Nghiên cứu, sử dụng bài tập để dạy học chương “dòng điện xoay chiều” theo hướng phát triển năng lực của người học

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Hồng Đức,
Khoa sƣ phạm cùng quí thầy cô đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tơi hồn thành
đƣợc khóa luận.
Tơi xin gởi lời cảm ơn đến cô Lê Thị Phƣợng nhờ sự hƣớng dẫn tận tình
của cơ mà tơi đã học hỏi thêm đƣợc rất nhiều về phƣơng pháp nghiên cứu khoa
học và biết cách tự mình nghiên cứu một vấn đề khoa học một cách nghiêm túc
và đúng đắn.
Tơi xin cảm ơn gia đình và những bạn bè thân đã giúp đỡ tạo cho tơi nhiều
điều kiện thuận lợi để tơi để có thể hồn thành đƣợc khố luận.
Tơi xin trân trọng cảm ơn!
Thanh hóa, tháng 5 năm 2017
Tác giả
Bùi Thị Hƣờng

1


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 4
1. Lí do chọn đề tài. ........................................................................................ 4
2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 4
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 4
4. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................. 4
5. Giới hạn nghiên cứu......................................Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN ...................................................................... 6
1.1. Phƣơng pháp dạy học phát triển năng lực của ngƣời học ............................ 6
1.1.1. Khái niệm năng lực ............................................................................... 6
1.1.2. Phƣơng pháp dạy học phát triển năng lực ............................................... 6
1.2. Bài tập vật lí ............................................................................................ 9

1.2.1. Khái niệm bài tập vật lí ......................................................................... 9
1.2.2. Mục đích sử dụng bài tập vật lí và những yêu cầu khi sử dụng bài tập vật
lí trong dạy học .............................................................................................. 9
1.2.3. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập .................................................. 11
1.3. Mục tiêu dạy học vật lí ở trƣờng THPT................................................... 12
1.3.1. Về kiến thức ....................................................................................... 12
1.3.2. Về kĩ năng .......................................................................................... 13
1.3.3. Về thái độ ........................................................................................... 13
1.4. Thực trạng dạy học vật lí hiện nay .......................................................... 14
CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ DẠY HỌC CHƢƠNG ...................... 16
“DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ LỚP 12 ......................................... 16
2.1. Nội dung kiến thức dòng điện xoay chiều................................................ 16
2.1.1. Dòng điện xoay chiều - Mạch điện xoay chiều không phân nhánh (Mạch
R, L, C mắc nối tiếp) .................................................................................... 16
2.1.2. Sản xuất - Truyền tải điện năng........................................................... 21
2.2. Xây dựng hệ thống bài tập chƣơng “ dòng điện xoay chiều” vật lí 12 - năng
cao............................................................................................................... 24
2


2.2.1. Bài tập nhằm đề xuất vấn đề ................................................................ 24
2.2.2. Bài tập nhằm xây dựng kiến thức mới .................................................. 24
2.2.3. Bài tập nhằm ôn tập, củng cố ............................................................... 27
Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU ............................... 27
Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƢỜNG ĐỘ DÕNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP.......... 30
Dạng 3: CỘNG HƢỞNG ĐIỆN .................................................................... 33
4: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐIỆN KHI BIẾT HAI ĐOẠN MẠCH
CÓ ĐIỆN ÁP CÙNG PHA, VUÔNG PHA.................................................... 36
Dạng 5: CÔNG SUẤT CỦA ĐOẠN MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP ........... 39
Dạng 6: XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA ĐIỆN ÁP HIỆU DỤNG KHI

THAY ĐỔI L, HOẶC C, HOẶC f. ............................................................... 43
Dạng 7: XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN R, L, C CHỨA TRONG HỘP
ĐEN ............................................................................................................ 50
Dạng 8: GIẢI TOÁN NHỜ GIẢN ĐỒ VEC-TƠ............................................ 53
Dạng 9: MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ............................ 56
Dạng10 : MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. ..................................... 59
2.2.4. Bài tập nhằm kiểm tra, đánh giá. .......................................................... 61
KẾT LUẬN ................................................................................................. 72

3


MỞ ĐẦU
1.Lí do chọn đề tài.
Dịng điện xoay chiều là một dao động điện từ cƣỡng bức, đổi chiều liên
tục hằng trăm lần trong một giây, làm từ trƣờng do nó sinh ra cũng thay đổi
theo. Chính điều đó đã làm cho dịng điện xoay chiều có một số tác dụng to lớn
mà dịng điện một chiều khơng có. Do đó mà dịng điện xoay chiều đƣợc ứng
dụng rộng rãi trong thực tế cuộc sống.
Chƣơng “Dòng điện xoay chiều” là một trong những chƣơng quan trong
của chƣơng trình vật lý 12. Việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải
các bài tập định tính, bài tập định lƣợng của chƣơng này đối với học sinh thật
không dễ dàng. Chính vì vậy, đề tài “nghiên cứu, sử dụng bài tập vật lí chƣơng
“dịng điện xoay chiều” (lớp 12 THPT) theo hƣớng phát triển năng lực của
ngƣời học” với mong muốn trạng bị cho mình năng lực sử dụng bài tập để dạy
học cũng nhƣ các năng lực dạy học vật lý ở trƣờng phổ thơng ,góp phần nâng
cao chất lƣợng học tập .
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng hệ thống bài tập và sử dụng để dạy học phần “dòng điện xoay
chiều”(vật lý 12 THPT) theo hƣớng phất triển năng lực của ngƣới học

