SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 12 PHẦN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Hiện nay, mà hình thức thi trắc nghiệm khách quan ngày áp dụng rộng rãi kì kiểm tra, kì thi, đặc biệt kì thi THPT Quốc gia yêu cầu việc nhận dạng để giải nhanh tối ưu câu trắc nghiệm vô cần thiết Vì vậy, trình giảng dạy thầy cô giáo phải nghiên cứu kĩ phương pháp làm cho học sinh hiểu, biết vận dụng, biết liên hệ thực tiễn liên hệ bài, chương với để nắm kiến thức Trong chương trình Vật lý lớp 12, kiến thức Chương III: Dòng điện xoay chiều chiếm vị trí quan trọng Điều thể qua tỉ lệ số câu hỏi liên quan đến chương đề thi THPT Quốc gia chiếm khoảng 10/40 câu Qua thực tế giảng dạy dự đồng nghiệp, nhận thấy việc ôn tập kiến thức cho em học sinh mơn Vật lý nói chung Dòng điện xoay chiều nói riêng vấn đề quan trọng phức tạp Bởi lẽ giúp học sinh ôn tập giáo viên phải đưa dạng kiến thức tổng quát lí thuyết tập theo trọng tâm chương, từ học sinh tự hệ thống hóa kiến thức học theo trình tự logic từ khái quát đến cụ thể ngược lại Trong đề thi THPT Quốc gia năm gần đây, mơn Vật Lý có câu trắc nghiệm định lượng khó mà đề thi trước chưa có, chưa gặp chưa giải qua lần thí sinh khó mà giải nhanh xác câu Trên thực tế giảng dạy môn Vật lý trường THPT Nguyễn Thị Lợi, với trình độ học sinh đa phần yếu kém, để thu hút hứng thú học sinh vào học khó khăn Đó điều mà tơi ln trăn trở, suy nghĩ Đặc biệt làm tập thực hành, học sinh thụ động, khơng tích cực suy nghĩ, làm việc học sinh hổng kiến thức nhiều, hệ thống tập đưa chưa phù hợp, chưa bám sát đối tượng Do hiệu luyện tập hạn chế Trên lí xuất phát từ sở lí luận thực tiễn khiến chọn đề tài: “Phương pháp giải tập Vật lí 12 - Phần Dòng điện xoay chiều” để đề xuất sáng kiến kinh nghiệm dạy học Để giúp em học sinh nhận dạng câu trắc nghiệm định lượng từ giải nhanh xác câu, tơi xin tập hợp tập điển hình sách giáo khoa, sách tập, đề thi THPT Quốc gia năm qua phân chúng thành dạng từ đưa phương pháp giải cho dạng Hy vọng tập tài liệu giúp ích chút cho q đồng nghiệp trình giảng dạy em học sinh trình kiểm tra, thi cử Mục đích nghiên cứu Qua đề tài này, tơi muốn em học sinh nắm vững kiến thức mà có cách nhìn tổng qt phần học để em có phương pháp hệ thống kiến thức cách ngắn gọn nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, hứng thú học sinh từ góp phần nâng cao chất lượng dạy học mơn Vật lí trường THPT Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu với đối tượng học sinh có khả tiếp thu mức độ trung bình khá, cụ thể thực đề tài với học sinh lớp 12C trường THPT Nguyễn Thị Lợi vòng tháng (Từ tháng 11 năm 2018 đến hết tháng 12 năm 2019) Ngay sau học xong chương III: Dòng điện xoay chiều, tiến hành khảo sát chất lượng học sinh đối tượng nghiên cứu, dự đồng nghiệp Trong q trình giảng dạy, tơi kết hợp tìm tòi nghiên cứu tài liệu với việc áp dụng rút kinh nghiệm từ dạy để thực đề tài nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức học biết vận dụng kiến thức để giải vấn đề thực tiễn có nhiều phương pháp Tuy nhiên mong muốn hướng tới cho học sinh phương pháp ơn tập có so sánh, phân loại liên hệ phần học với để em có cách nhìn tổng qt kiến thức học Để hoàn thành tài nghiên cứu sử dụng Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin II NỘI DUNG Cơ sở lí luận Chương trình Vật lý 12 có nhiều nội dung phần khác như: Dao động cơ, sóng học, dao động sóng điện từ, dòng điện xoay chiều, Sóng ánh sáng , lượng tử ánh sáng, Vật lí hạt nhân Do học sinh có q nhiều cơng thức, q nhiều tượng để phải nhớ Chẳng hạn chương Dòng điện xoay chiều có nhiều kiến thức lý thuyết nhiều dạng toán Nếu hướng