Phân loại, đề ra phương pháp giải, lựa chọn và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương v dòng điện xoay chiều lớp 12 THPT, ban KHTN nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn vật lí

Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

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

1

Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

Hiện nay số lượng BTVL trong sách giáo khoa, sách bài tập và sách
tham khảo là rất nhiều. Tuy nhiên hệ thống bài tập đó chưa được phân loại rõ
ràng, chưa đưa ra cách giải cụ thể từng loại. Thế mà trên lớp cũng như ở nhà,
học sinh được giáo viên hướng dẫn giải và giải một số không nhiều bài tập.
Như vậy học sinh sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc nắm vững kiến thức bộ
môn. Do đó việc phân loại, lựa chọn, sắp xếp các bài tập cho phù hợp với đối
tượng và mục đích giảng dạy là rất quan trọng đối với giáo viên.
Xuất phát từ những lí do nêu trên, việc nghiên cứu đề tài: "Phân loại,
đề ra phương pháp giải, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài
tập chươngV. Dòng điện xoay chiều lớp 12 THPT, ban KHTN nhằm nâng
cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lí" là rất cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu:
Trên cơ sở nghiên cứu lí luận về BTVL, nội dung và mục tiêu dạy học
của chương: "Dòng điện xoay chiều", điều tra thực trạng dạy học giải BTVL
của giáo viên và học sinh của trường phổ thông mà phân loại, đề ra phương
pháp giải, lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập chương:
"Dòng điện xoay chiỊu" líp 12 THPT, ban KHTN nh»m n©ng cao chÊt lượng
dạy học bộ môn vật lí.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu:
3.1. Nghiên cứu lí luận về BTVL trong dạy học ở trường phổ thông.
3.2. Nghiên cứu nội dung và xác định mục tiêu dạy học chương: "Dòng
điện xoay chiều" trong dạy häc vËt lÝ líp 12 ban KHTN.
3.3. §iỊu tra thùc trạng dạy học giải BTVL chương: "Dòng điện xoay
chiều" của giáo viên và học sinh ở trường phổ thông.

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

2


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

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

3


Khãa ln tèt nghiƯp

TrÇn Minh Thóy-K31A LÝ

NéI Dung
1. LÝ ln vỊ BTVL
1.1. Quan niƯm vỊ BTVL:

Theo X.E. Camennetxki và V.P. Ôrêkhôv:
* Theo nghĩa hẹp:
- Trong thực tiễn dạy học và trong tài liệu dạy học thì BTVL được hiểu là
một vấn đề không lớn mà trong trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ
những suy luận lôgic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở những định
luật và phương pháp vật lí.
* Theo nghĩa rộng:
- Sự tư duy định hướng tích cực luôn luôn là việc giải bài tập hay mỗi
một vấn đề mới xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong các tiết học
vật lí chính là một bài tập đối với học sinh.
- Trong sách giáo khoa, bài tập là những bài luyện tập được lựa chọn
phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành
các khái niệm, phát triển tư duy vật lí của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận
dụng kiến thức của họ vào thực tiễn,...[ , trang 337]
Như vậy, theo các định nghĩa nêu trên thì BTVL có hai chức năng chủ
yếu là tập vận dụng kiến thức cũ và hình thành kiến thức mới.
Trong khóa luận này, chúng tôi chỉ nghiên cứu chức năng thứ nhất: tập vận
dụng kiến thức cũ.
1.2. Tác dụng của BTVL trong dạy học:
1.2.1. Hình thành và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực
tiễn.
1.2.2. Hình thành kiến thức mới:
- Yêu cầu của các bài tập hình thành kiến thức mới:
+ Bài tập có chứa vấn đề học tập cần giải quyết và vừa søc häc sinh.

4


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

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

sau khi nghiên cứu một khái niệm, một định luật hay một quy tắc nào đó...