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
1. Nghiên cứu lý luận dạy học về bài tập vật lý để vận dụng vào hoạt động
dạy học.
2. Nghiên cứu nội dung chƣơng “Dịng điện xoay chiều” chƣơng trình sách
giáo khoa vật lý 12 THPT nhằm xác định nội dung kiến thức cơ bản học sinh
cần nắm vững và các kĩ năng giải bài tập cơ bản học sinh cần rèn luyện.
3. Soạn thảo hệ thống bài tập của chƣơng này, đƣa ra phƣơng pháp giải
theo từng dạng, đề xuất tiến trình hƣớng dẫn học sinh giải bài tập trong hệ thống
bài tập này.
4.Phƣơng pháp nghiên cứu
1. Nghiên cứu lý luận về dạy học bài tập vật lý.
4


2. Nghiên cứu chƣơng trình vật lý trung học phổ thông: bao gồm sách giáo
khoa vật lý 12, sách bài tập, một số sách tham khảo vật lý 12 về phần dòng điện
xoay chiều.
Lựa chọn các dạng bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham
khảo phù hợp với nội dung, kiến thức của chƣơng
3. Lựa chọn các dạng bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham
khảo phù hợp với nội dung, kiến thức của chƣơng.

5


CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN
1.1.Phƣơng pháp dạy học phát triển năng lực của ngƣời học
1.1.1. Khái niệm năng lực
- Trong khoa học tâm lý, ngƣời ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lý
riêng của cá nhân, nhờ những thuộc tính này mà con ngƣời hồn thành tốt đẹp một

loại hoạt động nào đó, mặc dù bỏ ra ít sức lao động nhƣng vẫn đạt kết quả cao.
- Ngƣời có năng lực về một mặt nào đó thì khơng phải nổ lực nhiều trong
q trình cơng tác mà vẫn khắc phục đƣợc những khó khan một cách nhanh
chóng và dễ dàng hơn những ngƣời khác hoặc có thể vƣợt qua đƣợc những khó
khan mới mà nhiều ngƣời khác không vƣợt qua đƣợc.
- Năng lực gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo trong lĩnh vực hoạt động tƣơng ứng.
Song kĩ năng, kĩ xảo liên quan đến việc thực hiện một loại hành động hẹp,
chuyên biệt, đến mức thành thạo, tự động hóa, máy móc. Cịn năng lực chứa
đựng yếu tố mới mẻ, linh hoạt trong hành động, có thể giải quyết nhiệm vụ
thành cơng trong nhiều tình huống khác nhau, trong một lĩnh vực hoạt động rộng
lớn hơn.
Ví dụ: Ngƣời có kĩ năng, kĩ xảo thực hienj các phép đo lƣờng thì có thể
thực hiện nhanh chóng, chính xác các phép đo, khéo léo lắp ráp các thiết bị để
đo lƣờng. Cịn ngƣời có năng lực thực nghiệm thì ngồi việc thực hiện các phép
đo, cịn có việc thiết kế các thí nghiệm, xử lí các số liệu đo lƣờng rút ra kết quả,
giải thích, đánh giá các kết quả đo đƣợc, rút ra kết luận khái quát.
1.1.2. Phương pháp dạy học phát triển năng lực
Tổ chức nội dung kiến thức vật lí trong dạy học phỏng theo chu trình sáng
tạo dạy học.
- Cơ sở lí thuyết của phƣơng pháp phát triển năng lực của học sinh trong
quá trình dạy học là sự hiểu biết những quy luật của sự sang tạo khoa học tự
nhiên. Sơ đồ ngắn gọn và rõ ràng nhất của quá trình nhận thức đã đƣợc LêNin
nêu lên: “Từ trực quan sinh động đến tƣ duy trừu tƣợng rồi từ tƣ duy trừu tƣợng
trở về thực tiễn - đó là con đƣờng biện chứng của nhận thức chân lí, nhận thức
thực tế khách quan”. Trên cơ sở lời phát biểu đó, có thể trình bày khái quát chu
6


trình sang tạo khoa học dƣới dạng chu trình: Từ sự khái quát hóa những sự kiện,
đề xuất vấn đề và đi đến xây dựng mơ hình trừu tƣợng của hiện tƣợng ( đề xuất

giả thuyết), từ mơ hình dẫn đến việc rút ra các hệ quả lí thuyết, từ việc rút ra các
hệ quả đến sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm. Nếu những sự kiện thực
nghiệm mới không phù hợp với lí thuyết, thì điều đó dẫn đến phải xem lại lí
thuyết, chỉnh lí lại hoặc thay đổi. mơ hình trừu tƣợng mới dùng làm nguồn tri
thức mới. Sự kiểm tra bằng thực nghiệm những kết luận lí thuyết vừa mới thu
đƣợc lại đòi hỏi phải thiết kế những máy móc tƣơng ứng và bằng cách đó làm
giàu thêm cho khoa học những kiến thức mới.
- Để xây dựng phƣơng pháp phát triển năng lực của học sinh, cần phải chú
ý rằng đặc điểm của lao động trong các giai đoạn của chu trình sáng tạo là khác
nhau. Nhu cầu giải quyết vấn đề mà khơng có thơng tin đầy đủ cho nó là điều
kiện của sự tìm tịi, sáng tạo.

