Luận văn Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý (Chương Dòng điện xoay chiều – Lớp 12 Chương trình nâng cao)

Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ
 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP (Khóa 31, niên khóa 2005 - 2010) ĐỀ TÀI: LỰA CHỌN HỆ THỐNG BÀI TẬP, HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ (CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” LỚP 12 - CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO) GVHD: ThS. Thầy Lê Ngọc Vân SVTH : Tạ Khánh Quỳnh Lớp : Lý 5 Bình Thuận TP. Hồ Chí Minh Tháng 5 / 2010 Trang 2 LỜI NÓI ĐẦU Luận văn “Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý (Chương “Dòng điện xoay chiều” – Lớp 12 Chương trình nâng cao)” được viết trên tinh thần nhằm giúp học sinh có những hiểu biết đầy đủ về phương pháp giải các dạng bài tập vật lý “Dòng điện xoay chiều” lớp 12, trên cơ sở đó rèn luyện được kĩ năng giải các dạng bài tập này. Nội dung luận văn này được viết theo chủ đề, dạng toán cụ thể, bám sát nội dung của sách giáo khoa vật lý lớp 12 nâng cao, gồm các mục chính sau: Mục “Tóm tắt lý thuyết” tóm tắt các kiến thức cần thiết để giải các bài tập dòng điện xoay chiều. Mục “Các dạng bài tập và phương pháp giải” gồm hai phần: - Bài tập định tính: giới thiệu một số bài tập định tính, đưa ra các câu hỏi gợi ý hướng dẫn học sinh giải các bài đó. - Bài tập định lượng: giới thiệu các dạng bài tập định lượng thường gặp, phương pháp giải các dạng bài tập này, kèm theo một số bài tập từ căn bản đến nâng cao và hướng dẫn học sinh giải đối với từng bài. Mục “Một số bài tập trắc nghiệm rèn luyện” giới thiệu một số bài tập trắc nghiệm bao quát nội dung các kiến thức trong từng chủ đề, từng dạng để giúp học sinh rèn luyện thêm, đồng thời có đáp án và hướng dẫn lời giải ngắn gọn để học sinh có thể tham khảo. Các bài tập được trình bày trong luận văn đều có phương pháp giải và hướng dẫn giải cụ thể từ đó có thể giúp học sinh giải được các bài tập tương tự, rèn luyện kĩ năng giải bài tập, phát triển năng lực tự làm việc của học sinh. Để được làm khóa luận này, em xin chân thành cám ơn toàn thể quý thầy cô Khoa Vật Lý – Trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh đã tận tình dạy dỗ em trong suốt 5 năm học vừa qua. Và để hoàn thành luận văn này, em kính gởi lời cám ơn chân thành, sâu sắc đến thầy Lê Ngọc Vân, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, sửa chữa những sai sót mà em mắc phải trong quá trình làm luận văn này. Đồng thời, em xin cám ơn các bạn trong lớp Lý Bình Thuận niên khóa 2005 – 2010, đã đóng góp ý kiến, giúp đỡ em về tài liệu để em có thể hoàn thành đề tài này đúng thời hạn. Mặc dù đã đầu tư công sức, cố gắng và cẩn thận, nhưng do điều kiện về thời gian, hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm về phương pháp giảng dạy thực tế chưa nhiều nên chắc chắn luận văn này vẫn còn nhiều thiếu sót. Em kính mong nhận được những ý kiến đóng góp chân tình của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn! Trang 3 MỤC LỤC Lời nói đầu Phần mở đầu I. Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 6 II. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 6 III. Nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................................... 6 IV. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 6 V. Điều kiện thực hiện đề tài ............................................................................... 7 Phần lý luận chung I. Những cơ sở lý luận của hoạt động giải bài tập vật lý phổ thông ............ 8 1. Mục đích, ý nghĩa của việc giải bài tập vật lý trong dạy học vật lý ............... 8 2. Tác dụng của bài tập trong dạy học vật lý ...................................................... 9 II. Phân loại bài tập vật lý ............................................................................... 10 1. Phân loại theo phương thức giải ................................................................... 10 2. Phân loại theo nội dung ................................................................................ 11 3. Phân loại theo yêu cầu rèn luyện kĩ năng, phát triển tư duy học sinh trong quá trình dạy học, có thể phân biệt các bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo11 4. Phân loại theo cách thể hiện bài tập .............................................................. 12 5. Phân loại theo hình thức làm bài .................................................................. 12 III. Phương pháp giải bài tập vật lý ................................................................. 12 1. Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện ........................................................... 13 2. Phân tích hiện tượng ..................................................................................... 13 3. Xây dựng lập luận ......................................................................................... 