5


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

+ Bài tập tổng hợp là bài tập muốn giải nó thì phải vận dụng nhiều khái
niệm, định luật, nhiều công thức nằm ở nhiều bài, nhiều mục. Loại bài tập này
ngoài mục đích chủ yếu là ôn tập, mở rộng, đào sâu kiến thức của học sinh,
đôi khi bài tập tổng hợp còn có tác dụng chuẩn bị cho học sinh nghiên cứu
hiện tượng mới.
1.4. Phương pháp giải BTVL
* Bước 1: Nghiên cứu đề bài:
- Đọc kỹ đề bài
- Tìm hiểu các thuật ngữ mới, quan trọng có trong đề bài
- MÃ hoá đề bài bằng các ký hiệu quen dùng
- Đổi đơn vị của các đại lượng trong cùng một hệ thống thống nhất
* Bước 2: Phân tích hiện tượng, quá trình vật lí và lập kế hoạch giải:
- Mô tả hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra trong tình huống nêu lên
trong đề bài
- Vạch ra các quy tắc, định luật chi phối hiện tượng hay quá trình vật lí
ấy
- Dự kiến những lập luận, biến đổi toán học cần thực hiện nhằm xác lập
các mối quan hệ giữa cái cho và cái tìm
* Bước 3: Trình bày lời giải:
- Viết phương trình của các định luật và giải hệ phương trình có được để
tìm ẩn số dưới dạng tổng quát, biểu diễn các đại lượng cần tìm qua các đại

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

6


Khãa ln tèt nghiƯp

TrÇn Minh Thóy-K31A LÝ

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

mang lại cho học sinh một điều mới lạ nhất định và một khó khăn vừa sức,
đồng thời việc giải bài tập trước là cơ sở giải bài tập sau.
1.6. Hướng dẫn học sinh giải BTVL
1.6.1. Cơ sở định hướng của việc hướng dÉn häc sinh g¶i BTVL:
Mn h­íng dÉn häc sinh gi¶i một BTVL cụ thể nào đó thì trước hết
giáo viên phải giải được bài tập đó, nhưng như vậy chưa đủ. Muốn cho việc
hướng dẫn giải bài tập được định hướng một cách đúng đắn thì giáo viên phải
phân tích được phương pháp giải bài tập cụ thể bằng cách vận dụng những
hiểu biết về tư duy giải BTVL để xem xét việc giải BTVL cụ thể này. Mặt
khác phải xuất phát từ mục đích sư phạm cụ thể của việc giải bài tập để xác
định kiểu hướng dẫn phù hợp. Đó chính là cơ sở khoa học để suy nghĩ những
hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt
kết quả mong muốn.
Ta có thể minh họa điều này bằng sơ đồ của Giáo sư Phạm Hữu Tòng.

7


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

Tư duy giải
BTVL

Phân tích phương pháp
giải BTVL cụ thể

Mục đích
sư phạm

Xác định kiểu hướng dẫn
thích hợp

Phương pháp
hướng dẫn
học sinh giải
BTVL cụ thể

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

- Ưu điểm: Tránh tình trạng giáo viên giải bài tập thay cho học sinh
- Nhược điểm: Không phải bao giờ cũng đảm bảo cho học sinh giải bài
tập một cách chắc chắn.

8


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

1.6.2.3. Định hướng khái quát chương trình hóa:
Định hướng khái quát chương trình hóa là sự hướng dẫn cho học sinh sự
tìm tòi cách giải quyết (chứ không thông báo cho học sinh cái có sẵn). Nét đặc
trưng của kiểu hướng dẫn này là giáo viên định hướng hoạt động tư duy của
học sinh theo đường lối khái quát hoá của việc giải quyết vấn đề. Sự định
hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết của học sinh, nếu học sinh
không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định
hướng khái quát ban đầu, cụ thể hoá thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho
học sinh, để thu hẹp hơn, phải tìm tòi, giải quyết cho vừa sức với học sinh.
Nếu học sinh vẫn không đủ khả năng để tìm tòi giải quyết thì sự hướng dẫn
của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh
được hoàn thành yêu cầu của một bước. Sau đó tiếp tục cho học sinh tự lực tìm
tòi giải quyết bước tiếp theo, nếu cần giáo viên lại giúp đỡ thêm, cứ như vậy
cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra.
- Ưu điểm:
+ Rèn luyện kỹ năng, tư duy của học sinh trong quá trình giải bài tập
+ Đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đà cho
- Nhược điểm: Đòi hỏi giáo viên phải theo sát tiến trình hoạt động giải
bài tập của học sinh.

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

9


Khãa ln tèt nghiƯp

TrÇn Minh Thóy-K31A LÝ

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

R

A

C M

L, r

B

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


4


4

và nhanh pha hơn

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

uAM, uMB.
Bài 2: Cho mạch ®iƯn nh­ h×nh vÏ.

R

A

BiÕt: uAB =160 2 sin100  t (V) ;

A

C1 M
C2

cuộn dây và biến trở có độ tự cảm L,

L, R0

B

K
V

điện trở R thay đổi được.