Mơ hình – giả
thuyết trừu tƣợng

Các hệ quả lơgic

Các sự kiện xuất
phát

Thực nghiệm

Quan niệm về tính chu trình sáng tạo khoa học cho phép xây dựng nội dung
kiến thức một cách hợp lí và năng cao trình độ khoa học của kiến thức vật lí ở
nhà trƣờng, đồng thời tạo điều kiện để có thể rèn luyện cho học sinh tƣ duy sáng
tạo trong quá trình chiếm lĩnh tri thức. Việc sử dụng những bài tập có tính sáng
tạo về vật lí khơng những phát triển ở học sinh năng lực dự đốn trực giác mà
cịn hình thành ở họ một trạng thái tâm lí quan trọng; kiến thức cần thiết không
7

phải là để nhớ chúng và “hoàn lại” cho giáo viên khi bị hỏi, chúng cần thiết để
giải thích những hiện tƣợng chƣa biết để hiểu cơ chế của chúng, hoặc để thu
nhận những kiến thức mới.
Tổ chức luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết.
- Dự đoán có vai trị quan trọng trên con đƣờng sáng tạo khoa học. Dự đoán
dựa chủ yếu vào trực giác kết hợp với kinh nghiệm phong phú và kiến thức sâu
sắc về mỗi lĩnh vực. Dự đốn khoa học khơng phải là tùy tiện mà ln ln phải
có một cơ sở nào đó, tuy chƣa thật là chắc chắn. Có thể có các cách dự đốn sau
đây trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức vật lí của học sinh:
+ Dựa vào sự liên tƣởng tới một kinh nghiệm đã có
+ Dựa trên sự tƣơng tự: Dựa trên một dấu hiệu bên ngồi giống nhau mà dự
đốn sự giống nhau về bản chất; dựa trên sự giống nhau về cấu tạo mà dự đốn
giống nhau về tính chất.
+ Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tƣợng mà dự đốn giữa
chúng có quan hệ nhân quả.
+ Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tƣợng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng
tang hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng.
+ Dựa trên sự thuận nghịch thƣờng thấy của nhiếu quá trình.
+ Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang
một lĩnh vực khác.
+ Dự đoán về mối quan hệ định lƣợng.
- Luyện tập đề xuất phƣơng án kiểm tra dự đốn: Trong nghiên cứu vật lí,
một dự đoán, một giả thuyết thƣờng là một sự khái quát các sự kiện thực nghiệm
nên nó có tính chất trừu tƣợng, tính chất chung, khơng thể kiểm tra trực tiếp
đƣợc. Muốn kiểm tra xem dự đốn, giả thuyết có phù hợp với thực tế khơng, ta
phải xem điều dự đốn đó biểu hiện trong thực tế nhƣ thế nào, có những dấu
hiệu nào có thể quan sát đƣợc.

8

1.2. Bài tập vật lí
1.2.1. Khái niệm bài tập vật lí
Bài tập vật lí là một vấn đề đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy
luận logic, những phép tốn và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các
phƣơng pháp vật lí.
1.2.2. Mục đích sử dụng bài tập vật lí và những yêu cầu khi sử dụng bài
tập vật lí trong dạy học
Mục đích sử dụng bài tập vật lí.
Trong thực tế dạy học, bài tập vật lí đƣợc hiểu là một vấn đề đặt ra đòi hỏi
phải giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép tốn và thí nghiệm dựa trên
cơ sở các định luật và các phƣơng pháp vật lí. Hiểu theo nghĩa rộng những vấn đề
xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa cũng chính là một bài tốn đối với học
sinh. Sự tƣ duy định hƣớng một cách tích cực ln ln là việc giải bài tập.
Trong q trình dạy học vật lí các bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt.
Chúng đƣợc sử dụng theo những mục đích khác nhau.
+ Bài tốn vật lí có thể đƣợc sử dụng nhƣ là phƣơng tiện nghiên cứu tài liệu
mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội
đƣợc kiến thức mới một cách sâu sắc và vững chắc.
+ Bài toán vật lí là một phƣơng tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận
dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống.
+ Bài toán vật lí là một phƣơng tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc
rèn luyện tƣ duy, bồi dƣỡng phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh.
Bởi vì giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh. Trong
khi giải bài toán học sinh phải phân tích điều kiện trong đề bài, tự xây dựng
những lập luận, thực hiện việc tính tốn, khi cần thiết thì phải cần tiến hành thí
nghiệm, thực hiện các phép đo, xác dịnh sự phụ thuộc hàm số giữa các đại
lƣợng, kiểm tra các kết quả của mình. Trong những điều kiện đó tƣ duy logic tƣ
duy sáng tạo của học sinh đƣợc phát triển, năng lực làm việc độc lập của học

sinh đƣợc năng cao.

9


+ Bài tốn vật lí là phƣơng tiện ơn tập, củng cố kiến thức đã học một cách
sinh động và có hiệu quả. Khi giải các bài tốn địi hỏi học sinh phải nhớ lại các
công thức, định luật, kiến thức đã học, có khi địi hỏi phải vận dụng một cách
tổng hợp các kến thức đã học trong cả một chƣơng, một phần do đó học sinh sẽ
hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc những kiến thức đã học.
+ Thơng qua việc giải bài tốn có thể rèn luyện cho học sinh những đức
tính tốt nhƣ tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tính kiên trì, tinh thần vƣợt khó.
+ Bài tốn vật lí là một phƣơng tiện đẻ kiểm tra dánh giá kiến thức kĩ năng
của học sinh một cách chính xác.
Những yêu cầu khi sử dụng bài tập vật lí trong dạy học.
Trong dạy học vật lí giáo viên phải dự tính kế hoạch cho tồn bộ cơng việc
về bài tốn, với từng đề tài, với từng tiết học cụ thể. Có nhƣ vậy, mới phát huy
đƣợc khả năng của bài toán trong việc thực hiện những yêu cầu của dạy học vật
lí. Cần phải thực hiện các việc sau đây:
+ Lựa chọn, chuẩn bị các bài toán nêu vấn đề để sử dụng các tiết nghiên
cứu tài liệu mới nhằm kích thích hững thú học tập và phát triển tƣ duy của học
sinh.
+ Lựa chọn, chuẩn bị các bài toán nhằm củng cố, bổ sung, hồn thiện
những kiến thức lí thuyết cụ thể dã học, cung cấp cho học sinh những hiểu biết
về thực tế, kĩ thuật có liên quan với kiến thức lí thuyết.
+Lựa chọn, chuẩn bị những bài tốn điển hình nhằm hƣớng dẫn cho học
sinh vậ dụng kiến thức đã học để giải những loại bài tốn cơ bản, hình thành
phƣơng pháp chung giải mỗi loại bài tốn đó.
+ Lựa chọn, chuẩn bị các bài toán nhằm kiểm tra, đánh giá chất lƣợng kiến thức
kĩ năng của học sinh về từng kiến thức cụ thể và về từng phần của chƣơng trình.