dẫn cho học sinh nhận thấy phân loại nắm phương pháp giải cảu dạng tập giúp cho em phương pháp học tập biết phân loại, hệ thống kiến thức từu có nhìn tổng quát, em hiểu sâu sắc chất Vật lý độ bền kiến thức tốt Ngồi giúp em học sinh biết khám phá vấn đề từ kiến thức học biết xâu chuỗi kiến thức học với Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm * Thực trạng - Khảo sát (Thống kê) - Ngay từ sau học xong chương III tiến hành khảo sát chất lượng để đánh giá chất lượng trình độ học sinh với nội dung kiểm tra sau: ( Đề khảo sát phần phụ lục – Trang 22) Kết kiểm tra thu sau: Sĩ số Điểm 0,1,2 Điểm 3,4 Điểm 5,6 Điểm 7,8 Điểm 9,10 35 12 15 - Đánh giá phân tích kết kiểm tra: + Từ kết khảo sát chất lượng cho thấy học sinh có trình độ trung bình khơng đa số học sinh vận dụng kiến thức chưa tốt Một phần em chưa luyện tập nhiều, phần em chưa phân loại dạng tập, em chưa xác định cách giải tập cách nhanh xác + Học sinh chưa thực hứng thú tìm tòi khoa học Khả tư học sinh hạn chế * Thuận lợi - Nhờ thay đổi phương pháp dạy học tăng cường tích tính cực, chủ động sáng tạo học sinh mà phần chứng minh công thức, hệ thống kiến thức hướng dẫn giao nhiệm vụ cho học sinh học sinh tích cực xây dựng - Sự giúp đỡ đóng góp ý kiến đồng nghiệp qua tiết dự - Sự đa dạng kênh thông tin trợ giúp CNTT việc khai thác tìm tòi tài liệu liên quan * Khó khăn - Mặc dù kiến thức vật lí chương III em học tích cực khả vận dụng kiến thức để giải tập vật lí em nhiều hạn chế em yếu mặt tư duy, hay học chưa hiểu rõ chất chưa có liên hệ phần học nên nhanh quên kiến thức - Nhiều phần kiến thức đòi hỏi nhiều biến đổi tốn học nhiều học sinh tư tốn học chưa tốt Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề Các giải pháp - Bồi dưỡng nâng cao nhận thức Thông qua việc hệ thống kiến từu mở rộng kiến thức thông qua việc phân loại dạng tập liên quan - Luyện kĩ thực hành Sau hệ thống mở rộng kiến thức mặt lí thuyết để học sinh nâng cao khả nhận thức cho học sinh luyện tập, vận dụng kiến thức bồi dưỡng để giải toán liên quan theo dạng phân loại Để thực giải pháp giáo viên yêu cầu học sinh ôn tập nắm vững kiến thức phần dòng điện xoay chiều Trên sở có so sánh, giáo viên định hướng học sinh phân loại dạng định hướng cách giải dạng tập 3.1 Phân loại Phương pháp giải số dạng tập phần dòng điện xoay chiều Dạng 1: Đại cương dòng điện xoay chiều * Các kiến thức bản: Biểu thức dòng điện mạch i: I0cos(ωt + ϕi) điện áp hai đầu đoạn mạch u = U0cos(ωt + ϕu) Độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch dòng điện mạch là: ϕ = ϕu - ϕi Các giá trị hiệu dụng: Cường độ dòng điện hiệu dụng I = Điện áp hiệu dụng: U = U0 Suất điện động hiệu dụng: E = Chu kì dòng điện: T = Tần số dòng điện: f = I0 E0 2π ω ω 2π Trong giây dòng điện xoay chiều có tần số f (tính Hz) đổi chiều 2f lần Từ thông qua khung dây máy phát điện: → → φ = NBScos( n , B ) = NBScos(ωt + ϕ) = Φ0cos(ωt + ϕ); với Φ0 = NBS Suất động khung dây máy phát điện: e=- π dφ = - φ’ = ωNBSsin(ωt + ϕ) = E0cos(ωt + ϕ - ); với E0 = ωΦ0 = ωNBS dt Sự tương tự dao động dòng điện xoay chiều Dao động Dòng điện xoay chiều x = Acos( ωt + ϕ ) Φ = NBScos(ωt + ϕ) = Φ0 cos(ωt + ϕ) v = x ' = - A ω sin( ωt + ϕ ) Công thức liên hệ: x2 + e=- dΦ = - Φ’ = ωNBSsin(ωt + ϕ) dt Công thức liên hệ: v v = A2 → A = x + 2 ω ω → φ2 e2 e2 + = → φ = φ + φ 20 E 20 ω2 * Bài tập minh họa: (phần phụ lục – trang 27) Dạng 2: Viết biểu thức điện áp u hai đầu đoạn mạch cường độ dòng điện i đoạn mạch xoay chiều * Kiến thức bản: UR hay R a Đoạn mạch có điện trở R uR pha với i ; I = I0 = U0 R b Đoạn mạch có tụ điện C uC trễ pha i góc π U U C I = Z hay I = Z hay I = U 0ωC