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


3


6

so

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

Tổng số học sinh

12A2

Số học sinh đạt điểm
12

34

56

78

910

43

0

2

18

20

3

12A3

45

0

3

19

22

1

Tổng

88

0

5

37

42

4

10


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

Nhờ các biện pháp trên chúng tôi rút ra một vài nhận xét sau về việc
dạy học của giáo viên và học sinh:
a, Về cách dạy và sử dụng bài tập của giáo viên:
- Thường áp đặt lối suy nghĩ của mình cho học sinh, cụ thể là thường
chữa các bài tập cho học sinh chứ chưa quan tâm đúng mức đến việc hướng
dẫn học sinh giải các bài tập đó
- Thường chỉ định cùng một lúc nhiều học sinh lên bảng làm bài tập
khiến các em ngồi dưới khó theo dõi bài làm của từng bạn trên bảng.
- Giáo viên chưa phân loại, hệ thống các bài tập của chương, chưa đưa
ra những lưu ý khi giải.
Ví dụ:
+ l độ lệch pha giữa u và i. Độ lệch pha giữa i và u là -
+ Nếu trong mạch có nhiều điện trở (kể cả điện trở của cuộn dây) thì có
thể coi như mạch có một điện trở thuần bằng tổng các điện trở của mạch. Nếu
trong mạch có nhiều cuộn dây thì có thể coi như mạch có một cuộn dây với
hệ số tự cảm bằng tổng các hệ số tự cảm của cuộn dây.
b, Về việc giải bài tập của học sinh:
- Đa số học sinh quen với cách học tập đọc chép nên trong các giờ
bài tập chỉ chép các bài chữa của giáo viên hoặc bài giải của bạn được chỉ
định lên bảng.
- Nhiều học sinh còn lười làm bài tập
* Một số sai lầm phổ biến, khó khăn chủ yếu học sinh mắc phải khi
giải bài tập:
Học sinh chưa có phương pháp, kĩ năng trong việc giải bài tập của
chương. Bên cạnh đó, kĩ năng tính toán và suy luận lôgic còn hạn chế, thường
áp dụng máy móc các công thức, chưa biết biến đổi các công thức về dạng
tương đương để vận dụng cho đơn giản. Cụ thể là:
Trong các bài toán có liên quan đến cuộn dây, tuy đề bài không nêu gì
về ®iỊu kiƯn cđa cn d©y nh­ng häc sinh th­êng coi đó là cuộn dây

11


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

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

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

UR
để giải bài tập
U

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

12


Khãa ln tèt nghiƯp

TrÇn Minh Thóy-K31A LÝ

e=-

d
=  NBS cos  t =Eocos  t
dt
i = Io cos  t
u =Uocos(  t+  )

M¹ch R, L, C nèi tiÕp
u = uR+uL+uC






M¹ch chØ cã R
u = Uocos  t
i = Iocos  t



U = UR+ UL + Uc

I=

2
2
U = U R  U L  U C 

2
U
I = , Z = R 2  Z L  Z C 
Z

O
 
U L  UC

UC


UR


I

O

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

Z
R
HiƯn t­ỵng céng h­ëng:
1

LC

UL

U
, P = I2 R
R


U

x

M¹ch chØ cã C
u = Uocos  t


i = Iocos(  t+ )
2

1
U
I = , ZC =
C
ZC

O


x

I

x


UC




U

M¹ch chØ cã L
u = Uocos  t


i = Iocos(  t- )
2

Các máy điện
Động cơ
không đồng
bộ ba pha

Truyền tải điện năng

Máy biến áp

I=

UL

Máy phát điện
O
Một pha

Ba pha

13

U
, ZL = L
ZL

I

x


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

3.2. Nội dung cơ bản của chương: Dòng điện xoay chiều là giúp học sinh
nắm được các kiến thức cơ bản sau:
3.2.1. Chu kỳ, tần số của dòng điện:

T=

2



1
T

Đơn vị: giây(s) , f = =


2

Đơn vị: Hec(Hz)

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


quay trong tõ tr­êng ®Ịu B

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

(Wb)

+ Suất điện động xuất hiện trong khung:

 NBSsin(  t +  ) =  NBS cos(  t +  o) = Eo cos(  t +  o)
(Víi Eo =  NBS )
e = - '=

Đơn vị của e: Vôn (V)
3.2.3. Điện áp xoay chiỊu:
u = Uo cos(  t +

 1)