+ Sắp xếp các bài toán đã lựa chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và
phƣơng pháp sử dụng trong tiến trình dạy học.
Trong việc giải bài tốn vật lí phải dạy cho học sinh biết vận dụng kiến
thức để giải quyết vấn đề đặt ra, phải rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải những
loại bài toán cơ bản thuộc những phần khác nhau của giáo trình vật lí phổ thơng.
10


Trong việc giải bài tốn vật lí phải đặc biệt coi trọng việc rèn luyện tƣ duy
và bảo đảm tính tự lập của học sinh. Giải bài tốn khơng phải chỉ là giúp cho
học sinh củng cố kiến thức, luyện tập áp dụng những định luật đã học mà quan
trong hơn cịn là hình thành chính phong cách nghiên cứu. Phát triển tƣ duy học
sinh trong quá trình giải bài tốn, cũng nhƣ trong mọi hoạt động trí tuệ, địi hỏi
phải áp dụng các hình thức và phƣơng pháp nhận thức khoa học.
1.2.3. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập
Việc lựa chọn và xây dựng hệ thống bài tập cần đảm bảo các nguyên tắc
sau:
-Hệ thống bài tập phải góp phần thực hiện mục tiêu dạy học.
Bài tập vật lý là phƣơng tiện để tổ chức các hoạt động học tập nhằm khắc
sâu, vận dụng và phát triển hệ thống kiến thức vật lý, hình thành và rèn luyện
các kỹ năng hết sức cần thiết và cơ bản của học sinh. Vì vậy, bài tập vật lý phải
bám sát mục tiêu, góp phần thực hiện mục tiêu mơn học
-Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính hệ thống, đáp ứng yêu cầu nắm vững
kiến thức.
Các bài tập phải có quan hệ chặt chẽ với nhau, có tác dụng bổ sung cho
nhau, bài tập này là cơ sở của bài tập kia. Mỗi bài tập ứng với một kỹ năng nhất
định, tồn bộ hệ thống bài tập sẽ hình thành một hệ thống kỹ năng đồng bộ cho
ngƣời học, giúp ngƣời học nắm và vận dụng tri thức một cách sâu sắc, vững
chắc hơn
-Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính vừa sức, tạo động cơ, kích thích hứng thú

cho ngƣời học.
Hệ thống bài tập phải đƣợc xây dựng từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức
tạp, từ tái hiện đến sáng tạo. Tuy nhiên dù ở mức độ nào thì độ khó, độ phức tạp
của bài tập cũng không đƣợc vƣợt quá giới hạn kiến thức của chƣơng trình.
Cần chọn những bài tập cơ bản, điển hình và tiêu biểu nhằm rèn luyện các
thao tác tƣ duy cho học sinh, hƣớng vào trọng tâm kiến thức mà học sinh c ần
nắm vững

11


- Hệ thống bài tập phải phù hợp với quá trình dạy học.
Mỗi khâu của q trình dạy học có những đặc điểm riêng về việc tổ chức,
sử dụng các phƣơng pháp và hình thức dạy học. Ở khâu nghiên cứu kiến thức
mới thì bài tập chủ yếu đƣợc xây dựng nhƣ là việc định hƣớng để học sinh tìm
tịi, phát hiện kiến thức mới. Ở khâu vận dụng, củng cố thì bài tập sử dụng chủ
yếu là ơn luyện, đào sâu các kiến thức đã học. Ở khâu kiểm tra đánh giá thì bài
tập đƣợc sử dụng làm phƣơng tiện để đánh giá kết quả học tập của học sinh, là
cơ sở để hồn thiện q trình dạy học. Do vậy, hệ thống bài tập phải đƣợc xây
dựng phù hợp với quá trình dạy học thì mới phát huy đƣợc vai trị và tác dụng
của nó trong việc rèn luyện và phát triển năng lực cho học sinh.
Ở đây chúng tôi đƣa ra quan điểm xây dựng hệ thống bài tập theo hƣớng
nâng cao chất lƣợng nắm vững kiến thức của học sinh, đó là:
Lựa chọn xây dựng hệ thống bài tập theo từng nội dung kiến thức (theo
từng chƣơng, bài của chƣơng trình sách giáo khoa) và đƣợc sắp xếp theo mục
đích sử dụng: nhằm xây dựng kiến thức mới, ơn tập, luyện tập, hệ thống hóa
kiến thức hay nhằm kiểm tra đánh giá.
Vì vậy, trƣớc khi lựa chọn xây dựng hệ thống bài tập cần nghiên cứu tổng
quan chƣơng trình, cấu trúc chƣơng trình và logic hình thành kiến thức, mục tiêu
cần đạt, những ứng dụng kỹ thuật của kiến thức, những mối liên hệ thực tế,