13 4. Lựa chọn cách giải cho phù hợp ................................................................... 14 5. Kiểm tra, xác nhận kết quả, và biện luận ...................................................... 14 IV. Xây dựng lập luận trong giải bài tập ........................................................ 14 1. Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính ............................................. 14 2. Xây dựng lập luận trong giải bài tập tính toán ............................................. 15 V. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý ..................................................... 16 1. Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) ..................................................................... 17 2. Hướng dẫn tìm tòi (Ơrixtic) .......................................................................... 17 3. Định hướng khái quát chương trình hóa ....................................................... 17 VI. Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lý .................................. 18 1. Lựa chọn bài tập ............................................................................................ 18 2. Sử dụng hệ thống bài tập .............................................................................. 19 Phần vận dụng ............................................................................................... 21 Lựa chọn hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 – Chương trình nâng cao A. Tóm tắt lý thuyết ......................................................................................... 21 B. Hệ thống bài tập và phương pháp giải ...................................................... 28 I. Bài tập định tính .......................................................................................... 28 Trang 4 1. Đề bài ............................................................................................................ 28 2. Hướng dẫn giải và giải.................................................................................. 28 II. Bài tập định lượng ...................................................................................... 33 Chủ đề 1: Dòng điện xoay chiều – Mạch điện xoay chiều không phân nhánh (Mạch R, L, C mắc nối tiếp) ..................................................................... 33 1. Dạng 1: Cách tạo ra dòng điện xoay chiều ............................................... 33 1.1. Phương pháp giải chung ........................................................................... 33 1.2. Bài tập về cách tạo ra dòng điện xoay chiều ............................................ 33 1.3. Hướng dẫn giải và giải ............................................................................. 34 2. Dạng 2: Viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp .......................... 41 2.1 . Phương pháp giải chung ........................................................................... 41 2.2. Bài tập về viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp ......................... 42 2.3. Hướng dẫn giải và giải .............................................................................. 43 3. Dạng 3: Cộng hưởng điện ........................................................................... 53 3.1. Phương pháp giải chung ............................................................................ 53 3.2. Bài tập về cộng hưởng điện ...................................................................... 53 3.3. Hướng dẫn giải và giải .............................................................................. 54 4. Dạng 4 : Hai đoạn mạch có điện áp cùng pha, vuông pha ....................... 62 4.1. Phương pháp giải chung ........................................................................... 62 4.2. Bài tập về hai đoạn mạch có điện áp cùng pha, vuông pha ..................... 62 4.3. Hướng dẫn giải và giải ............................................................................. 63 5. Dạng 5 : Công suất của đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp ........................ 69 5.1. Phương pháp giải chung ........................................................................... 69 5.2. Bài tập về công suất của đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp ....................... 70 5.3. Hướng dẫn giải và giải ............................................................................. 71 6. Dạng 6 : Xác định giá trị cực đại của điện áp hiệu dụng khi thay đổi L, hoặc thay đổi C, hoặc thay đổi f .................................................. 83 6.1. Phương pháp giải chung ............................................................................ 83 6.2. Bài tập về cách xác định giá trị cực đại của điện áp hiệu dụng khi thay đổi L, hoặc thay đổi C, hoặc thay đổi f .................................................................... 