Trong ®ã: Uo: Biên độ của điện áp

1: Pha ban đầu của điện áp
: Tần số góc (bằng vận tốc của khung)
Đơn vị của u: Vôn (V)
3.2.4. Dòng điện xoay chiỊu:
i = I0 cos(  t +  2)
Trong ®ã: I 0: Biên độ của dòng điện

2: Pha ban đầu của dòng điện
: Tần số góc
Đơn vị của i: Ampe (A)

14


Khãa ln tèt nghiƯp

TrÇn Minh Thóy-K31A LÝ

3.2.5. ý nghÜa cđa độ lệch pha

giữa u và i:

= 1-  2
+ NÕu  > 0 th× u sím pha so víi i
+ NÕu  < 0 th× u trƠ pha so víi i
+ NÕu  = 0 th× u đồng pha với i
3.2.6. Các giá trị hiệu dụng:
Io

Cường độ hiệu dụng: I =

2
U0

Điện áp hiệu dụng: U =

2

Suất điện ®éng hiƯu dơng: E =

Eo
2

3.2.7. BiĨu diƠn b»ng vÐct¬ quay
- Cường độ dòng điện i, điện áp u được biểu diƠn b»ng vÐct¬ t­¬ng


øng : i  I ; u U

- Các véctơ I ; U có độ dài tỷ lệ với các giá trị hiệu dụng tương ứng
- Chúng quay quanh gốc O ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ góc
(bằng tần số góc của dòng điện)
- Tại thời điểm ban đầu, chúng có phương hợp với trục Ox (trục pha)
một góc bằng pha ban đầu.
3.2.8. Mạch có R, L, C nối tiếp
- Sơ đồ mạch ®iƯn:

A

R

L

- Pha: u lƯch pha so víi i mét gãc 

tan  =

Z L  ZC
=
R

L 

1
C

R

15

C

B


Khãa ln tèt nghiƯp

(víi -


2

 


2

TrÇn Minh Thóy-K31A LÝ

; ZL: Cảm kháng ; Zc: Dung kháng)

- Biểu thức định luật ¤m:
I=

U
U
hay I0 = o
Ro

R

R 2  Z L  Z C

Trong đó Z =

2

- Giản đồ véc tơ:

UL


U AB


U L  UC

O

UC


UL


I




UR


UR

O


I



 
UL + UC


U AB


UC

(UL < UC)

(UL > UC)

* Điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng :

1
LC

Khi đó:
- Tổng trở của đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu Zmin = R
- Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch đạt cực đại: Imax =

U
R

- Các điện áp tức thời giữa hai bản tụ điện và giữa hai đầu cuộn cảm có
biên độ bằng nhau nhưng ngược pha nên triệt tiêu lẫn nhau
- Điện áp giữa hai đầu điện trở R bằng điện áp giữa hai đầu đoạn mạch
- Cường độ dòng điện biến đổi đồng pha với điện áp giữa hai đầu mạch
R
3.2.9. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần
- Sơ ®å m¹ch ®iƯn:
~
u

- Pha: u ®ång pha so víi i

16


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

- Biểu thức định luật Ôm:
Io =

Uo
U
hay I =
R
R


U


I

O

x

- Giản đồ vectơ:
C

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

- Pha: u trƠ pha so víi i gãc  =

~
u

2

- Biểu thức định luật Ôm:

I=

U
ZC

(trong đó: Zc =

- Giản đồ vectơ:

1
)
C


I

x

O

UC

3.2.11. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm

L

- Sơ ®å m¹ch ®iƯn:

- Pha: u sím pha so víi i góc =

~
u

2

- Biểu thức định luật Ôm:
I=

U
( trong đó: ZL = L)
ZL


- Giản đồ vec tơ:

UL


I

O

17

x


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

3.2.12. Công suất của dòng điện xoay chiều:
3.2.12.1. Công suất tức thời:
i = I0 cos  t
u = U0 cos(  t +  )
P = u. i = U0 I0 cos  t cos (  t +  )
P = UI cos  + UI cos(2  t +  )
3.2.12.2. C«ng suất trung bình:
P = U.I cos
R
Trong đó: cos = là hệ số công suất
Z

* ý nghĩa của hệ sè c«ng suÊt:
a, cos  = 1 tøc  = 0: Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, hoặc trường hợp
có cộng hưởng. Trong trường hợp này công suất tiêu thụ trên đoạn mạch là lớn
nhất và P = UI

b, cos = 0 tức = : Đoạn mạch không có điện trở thuần, mạch chỉ có
2

cuộn cảm hoặc tụ điện hoặc có cả cuộn cảm và tụ điện
Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch là nhỏ nhất vµ b»ng 0
c, 0 < cos  <1 tøc lµ -