những mối liên quan đến các hiện tƣợng tự nhiên xảy ra xung quanh chúng ta,
những thông tin khoa học hiện đại…để từ đó lựa chọn và xây dựng hệ thống bài
tập cho từng bài, từng chƣơng.
1.3. Mục tiêu dạy học vật lí ở trƣờng THPT
1.3.1. Về kiến thức
Đạt đƣợc một hệ thống kiến thức vật lí phổ thơng cơ bản và phù hợp với
những quan điểm hiện đại, bao gồm:
-Các khái niệm về các sự vật, hiện tƣợng và quá trình vật lí thƣờng gặp
trong dời sống sản xuất.
- Các đại lƣợng, các định luật và nguyên lí vật lí cơ bản.
- Những nội dung chính của một số thuyết vạt lí quan trọng.
12


- Những ứng dụng phổ biến của vật lí trong đời sống và sản xuất.
- Các phƣơng pháp chung của nhận thức khoa học và những phƣơng pháp đặc
thù của vật lí, trƣớc hết là phƣơng pháp thực nghiệm và phƣơng pháp mơ hình.
1.3.2. Về kĩ năng
- Biết quan sát các hiện tƣợng và q trình vật lí trong tự nhiên, trong đời sống
hằng ngày hoặc trong các thí nghiệm; biết điều tra, sƣu tầm, tra cứu tài liệu từ các
nguồn khác nhau để thu thập thông tin cần thiết cho việc học tập mơn vật lí.
- Sử dụng các dụng cụ đo phổ biến của vật lí; biết lắp ráp và tiến hành đo
các thí nghiệm vật lí đơn giản.
- Biết phân tích, tổng hợp và xử lí các thông tin thu đƣợc để rút ra kết luận,
đề ra các dự đoán đơn giản về các mối quan hệ hay về bản chất các hiện tƣợng
hoặc quá trình vật lí, cũng nhƣ đề xuất phƣơng án thí nghiệm để kiểm tra dự
đốn.
- vận dụng đƣợc kiến thức để mơ tả và giải thích các hiện tƣợng, các q
trình vật lí; giải các bài tốn vật lí và giải quyết vấn đề đơn giản trong đời sống
và sản xuất ở mức độ phổ thông.

- Sử dụng đƣợc các thuật ngữ vật lí, các biểu đồ, các bảng số liệu, các đồ
thị để trình rõ ràng, chính xác những hiểu biết cũng nhƣ những kết quả thu đƣợc
qua thu thập và xử lí thơng tin.
1.3.3. Về thái độ
- Có hứng thú học vật lí, u thích tìm tịi khoa học, trân trọng đối với
những đóng góp vật lí cho sự tiến bộ của xã hội và đối với công lao của các nhà
khoa học.
- Có thái độ khách quan, trung thực; có tác phong tỉ mĩ, cẩn thận, chính xác
vfa có tinh thần hợp tác trong việc học tập môn vật lí, cũng nhƣ trong việc áp
dụng những hiểu biết đã đạt đƣợc.
- Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lí vào đời sống nhằm cải thiện
điều kiện sống, học tập cũng nhƣ để bảo vẹ và giữ gìn môi trƣờng sống trong tự
nhiên.

13


1.4. Thực trạng dạy học vật lí hiện nay
-Đối với giáo viên.
- Nhiều giáo viên khơng nắm đƣợc quy trình sử dụng bài tập để dạy học, họ
quan niệm bài tập vật lý chỉ đƣợc dùng để ôn luyện củng cố và kiểm tra kiến
thức sau khi học xong lý thuyết. sau mỗi bài học giáo viên tìm một số bài tập
cho học sinh vận dụng kiến thức để giải, cuối cùng là giao bài tập về nhà trong
sách giáo khoa, sách bài tập hoặc tham khảo.
- Khi sử dụng bài tập, nhiều giáo viên chỉ hƣớng dẫn học sinh giải các bài
tập trong sách giáo khoa, sách bài tập trong giờ bài tập, chỉ một số rất ít quan
tâm đến các bài tập nhằm đề xuất vấn đề nghiên cứu, nhằm xây dựng kiến thức
mới và hầu nhƣ không đƣa vào cấu trúc của bài học vì khơng đủ thời gian.
- Trong giờ bài tập nhiều giáo viên có quan niệm giải đƣợc càng nhiều bài
tập và các bài tập càng khó càng tốt với mục đích là để học sinh nhớ, vận dụng

các cơng thức, tính tốn nhanh và thành thạo.
- Hiện nay, trên thị trƣờng có bán rất nhiều sách tham khảo về bài tập vật
lý, trên mạng internet…có sẵn các hệ thống bài tập có lời giải sẵn…, nên một số
giáo viên dựa vào đó mà khơng quan tâm đến việc rèn luyện cho mình các kỹ
năng sử dụng bài tập để dạy học.
-Đối với học sinh.
- Các em chƣa thuộc hết các công thức; chƣa nắm vững lí thuyết giải các
bài tập định tính và định lƣợng.
- Nhiều em thuộc công thức nhƣng chua biết vận dụng ở các dạng bài tập.
- Bài tập vận dụng tích hợp nhiều kiến thức và những bài tập sai số thực
hành các em chƣa chú ý.
- Một số học sinh chƣa có ý thức trong học tập, khơng có định hƣớng trong
việc học.
Vì vậy theo chúng tơi, ngồi nguyên nhân do hình thức thi cử là thi trắc
nghiệm thì nguyên nhân cơ bản của thực trạng trên là do việc đào tạo ở trƣờng
Sƣ phạm và bồi dƣỡng giáo viên chƣa thoát khỏi lối dạy truyền giảng, áp đặt
kinh nghiệm chủ nghĩa. Sinh viên Sƣ phạm vẫn còn thụ động, chƣa đặt mình vào
14