với ZC = dung kháng tụ điện ωC C C Chú ý: - Điện dung C tụ, đơn vị Fara(F) Đối với tụ điện phẳng C = Khoảng cách hai tụ, k = 9.109 εS ( d: 4π dk Nm ) C2 - Tụ điện C khơng cho dòng điện khơng đổi qua (cản trở hoàn toàn), lại cho dòng điện xoay chiều qua với điện trở (dung kháng): ZC = u2 i2 u2 → + = U = I Z I = i + Ta có: với 0 C U I 20 ZC ωC uC trễ pha i góc π Gọi u1 , u2 điện áp tức thời thời điểm t1 , t2 i1 , i2 cường độ dòng điện thời thời điểm t1 , t2 ta có ZC = u 2 − u 21 i 21 − i 2 c Đoạn mạch có cuộn cảm L uL sớm pha i góc UL I=Z L π U U hay I = Z hay I = với ZL = ωL cảm kháng cuộn dây L ωL Cuộn cảm L cho dòng điện khơng đổi qua hồn tồn (khơng cản trở, tức đóng vai trò dây nối) cho dòng điện xoay chiều qua với điện trở (cảm kháng): ZL = ωL Ta có: u2 i2 u2 → + = U = I Z I = i + với 0 L U 20 I 20 ZL2 π uL sớm pha i góc Gọi u1 , u2 điện áp tức thời thời điểm t1 , t2 i1 , i2 cường độ dòng điện thời thời điểm t1 , t2 ta có Z L = u 2 − u 21 i 21 − i 2 d Đoạn mạch gồm R,L mắc nối tiếp I= U U hay I = Với Z = R + Z L : Tổng trở đoạn mạch Z Z Điện áp hai đầu mạch sớm pha dòng điện mạch góc ϕ với tan ϕ = ZL U L U0L = = R U R U0R Quan hệ điện áp: r r r r r r u = u R + u L ;U = U R + U L ;U = U R + U L ;U = U R + U L ;U = U R + U L e Đoạn mạch gồm R,C mắc nối tiếp I= U U hay I = Với Z = R + ZC : Tổng trở đoạn mạch Z Z + Điện áp hai đầu mạch trễ pha dòng điện mạch góc ϕ với tan ϕ = Z C U C U 0C = = R U R U0R + Quan hệ rgiữarcác điện áp: r r r r u = uR + uC ;U = U R + U 0C ;U = U R + U C ;U 20 = U 20 R + U 20C ;U = U R + U 2C f Đoạn mạch gồm L,C mắc nối tiếp I= U U hay I = Với Z = Z L − ZC : Tổng trở đoạn mạch Z Z + Quan hệ rgiữarcác điện áp: r r r r u = u L + uC ;U = U L + U 0C ;U = U L + U C ;U = U L − U 0C ;U = U L − U C u2 i2 + = với U = I Z = Z L − Z C → I = i + u điện áp hai đầu Ta có: 2 U I Z π mạch sớm pha dòng điện mạch góc Z L > ZC điện áp hai π đầu mạch trễ pha dòng điện mạch góc Z L < ZC u , u t , t i , Gọi điện áp tức thời thời điểm i2 cường độ dòng điện thời u 2 − u 21 thời điểm t1 , t2 ta có Z = 2 i −i g Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp (khơng phân nhánh): + Quan hệ gữa điện áp: −→ → −→ −→ −→ −→ −→ → U = U R + U L + U C ; U = U 0R + U 0L + U 0C ; u = uR + uC + u L ;U = U R + (U L − U 0C ) ;U = U R + (U L − U C ) U = U R2 + (U L − U C ) Với Z = R + (Z L - Z C ) gọi tổng trở đoạn mạch RLC + Cường độ hiệu dụng : I = U U hay I = Z Z + Độ lệch pha ϕ u i : U L − U C U L − U 0C Z L − ZC ωL − = tanϕ = = ωC = U U0R R R R (1) Chú ý: + Nếu Z L > Z C ↔ ω > 1 ↔ f > u i sớm pha góc ϕ ( xác định LC 2π LC (1)) + Nếu Z L < Z C ↔ ω < 1 ↔ f < u trễ pha i góc ϕ ( xác định LC 2π LC (1)) 1 ↔ f = u pha LC 2π LC i ( ϕ = 0: độ lệch pha gữa u i hay hệ số công suất cos ϕ = 1) Khi 2 + Nếu Z L = Z C ↔ ω = LC ↔ ω LC = ↔ ω = dòng điện mạch đạt cực đại Ta nói mạch xảy tượng cộng hưởng lúc I = I Max = U R h Nếu cuộn dây khơng cảm( có điện trở Rd ) thì: −→ → −→ −→ −→ + Quan hệ gữa điện áp: U = U R + U R + U L + U C ; d → −→ −→ −→ −→ U = U 0R + U Rd + U 0L + U 0C ; u = u Rd + u R + uC + u L ;U = (U R + U Rd ) + (U L − U 0C ) ;U = (U R + U Rd ) + (U L − U C ) Với Z = (R+R d ) + (Z L - ZC ) gọi tổng trở đoạn mạch RLC + Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: I = U U hay I = Z Z Z L − ZC ωL − ωC = + Độ lệch pha ϕ u i xác định theo biểu thức: tanϕ = R + R = d R + Rd U L −UC U − U 0C = 0L (2) U R + U Rd U R + U Rd Xét riêng cuộn dây: Z Cd = r + Z L , uCd sớm pha i góc ϕcd với tan ϕcd = Chú ý: + Nếu Z L > Z C ↔ ω > ZL r 1 ↔ f > u sớm pha i góc ϕ ( xác LC 2π LC định (2)) + Nếu Z L < ZC ↔ ω < 1 ↔ f < u trễ pha i góc ϕ ( xác LC 2π LC