Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

Mở Đầu
1. Lí do chọn đề tài:
Nước ta hiện nay đang có sự chuyển biến rõ rệt về mọi mặt đời sống,
kinh tế, xã hội. Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang đòi hỏi một đội
ngũ cán bộ, những người lao động mới, nắm vững tri thức khoa học kĩ thuật,
năng động, sáng tạo trong hoạt động thực tiễn. Trong quá trình đất nước phát
triển và hội nhập với thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã nhận thức đúng đắn vị
trí, vai trò hết sức to lớn của giáo dục. Nghị quyết Trung ương 2 khóa VIII của
Đảng cộng sản Việt Nam đã đưa ra một số vấn đề rất cần thiết và cấp bách đối
với giáo dục nước ta trong giai đoạn Cách mạng hiện nay, đó là:
"Đổi mới phương pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ
một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng
phương pháp tiên tiến và hiện đại vào quá trình dạy học".
Đó là phương châm đúng đắn, phù hợp với tình hình hiện nay. Nó cũng
đặt ra cho ngành giáo dục nhiều nhiệm vụ cần giải quyết. Để nền giáo dục
được phát triển, nhiệm vụ cần thiết đặt ra cho người giáo viên là trước hết phải
trang bị cho mình một vốn kiến thức phổ thông cơ bản và hiện đại. Đó chính
là một trong những mục tiêu và nhiệm vụ của công tác giảng dạy ở trường phổ
thông Việt Nam hiện nay.Trong nhiệm vụ chung ấy việc giảng dạy vật lí ở
trường phổ thông chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng. Để giúp học sinh nắm
vững kiến thức môn vật lí, người giáo viên không chỉ giảng giải lí thuyết mà
còn phải đưa ra bài tập vận dụng.
Mặt khác, bài tập vật lí (BTVL) không chỉ có tác dụng hình thành và
rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn mà còn giúp học
sinh phát triển tư duy, có một thế giới quan duy vật biện chứng.

1

3.4. Phân loại, đề ra phương pháp giải, lựa chọn và hướng dẫn học sinh
giải hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều".

2


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng: Hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều", lớp 12
THPT Ban KHTN
- Phạm vi: Dạy học hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều"
của giáo viên và học sinh trường THPT Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên.
5. Phương pháp nghiên cứu:
Trong luận văn chúng tôi đã sử dụng phối hợp các phương pháp chủ yếu
là: nghiên cứu lí luận, điều tra cơ bản qua dự giờ, trò chuyện với giáo viên,
học sinh.

3


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

NộI Dung
1. Lí luận về BTVL
1.1. Quan niệm về BTVL:

Trần Minh Thúy-K31A Lí

+ Mỗi bài tập phải chứa đựng một yếu tố mới mà để giải nó học sinh
cần phải thực hiện lập luận phức tạp hoặc phải tìm câu trả lời ở thiên nhiên
(làm thí nghiệm).
+ Mỗi bài tập phải chú ý tới các mặt: tình huống đưa ra bài tập, nội
dung bài tập, cách giải, kết luận để từ đó rút ra kiến thức mới.
+ Việc giải bài tập phải đúng theo thời gian chương trình qui định, đảm
bảo đạt được mục đích chiếm lĩnh kiến thức mới của học sinh trong tiết học
ấy.
1.2.3. Ôn tập những kiến thức đã học, củng cố những kiến thức cơ bản của bài
giảng.
1.2.4. Phát triển tư duy vật lí
1.2.5. Kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát triển
trình độ trí tuệ làm bộc lộ những khó khăn, sai lầm của học sinh trong học tập,
đồng thời góp phần giúp họ vượt qua những khó khăn và khắc phục các sai
lầm ấy.
1.3. Phân loại BTVL theo phương thức giải:
Có nhiều cách phân loại BTVL, tùy theo cách chọn dấu hiệu khác nhau.
Tuy nhiên cách phổ biến hơn cả là dựa vào phương thức giải. Dựa vào đó
người ta có thể chia BTVL thành bốn loại sau: Bài tập định tính (bài tập câu
hỏi), bài tập định lượng (bài tập tính toán), bài tập đồ thị, bài tập thí nghiệm.
Trong khóa luận này, chúng tôi chỉ nghiên cứu bài tập định lượng (bài
tập tính toán)
* Bài tập định lượng (bài tập tính toán)
Đó là loại bài tập muốn giải được chúng phải thực hiện một loạt các
phép tính.
Có thể chia bài tập tính toán ra làm hai loại: Bài tập tập dượt và bài tập
tổng hợp.
+ Bài tập tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản được sử dụng ngay