vị trí chủ động tham gia suy nghĩ tìm tịi, giải quyết những nhiệm vụ đặt ra. Mặt
khác, nội dung và phƣơng pháp đào tạo chủ yếu vẫn là truyền giảng, cung cấp
kiến thức bộ môn, chƣa xác định đƣợc rõ những năng lực nào là cần thiết đối với
giáo viên phổ thơng, chƣa có sự gắn kết giữa việc học ở trƣờng đại học với việc
dạy khi ra trƣờng, vì thế mà sinh viên thiếu các kỹ năng nghề nghiệp cần thiết.
Về bản chất, sử dụng bài tập để dạy học vật lý là một phƣơng pháp tổ chức
hoạt động học tập của học sinh. Năng lực sử dụng bài tập để dạy học của mỗi
giáo viên vật lý phụ thuộc vào trình độ hiểu biết sâu sắc, vững vàng về tri thức
vật lý, tƣ duy vật lý, tƣ duy khoa học và lý luận dạy học vật lý.
Từ những cơ sở lí luận trên chúng tơi hƣớng tới việc nâng cao chất lƣợng

dạy học thông qua bài tập vật lý là “quy trình sử dụng bài tập vật lí để dạy
học”gồm các bƣớc sau:
Bƣớc 1:Xác định nội dung dạy học.
Bƣớc 2:Xây dựng hệ thống bài tập.
Hệ thống bài tập phải góp phần thực hiện mục tiêu dạy học.
Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính hệ thống, đáp ứng yêu cầu nắm vững
kiến thức.
Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính vừa sức, tạo động cơ, kích thích hứng
thú cho người học.
Hệ thống bài tập phải phù hợp với quá trình dạy học.
Bƣớc 3:Soạn thảo thiết kế tiến trình dạy học.
Bƣớc 4:Tổ chức dạy học.
Các bƣớc của quy trình này đƣợc chúng tơi áp dụng cho việc sử dụng bài
tập để dạy học phần “dòng điện xoay chiều”-vật lý 12 THPT-sẽ đƣợc chúng tơi
trình bày ở chƣơng II

15


CHƢƠNG II: SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ DẠY HỌC CHƢƠNG
“DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU”VẬT LÝ LỚP 12
2.1. Nội dung kiến thức dòng điện xoay chiều
2.1.1. Dòng điện xoay chiều - Mạch điện xoay chiều không phân nhánh
(Mạch R, L, C mắc nối tiếp)

I. Suất điện động xoay chiều
Cho một khung dây dẫn phẳng có diện tích S quay đều với tốc độ góc
quanh một trục vng góc với các đƣờng sức từ của một từ trƣờng đều có cảm


ứng từ B . Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất
điện động biến đổi theo thời gian theo định luật dạng sin gọi tắt là suất điện
động xoay chiều.
1. Từ thông: gởi qua khung dây dẫn gồm N vịng dây có diện tích S quay
 

trong từ trƣờng đều B , giả sử tại t = 0, n, B
thì:

NBS cos
o cos

Đơn vị:

t
t

: Vêbe (Wb)

N : vịng
B : Tesla (T)
S : m2
2. Suất điện động xoay chiều tức thời:

e

'

o sin

Hay e Eo cos

t
t

Eo sin
2

t

Eo cos

t

o

Với Eo = NBS : suất điện động cực đại.
Đơn vị: e, Eo : vơn (V)
N : vịng
B : Tesla (T)
S : m2
16


: rad/s
Chu kì và tần số biến đổi của suất điện động liên hệ với tần số góc

bởi

các cơng thức:

2

T

(đơn vị : s)

,f

2

(đơn vị : Hz)

II. Điện áp xoay chiều - Dòng điện xoay chiều
1. Biểu thức điện áp tức thời: nếu nối hai đầu khung dây với mạch ngoài
thành mạch kín thì biểu thức điện áp tức thời ở mạch ngồi là:
u = e - ir
Xem khung dây có r2
Tổng quát:
Với
u

0 thì u e Eo cos

u U o cos

t

t

o

u

Uo : điện áp cực áp (V)

: pha ban đầu của u (rad)
: tần số góc bằng vận tốc quay của khung (rad/s)

2. Biểu thức cƣờng độ dòng điện tức thời:

i Io cos
Với
i

t

i

Io : cƣờng độ dòng điện cực đại (A)

: pha ban đầu của i (rad)

Đại lƣợng:
Nếu

u

gọi là độ lệch pha của u so với i

i

> 0 thì u sớm pha so với i

< 0 thì u trễ pha so với i
= 0 thì u và i đồng pha

III. Các giá trị hiệu dụng:
- Cho dịng điện xoay chiều có cƣờng độ i Io cos t chạy qua đoạn mạch
chỉ có điện trở thuần R. Cơng suất tỏa nhiệt tức thời (cơng suất tại thời điểm t
bất kì) có cơng thức:
p Ri 2

RIo2 cos2 t

(đơn vị : W)

Công suất tỏa nhiệt trung bình của dịng điện xoay chiều trong một chu kì,
gọi tắt là cơng suất tỏa nhiệt trung bình, có giá trị là:
17


RI o2
2

P = p RI o2 cos2 t

RI 2 (đơn vị : W)