định (2)) 2 + Nếu Z L = Z C ↔ ω = LC ↔ ω LC = ↔ ω = 1 ↔ f = u LC 2π LC pha i ( ϕ = 0: độ lệch pha gữa u i 0) Khi dòng điện mạch U đạt cực đại Ta nói mạch xảy tượng cộng hưởng I = I Max = R + R d U ≥ U ; U − U ≥ U → U ≥ U ; U ≥ U + R 0L 0C L C * Phương pháp giải: Để viết biểu thức cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch viết biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch ta tính giá trị cực đại cường độ dòng điện điện áp cực đại tương ứng góc lệch pha điện áp cường độ dòng điện thay vào biểu thức tương ứng Chú ý: Nếu đoạn mạch có nhiều phần tử R, L, C mắc nối tiếp Khi tính tổng trở độ lệch pha ϕ u i ta đặt R = R + R2 + ; ZL = ZL1 + ZL2 + ; ZC = ZC1 + ZC2 + Nếu mạch khơng có điện trở ta cho R = 0; khơng có cuộn cảm ta cho ZL = 0; khơng có tụ điện ta cho ZC = * Bài tập minh họa: (phần phụ lục _ Trang 28) Dạng 3: Tìm số đại lượng loại đoạn mạch xoay chiều * Các kiến thức bản: Cảm kháng, dung kháng, tổng trở: ZL = ωL; ZC = U U R U L UC = = Z L = ZC Z R Z − ZC Góc lệch pha u i: tanϕ = L R U 2R = U 2 Công suất: P = UIcosϕ = I2R = cos ϕ R Z2 R Hệ số công suất: cosϕ = Z ; Z = R + (Z L - Z C ) ωC Định luật Ôm: I = Điện tiêu thụ mạch điện: W = A = Pt * Phương pháp giải: Để tìm đại lượng đoạn mạch xoay chiều ta viết biểu thức liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm từ suy tính đại lượng cần tìm Trong số trường hợp ta dùng giãn đồ véc tơ để giải toán Trên đoạn mạch khuyết thành phần ta cho thành phần Nếu mạch vừa có điện trở R vừa có cuộn dây có điện trở r điện trở mạch (R + r) * Bài tập minh họa: (phần phụ lục – Trang 30) Dạng 4: Bài toán cực trị đoạn mạch xoay chiều a Mạch RLC với R thay đổi: R thay đổi để: U2 + Để P Max : R = Z L − Z C Khi đó: P Max = hệ số cơng suất cos ϕ = 2R + Cho công suất để tính R: Giải phương trình sau: R − U R + ( Z L − ZC ) = P + Để với hai giá trị R1 , R2 mạch có cơng suất P( hay I) giải phương trình sau: R − R1 + R2 = U2 P U2 R + ( Z L − Z C ) = để tính hai giá trị R1 , R2 Theo Viét ta có: P R1R2 = (Z L − Z C )2 hay R1R2 = Z L − Z C + Để với hai giá trị R1 , R2 mạch có cơng suất P để P Max R = R1R2 Khi U2 U2 = đó: P Max = R R1R2 * Nếu cuộn dây không cảm( có điện trở r): • Điều chỉnh R để P Max R + r = Z L − ZC U2 Khi đó: P Max = hệ số công suất cos ϕ = 2( R + r ) • Điều chỉnh R để công suất tiêu thụ biến trở R đạt cực đại: P R Max R = r + ( Z L − Z C ) Khi đó: P Max = U 2( R + r ) • Điều chỉnh R để công suất tiêu thụ cuộn dây đạt cực đại P cd R = Max P cdMax = U 2r r + ( Z L − Z C )2 b Mạch RLC với L thay đổi: L thay đổi để: + Để P Max (hay I Max hay U R ) Xảy tượng cộng hưởng: Max 1 ↔ ω LC = ↔ L = LC ωC U Khi đó: P Max = hệ số công suất cos ϕ = ( cuộn dây khơng cảm R U2 P Max = ) U RMax = U R + Rd Z L = ZC ↔ ω = + Để U C Max : Xảy tượng cộng hưởng: 1 ↔ ω LC = ↔ L = LC ωC R + Z 2C U U U U Z = Z Khi đó: P Max = CMax = Khi dó U L Max = LMax : L C + Zc R R U R + Z C hay U LMax = U + U C + U R R Z L = ZC ↔ ω = + Để với giá trị L1 , L2 Mạch có cơng suất(P khơng đổi) hay cường độ dòng điên( I khơng đổi) ta có Z L + Z L = 2Z C + Để với giá trị L1 , L2 Mạch có cơng suất(P khơng đổi) hay cường để P Max hay I Max L = độ dòng điên( I khơng đổi) L1 + L 2 + Để với giá trị L1 , L2 Mạch có U L ( U L khơng đổi) ta có 2ZC R + Z 2C Z L1 Z L2 = U U2 − 1− UL UL + Để với giá trị L1 , L2 Mạch có U L ( U L khơng đổi) để U LMax 2L1 L L= L1 + L + Để với L( Hay Z L ) để điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm Z L1 + Z L2 =   U 2  2 1 −  U L Z L tính từ phương trình ÷  Z L − 2ZC Z L + R + Z C =   U L   + L thay đổi để điện áp hiệu dụng hai đầu RL( U RL ) đạt cực đại U L − U CU