào hai đầu cuộn dây không thuần cảm thấy dòng điện trong mạch có biểu thức )( )

12 100

cos(

i     Điện trở thuần r của cuộn cảm bằng:

A 100  B 85  C 60  D 120 

Giải

B1: Chuyển sang số phức: u:

6 2

120  ; i:

12

2   

B2: Lấy u chia i, ta nhập vào máy tính như sau:

[120] [ 2] [shift] [(-)] [30] [] [(] [2] [shift] [(-)] [-] [15] [)] [=]

KQ: 60+60i => Đáp án C

Ví dụ 2:

Cho biết điện áp hai đầu cuộn cảm và dòng điện chạy qua cuộn cảm lần lượt là:

) )(

8 100 cos(

u   và )( )

8 100 cos(

i    Điện trở thuần r và độ tự cảm của cuộn dây là:

A 40  và 0,368H B 40  và 0,127H

C 40 2  và 0,127H D 40  và 0,0488H

Giải

B1: Chuyển sang số phức: u:

8

80  ; i:

8

8 rad 



)

B2: Lấy u chia i, ta nhập vào máy tính như sau:

[80] [shift] [(-)] [22,5] [] [(] [ 2] [shift] [(-)] [-] [22,5] [)] [=]

KQ: 40+40i => r=40  , ZL=40  => L=0,127H => Đáp án B

III MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM VẬN DỤNG GIẢI BẰNG MÁY TÍNH CASIO fx-570ES (HOẶC CÁC LOẠI MÁY TÍNH TƯƠNG ĐƯƠNG)

Câu 1:

Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa x1=2cos10t(cm) và x2=2cos(10t+

3



)(cm) Phương trình dao động tổng hợp của vật là:

A x=2 3cos(10t - /3) (cm) B x=2cos(10t+ /3) (cm)

C x=2cos(10t- /6) (cm) D x=2 3cos(10t+ /6) (cm)

Câu 2:

Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa x1=2cos(10t+ /2)(cm) và

x2=2cos(10t- ) (cm) Phương trình dao động tổng hợp của vật là:

A x=2 2cos(10t +3 /4) (cm) B x=2cos(10t+3 /4) (cm)

C x=2cos(10t- /4) (cm) D x=2 2cos(10t- /4) (cm)

Câu 3:

Một đoạn mạch điện gồm điện trở R=50  , mắc nối tiếp với cuộn dây thuần cảm có L=0,5/ H Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều

) )(

4 100 cos(

2

u    Biểu thức cường độ dòng điện qua mạch là:

A i=2cos(

2

100t   )(A) B i=2 2cos(

4

100t   )(A)

C i=2 2cos(100t)(A) D i=2cos(100t)(A)

Câu 4:

Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm



1



L H một điện áp xoay chiều có biểu thức u 220 2 cos( 100 t)(V), t tính bằng giây (s) Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức

A i  2 , 2 2 cos( 100 t)(A) B ( )

2 100 cos 2 2 ,













2 100 cos

2

,













2 100 cos 2 2 ,













Câu 5:

Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm



1



6 100 cos 2













 , t tính bằng giây (s) Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch này là

3 100 cos













3 100 cos 2













6 100 cos 2













2 100 cos 2













Câu 6:

Một mạch điện gồm cuộn dây thuần cảm có cảm kháng bằng 10, mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C 2.104F





 Dòng điện qua mạch có biểu thức: 2 2 os(100 )

3





i c t A

Biểu thức điện áp của hai đầu đoạn mạch là:

A 80 2 os(100 )

6





6





u c t (V)

C 120 2 os(100 )

6





3





u c t (V)

Câu 7:

Cho A, M, B là ba điểm liên tiếp trên một đoạn mạch không phân nhánh,

biết biểu thức hiệu điện thế các đoạn mạch AM, MB lần lượt là:

) )(

6 100 cos(

u AM    và )( )

2 100 cos(

u MB    Hiệu điện thế cực đại giữa hai điểm A, B có giá trị:

Câu 8:

Mạch điện AB gồm R, L, C mắc nối tiếp Cho ZC=50 Nếu u AB 120cos(100t)(V)

4 100 cos(

2

i   Giá trị của R và ZL lần lượt là:

A 42,42 và 92,42 B 42,42 và 7,58

C 30 và 80 D 30 và 20

Câu 9:

Một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương có phương trình

1 2 cos(3 6 / 5)( )

x  t   cm và x2 4 cos(3t  / 5)(cm) Biên độ dao động tổng hợp có giá trị là:

A 7cm B 1cm C 2cm D 8cm

Câu 10:

Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có một phần tử một điện áp xoạy chiều

80 2 os(100 )

6





3

2 100 cos(

2

là:

A cuộn dây có điện trở B điện trở thuần

C cuộn dây thuần cảm D tu điện

ĐÁP ÁN