PHẦN I: MỞ ĐẦU

I.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

   Môn Vật lý là một bộ  môn khoa học tự nhiên nghiên cứu về các hiện tượng vật lý nói chung và điện học nói riêng. Những thành tựu của vật lý được ứng dụng vào thực tiển sản xuất và ngược lại chính thực tiễn sản xuất đã thúc đẩy khoa học vật lý phát triển. Vì vậy học vật lý không chỉ đơn thuần là học lí thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vào thực tiển sản xuất. Do đó trong quá trình giảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có được những kỹ năng, kỹ xảo và thường xuyên vận dụng những hiểu biết đã học để giải quyết những vấn đề thực tiễn đặt ra.

     Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện về vật lý. Hệ thống kiến thức này phải thiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp và đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý hiện đại. Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc và đủ những kiến thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cần phải rèn luyện cho các học sinh những kỹ năng, kỹ xảo thực hành như: Kỹ năng, kỹ xảo giải bài tập, kỹ đo lường, quan sát….

        Bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông. Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý học sinh sẽ có được những kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp…do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy của học sinh. Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh cũng 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 các em 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 gà thi tuyển. Cụ thể là phương pháp kiểm tra đánh giá bằng phương tiện trắc nghiệm khách quan. Trắc nghiệm khách quan đang trở thành phương pháp chủ đạo trong kiểm tra đánh giá chất lượng dạy và học trong nhà trường THPT. Điểm đáng lưu ý là nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn bộ kiến thức của chương trình, tránh học tủ, học lệch và 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 có phản ứng nhanh đối với các dạng toán, đặc biệt các dạng toán mang tính chất khảo sát mà các em thường gặp .

   Với mong  muốn tìm được phương pháp giải các bài toán trắc nghiệm một cách nhanh chóng đồng thời có khả năng trực quan hoá tư duy của học sinh và lôi cuốn được nhiều học sinh tham gia vào quá trình giải bài tập củng như giúp một số học sinh không yêu thích hoặc không giỏi môn vật lý cảm thấy đơn giản hơn trong việc giải các bài tập trắc nghiệm vật lý, tôi chọn đề tài:”Hướng dẫn học sinh giải nhanh các bài toán khảo sát mạch điện xoay chiều khi các thông số của mạch thay đổi”

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 lý, đồng thời giúp các em đạt kết quả cao trong các kỳ thi.

- Nghiên cứu phương pháp giảng dạy bài vật lý 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 lý và phương pháp bài tập vật lý ở trường phổ thông.

- Nghiên cứu lý thuyết về mạch điện xoay chiều

- Nghiên cứu lý thuyết khảo sát mạch điện

- Vận dụng lý thuyết trên để giải một số bài toán

IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lý thuyết

- Giải các bài tập vận dụng

V. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

     Thông thường khi giải các bài tập về mạch điện xoay chiều học sinh sẽ gặp phải một số bài tập mang tính chất khảo sát mối liên hệ giữa các đại lượng, các thông số của mạch điện. Trên tinh thần trắc nghiệm khách quan, nếu phải giải bài toán này trong thời gian ngắn thì quả là rất khó đối với học sinh. Do đó tôi hệ thống lại các dạng thường gặp để các em dễ dàng giải quyết khi gặp phải. Khai thác có hiệu quả phương pháp sẽ góp phần nâng cao chất lượng nắm kiến thức, vận dụng và đạt kết quả tốt trong các kỳ thi.

VI. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

- Trong giới hạn đề tài tôi chỉ đưa ra phương pháp giải nhanh bài toán khảo sát mạch điện.

- Đối tượng áp dụng: tất cả học sinh.

PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG I

BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG.

1.1 Vai trò bài tập vật lý trong việc giảng dạy vật lý.

     Việc giảng dạy bài tập vật lý trong nhà trường không chỉ giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức qui định trong chương trình mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiển đã đặt ra.

    Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày.

     Kỹ năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiển đời sống chính là thước đo mức độ sâu sắc và vững vàn của những kiến thức mà học sinh đã thu nhận được. Bài tập vật lý với chức năng là một phương pháp dạy học có một vị trí đặc biệt trong dạy học vật lý ở trường phổ thông.

      Trước hết, vật lý là một môn khoa học giúp học sinh nắm được qui luật vận động của thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những qui luật ấy, biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn. Trong nhiều trường hợp mặc dù người giáo viên có trình bày tài liệu một cách mạch lạc, logic, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng yêu cầu, qui tắc và có kết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để học sinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức. Chỉ thông qua việc giải các bài tập vật lý dưới hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điệu kiện cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thể thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc và hoàn thiện.

     Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá, trừu tượng hoá…để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của học sinh có điều kiện để phát triển. Vì vậy có thể nói bài tập vật lý là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghỉ và hành động, tính kiên trì trong việc khắc phục những khó khăn trong cuộc sống của học sinh.

    Bài tập vật lý là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức mà trong giờ học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua đó nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh.

    Đặc biệt, để giải được các bài tập vật lý dưới hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh ngoài việc nhớ lại các kiến thức một cách tổng hợp, chính xác ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thì học sinh cần phải rèn luyện cho mình tính phản ứng nhanh trong từng tình huống cụ thể, bên cạnh đó học sinh phải giải thật nhiều các dạng bài tập khác nhau để có được kiến thức tổng hợp, chính xác và khoa học

1.2. Phân loại bài tập vật lý.

1.2.1. Bài tập vật lý định tính hay bài tập câu hỏi lý thuyết.

- Là bài tập mà học sinh không cần phải tính toán( Hay chỉ có các phép toán đơn giản) mà chỉ vận dụng các định luật, định lý, qui luật để giải thích hiện tượng thông qua các lập luận có căn cứ có logic.

- Nội dung của các câu hỏi khá phong phú, và đòi hỏi phải vận dụng rất nhiều các kiến thức vật lý.

- Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước:

* Phân tích câu hỏi

* Phân tích hiện tượng vật lý có đề cập đến trong câu hỏi để từ đó xác định các định luật, khái niệm vật lý hay một qui tắc vật lý nào đó để giải quyết câu hỏi.

* Tổng hợp các điều kiện đã cho với các kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi.

1.2.2. Bài tập vật lý định lượng

Đó là loại bài tập vật lý mà muốn giải quyết nó ta phải thực hiện một loạt các phép tính. Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân loại bài tập dạng này thành hai loại :

a. Bài tập tập dượt: Là bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiên cứu một khái niệm hay một qui tắc vật lý nào đó để học sinh vận dụng kiến thức vừa mới tiếp thu.

b. Bài tập tổng hợp: Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó học sinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnh vực. Đặc biệt, khi các câu hỏi loại này được nêu dưới dạng trắc nghiệm khách quan thì yêu cầu học sinh phải nhớ kết quả cuối cùng đã được chứng minh trước đó để giải nó một cách nhanh chóng. Vì vậy yêu cầu học sinh phải hiểu bài một cách sâu sắc để vận dụng kiến thức ở  mức độ cao.

1.2.3. Bài tập đồ thị

Đó là bài tập mà dữ kiện đề bài cho dưới dạng đồ thị hay trong quá trình giải nó ta phải sử dụng đồ thị ta có thể phân loại dạng câu hỏi này thành các loại :

a. Đọc và khai thác đồ thị đã cho: Bài tập loại này có tác dụng rèn luyện cho học sinh kỹ năng đọc đồ thị, biết cách đoán nhận sự thay đổi trạng thái của vật thể, hệ vật lý, của một hiện tượng hay một quá trình vật lý nào đó. Biết cách khai thác từ đồ thị những dữ kiện để giải quyết một vấn đề cụ thể.

b. Vẽ đồ thị theo những dữ liệu đã cho: bài tập này rèn  luyện cho học sinh kỹ năng vẽ đồ thị, nhất là biết cách chọn hệ toạ độ và tỉ lệ xích thích hợp để vẽ đồ thị chính xác.

CHƯƠNG II

LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

* Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

 Khung dây kim loại quay đều với vận tốc góc  quanh trục đối xứng của nó trong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay thì trong mạch có dòng điện biến thiên điều hoà với tần số góc gọi là dòng điện xoay chiều. Khi khung dây quay một vòng(một chu kì) dòng điện trong khung dây đổi chiều 2  lần.

* Hiệu điện thế xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều

Nếu  thì

Nếu thì

Với

* Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

 và

* Lý do sử dụng các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

+ Với dòng điện xoay chiều ta khó xác định các giá trị tức thời của i và u vì chúng biến thiên rất nhanh, cũng không thể lấy giá trị trung bình của chúng vì trong một chu kỳ, giá trị đó bằng 0.

+ Khi sử dụng dòng điện xoay chiều, ta cần quan tâm tới không phải là tác dụng tức thời của nó ở từng thời điểm mà là tác dụng của nó trong một thời gian dài.

+ Tác dụng nhiệt của dòng điện tỉ lệ với bình phương của cường độ dòng điện nên không phụ thuộc vào chiều dòng điện.

+ Ampe kế và vôn kế đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều dựa vào tác dụng nhiệt của dòng điện nên gọi là ampe kế nhiệt và vôn kế nhiệt, số chỉ của chúng là cường độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

* Các loại đoạn mạch xoay chiều

+ Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần:u_R cùng pha với i ;

+ Đoạn mạch chỉ có tụ điện: u_C trễ pha hơn i góc . ; với là dung kháng của tụ điện.

+ Đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm: u_L sớm pha hơn i góc . ; với Z_L =là cảm kháng của cuộn dây.

+ Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp(không phân nhánh): Độ  lệch pha giữa u và i xác định theo biểu thức:

Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: . Với là tổng trở của đoạn mạch.

+ Cộng hưởng trong đoạn mạch RLC

    Khi Z_L= Z_C hay thì dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại  I_max =, công suất trên mạch đạt giá trị cực đại , u cùng pha với i (=0).

Khi Z_L> Z­_C thì u nhanh pha hơn i (đoạn mạch có tính cảm kháng).

Khi Z_L< Z­_C thì u trễ pha hơn i ( đoạn mạch có tính dung kháng).

R tiêu thụ năng lượng dưới dạng toả nhiệt, Z_L và Z_C không tiêu thụ năng lượng của nguồn điện xoay chiều.

+ Cách nhận biết cuộn dây có điện trở thuần r

Xét toàn mạch, nếu : ; hoặc P hoặc thì cuộn dây có điện trở thuần r.

Xét cuộn dây, nếu: Ud U_L hoặc Z_dZ_L hoặc P_d 0 hoặc  _d0 hoặc  _d thì cuộn dây có điện trở thuần r 0

* Công suất của dòng điện xoay chiều

+ Công suất của dòng điện xoay chiều:

+ Hệ số công suất:

+ Ý nghĩa của hệ số công suất

Trong trường hợp =1 tức là : mạch chỉ có R, hoặc mạch RLC có cộng hưởng điện (Z_L=Z_C) thì .

Trường hợp =0 tức là : Mạch chỉ có L, hoặc chỉ có C, hoặc có cả L và C mà không có R thì P=P_min=0

Để nâng cao hệ số công suất của mạch bằng cách mắc thêm vào mạch cuộn cảm hoặc tụ điện thích hợp sao cho cảm kháng và dung kháng của mạch xấp xỉ bằng nhau để

Đối với các động cơ điện, tủ lạnh,… nâng cao hệ số công suất  để giảm cường độ dòng điện.

II. LÝ THUYẾT PHỤC VỤ ĐỀ TÀI.

Mạch điện xoay chiều thường gặp là mạch điện RLC không phân nhánh như hình vẽ

Các thông số của mạch điện xoay chiều:

- Điện trở R, điện dung C của tụ điện và độ tự cảm L của cuộn dây

- Tần số góc w, chu kỳ T, tần số f và pha ban đầu của dòng điện

Thông thường khi giải các bài toán thay đổi một trong các thông số nào đó để một đại lượng nào đó đạt giá trị cực đại là học sinh(Từ trung bình trở xuống) nghĩ đến ngay hiện tượng cộng hưởng điện (Z_L = Z_C) nhưng thực tế không phải lúc nào cũng vậy, chúng ta cần phải thấy rõ bản chất của từng đại lượng, ý nghĩa của từng sự thay đổi trong mối quan hệ biện chứng giữa các đại lượng

1. Các hệ quả của hiện tượng cộng hưởng điện:

- Hiệu điện thế u_AB cùng pha với cường độ dòng điện i

- Hệ số công suất của mạch đạt giá trị cực đại cos =1ÞP=P_max=UI

- Tổng trở bằng điện trở thuần:Z=R

U_R cùng pha với u_AB

- Số chỉ của Ampe kế chỉ giá trị cực đại

2. Các sự thay đổi liên quan đến hiện tượng cộng hưởng điện:

a. Giữ nguyên R, L, C thay đổi tần số góc w(Dẫn tới thay đổi tần số f). Hiệu điện thế u_AB cùng pha với cường độ dòng điện i =0; I = I_max…Vì lúc này ta có cos==1 vậy R =ZÞZ_L-Z_C=0 hay Z_L=Z_C

b. Giữ nguyên các giá trị L,R, w thay đổi C để I = I_max (số chỉ của ampe kế đạt giá trị cực đại)

Ta có I = ; do U = const nên I =I_max khi    Lw=Þcộng hưởng điện

c. Giữ nguyên các giá trị C, R, w thay đổi L để I = I_max(Số chỉ của ampe kế đạt giá trị cực đại)

Ta có I = ; do U = const nên I =I_max khi    Lw=Þcộng hưởng điện

d. Giữ nguyên các giá trị C, R, w thay đổi L để hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện đạt giá trị cực đại): U_C=U_Cmax

Ta có U_C= Z_CI =Z_C. do U =const và Z_C =const nên để U_C=U_Cmax thì ta phải có Z_L-Z_C=0Þcó cộng hưởng điện

e. Nguyên các giá trị L, R, w thay đổi C để hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây thuần cảm đạt giá trị cực đại: U_L=U_max