L − U R = 2 hay Z L − ZC Z L − R = → Z L = ZC + R + Z 2C 2UR → U RLmax = R + Z 2C − ZC c Mạch RLC với C thay đổi: C thay đổi để: + Để P Max (hay I Max hay U R ) : Xảy tượng cộng hưởng: Max 1 ZC = Z L ↔ ω = ↔ ω LC = ↔ C = LC ω L U Khi đó: P Max = hệ số công suất cos ϕ = ( cuộn dây khơng cảm R U2 P Max = ) U RMax = U R + Rd +Để U LMax : Xảy tượng cộng hưởng: 1 U U2 ↔ ω LC = ↔ C = Khi đó: P Max = U LMax = Z L LC ω L R R 2 R +Z L U R + Z L hay U 2CMax = U + U L + U R + Để U CMax : Z C = Khi dó U CMax = ZL R ZC = Z L ↔ ω = Chú ý: Nếu đoạn mạch gồm cuộn dây tụ điện mắc nối tiếp ta có U 2C = U + U L + U r = U + U cd Tức điện áp hai đầu cuộn dây vuông pha với điện áp hai đầu đoạn mạch + Để với giá trị C1 , C2 Mạch có cơng suất(P khơng đổi) hay cường độ dòng điên ( I khơng đổi) ta có ZC + ZC = 2Z L Max 10 + Để với giá trị C1 , C2 Mạch có cơng suất(P khơng đổi) hay cường độ dòng điên 2C C ( I khơng đổi) để P Max hay I Max C = C + C + Để với giá trị C1 , C2 Mạch có U C ( U C khơng đổi) ta có 2Z L R +Z L Z C1 ZC2 = U U2 − 1− UC UC + Để với giá trị C1 , C2 Mạch có U C ( U C khơng đổi) để U CMax C +C2 C= + Để với C( Hay Z C ) để điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm Z C1 + Z C2 =   U 2  2 1 −  U C Z C tính từ phương trình ÷  ZC − 2Z L ZC + R + Z L = U   C   + C thay đổi để điện áp hiệu dụng hai đầu RC( U RC ) đạt cực đại U 2C − U LU C − U R = hay Z 2C − Z L Z C − R = → Z C = Z L + 4R + Z L 2UR → U RC max = 4R2 + Z 2L − ZL d Mạch RLC với f thay đổi: f thay đổi để: + Để P Max (hay I Max hay U R ) : Xảy tượng cộng hưởng: Max 1 ZC = Z L ↔ ω = ↔ ω LC = ↔ f = LC 2π LC U2 Khi đó: P Max = hệ số cơng suất cos ϕ = ( cuộn dây không cảm R U2 P Max = ) U RMax = U R+r + Để với giá trị ω1 , ω2 Mạch có cơng suất(P khơng đổi) hay cường độ dòng điên ( I khơng đổi) ta có ω1ω2 = LC + Để với giá trị ω1 , ω2 Mạch có cơng suất(P khơng đổi) hay cường độ dòng điên ( I không đổi) Để P Max hay I Max ω = ω1ω2 ↔ f = f1 f 2UL L R2 L R2 → U hay f = − − CMax = R LC − R 2C L C 2π L C 1 f = 2UL 2π C L R → U LMax = :ω= L R hay C − − R LC − R 2C C C + Để U C Max : ω = + Để U L Max 11 Chú ý: Với ωR , ωL , ωC giá trị tần số để U R Max ω R , U L , U C Max ta có: Max = ωLωC +Khi ω thay đổi đến hai giá trị ω = ω hay ω = ω điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm có giá trị Khi ω = ω điện áp hiệu dung hai đầu cuộn cảm đạt cực đại Hệ thức liên hệ ω, ω, ω R2   1  2L =C  − ÷=  + ÷ ωL  C   ω1 ω2  +Khi ω thay đổi đến hai giá trị ω = ω hay ω = ω điện áp hiệu dụng hai đầu tụ có giá trị Khi ω = ω điện áp hiệu dung hai đầu tụ đạt cực đại Hệ thức liên hệ ω, ω, ω là: ωC2 =  L R2  2  − ÷ = ( ω1 + ω2 ) L2  C  e Các dạng tốn khác: e1 Cho đoạn mạch hình vẽ: R L C llllllllllll l A B M Điều kiện để u AM u AB vuông pha là: Z L (Z C − Z L ) = R Hay U L (U C − U L ) = U R Và điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại 2 2 Tức U C = U + U L + U R Lúc điện áp hai đầu đoạn AM sớm pha điện áp hai đầu đoạn mạch AB Max góc π Chú ý: Nếu mạch điện gồm cuộn dây tụ điện mắc nối tiếp điều kiện để điện áp hai đầu cuộn dây điện áp hai đầu đoạn mạch vuông pha là: Z L ( ZC − Z L ) = r Hay U L (U C − U L ) = U r Và điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện 2 2 2 đạt cực đại Tức U C = U + U L + U r = U + U cd ( Lúc điện áp hai đầu cuộn Max dây sớm pha điện áp hai đầu đoạn mạch góc π ) e2.Cho đoạn mạch hình vẽ: R A C L M llllllllllll l B 12 Điều kiện để u AM u AB vuông pha là: ZC ( Z L − Z C ) = R hay U C (U L − U C ) = U R Và điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại Tức 2 2 U L = U + U C + U R Lúc điện áp hai đầu đoạn AM trễ pha điện áp hai