Đó cũng là cơng suất tỏa nhiệt trung bình trong thời gian t rất lớn so với

chu kì, vì phần thời gian lẻ so với chu kì rất nhỏ, gây sai lệch không đáng kể.
RI o2
t
2

Vậy nhiệt lƣợng tỏa ra trong thời gian t là: Q

RI 2t ( đơn vị : J )

- Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều nhỏ hơn giá trị cực đại 2 lần
I

Io
2

,U

Uo
2

,E

Eo
2

IV. Đoạn mạch chỉ có R, chỉ có C, chỉ có L:
- Cảm kháng của cuộn cảm: ZL = L
- Dung kháng của tụ điện : ZC =

1

C

1. Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R:
- Pha : u đồng pha i

R

0

- Biểu thức định luật Ôm:

Io

Uo
R

U
R

hay I

- Biểu diễn bằng vectơ quay:

UL

I

O

x

2. Đoạn mạch chỉ có tụ điện C:
- Pha : u chậm pha hơn i một góc
- Biểu thức định luật Ôm:

Io

C

2

Uo
ZC

rad

hay I

U
ZC

- Biểu diễn bằng vectơ quay:

I


UC

18

x


3. Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm L:
- Pha : u nhanh pha hơn i một góc
- Biểu thức định luật Ơm:

Io

L

Uo
ZL

2

rad

hay I

U
ZL


UL

- Giản đồ vectơ quay:

x


I
V. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp - Cộng hƣởng điện

O

1. Độ lệch pha của điện áp so với cƣờng độ dòng điện
1
C

L

tan

Z L ZC
R

Với

là độ lệch pha của u so với i

R
2

- Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng, tức là

2

1
thì

C

L

> 0, cƣờng độ

dòng điện trễ pha so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch .
- Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, tức là

1
C

L thì

< 0, cƣờng độ

dịng điện sớm pha so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch.
2. Biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch RLC nối tiếp. Tổng trở:
- Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch:U
- Tổng trở của đoạn mạch:

Z

- Công thức định luật Ôm:

I

R

2

U R2

Z L ZC

U L UC
2

R

2

2

L

1
C

2

U
Z

3. Giản đồ Fre-nen
Việc tổng hợp các vectơ quay có thể tiến hành theo quy tắc hình bình hành
hoặc theo quy tắc đa giác. Các giản đồ ở các hình sau vẽ cho trƣờng hợp
UC.
19

UL>


- Tổng hợp các vectơ theo quy tắc hình bình hành:

UL

 
U L UC

S


U

I

O

UC

P


UR

x

- Tổng hợp các vectơ theo quy tắc đa giác:
 Q

UC
S


U
O


UL

UR


I

P

x

4. Cơng suất của dịng điện xoay chiều. Hệ số công suất:
- Công suất tức thời: Cho dòng điện xoay chiều i I o cos t chạy qua
mạch RLC nối tiếp, có u U o cos

p ui U o Io cos t.cos

t

t

, thì cơng suất tức thời là:

hay

- Cơng suất trung bình: P

p UI cos

P UI cos

(Với cos

Cũng là công suất tỏa nhiệttrên R : PR = RI2
- Hệ số công suất: cos

R UR
Z U

U oR
Uo

5. Cộng hƣởng điện
a. Điều kiện để xảy ra cộng hƣởng điện:

L

1
C

hay

1
LC

b. Các biểu hiện của cộng hƣởng điện:
- Z = Zmin = R : tổng trở cực tiểu
- I

I max

U
: cƣờng độ dòng điện cực đại
R
20

UI cos 2 t
là hệ số công suất)


- UL = UC , U = UR
= 0 : u và i đồng pha

-

1 : hệ số công suất cực đại

- cos

U2
: công suất tiêu thụ cực đại
R

- P = Pmax I 2 R UI

2.1.2. Sản xuất - Truyền tải điện năng
I. Máy phát điện:
1. Máy phát điện xoay chiều một pha:
 Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều là dựa trên hiện
tƣợng cảm ứng điện từ và đều có hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng.
 
 - Giả sử tại t = 0, ta có n, B 0 thì từ thơng gửi qua mỗi vòng dây là:

BS cos t

1

Với

o

o cos

t,

là từ thơng cực đại qua mỗi vịng dây của mát phát điện.

Suất điện động xoay chiều trong mỗi cuộn dây của máy phát điện là:

e

N

Với Eo

d 1
dt

N

N

o

o sin

t Eo sin t

NBS là suất điện động cực đại (V).

 
- Nếu tại t = 0, ta có n, B

e Eo sin

thì

1

BS cos

t

o

cos

t

t

 Tần số dòng điện: f

np ,

Với: n là tốc độ quay của rơto, đo bằng vịng/giây.
p là số cặp cực = số nam châm.
2. Máy phát điện xoay chiều ba pha:
 Đối với máy phát ba pha, ba cuộn dây phần ứng giống nhau và đặt lệch
nhau 1200 trên một vòng tròn.
 Suất điện động trong ba cuộn dây của Stato:

21


e1 Eo cos t
e2 Eo cos

t

2
3

e3 Eo cos

t

2
3

 Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây
bởi ba suất điện động xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhƣng lệch pha
nhau từng đơi một góc