Ta có U_L=Z_L.I=Z_C.do U =const và Z_L=const nên để U_L=U_max thì ta phải có Z_L-Z_C=0Þcó cộng hưởng điện

3. Các sự thay đổi không liên quan đến hiện tượng cộng hưởng điện :

a. Mạch điện RLC không phân nhánh có L, C, w không đổi. Thay đổi R để công suất tiêu thụ trên mạch đạt giá trị cực đại, số chỉ của ampe kế cực đại …

Phân tích:

Khi L, C, w không đổi thì mối liên hệ giữa Z_L và Z_C không thay đổi do đó sự thay đổi của R không gây ra hiện tượng cộng hưởng

Chứng minh:

Ta có P =RI²=R, do U = const nên để P =P_max ta phải có R+ đạt giá trị min. Áp dụng bất đẳng thức Cosi cho hai số dương R và (Z_L-Z_C)² ta được:

Vậy giá trị min của là 2lúc đó dấu “=” của bất đẳng thức xảy ra nên ta có R=ÞP=P_max=và I =I_max=

b. Mạch điện RLC không phân nhánh có R, C, w không đổi. Thay đổi L để hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại. Xác định giá trị của U_Lmax và giá trị của L.

Phân tích:

Ta có  U_L=Z_L.I=Z_L.Do U_L không những phụ thuộc vào Z mà còn phụ thuộc vào Z_L nghĩa là U_L = f(L) nên trong trường hợp này nếu mạch có cộng hưởng thì U_L cũng không đạt giá trị cực đại .

Chứng minh: Ta biểu diễn các hiệu điện thế bằng giản đồ véc tơ như hình vẽ

   Theo định lý hàm sin

U_Lmax khi sin b=1ÞU_Lmax=

Vậy U_Lmax=

Theo hình vẽ ta có sina==(1)

Và sina==(2)

Từ (1) và (2) ÞZ_L=

b. Mạch điện RLC không phân nhánh có R,C, w không đổi. Thay đổi C để hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai bản tụ đạt giá trị cực đại. Xác định giá trị của U_Cmax và giá trị của C.

Phân tích: Ta có U_C =Z_C.I=Z_C.. Do U_C không phụ thuộc vào Z mà còn phụ thuộc vào Z_C nghĩa là U_C=f(C) nên trong trường hợp này nếu mạch có cộng hưởng thì U_L cũng không đạt giá trị cực đại.

Chứng minh tương tự U_L=Z_L.I=Z_L. 

ta có U_Cmax=và Z_C=

III. MỘT SỐ CÂU HỎI KIỂM TRA TRẮC NGHIỆM ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI

1. Cộng hưởng điện:

Câu 1: Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở R, cuộn dây thuần cảm L, tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp. Điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu đoạn mạch cuộn dây thuần cảm và có . Điều chỉnh C đến khi điện áp hai đầu mạch cùng pha với dòng điện. Giá trị C bằng bao nhiêu?

Phân tích: Mạch có C thay đổi, điện áp hai đầu mạch cùng pha với dòng điện Þtrong mạch có cộng hưởng điện.

Giải: Do có cộng hưởng điện nên Z_L=Z_C Þ==Þ

Chọn C

Câu 2. Đặt vào hai đầu đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp một điện áp xoay chiều ổn định . Biết điện trở thuần của mạch là 100W. Khi w thay đổi thì công suất tiêu thụ cực đại của mạch có giá trị bằng bao nhiêu ?

Phân tích: R không đổi, w thay đổi. Công suất tiêu thụ đạt cực đại Þtrong mạch xảy ra cộng hưởng điện.

Giải: ==484WÞchọn B

Câu 3. Cho mạch điện xoay chiều AB gồm cuộn dây thuần cảm mắc nối tiếp với điện trở R và với tụ điện có C. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp hiệu dụng U_AB = 120V và tần số f thay đổi. Biết R = 30W, . Điều chỉnh tần số f để u_AB vuông pha với u_L, điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch R, L khi đó là:

Phân tích: u_AB vuông pha với u_L ÞTrong mạch có cộng hưởng điện

Giải: Z_L=Z_C ==40W, ÞU_RL=I.Z_RL==200VÞchọn B

Câu 4. Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở R, cuộn dây thuần cảm L, tụ điện có điện dung C thay đổi được mắc nối tiếp. Biết R=200W, đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều ổn định. Điều chỉnh điện dung sao cho U_L=U_C khi đó công suất của mạch bằng 72W, điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch R bằng:

Phân tích: C thay đổiÞU_L=U_C Þmạch có cộng hưởng điện

Giải: Mạch cộng hưởng nên U =U_R

=120VÞchon A.