đầu đoạn mạch AB Max góc π e3 Cho đoạn mạch hình vẽ: C R L,r llllllllllll l B A M Z Z Điều kiện để u AM uMB vuông pha là: L C = hay L = RrC r R e4 Cho đoạn mạch hình vẽ: L , r1 llllllllllll l A L , r2 llllllllllll l M B L L C R Điều kiện để U AM + U MB = U : Tức u AM uMB pha là: r = r e5 Cho đoạn mạch hình vẽ: C1 R2 R1 A C2 B M Điều kiện để U AM + U MB = U : Tức u AM uMB pha là: C = R e6 Cho đoạn mạch hình vẽ R L C llllllllllll l A B M Điều chỉnh giá trị R để Điện áp hiệu dụng hai đầu AM( Số vôn kế nối vào hai điểm A M) không thay đổi( hay U AM không phụ thuộc vào R) ta có ZC = 2Z L e7.Cho đoạn mạch hình vẽ: R A C L M llllllllllll l 13 B Điều chỉnh giá trị R để Điện áp hiệu dụng hai đầu AM( Số vôn kế nối M2 vào hai điểm A M) không thay đổi( U AM không phụ thuộc vào R) ta có Z L = 2Z C Tắt i.Cơng thức tính thời gian đèn huỳnh quang sáng Sáng Sáng chu kỳ Khi đặt điện áp u = U0cos(ωt + ϕu) -U -U1 O vào hai đầu bóng đèn, biết đèn sáng lên u ≥ U1 Tắt ∆t = U1 4∆ϕ Với cos∆ϕ = U , (0 < ∆ϕ < π/2) ω e8 Cho đoạn mạch hình vẽ: C R L M N U1 M'1 M'2 A M1 B để uAN uMB vng pha U R = U LU C hay R = Z L Z C * Bài tập minh họa:(phần phụ lục – Trang 31) Dạng 5: Bài toán nhận biết thành phần đoạn mạch xoay chiều * Kiến thức liên quan: Các dấu hiệu để nhận biết nhiều thành phần đoạn mạch xoay chiều (thường gọi hộp đen): Dựa vào độ lệch pha ϕx điện áp hai đầu hộp đen dòng điện mạch: + Hộp đen phần tử: - Nếu ϕx = 0: hộp đen R π : hộp đen L π - Nếu ϕx = - : hộp đen C - Nếu ϕx = + Hộp đen gồm hai phần tử: - Nếu < ϕx < π : hộp đen gồm R nối tiếp với L π < ϕx < 0: hộp đen gồm R nối tiếp với C π - Nếu ϕx = : hộp đen gồm L nối tiếp với C với ZL > ZC π - Nếu ϕx = - : hộp đen gồm L nối tiếp với C với ZL < ZC - Nếu - - Nếu ϕx = 0: hộp đen gồm L nối tiếp với C với ZL = ZC 14 U0 u Dựa vào số dấu hiệu khác: + Nếu mạch có R nối tiếp với L R nối tiếp với C thì: 2 U2 = U R + U L U2 = U R + U C2 + Nếu mạch có L nối tiếp với C thì: U = |UL – UC| + Nếu mạch có cơng suất tỏa nhiệt mạch phải có điện trở R cuộn dây phải có điện trở r + Nếu mạch có ϕ = (I = Imax; P = Pmax) mạch có điện trở R mạch có L C với ZL = ZC (tức có cộng hưởng điện) * Bài tập minh họa: (phần phụ lục – Trang 33) Dạng 6: Dùng giãn đồ véc tơ để giải số toán đoạn mạch xoay chiều * Kiến thức liên quan: Trên đoạn mạch RLC nối tiếp uR pha với i, uL sớm pha i góc π π , uC trễ pha i góc 2 Đoạn mạch gồm cuộn cảm điện trở cuộn dây có điện trở u sớm pha i Đoạn mạch gồm tụ điện điện trở u trể pha i Đoạn mạch RLC nối tiếp có: u = uR + uL + uC → → → → Biểu diễn giãn đồ véc tơ: U = U R + U L + U C Khi vẽ giãn đồ véc tơ cho đoạn mạch điện gồm phần tử mắc nối tiếp chọn trục gốc ∆ trùng hướng với véc tơ biểu diễn cường độn dòng điện →I (vì →I giống với phần tử mắc nối tiếp) * Phương pháp giải: Căn vào điều kiện toán cho vẽ giãn đồ véc tơ cho đoạn mạch Có thể vẽ → véc tơ tổng U cách áp dụng liên tiếp qui tắc hình bình hành Nhưng nên sử dụng cách vẽ thành hình đa giác thuận lợi Nếu giãn đồ có dạng hình học đặc biệt, ta dựa vào cơng thức hình học để giải tập cách ngắn gọn * Bài tập minh họa: (phần phụ lục – Trang 34) Dạng 7: Máy biến áp – Truyền tải điện 15 * Các kiến thức bản: Máy biến áp: U I1 N U1 = I = N1 P r ÷ = P U2 U   Cơng suất hao phí đường dây tải: Php = rI2 = r  Độ giảm điện áp đường dây tải điện: ∆U = Ir Hiệu suất tải điện: H = P − Php P * Phương phái giải: Để tìm đại lượng máy biến áp đường dây tải điện ta viết biểu thức liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm từ suy tính đại lượng cần tìm * Bài tập minh họa: (phần phụ lục – Trang 36) Dạng 8: Máy phát điện – Động điện * Các kiến thức bản: Tần