lượng đã cho
- Thay giá trị bằng số của các đại lượng đã cho để tìm ẩn số, thực hiện
các phép tính với độ chính xác cho phép
*Bước 4: Kiểm tra và biện luận kết quả:
Có thể kiểm tra theo một hay một vài cách sau:
- Kiểm tra xem đã thực hiện hết các yêu cầu của bài toán đã đặt ra
chưa?
- Kiểm tra tính toán đã đúng chưa?

6


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

a, Kiểm tra xem thứ nguyên có phù hợp không?
b, Xem kết quả và ý nghĩa thực tiễn có phù hợp không?
c, Giải bài tập theo cách khác xem có cùng kết quả không?
Biện luận giúp loại trừ những nghiệm không phù hợp với dữ kiện của
bài toán, với thực tế, với những quan niệm vật lí hiện đại.
1.5. Nguyên tắc lựa chọn hệ thống bài tập cho mỗi đề tài, chương, phần của
giáo trình vật lí phổ thông
- Số lượng bài tập trong hệ thống phải phù hợp với thời gian quy định
của chương trình học và thời gian học ở nhà của học sinh
- Hệ thống bài tập phải khắc phục những khó khăn chủ yếu, những sai
lầm phổ biến của học sinh trong học tập, mỗi bài tập phải đóng góp một phần
nào đó trong việc nắm vững kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, thói quen
vận dụng kiến thức đã chiếm lĩnh được và phát triển năng lực của học sinh
trong việc giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn. Mỗi bài tập sau phải


Xác định kiểu hướng dẫn
thích hợp

Phương pháp
hướng dẫn
học sinh giải
BTVL cụ thể

1.6.2. Các kiểu hướng dẫn:
1.6.2.1. Hướng dẫn theo mẫu (Algôrit)
Algôrit là một bảng chỉ dẫn bao gồm các thao tác (hành động sơ cấp)
được học sinh hiểu một cách đơn giá và nắm vững, được xác định một cách rõ
ràng, chính xác, chặt chẽ trong đó chỉ rõ cần thực hiện những thao tác nào và
theo trình tự nào để đi đến kết quả.
Hướng dẫn algôrit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những thao tác
cần thực hiện và trình tự thực hiện các thao tác ấy để đạt kết quả mong muốn.
Được áp dụng khi cần hướng dẫn cho học sinh phương pháp giải từng loại bài
tập cơ bản, điển hình, luyện tập cho học sinh kỹ năng giải bài tập dựa trên cơ
sở học sinh nắm được algôrit giải.
- Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải được bài tập một cách chắc
chắn, rèn luyện kỹ năng giải bài tập có hiệu quả.
- Nhược điểm: ít có tác dụng rèn cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng
tạo, sự phát triển tư duy của học sinh bị hạn chế.
1.6.2.2. Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn ơnxtic)
Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh
suy nghĩ tìm tòi cách giải quyết vấn đề. Kiểu hướng dẫn này áp dụng khi cần
thiết giúp học sinh vượt qua khó khăn để giải bài tập, đồng thời đảm bảo phát
triển tư duy và rèn luyện được cho học sinh kỹ năng học tự lực tìm tòi cách
giải quyết vấn đề.

2. Điều tra thực trạng dạy học giải BTVL chương: Dòng điện xoay
chiều của giáo viên và học sinh trường THPT Khoái Châu, tỉnh Hưng
Yên.
Trong thời gian thực tập sư phạm, chúng tôi đã tiến hành điều tra tình
hình dạy học bài tập chương: Dòng điện xoay chiều tại hai lớp 12A2 và
12A3(đều thuộc ban KHTN) tại trường THPT Khoái Châu, Hưng Yên thông
qua hai biện pháp chủ yếu sau:
- Dự giờ, trao đổi với giáo viên và học sinh.