Câu 5. Cho đoạn mạch gồm R, L, C mắc nối tiếp trong đó C thay đổi, cuộn dây thuần cảm L = 318mH. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp: u_AB =200cos100pt(V) Khi điều chỉnh C, điện áp giữa hai đầu  R,L đạt giá trị cực đại bằng 200(V). R và C có giá trị:

Phân tích: C thay đổi, R và Z_L không đổi nên U_Rlmax khi I_max Þmạch cộng hưởng điện

Giải: Z_L= wL= 100W=Z_C Þ=

31,8mF. Þ200

ÞR = 100WÞChọn A

Câu 6: Đoạn mạch AB gồm điện trở R, cuộn dây chỉ có độ tự cảm L và tụ C biến đổi mắc nối tiếp. Hai đầu đoạn mạch có điện áp xoay chiều tần số 50Hz. Khi C= C₁ và C= C₂ thì I qua cuộn dây không đổi. Để cường độ hiệu dụng qua mạch cực đại thì C₀ bằng:

Phân tích: C thay đổi,  L và R không đổi, cường độ hiệu dụng qua mạch đạt cực đại Þtrong mạch có cộng hưởng điện.

Giải: C = C₁ và C=C₂

         I₁ = I₂ ÞZ₁ =Z₂

         Þmà Z_L=Z_C =

Þ ÞChọn C

2. Bài toán cực trị

Câu 1: Cho mạch xoay chiều gồm: cuộn dây thuần cảm L, biến trở R và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp. Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch AB là một điện áp xoay chiều có tần số 50Hz. Biết , . Điều chỉnh biến trở sao cho công suất trong mạch đạt cực đại và bằng 192W. Điện áp cực đại ở hai đầu đoạn mạch AB bằng

Phân tích: Bài toán cho R biến đổi, L, C và w không đổi, Z_L ¹Z_C Þkhông phải là hiện tượng cộng hưởng

Giải: Z_L = 200W, Z_C = 50W. Ta có: R =ÞP=P_max=

Þ=240 VÞU₀ =240 VÞ Chọn D

Câu 2. Cho đoạn mạch xoay chiều nối tiếp gồm R =200W. Cuộn dây thuần cảm L = 637mH và tụ điện có điện dung C biến đổi được. Điện áp hai đầu đoạn mạch là . Biến đổi điện dung C đến giá trị C₀ thì thấy điện áp hai đầu tụ đạt cực đại: Ti C₀ và U_Cmax

Phân tích: Các đại lượng R, L, w không thay đổi Thay đổi C để U_C = U_Cmax nên ÞC=7,96mF

U_Cmax=Þ chọn A.

Câu 3. Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R, cuộn dây thuần cảm L thay đổi được và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp vào nguồn điện  có điện áp hiệu dụng U=100V, tần số góc w=314rad/s. Một vôn kế có R_V=¥ mắc vào hai đầu cuộn dây. Khi L =0,636H thì số chỉ vôn kế cực đại và bằng 200V. R có giá trị:

Phân tích: Các đại lượng R, C, w không thay đổi, L thay đổi sao cho U_L = U_Lmax khi đó

Giải: Z_L =wL=200W(1)

U_Lmax =(2) Từ (1) và (2) ÞR = Z_C =100WÞ chọn B.

Câu 4: Cho mạch điện AB gồm một điện trở thuần R có giá trị thay đổi được, một tụ điện có điện dung C, một cuộn dây có điện trở thuần r = 10W và có độ tự cảm L mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu mạch AB một điện áp xoay chiều có tần số và có giá trị hiệu dụng bằng 220V. Cho R thay đổi, khi R = R’ thì công suất tiêu thụ của mạch AB có giá trị lớn nhất bằng 968W. R có giá trị

Phân tích: Các đại lượng w, L, C không thay đổi. R thay đổi thì P_max =

Giải: P_max  ==WÞR’ =15WÞchọn C

IV. PHẦN MÔ TẢ THỂ HIỆN MỨC ĐỘ TRIỂN KHAI CỦA ĐỀ TÀI

1. Trong năm học 2010-2011

    Đề tài được tôi vận dụng trong việc giảng dạy ở các lớp 12A2, 12A5, 12A6, 12B4. Bài kiểm tra gồm 25 câu hỏi trong thời gian 45 phút, kết quả điểm được thống kê phân loại như sau:

BẢNG TÍNH ĐIỂM CÁC BÀI KIỂM TRA

(Theo số liệu khảo sát của đề tài)

Bảng tổng hợp:

2. Nhận xét:

    Qua theo dõi kết quả nhận thấy số học sinh được tiếp xúc thông qua đề tài có cách giải thành thạo hơn, đãm bảo thời gian làm bài theo yêu cầu, câu trả lời chính xác, đạt kết quả điểm khá cao

PHẦN III:KẾT LUẬN

     Như trên đã nói, bài tập vật lý là một phần không thể thiếu trong quá trình giảng dạy bộ môn vật lý ở trường phổ thông. Nó là phương tiện để nghiên cứu tài liệu mới, để ôn tập, để rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức và bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học. Bài tập vật lý là phương tiện để giúp học sinh rèn luyện những đức tính tốt đẹp như tính cảm nhận, tinh thần chịu khó và đặc biệt giúp các em có được thế giới quan khoa học và chủ nghĩa duy vật biện chứng.

      Để bài tập vật lý thực hiện đúng mục đích của nó thì điều cơ bản là người giáo viên phải phân loại và có được phương pháp tốt nhất để học sinh dễ hiểu và phù hợp với trình độ của từng học sinh.

     Trong đề tài này tôi chỉ mới tìm cho mình một phương pháp và chỉ áp dụng cho một dạng toán, tất nhiên là không trọn vẹn, để giúp học sinh giải được những bài toán mang tính lối mòn nhằm giúp các em có được kết quả tốt trong các kỳ thi, đặc biệt là thi dưới hình thức trắc nghiệm khách quan.

     Tuy nhiên đây mới là phương pháp mang tính chủ quan của cá nhân tôi, và thật ra tôi đã thử áp dụng cho nhiều loại đối tượng học sinh và thấy rằng các em rất thích và làm bài tương đối có kết quả tốt( tất nhiên là chỉ mới giới hạn trong dạng toán này)

     Rất mong được sự quan tâm giúp đỡ, góp ý và chia sẽ kinh nghiệm của quí đồng nghiệp.

                                              Xin chân thành cảm ơn!

                                                             Mộ Đức, ngày 2 tháng 3 năm 2012

                                                                                   Giáo viên

                                                                              Trương Thị Cúc

                                                          MỤC LỤC

                                                                                                  Trang

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguồn tài liệu trên mạng Internet trang Violet, Thư viện vật lý…
2. Sách giáo khoa Vật lý 12 Nâng cao. Tác giả: Nguyễn Thế Khôi(Tổng chủ biên)-NXB Giáo Dục
3. Sách giáo khoa Vật lý 12 Cơ bản. Tác giả: Lương Duyên Bình(Tổng chủ biên)-NXB Giáo Dục
4. Phương pháp giải các dạng bài tập trắc nghiệm Vật Lý của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo. Tác giả: Phạm Đức Cường (Chủ biên)- NXB Đại Học Sư Phạm

PHẦN I: MỞ ĐẦU

I.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

   Môn Vật lý là một bộ  môn khoa học tự nhiên nghiên cứu về các hiện tượng vật lý nói chung và điện học nói riêng. Những thành tựu của vật lý được ứng dụng vào thực tiển sản xuất và ngược lại chính thực tiễn sản xuất đã thúc đẩy khoa học vật lý phát triển. Vì vậy học vật lý không chỉ đơn thuần là học lí thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vào thực tiển sản xuất. Do đó trong quá trình giảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có được những kỹ năng, kỹ xảo và thường xuyên vận dụng những hiểu biết đã học để giải quyết những vấn đề thực tiễn đặt ra.

     Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện về vật lý. Hệ thống kiến thức này phải thiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp và đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý hiện đại. Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc và đủ những kiến thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cần phải rèn luyện cho các học sinh những kỹ năng, kỹ xảo thực hành như: Kỹ năng, kỹ xảo giải bài tập, kỹ đo lường, quan sát….

        Bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông. Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý học sinh sẽ có được những kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp…do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy của học sinh. Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh cũng 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 các em 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 gà thi tuyển. Cụ thể là phương pháp kiểm tra đánh giá bằng phương tiện trắc nghiệm khách quan. Trắc nghiệm khách quan đang trở thành phương pháp chủ đạo trong kiểm tra đánh giá chất lượng dạy và học trong nhà trường THPT. Điểm đáng lưu ý là nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn bộ kiến thức của chương trình, tránh học tủ, học lệch và 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 có phản ứng nhanh đối với các dạng toán, đặc biệt các dạng toán mang tính chất khảo sát mà các em thường gặp .

   Với mong  muốn tìm được phương pháp giải các bài toán trắc nghiệm một cách nhanh chóng đồng thời có khả năng trực quan hoá tư duy của học sinh và lôi cuốn được nhiều học sinh tham gia vào quá trình giải bài tập củng như giúp một số học sinh không yêu thích hoặc không giỏi môn vật lý cảm thấy đơn giản hơn trong việc giải các bài tập trắc nghiệm vật lý, tôi chọn đề tài:”Hướng dẫn học sinh giải nhanh các bài toán khảo sát mạch điện xoay chiều khi các thông số của mạch thay đổi”

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 lý, đồng thời giúp các em đạt kết quả cao trong các kỳ thi.