số dòng điện máy phát điện xoay chiều pha phát (tính Hz): Máy có cặp cực, rơto quay với tốc độ n vòng/giây: f = n Máy có p cặp cực, rơto quay với tốc độ n vòng/giây: f = pn Máy có p cặp cực, rơto quay với tốc độ n vòng/phút: f = pn 60 Cơng suất tiêu thụ động điện tổng công suất hao phí cơng suất có ích: Ptt = I2r + Pcoich = = UIcosϕ * Bài tập minh họa: (phần phụ lục – Trang 38) 3.2 Sử dụng máy tính bỏ túi để giải nhanh dạng tập(dựa vào mối lien hệ số phúc lượng giác) Dạng 1: Biết biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch RLC Viết biểu thức dòng điện mạch Ta có i = u Z u = U cos(ωt + ϕu ) Z tổng trở mạch viết dạng Z = R + Z L i + ZC (−i) = R + Z L i − Z C i Trong Z viết dạng số phức: R phần thực số phức, Z L ; ZC phần ảo số phức i biểu thức khơng phải kí hiệu dòng điện i Cách nhập vào máy tính sau: Bấm SHIFT Mode để chọn chế độ Rad( R) Bấm Mode để chọn chế độ giống tổng hợp dao động học chương 1(CMPLX) 16 U u Nhập biểu thức i = Z = R + Z i − Z i L C Bấm “ = “, bấm phím SHIFT 23 = Máy tính lên kết tốn là: I 0∠ϕi Vậy biểu thức dòng điện là: i = I cos(ωt + ϕi ) ví dụ: (phần phụ lục – Trang 40) Dạng 2: Biết biểu thức dòng điện mạch Viết biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch u → u = i.Z Z Nhập vào máy tính: u = i.Z = ( I ∠ϕi ).( R + Z L i − Z C i ) Tương tự ta có: i = Bấm “ = “, bấm phím SHIFT 23 = Máy tính lên kết tốn là: U 0∠ϕu Ví dụ: (phần phụ lục – Trang 40) Dạng 3: Biết biểu thức dòng điện i điện áp u Xác địn phần tử mạch i= u u U ∠ϕ →Z = = u Z i I ∠ϕ i u U ∠ϕ u Nhập vào máy tính: Z = i = I ∠ϕ i Bấm “ = “, bấm phím SHIFT 23 = Máy tính lên kết toán là: Z = R + Z L i − Z C i Từ biểu thức ta xác định R, Z L ; ZC Ví dụ: (phần phụ lục 42) Trên số tập minh họa mà thơng qua giúp học sinh có khả phát vận dụng kiến thức , từ tự hệ thống hóa kiến thức phần, học cách tổng quát vận dụng nhanh, hiệu vào giải tập Sau thực hành tơi nhận thấy: + Học sinh hào hứng tích cực tham gia hoạt động học + Học sinh luyện tập nhiều hơn, tích cực tham gia xây dựng + Tuy nhiên cần giao nhiệm vụ cụ thể để học sinh chuẩn bị ôn tập kiến thức tốt Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 4.1 Kết 17 - Tiêu chí đánh giá: Đánh giá kết đạt đề tài dựa chất lượng kiểm tra học sinh sau nghiên cứu với đề kiểm tra khảo sát với mức độ tương đương đề khảo sát lần đầu ĐỀ KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG (phần mục lục – Trang 43) - Kết sau đánh giá so sánh với kết trước nghiên cứu: Tiêu chí Trước nghiên cứu Sau nghiên cứu Điểm 0,1,2 0 Điểm 3,4 12 Điểm 5,6 16 17 Điểm 7,8 11 Điểm 9,10 4.2 Rút học kinh nghiệm - Bài học chung: + Bên cạnh việc truyền đạt kiến thức xác, khoa học, giáo viên cần phải giúp học sinh rèn luyện kĩ so sánh, liên hệ để vận dụng vào q trình ơn tập cho hiệu cao + Giáo viên nên nghiên cứu kĩ nội dung học, vận dụng cách linh hoạt phương pháp dạy học thực hành Sử dụng có hiệu nguồn tài liệu tham khảo để lựa chọn hệ thống tập phù hợp với đối tượng học sinh + Cần đa dạng hình thức tổ chức dạy học để phát huy hết khả năng, tính tích cực, chủ động, sáng tạo học sinh - Bài học riêng: + Không ngừng nghiên cứu học hỏi để vận dụng linh hoạt hiệu phương pháp dạy học tích hợp phần, học chương trình, thiết kế tập phù hợp hấp dẫn học sinh + Tham khảo ý kiến đóng góp lãnh đạo đồng nghiệp + Gần gũi tìm hiểu đối tượng học sinh, nhiệt tình giảng giải, hướng dẫn học sinh cặn kẽ, cẩn thận - Bài học thành công: + Lựa chọn phân loại hệ thống câu hỏi, dạng tập phù hợp với đối tượng học sinh + Giao nhiệm vụ cụ thể, rõ ràng hướng dẫn học sinh thực nhiệm vụ tận tình - Bài học chưa thành công: + Phạm vi nghiên cứu đối