9


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

- Xem xét vở bài tập của học sinh và chất lượng giải bài tập chương:
Dòng điện xoay chiều của học sinh thông qua bài kiểm tra dưới đây (thời
gian làm bài: 30 phút).
Bài 1: Cho đoạn mạch điện xoay chiều có sơ đồ như hình vẽ. Biết:
R=10 ; cuộn dây thuần cảm;

R

A

C M

L, r


cuộn dây và biến trở có độ tự cảm L,

L, R0

B

K
V

điện trở R thay đổi được.

a, Để R = R1, L = L1. Khóa K mở, ampekế chỉ 1A, dòng điện i nhanh pha
so với uAB. Vônkế chỉ 120V, hiệu điện thế hai đầu vônkế nhanh pha hơn


3


6

so

với dòng điện trong mạch. Tính R1, L1, C1, R0
b, Để R=R2, L=L2. Khi khóa K đóng, dòng điện trong mạch lớn gấp 3 lần
dòng điện khi khóa K mở và hai dòng điện này vuông pha. Tính hệ số công
suất của mạch này khi khóa K mở.
*Kết quả làm bài của học sinh được thống kê qua bảng sau:
Lớp

Tổng số học sinh

0

3

19

22

1

Tổng

88

0

5

37

42

4

10


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí


11


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

thuần cảm và quên mất điện trở thuần của nó khiến kết quả tính toán
bị sai lệch.
Học sinh thường quen sử dụng phương pháp đại số mà không biết
dùng phương pháp giản đồ vectơ để giải.
R
Z

Khi sử dụng công thức cos = học sinh không biết biến đổi về công
thức tương đương là: cos =

UR
để giải bài tập
U

Trong các bài tập yêu cầu tìm giá trị cực đại của một đại lượng nào đó
theo tần số góc ta có thể tìm cực đại theo tần số f. Học sinh thường
không biết điều đó mặc dù trong một số trường hợp tìm cực đại theo f
là đơn giản hơn nhiều.
3. Xác định mức độ yêu cầu nắm vững kiến thức cơ bản của chương:
Dòng điện xoay chiều
3.1. Sơ đồ cấu trúc chương: Dòng điện xoay chiều



I=

2
2
U = U R U L U C

2
U
I = , Z = R 2 Z L Z C
Z

O

U L UC

UC


UR


I

O

P = UIcos
R
Z Z
cos = , tan = L C

O


x

I

x


UC




U

Mạch chỉ có L
u = Uocos t


i = Iocos( t- )
2

Các máy điện
Động cơ
không đồng
bộ ba pha

Truyền tải điện năng

T=

2



1
T

Đơn vị: giây(s) , f = =


2

Đơn vị: Hec(Hz)

(Với : Tần số góc)
3.2.2. Suất điện động xoay chiều:
+ Từ thông qua một khung dây dẫn phẳng gồm N vòng dây, có tiết diện S


quay trong từ trường đều B

= NBS cos( t+ ) ( : Vận tốc góc của khung)
Đơn vị của : Vêbe

(Wb)

+ Suất điện động xuất hiện trong khung:


3.2.5. ý nghĩa của độ lệch pha

giữa u và i:

= 1- 2
+ Nếu > 0 thì u sớm pha so với i
+ Nếu < 0 thì u trễ pha so với i
+ Nếu = 0 thì u đồng pha với i
3.2.6. Các giá trị hiệu dụng:
Io

Cường độ hiệu dụng: I =

2
U0

Điện áp hiệu dụng: U =

2

Suất điện động hiệu dụng: E =

Eo
2

3.2.7. Biểu diễn bằng véctơ quay
- Cường độ dòng điện i, điện áp u được biểu diễn bằng véctơ tương


ứng : i I ; u U

15

C

B


Khóa luận tốt nghiệp

(với -


2




2

Trần Minh Thúy-K31A Lí

; ZL: Cảm kháng ; Zc: Dung kháng)