- Nghiên cứu phương pháp giảng dạy bài vật lý 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 lý và phương pháp bài tập vật lý ở trường phổ thông.

- Nghiên cứu lý thuyết về mạch điện xoay chiều

- Nghiên cứu lý thuyết khảo sát mạch điện

- Vận dụng lý thuyết trên để giải một số bài toán

IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lý thuyết

- Giải các bài tập vận dụng

V. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

     Thông thường khi giải các bài tập về mạch điện xoay chiều học sinh sẽ gặp phải một số bài tập mang tính chất khảo sát mối liên hệ giữa các đại lượng, các thông số của mạch điện. Trên tinh thần trắc nghiệm khách quan, nếu phải giải bài toán này trong thời gian ngắn thì quả là rất khó đối với học sinh. Do đó tôi hệ thống lại các dạng thường gặp để các em dễ dàng giải quyết khi gặp phải. Khai thác có hiệu quả phương pháp sẽ góp phần nâng cao chất lượng nắm kiến thức, vận dụng và đạt kết quả tốt trong các kỳ thi.

VI. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

- Trong giới hạn đề tài tôi chỉ đưa ra phương pháp giải nhanh bài toán khảo sát mạch điện.

- Đối tượng áp dụng: tất cả học sinh.

PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG I

BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG.

1.1 Vai trò bài tập vật lý trong việc giảng dạy vật lý.

     Việc giảng dạy bài tập vật lý trong nhà trường không chỉ giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức qui định trong chương trình mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiển đã đặt ra.

    Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày.

     Kỹ năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiển đời sống chính là thước đo mức độ sâu sắc và vững vàn của những kiến thức mà học sinh đã thu nhận được. Bài tập vật lý với chức năng là một phương pháp dạy học có một vị trí đặc biệt trong dạy học vật lý ở trường phổ thông.

      Trước hết, vật lý là một môn khoa học giúp học sinh nắm được qui luật vận động của thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những qui luật ấy, biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn. Trong nhiều trường hợp mặc dù người giáo viên có trình bày tài liệu một cách mạch lạc, logic, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng yêu cầu, qui tắc và có kết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để học sinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức. Chỉ thông qua việc giải các bài tập vật lý dưới hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điệu kiện cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thể thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc và hoàn thiện.

     Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá, trừu tượng hoá…để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của học sinh có điều kiện để phát triển. Vì vậy có thể nói bài tập vật lý là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghỉ và hành động, tính kiên trì trong việc khắc phục những khó khăn trong cuộc sống của học sinh.

    Bài tập vật lý là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức mà trong giờ học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua đó nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh.

    Đặc biệt, để giải được các bài tập vật lý dưới hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh ngoài việc nhớ lại các kiến thức một cách tổng hợp, chính xác ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thì học sinh cần phải rèn luyện cho mình tính phản ứng nhanh trong từng tình huống cụ thể, bên cạnh đó học sinh phải giải thật nhiều các dạng bài tập khác nhau để có được kiến thức tổng hợp, chính xác và khoa học

1.2. Phân loại bài tập vật lý.

1.2.1. Bài tập vật lý định tính hay bài tập câu hỏi lý thuyết.

- Là bài tập mà học sinh không cần phải tính toán( Hay chỉ có các phép toán đơn giản) mà chỉ vận dụng các định luật, định lý, qui luật để giải thích hiện tượng thông qua các lập luận có căn cứ có logic.

- Nội dung của các câu hỏi khá phong phú, và đòi hỏi phải vận dụng rất nhiều các kiến thức vật lý.

- Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước:

* Phân tích câu hỏi

* Phân tích hiện tượng vật lý có đề cập đến trong câu hỏi để từ đó xác định các định luật, khái niệm vật lý hay một qui tắc vật lý nào đó để giải quyết câu hỏi.

* Tổng hợp các điều kiện đã cho với các kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi.

1.2.2. Bài tập vật lý định lượng

Đó là loại bài tập vật lý mà muốn giải quyết nó ta phải thực hiện một loạt các phép tính. Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân loại bài tập dạng này thành hai loại :

a. Bài tập tập dượt: Là bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiên cứu một khái niệm hay một qui tắc vật lý nào đó để học sinh vận dụng kiến thức vừa mới tiếp thu.

b. Bài tập tổng hợp: Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó học sinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnh vực. Đặc biệt, khi các câu hỏi loại này được nêu dưới dạng trắc nghiệm khách quan thì yêu cầu học sinh phải nhớ kết quả cuối cùng đã được chứng minh trước đó để giải nó một cách nhanh chóng. Vì vậy yêu cầu học sinh phải hiểu bài một cách sâu sắc để vận dụng kiến thức ở  mức độ cao.