86 6.3. Hướng dẫn giải và giải .............................................................................. 86 7. Dạng 7 : Xác định các phần tử điện chứa trong hộp đen ...................... 106 7.1. Phương pháp giải chung .......................................................................... 106 7.2. Bài tập về xác định các phần tử điện chứa trong hộp đen ...................... 107 7.3. Hướng dẫn giải và giải ............................................................................ 107 8. Dạng 8: Giải toán nhờ giản đồ vec-tơ ...................................................... 116 8.1. Phương pháp giải chung .......................................................................... 116 8.2. Bài tập về giải toán nhờ giản đồ vec-tơ .................................................. 116 8.3. Hướng dẫn giải và giải ............................................................................ 117 Chủ đề 2: Sản xuất – Truyền tải điện năng .................................................... 125 1. Dạng 1: Máy phát điện và động cơ điện ................................................. 125 Trang 5 1.1 Phương pháp giải chung ......................................................................... 125 1.2. Bài tập về máy phát điện và động cơ điện ............................................. 125 1.3. Hướng dẫn giải và giải ........................................................................... 126 2. Dạng 2: Máy biến áp và truyền tải điện năng ........................................ 131 2.1. Phương pháp giải chung ......................................................................... 131 2.2. Bài tập về máy biến áp và truyền tải điện năng ..................................... 131 2.3 Hướng dẫn giải và giải ........................................................................... 132 C. Một số bài tập trắc nghiệm rèn luyện...................................................... 138 1. Đề bài .......................................................................................................... 138 2. Đáp án.......................................................................................................... 147 3. Hướng dẫn giải ............................................................................................ 147 Trang 6 PHẦN MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài: Dòng điện xoay chiều là một dao động điện từ cưỡng bức, đổi chiều liên tục hằng trăm lần trong một giây, làm từ trường do nó sinh ra cũng thay đổi theo. Chính điều đó đã làm cho dòng điện xoay chiều có một số tác dụng to lớn mà dòng điện một chiều không có. Do đó mà dòng điện xoay chiều được ứng dụng rộng rãi trong thực tế cuộc sống. Chương “Dòng điện xoay chiều” là một trong những chương quan trong của chương trình vật lý 12. Việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải các bài tập định tính, bài tập định lượng của chương này đối với học sinh thật không dễ dàng. Chính vì vậy, đề tài “Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý (chương “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 chương trình nâng cao) sẽ giúp học sinh có một hệ thống bài tập, có phương pháp giải cụ thể của từng dạng với hướng dẫn giải chi tiết từng bài, từ đó giúp học sinh có thể hiểu rõ hơn về chương dòng điện xoay chiều. Đồng thời thông qua việc giải bài tập, học sinh có thể được rèn luyện về kĩ năng giải bài tập, phát triển tư duy sáng tạo và năng lực tự làm việc của bản thân. II. Mục đích nghiên cứu: Xây dựng hệ thống bài tập, hướng dẫn phương pháp giải các dạng bài tập của chương “Dòng điện xoay chiều”. Từ đó vạch ra tiến trình hướng dẫn hoạt động dạy học (gồm hoạt động của giáo viên và hoạt động của học sinh) nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức về chương này, trên cơ sở đó học sinh có thể tự lực vận dụng kiến thức để giải các bài tập cùng dạng theo phương pháp đã đưa ra. III. 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 chương “Dòng điện xoay chiều” chương trình sách giáo khoa vật lý 12 nâng cao 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 chương này, đưa ra phương pháp giải theo từng dạng, đề xuất tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập trong hệ thống bài tập này. IV. Phương pháp nghiên cứu: 1. Nghiên cứu lý luận về dạy học bài tập vật lý. 2. Nghiên cứu chương 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. Trang 7 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 chương. V. Giới hạn nghiên cứu: 1. Do hạn chế về thời gian, kiến thức và phương pháp giảng dạy thực tế nên hệ thống bài tập được lựa chọn còn mang tính chủ quan và chưa thật sự phong phú, nhất là phần bài tập định tính. 2. Do chưa có kinh nghiệm về phương pháp giảng dạy nên tiến trình hướng dẫn học sinh giải có thể vẫn chưa hay. 3. Vật lý học là khoa học thực nghiệm, tuy nhiên trong đề tài vẫn chưa thể đưa ra các bài tập thực nghiệm, cũng