- Biểu thức định luật Ôm:
I=

U
U
hay I0 = o
Ro


UR


UR

O


I




UL + UC


U AB


UC

(UL < UC)

(UL > UC)

* Điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng :

1
LC

Uo
U
hay I =
R
R


U


I

O

x

- Giản đồ vectơ:
C

3.2.10. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện
- Sơ đồ mạch điện:

- Pha: u trễ pha so với i góc =

~
u

2

- Biểu thức định luật Ôm:

~
u

2

- Biểu thức định luật Ôm:
I=

U
( trong đó: ZL = L)
ZL


- Giản đồ vec tơ:

UL


I

O

17

x


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí


2

Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch P = UIcos nhỏ hơn công suất cung cấp
cho mạch UI
3.2.13. Máy biến áp. Sự truyền tải điện năng.
3.2.13.1. Định nghĩa:
Máy biến áp là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ,
dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó.
3.2.13.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:
a. Cấu tạo: Gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín
b. Hoạt động:

18


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

- Cuộn dây được nối với nguồn điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp
- Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thức cấp.
Dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn
thứ cấp , làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều.
Nếu mạch thứ cấp kín thì có dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp.
Ha: Sơ đồ cấu tạo của máy biến áp
Hb: Kí hiệu máy biến áp

Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn và khi mạch thứ cấp hở thì:
U 1 E1 N1

Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

- Công suất hao phí trên dây là: P R.

P2

U cos

2

RI 2

Trong đó: R : điện trở đường dây
P : công suất truyền đi
U : điện áp nơi phát
Thực tế để giảm công suất hao phí, người ta tăng điện áp U ở nơi phát
và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ điện tới giá trị cần thiết. Cách này có thể thực
hiện nhờ máy biến áp.
4. Phân loại bài tập chương:"Dòng điện xoay chiều" và phương pháp giải
chúng
Căn cứ vào lí luận về BTVL, mục tiêu dạy học của chương:"Dòng điện
xoay chiều" và thực tế dạy học BTVL chương này, chúng tôi chia bài tập
chương này thành ba loại, đồng thời nêu ra phương pháp giải hoặc những lưu ý
khi giải từng loại
Loại 1: Xác định suất điện động xoay chiều trong mạch kín
Khi giải bài toán xác định suất điện động xoay chiều xuất hiện trong
khung dây dẫn quay trong từ trường đều cần vận dụng các công thức:


20


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

Loại 2: Xác định các đại lượng đặc trưng cho mạch điện. Viết biểu thức
của hiệu điện thế (điện áp), cường độ dòng điện.
1, Xác định các trở kháng của mạch: ZL, ZC, Z.
+ Dựa vào các dữ kiện cho trong đề bài về L, C,

ta có thể xác định

được ZL, ZC. Từ đó xác định được Z
+ Giá trị của

có thể xác định dựa vào biểu thức của điện áp tức

thời(u) hoặc dòng điện tức thời (i), hoặc dựa vào hiện tượng cộng hưởng:

=1/

LC

2, Xác định các giá trị hiệu dụng của dòng điện và điện áp. Các giá trị này có
thể được cho tường minh hoặc căn cứ vào số chỉ của A hoặc V.Khi biết một
đại lượng ta có thể suy ra đại lượng còn lại nhờ định luật Ôm.
3, Xác định độ lệch pha


6, Đối với các bài toán xác định điều kiện để một đại lượng điện đạt cực trị.
a, Trước hết phải dựa vào các công thức có liên quan, lập biểu thức của
đại lượng cần tìm cực trị dưới dạng hàm của một biến thích hợp.
b, Để tìm cực trị của đại lượng nào đó, có thể dựa vào các kiến thức sau:

21


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

- Hiện tượng cộng hưởng của mạch
- Tính chất của phân thức đại số
- Tính chất của các hàm lượng giác
- Bất đẳng thức Côsi
- Tính chất đạo hàm của hàm số
Các bài toán loại này ngoài việc giải bằng phương pháp tính toán dựa
vào định luật Ôm và các hệ thức đã biết, ta cũng có thể giải bằng phương pháp
giản đồ vectơ: Căn cứ vào dữ kiện trong đề, tiến hành tính toán(các độ lệch
pha, các điện áp...) và vẽ giản đồ vectơ. Dựa trên giản đồ vectơ tiến hành lập
luận và tính toán để rút ra các kết quả theo yêu cầu của đề bài.
7, Đối với các bài toán xác định phần tử trong hộp đen và giá trị của chúng
Trước hết vẽ giản đồ vectơ, sau đó từ giản đồ vectơ xác định được độ
lệch pha giữa hiệu điện thế và dòng điện hoặc độ lệch pha giữa các hiệu điện
thế hai đầu các phần tử và lần lượt khẳng định trên đoạn mạch chứa các phần
tử gì.
Từ các dữ kiện đề bài xác định giá trị của các phần tử.
Loại 3: Khảo sát sự truyền tải điện năng
Đối với các bài toán liên quan đến máy biến áp và sự truyền tải điện

I1 U 2 N 2 1



I 2 U 1 N1 k

4.2. Hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều" lớp 12 THPT, Ban
KHTN.
Loại 1: Xác định suất điện động xoay chiều trong mạch kín.
Bài 1: Một khung dây dẫn gồm N =250 vòng quay đều trong từ trường đều có
cảm ứng từ B =2.10-2 T với vận tốc góc 20 rad/s. Biết diện tích của


mỗi vòng là S=400 cm2, véctơ cảm ứng từ B vuông góc với trục quay của


khung. Lúc t =0, véctơ pháp tuyến của khung song song và cùng chiều với B .
a, Xác định tần số, chu kì của suất điện động xoay chiều xuất hiện trong
khung
b, Viết biểu thức của từ thông và suất điện động xoay chiều xuất hiện
trong khung.
Bài 2: Một khung dây dẫn gồm N =100 vòng, diện tích mỗi vòng dây là S =60
cm2. Khung dây quay đều với tần số 20 vòng/s trong từ trường đều có cảm ứng


từ B = 0,1T. Biết trục quay của khung vuông góc với cảm ứng từ B . Lúc t = 0,


véctơ pháp tuyến của khung song song và cùng chiều với B .
Viết biểu thức của suất điện động xoay chiều trong khung và xác định


Loại 2: Xác định các đại lượng đặc trưng cho mạch điện. Viết biểu thức
hiệu điện thế, cường độ dòng điện.
Bài 4: Cho đoạn mạch điện xoay chiều có sơ đồ như hình vẽ.
Biết: R=10 ; cuộn dây thuần cảm ;

R

A

L, r

C M

B

uAB =100 2 sin100 t (V) ;
cường độ dòng điện trong mạch chậm pha hơn uAB góc
uAM góc


4


4

và nhanh pha hơn

. Viết biểu thức cường độ tức thời của mạch điện và hiệu điện thế




3

so với dòng điện trong mạch. Tính R1, L1, C1, R0
b, Để R=R2, L=L2. Khi khóa K đóng, dòng điện trong mạch lớn gấp 3
lần dòng điện khi khóa K mở và hai dòng điện này vuông pha. Tính hệ số
công suất của mạch này khi khóa K mở.
Bài 6: Cho mạch điện như hình vẽ. Biết:
K

Đóng khóa K thì :


uAM =150 2 sin(200 t- ) (V)

A

R

M

C

6

V

24


C

B

4.10 4
3
(H), C =
(F) ;
10


biến trở có điện trở R thay đổi được ; uAB =200 2 sin100 t (V)
a, Xác định trị số của R để công suất tiêu thụ của đoạn mạch cực
đại.Tính công suất, hệ số công suất và viết biểu thức của uR khi đó.
b, Cho R=20 . Hỏi phải ghép với C một tụ C1 thế nào để công suất tiêu
thụ của đoạn mạch đạt cực đại. Tính công suất và viết biểu thức của hiệu điện
thế giữa hai đầu cuộn cảm khi đó.
A

Bài 8: Cho mạch điện như hình vẽ. Biết:
R=100 , C=

10 4



(F) ;

R



L

C

B