2
rad.
3

Nếu tải giống nhau đều là R thì dòng điện chạy qua các tải là:
i1

Io cos t

i2

I o cos

t

2
3

i3

I o cos

t

2
3

 Có hai cách mắc mạch điện ba pha là mắc hình sao và mắc hình tam
giác.
Cơng thức liên hệ giữa điện áp pha Up và điện áp dây Ud , dòng điện pha Ip
và dòng điện dây Id nhƣ sau:
- Đối với mạng hình sao: Ud = 3 Up và Id = Ip.
- Đối với mạng hình tam giác: Ud = Up và Id = 3 Ip .
II. Động cơ không đồng bộ:
 Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha dựa trên hiện
tƣợng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trƣờng quay.
 Công suất tiêu thụ của động cơ điện ba pha bằng công suất tiêu thụ của
ba cuộn dây stato cộng lại: P = 3UIcos .
 Hiệu suất của động cơ đƣợc xác định bằng tỉ số giữa cộng suất cơ học Pi
mà động cơ sinh ra và công suất tiêu thụ P của động cơ: H
P = 3I2R

 Cơng suất hao phí do tỏa nhiệt:

Với R là điện trở thuần của mỗi cuộn dây trong stato.
22

Pi

P


III. Máy biến áp
Máy biến áp (biến thế) là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tƣợng cảm ứng
điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của
nó. Ta xét máy biến áp một pha:
 Hệ số biến áp: k

N1
N2

U1
U2

Với U1 , N1 : điện áp, số vòng dây của cuộn sơ cấp
U2 , N2 : điện áp, số vòng dây của cuộn thứ cấp
Nếu k < 1 : máy biến áp là máy tăng áp
k > 1 : máy biến áp là máy hạ áp.
 Công suất vào (sơ cấp): P1 U1I1 cos

1

 Công suất ra (thứ cấp) : P2 U 2 I 2 cos

2

(xem cos

1

U 2 I 2 (xem cos

2

U1I1

1)
1)

 Nếu hiệu suất của biến áp là 100% thì:
P1 P2

I2
I1

U1I1 U 2 I 2

U1
U2

N1
N2

k

 Gọi R điện trở đƣờng dây, P là công suất truyền đi, U là điện áp ở nơi
phát, cos là hệ số công suất của mạch điện thì cơng suất hao phí trên đƣờng
dây là:

P RI

2

P2
R
U cos

2

 Hiệu suất truyền tải là:

P'
P P
.100%
.100% < 1
P
P

 Sự liên hệ giữa điện áp nơi đi và hiệu suất truyền tải điện năng:
U'
U

1
1

'

23

2.2. Xây dựng hệ thống bài tập chƣơng “ dòng điện xoay chiều” vật lí
12 - năng cao
2.2.1. Bài tập nhằm đề xuất vấn đề
Bài 1:
Trong thí nghiệm nhƣ ở hình bên. Hãy dự đốn
độ sáng của đèn thay đổi nhƣ thế nào khi rút lõi sắt ra
khỏi cuộn cảm. Giải thích.
Bài 2
Giải thích vì sao đoạn mạch xoay chiều gồm cuộn thuần cảm L nối tiếp với
tụ điện C trong thực tế vẫn tiêu thụ điện năng?
Bài 3
Mạch xoay chiều R, L, C nối tiếp có phải là mạch dao động khơng? Vì sao?
Bài 4
Đối với máy biến áp hàn điện, cuộn dây thứ cấp có tiết diện lớn hơn cuộn
sơ cấp, vì sao?
2.2.2. Bài tập nhằm xây dựng kiến thức mới
Bài 1:
Một khung dây có diện tích S = 60cm2 quay đều với vận tốc 20 vòng trong
một giây. Khung đặt trong từ trƣờng đều B = 2.10-2T. Trục quay của khung


vng góc với các đƣờng cảm ứng từ, lúc t = 0 pháp tuyến khung dây n có


hƣớng của B .
a. Viết biểu thức từ thơng xun qua khung dây.
b. Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây.
Bài 2:
Một khung dây dẫn gồm N = 100 vịng quấn nối tiếp, diện tích mỗi vòng

dây là S = 60cm2. Khung dây quay đều với tần số 20 vịng/s, trong một từ trƣờng


đều có cảm ứng từ B = 2.10-2T. Trục quay của khung vng góc với B .
a. Lập biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời.
b. Vẽ đồ thị biểu diễn suất điện động cảm ứng tức thời theo thời gian.
Bài 3:
24


Mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 40 , một cuộn thuần
cảm có hệ số tự cảm L

0,8

H và một tụ điện có điện dung C

2.10

4

F mắc

nối tiếp. Biết rằng dịng điện qua mạch có dạng i 3cos100 t (A).
a. Tính cảm kháng của cuộn cảm, dung kháng của tụ điện và tổng trở toàn
mạch.
b. Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu điện trở, giữa hai đầu cuộn
cảm, giữa hai đầu tụ điện, giữa hai đầu mạch điện.
Bài 4:
Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 80 , một

cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 64mH và một tụ điện có điện dung

C 40 F mắc nối tiếp.
a. Tính tổng trở của đoạn mạch. Biết tần số của dòng điện f = 50Hz.
b. Đoạn mạch đƣợc đặt vào điện áp xoay chiều có biểu thức

u 282cos314t (V). Lập biểu thức cƣờng độ tức thời của dòng điện trong đoạn
mạch.
Bài 5:
Cho mạch điện xoay chiều nhƣ hình vẽ. Biết R
= 50 , L

1

H. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một

điện áp xoay chiều u 220 2 cos100 t (V). Biết tụ điện C có thể thay đổi
đƣợc.
a. Định C để điện áp đồng pha với cƣờng độ dòng điện.
b. Viết biểu thức dòng điện qua mạch
6:
.
R1 = 4 , C1

f

50

10 2
F , R2 = 100

8

, L

2

1

H,
AE

Bài 7:
25

EB

đồng pha.