tượng nghiên cứu hẹp + Khả nhận thức học sinh không đồng đặc biệt tư toán học 18 III: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Kết luận Trong đề thi THPT Quốc gia phần điện xoay chiều chiếm số lượng lớn câu hỏi phần kiến thức khó nhiều dạng tập mở rộng Trước chưa phân loại định hướng cách giải cho học sinh học sinh tiếp cận kiến thức khó khăn vận dụng kiên thức để giải tập lúng túng phản xạ chậm Nhưng sau vận dụng cải tiến sáng kiến kinh nghiệm cảm thấy nhẹ nhàng hẳn việc hệ thống hóa kiến thức cho học sinh, điều làm cho giáo viên hứng thú giảng dạy làm cho học sinh tích cực học tập Hơn nữa, trình học tập học sinh biết tự suy luận, tìm tòi, khám phá kiến thức, khơng đơn chấp nhận chiều vấn đề mà giáo viên đưa em hiểu chất Vật lý toán Và quan trọng em thấy chương trình Vật lý 12 có nhiều kiến thức có chất khác lại có điểm tương đồng kiên thức Nếu nắm bắt điều chương trình nhẹ nhàng nhiều, kết học tập em học sinh từ mà nâng lên Trên kinh nghiệm để giảng dạy, ôn tập mở rộng kiến thức chương Dòng điện xoay chiều mà tơi rút q trình giảng dạy tơi vận dụng hiệu đơn vị công tác Kết đáng mừng em u thích mơn học hơn, chất lượng kiểm tra chương nâng cao Kiến nghị * Đối với nhà trường: - Tăng cường sở vật chất, tài liệu phục vụ học tập - Quản lí việc dạy, học, kiểm tra – đánh giá theo mục tiêu đề * Đối với giáo viên: - Nghiên cứu kĩ nội dung, chương trình lựa chọn hình thức tổ chức dạy học hợp lí Ln tích hợp, xâu chuỗi, móc nối kiến thức liên quan đến - Cần lựa chọn phương pháp giải tập phù hợp cho đối tượng học sinh - Thường xuyên sưu tầm dạng đề bài, tìm tòi, học hỏi, mạnh dạn đề xuất phương pháp mới, hiệu - Chuẩn bị tốt hệ thống tập thực nghiêm túc khâu lên lớp - Thường xuyên dự đồng nghiệp, tích cực trao đổi chuyên môn * Đối với học sinh - Cần nắm vững mục tiêu, tầm quan trọng luyện tập - Chú ý phương pháp tích hợp để có so sánh liên hệ chương, - Tích cực, tự giác học tập Có ý thức sưu tầm rèn luyện kĩ giải nhanh tập Trên kinh nghiệm thân thực thời gian ngắn với phạm vi nhỏ nên chắn nhiều thiếu sót chưa 19 mang tính tổng qt Rất mong đóng góp ý kiến đồng nghiệp, cấp lãnh đạo XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 25 tháng năm 2019 Tơi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác TRẦN MẠNH DƯƠNG 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa vật lí 12, NXB Giáo dục Sách tập vật lí 12, NXB Giáo dục Sách giáo viên vật lí 12, NXB Giáo dục Lê văn Thơng, Phương pháp giải tốn vật lí 12, NXB Hà Nội Bùi Quang Hân, Giải tốn vật lí 12, NXB Giáo dục Tài liệu chuẩn kiến thức, kĩ Vật lí 12, NXB Giáo dục Vật lí 12 – Nâng cao – Vũ Thanh Khiết (chủ biên) – NXB GD – Năm 2008 Nội dung ôn tập môn Vật lí 12 – Nguyễn Trọng Sửu – NXB GD – Năm 2010 Vật lí 12 – Những tập hay điển hình – Nguyễn Cảnh Hòe – NXB ĐHQG Hà Nội – 2008 10 Bài giảng trọng tâm chương trình chuẩn Vật lí 12 – Vũ Thanh Khiết – NXB ĐHQG Hà Nội – 2010 11 Các đề thi tốt nghiệp THPT tuyển sinh ĐH – CĐ năm học từ năm 2009 đến 2017 12 Các trang web thuvienvatly.com violet.vn 21 ... Vật lý 12 có nhiều nội dung phần khác như: Dao động cơ, sóng học, dao động sóng điện từ, dòng điện xoay chiều, Sóng ánh sáng , lượng tử ánh sáng, Vật lí hạt nhân Do học sinh có q nhiều cơng thức,... thức chưa tốt Một phần em chưa luyện tập nhiều, phần em chưa phân loại dạng tập, em chưa xác định cách giải tập cách nhanh xác + Học sinh chưa thực hứng thú tìm tòi khoa học Khả tư học sinh hạn... học sinh tư tốn học chưa tốt Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề Các giải pháp - Bồi dưỡng nâng cao nhận thức Thông qua việc hệ thống kiến từu mở rộng kiến thức thông qua