2


< < 0 hoặc 0 < <

2

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

18


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

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

Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn và khi mạch thø cÊp hë th×:
U 1 E1 N1



k
U 2 E2 N 2

k: Hệ số biến đổi của máy biến áp
+, Nếu N2>N1 thì U2>U1: Máy tăng áp
+, Nếu N2Trong đó: N1, E1, U1 lần lượt là số vòng dây, suất điện động, hiệu điện
thế của cuộn sơ cấp
N2, E2, U2 lần lượt là số vòng dây, st ®iƯn ®éng, hiƯu ®iƯn thÕ cđa
cn thø cÊp
NÕu hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể thì công suất
dòng điện trong mạch sơ cấp và trong m¹ch thø cÊp cã thĨ coi b»ng nhau.
U1I1=U2I2

I1 U 2 N 2


I 2 U 1 N1

Trong đó: I1, I2 lần lượt là cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp và cuộn
thứ cấp
Máy biến áp làm tăng điện áp lên bao nhiêu lần thì làm giảm cường độ
dòng điện đi bấy nhiêu lần và ngược lại
3.13.3. Truyền tải điện

19

Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

- Công suất hao phí trên dây là: P R.

P2

U cos

2

RI 2

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

   o cos  t (trong ®ã: o =NBS)
St ®iƯn ®éng xoay chiỊu: e = -

d
=  NBS sin  t=  NBS cos(  t+  )
dt

NÕu các bài toán yêu cầu xác định biên độ, chu kì, pha ban đầu, các giá
trị hiệu dụng của điện áp, cường độ dòng điện thì cần vận dụng thêm các công
thức:
T=

2



, f=

1
I
U
=
, U= o , I= o
T 2
2
2

đối chiếu các kết quả thu được với điều kiện cụ thể của bài toán ta sẽ
tìm được đại lượng cần thiÕt.

20


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

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

ta có thể xác định

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

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

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

=1/

LC

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

giữa điện áp và dòng điện.
R
Z

Sử dụng các công thức: cos = , tan  =




2

2

Chó ý: - ≤  ≤

Z L ZC
R

4, Viết biểu thức của dòng điện và điện áp
Cần chú ý:

là độ lệch pha giữa u và i, độ lệch pha giữa i và u là -

Để xác định được biểu thức của điện áp giữa hai đầu các phần tử hay
đoạn mạch cần xác định độ lệch pha giữa các điện áp đó so với dòng điện qua
mạch
5, Nếu trong mạch có nhiều điện trở (kể cả điện trở của cuộn dây) thì có thể
coi như mạch có một điện trở thuần bằng tổng các điện trở của mạch. Nếu
trong mạch có nhiều cuộn dây thì có thể coi như mạch có một cuộn dây với
hệ số tự cảm bằng tổng các hệ số tự cảm của cuộn dây.

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

21


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

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

năng ta cần sử dụng các công thức:

U 1 E1 N1


k . Từ đó có thể tính được
U 2 E2 N 2

điện áp ở cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp.
Ta cần chú ý rằng công thức trên chỉ được sử dụng khi coi điện trở của
cuộn sơ cấp và thứ cấp là nhỏ không đáng kể.
Trong trường hợp không bỏ qua được điện trở ở các cuộn dây, ta cần
chú ý tới mối liên hệ giữa suất điện động E1, E2 trong các cuộn dây với các
điện áp U1, U2 tương ứng.
Để tính hiệu suất của máy biến áp ta sử dụng công thức: H=

22

P2 U 2 I 2

P1 U 1 I 1


Khóa luận tốt nghiệp

Trần Minh Thúy-K31A Lí

Chỉ trong trường hợp có thể bỏ qua sự hao phí điện năng trong máy biến áp
(H=100%) thì mới có thể viết: P2=P1U2I2=U1I1
Từ đó rút ra công thức xác định dòng điện qua các cuén d©y:

I1 U 2 N 2 1



I 2 U 1 N1 k

4.2. Hệ thống bài tập chương: "Dòng điện xoay chiều" lớp 12 THPT, Ban
KHTN.
Loại 1: Xác định suất điện động xoay chiều trong mạch kín.
Bài 1: Một khung dây dẫn gồm N =250 vòng quay đều trong từ trường ®Ịu cã
c¶m øng tõ B =2.10-2 T víi vËn tèc góc 20 rad/s. Biết diện tích của