như chưa thực hiện được phần thực nghiệm sư phạm. Trang 8 PHẦN LÝ LUẬN CHUNG LÝ LUẬN CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY BÀI TẬP VẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chúng ta đang sống trong sống trong thời đại của sự bùng nổ tri thức khoa học và công nghệ. Xã hội mới phồn vinh ở thế kỉ 21 phải là một xã hội dựa vào tri thức, vào tư duy sáng tạo, vào tài năng sáng chế của con người. Trong xã hội biến đổi nhanh chóng như hiện nay, người lao động cũng phải biết luôn tìm tòi kiến thức mới và trau dồi năng lực của mình cho phù hợp với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật. Lúc đó người lao động phải có khả năng tự định hướng và tự học để thích ứng với đòi hỏi mới của xã hội. Chính vì vậy, mục đích giáo dục hiện nay ở nước ta và trên thế giới không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kĩ năng loài người đã tích lũy được trước đây, mà còn đặc biệt quan tâm đến việc bồi dưỡng cho họ năng lực sáng tạo ra những tri thức mới, phương pháp mới, cách giải quyết vấn đề mới sao cho phù hợp. Rèn luyện năng lực tự suy nghĩ và truyền thụ kiến thức cho học sinh là vấn đề quan trọng trong dạy học nói chung và dạy học môn Vật lý nói riêng. Để việc dạy và học đạt kết quả cao thì người giáo viên phải biết phát huy tính tích cực của học sinh, chọn lựa phương thức tổ chức hoạt động, cách tác động phù hợp giúp học sinh vừa học tập, vừa phát triển nhận thức. Việc giải bài tập Vật lý không những nhằm mục đích giải toán, mà nó còn có ý nghĩa to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng tính toán, suy luận logic để giải quyết những vấn đề trong thực tế cuộc sống. Trong quá trình dạy học bài tập vật lý, vai trò tự học của học sinh là rất cần thiết. Để giúp học sinh khả năng tự học, người giáo viên phải biết lựa chọn bài tập sao cho phù hợp, sắp xếp chúng một cách có hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp và hướng dẫn cho học sinh cách giải để tìm ra được bản chất vật lý của bài toán vật lý. I. Những cơ sở lý luận của hoạt động giải bài tập vật lý phổ thông 1. Mục đích, ý nghĩa của việc giải bài tập: - Quá trình giải một bài tập vật lý là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài toán, xem xét hiện tượng vật lý đề cập, dựa vào kiến thức vật lý để tìm ra những cái chưa biết trên cơ sở những cái đã biết. Thông qua hoạt động giải bài tập, học sinh không những củng cố lý thuyết và tìm ra lời giải một cách chính xác, mà còn hướng cho học sinh cách suy nghĩ, lập luận để hiểu rõ bản chất của vấn đề, và có cái nhìn đúng đắn khoa học. Vì thế, mục đích cơ bản đặt ra khi giải bài tập vật lý là làm cho học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lý, biết phân tích và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào tính toán kĩ thuật và cuối cùng là phát triển được năng lực tư duy, năng lực tư giải quyết vấn đề. - Muốn giải được bài tập vật lý, học sinh phải biết vận dụng các thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hóa…để xác định được bản chất vật lý. Vận dụng kiến thức vật lý để giải quyết các nhiệm vụ học tập và những vấn đề Trang 9 thực tế của đời sống chính là thước đo mức độ hiểu biết của học sinh. Vì vậy, việc giải bài tập vật lý là phương tiện kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh. 2. Tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học vật lý: 2.1. Bài tập giúp cho việc ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức Trong giai đoạn xây dựng kiến thức, học sinh đã nắm được cái chung, cái khái quát của các khái niệm, định luật và cũng là cái trừu tượng. Trong bài tập, học sinh phải vận dụng những kiến thức khái quát, trừu tượng đó vào những trường hợp cụ thể rất đa dạng, nhờ thế mà học sinh nắm được những biểu hiện cụ thể của chúng trong thực tế. Ngoài những ứng dụng quan trọng trong kĩ thuật, bài tập vật lý sẽ giúp học sinh thấy được những ứng dụng muôn hình, muôn vẻ trong thực tiễn của các kiến thức đã học Các khái niệm, định luật vật lý thì rất đơn giản, còn biểu hiện của chúng trong tự nhiên thì rất phức tạp, bởi vì các sự vật, hiện tượng có thể bị chi phối bởi nhiều định luật, nhiều nguyên nhân đồng thời hay liên tiếp chồng chéo lên nhau. Bài tập sẽ giúp luyện tập cho học sinh phân tích để nhận biết được những trường hợp phức tạp đó Bài tập vật lý là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động. Khi giải bài tập, học sinh phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi phải sử dụng tổng hợp các kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần của chương trình 2.2. Bài tập có thể là điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức mới Các bài tập nếu được sử dụng khéo léo có thể dẫn học sinh đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới để giải thích hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra 2.3. Giải bài tập vật lý rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát Bài tập