1.2.3. Bài tập đồ thị

Đó là bài tập mà dữ kiện đề bài cho dưới dạng đồ thị hay trong quá trình giải nó ta phải sử dụng đồ thị ta có thể phân loại dạng câu hỏi này thành các loại :

a. Đọc và khai thác đồ thị đã cho: Bài tập loại này có tác dụng rèn luyện cho học sinh kỹ năng đọc đồ thị, biết cách đoán nhận sự thay đổi trạng thái của vật thể, hệ vật lý, của một hiện tượng hay một quá trình vật lý nào đó. Biết cách khai thác từ đồ thị những dữ kiện để giải quyết một vấn đề cụ thể.

b. Vẽ đồ thị theo những dữ liệu đã cho: bài tập này rèn  luyện cho học sinh kỹ năng vẽ đồ thị, nhất là biết cách chọn hệ toạ độ và tỉ lệ xích thích hợp để vẽ đồ thị chính xác.

CHƯƠNG II

LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

* Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

 Khung dây kim loại quay đều với vận tốc góc  quanh trục đối xứng của nó trong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay thì trong mạch có dòng điện biến thiên điều hoà với tần số góc gọi là dòng điện xoay chiều. Khi khung dây quay một vòng(một chu kì) dòng điện trong khung dây đổi chiều 2  lần.

* Hiệu điện thế xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều

Nếu  thì

Nếu thì

Với

* Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

 và

* Lý do sử dụng các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

+ Với dòng điện xoay chiều ta khó xác định các giá trị tức thời của i và u vì chúng biến thiên rất nhanh, cũng không thể lấy giá trị trung bình của chúng vì trong một chu kỳ, giá trị đó bằng 0.

+ Khi sử dụng dòng điện xoay chiều, ta cần quan tâm tới không phải là tác dụng tức thời của nó ở từng thời điểm mà là tác dụng của nó trong một thời gian dài.

+ Tác dụng nhiệt của dòng điện tỉ lệ với bình phương của cường độ dòng điện nên không phụ thuộc vào chiều dòng điện.

+ Ampe kế và vôn kế đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều dựa vào tác dụng nhiệt của dòng điện nên gọi là ampe kế nhiệt và vôn kế nhiệt, số chỉ của chúng là cường độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

* Các loại đoạn mạch xoay chiều

+ Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần:u_R cùng pha với i ;

+ Đoạn mạch chỉ có tụ điện: u_C trễ pha hơn i góc . ; với là dung kháng của tụ điện.

+ Đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm: u_L sớm pha hơn i góc . ; với Z_L =là cảm kháng của cuộn dây.

+ Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp(không phân nhánh): Độ  lệch pha giữa u và i xác định theo biểu thức:

Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: . Với là tổng trở của đoạn mạch.

+ Cộng hưởng trong đoạn mạch RLC

    Khi Z_L= Z_C hay thì dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại  I_max =, công suất trên mạch đạt giá trị cực đại , u cùng pha với i (=0).

Khi Z_L> Z­_C thì u nhanh pha hơn i (đoạn mạch có tính cảm kháng).

Khi Z_L< Z­_C thì u trễ pha hơn i ( đoạn mạch có tính dung kháng).

R tiêu thụ năng lượng dưới dạng toả nhiệt, Z_L và Z_C không tiêu thụ năng lượng của nguồn điện xoay chiều.

+ Cách nhận biết cuộn dây có điện trở thuần r

Xét toàn mạch, nếu : ; hoặc P hoặc thì cuộn dây có điện trở thuần r.

Xét cuộn dây, nếu: Ud U_L hoặc Z_dZ_L hoặc P_d 0 hoặc  _d0 hoặc  _d thì cuộn dây có điện trở thuần r 0

* Công suất của dòng điện xoay chiều

+ Công suất của dòng điện xoay chiều:

+ Hệ số công suất:

+ Ý nghĩa của hệ số công suất

Trong trường hợp =1 tức là : mạch chỉ có R, hoặc mạch RLC có cộng hưởng điện (Z_L=Z_C) thì .

Trường hợp =0 tức là : Mạch chỉ có L, hoặc chỉ có C, hoặc có cả L và C mà không có R thì P=P_min=0

Để nâng cao hệ số công suất của mạch bằng cách mắc thêm vào mạch cuộn cảm hoặc tụ điện thích hợp sao cho cảm kháng và dung kháng của mạch xấp x