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


khung. Lúc t =0, véctơ pháp tuyến cđa khung song song vµ cïng chiỊu víi B .
a, Xác định tần số, chu kì của suất điện động xoay chiỊu xt hiƯn trong
khung
b, ViÕt biĨu thøc cđa tõ thông và suất điện động xoay chiều xuất hiện
trong khung.
Bài 2: Một khung dây dẫn gồm N =100 vòng, diện tích mỗi vòng dây là S =60
cm2. Khung dây quay đều với tần số 20 vòng/s trong từ trường đều cã c¶m øng


tõ B = 0,1T. BiÕt trơc quay cđa khung vuông góc với cảm ứng từ B . Lúc t = 0,


véctơ pháp tuyến của khung song song và cïng chiỊu víi B .
ViÕt biĨu thøc cđa st ®iƯn động xoay chiều trong khung và xác định

giá trị của suất điện động tại thời điểm t1 =

1
1
s ; t2 = s
40
80

Bài 3: Một khung dây dẫn gồm N=100 vòng quay đều trong từ trường đều có
cảm ứng từ B = 0,5T với tần số 20 vòng/s. Biết diện tích mỗi vòng dây là


S =50 cm2, véctơ cảm ứng từ B vuông góc với trục quay của khung. Tại thời


điểm t = 0, véctơ pháp tuyến của khung dây hợp víi B gãc

23

 =

3


Khãa ln tèt nghiƯp

TrÇn Minh Thóy-K31A LÝ

ViÕt biĨu thøc cđa suất điện động xoay chiều trong khung và vẽ đồ thị
biểu diễn suất điện động xoay chiều theo thời gian.

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

R

A

L, r

C M

B

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


4


4

và nhanh pha hơn

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

uAM, uMB.
Bài 5: Cho mạch điện như hình vẽ.

R

A

C1 M

A

C2

Biết: uAB =160 2 sin100 t (V) ;

L, R0

B

K
V

cuộn dây và biến trở có độ tự cảm L,
điện trở R thay đổi được.

a, §Ĩ R=R1, L=L1. Khãa K më, ampekÕ chØ 1A, dßng ®iƯn i nhanh pha

6

so víi uAB. V«nkÕ chØ 120V, hiƯu điện thế hai đầu vônkế nhanh pha hơn

3

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

Đóng khóa K thì :


uAM =150 2 sin(200  t- ) (V)

A

R

M

C

6

V

24

N

L, r

B


Khãa ln tèt nghiƯp

TrÇn Minh Thóy-K31A LÝ


uNB =150 2 cos(200 t- ) (V)
3

Bỏ qua điện trở của dây nối và của khóa K. Điện trở vônkế vô cùng lớn.
a, Chứng minh rằng cuộn dây có điện trở thuần đáng kĨ.
ViÕt biĨu thøc uAB

10 4
b, Më khãa K. Thay ®ỉi C đến giá trị
(F) thì thấy số chỉ vônkế đạt
6
giá trị lớn nhất. Tính R, L và điện trở r của cuộn dây.
A R
Bài 7: Cho mạch điện như hình vẽ. Biết:
Cuộn dây thuần cảm có L =

L, r

C

B

4.10 4
3
(H), C =
(F) ;
10


biÕn trë cã ®iƯn trë R thay ®ỉi được ; uAB =200 2 sin100 t (V)
a, Xác định trị số của R để công suất tiêu thụ của đoạn mạch cực
đại.Tính công suất, hệ số công suất và viết biểu thức của uR khi đó.
b, Cho R=20  . Hái ph¶i ghÐp víi C mét tơ C1 thế nào để công suất tiêu
thụ của đoạn mạch đạt cực đại. Tính công suất và viết biểu thức của hiệu điện
thế giữa hai đầu cuộn cảm khi đó.
A

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

10 4



(F) ;

R

C M

V1

L, r

B

V2

uAB =200sin100  t (V) ;
cuén d©y thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi được.
a, Tìm L để số chỉ vônkế

V1 đạt cực đại. Xác định số chỉ vônkế V1

khi đó.
b, Tìm L để số chỉ vônkế V2 đạt cực đại. Xác định số chỉ vônkế

.

V2 khi đó.
c, Khảo sát sự thay đổi của công suất tiêu thụ theo sự thay đổi của L từ
0 đến rất lớn.
Bài 9: Cho mạch điện như hình vẽ. BiÕt:
A

25

R

L

C

B