Xem mẫu
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI
Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh
Mã số:
Chuyên đề :
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN
ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN.
N gười thực hiện: NGUY ỄN TRƯỜNG SƠN
Lĩnh vực nghiên cứu:
Q uản lý giáo dục:
Phương pháp d ạy học bộ môn :
Phương pháp giáo d ục:
Lĩnh vực khác:
Có đính kèm:
Mô hình Phần mềm Phim ảnh Hiện vật khác
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 1-
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Năm học: 2008-2009
SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. THÔNG TIN CHUNGVỀ CÁ NHÂN:
1. Họ và tên : Nguyễn Trường Sơn .
2. Ngày tháng năm sinh: 06 tháng 4 năm 1958
3. Nam, nữ: Nam
4. Địa chỉ: 22/F6 – Khu phố I - Phường Long Bình Tân – Thành phố Biên Hoà -
Tỉnh Đồng Nai
5. Điện thoại: CQ: 0613.834289; (NR) 0613.834666; ĐTDĐ:0903124832.
6. Ch ức vụ: Tổ trưởng tổ Vật lý.
7. Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh- Biên Hoà- Tỉnh Đồng Nai.
II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO :
- Học vị: Đại học.
- Chuyên ngành đào tạo: Vật lý.
III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC
* N ăm 2004: giải nhì thi đồ dùng dạy học do Sở giáo dục đào tạo tổ
chức, đề tài: “Thí nghiệm sóng dừng trên dây.”
* Năm 2005: chuyên đề “ Tìm cực trị bằng bất đẳng thức Bunhiacopxki”
* Năm 2006: chuyên đề “ bài toán mạch cầu trở”
cùng thực hiện với N guyễn Thùy Dương tổ Vật lý.
* Năm 2007: chuyên đề “ bài toán mạch đ èn” cùng tổ Vật lý.
* Năm 2008: chuyên đề “phương pháp đồ thị giải bài toán vật lý”.
* Năm 2009 chuyên đ ề “cách giải các dạng bài toán mạch điện xoay
chiều, thiết bị điện , dao động và sóng điện từ “
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 2-
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chuyên đề :
“CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN
VỀ ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
Tóm tắt :
Chuyên đề đưa ra phân loại và cách giải các dạng
bài toán về mạch điện xoay chiều và thiết bị điện.
A- PHẦN MỞ ĐẦU :
I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Theo thời gian, sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày càng đạt được những
thành tựu to lớn; những kiến thức khoa học ngày càng sâu và rộng hơn. Khoa học
kỹ thuật đ ã có những tác động quan trọng góp phần làm thay đ ổi bộ mặt của xã hội
loài người, nhất là những ngành khoa học kỹ thuật cao.
Cũng như các môn khoa học khác, Vật lý học là bộ môn khoa học cơ b ản, làm
cơ sở lý thuyết cho một số môn khoa học ứng dụng mới ngày nay. Sự phát triển
của Vật lý học dẫn tới sự xuất hiện nhiều ngành kỹ thuật mới: K ỹ thuật điện, kỹ
thuật điện tử, tự động hoá và điều khiển học, công nghệ thông tin…
Do có tính thực tiễn, nên bộ môn Vật lý ở các trường phổ thông là môn học
mang tính hấp dẫn. Tuy vậy, Vật lý là một môn học khó vì cơ sở của nó là toán
học. Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú. Trong phân phối chương trình số tiết
bài tâp lại hơi ít so với nhu cầu cần củng cố kiến thức cho học sinh. Chính vì thế,
người giáo viên phải làm thế nào đ ể tìm ra phương pháp tốt nhất nhằm tạo cho học
sinh niềm say mê yêu thích môn học này. Giúp học sinh việc phân loại các dạng
bài tập và hướng dẫn cách giải là rất cần thiết. Việc làm này rất có lợi cho học sinh
trong thời gian ngắn đ ã nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải và
từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự.
Trong yêu cầu về đổi mới giáo dục về việc đánh giá học sinh bằng phương
pháp trắc nghiệm khách quan thì khi học sinh nắm được dạng bài và phương pháp
giải sẽ giúp cho học sinh nhanh chóng trả được bài .
Chúng ta đã biết rằng trong chương trình Vật lý lớp 12, bài tập về điện xoay
chiều là phức tạp và khó. Qua những năm đứng lớp tôi nhận thấy học sinh thường
rất lúng túng trong việc tìm cách giải các dạng bài tập toán này. Xuất phát từ thực
trạng trên, q ua kinh nghiệm giảng dạy, tôi đã chọn đề tài: “CÁCH GIẢI CÁC
DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN “.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 3-
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Đề tài này nhằm giúp học sinh khắc sâu những kiến thức lí thuyết , có một
hệ thống bài tập và phương pháp giải chúng, giúp các em có thể nắm được cách
giải và từ đó chủ động vận dụng các phương pháp này trong khi làm bài tập. Từ đó
hoc sinh có thêm kỹ năng về cách giải các bài tập Vật lí, cũng như giúp các em
học sinh có thể nhanh chóng giải các bài toán trắc nghiệm về b ài tập điện xoay
chiều phong phú và đa dạng .
II. THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ
TÀI.
Chúng ta đã biết rằng Bộ môn Vật lí bao gồm một hệ thống lí thuyết và bài tập
đa d ạng và phong phú. Theo phân phối chương trìnhVật lý lớp 12 bài tập về điện
xoay chiều là rất phức tạp và khó , số tiết bài tâp lại hơi ít so với nhu cầu cần nắm
kiến thức cho học sinh. Qua những năm đứng lớp tôi nhận thấy học sinh thường
rất lúng túng trong việc tìm cách giải các dạng bài tập toán này.
V à trong yêu cầu về đổi mới đánh giá học sinh bằng phương pháp trắc nghiệm
khách quan thì khi học sinh nắm đ ược dạng b ài và phương pháp giải sẽ giúp các
em nhanh chóng trả được b ài .
Xuất phát từ thực trạng trên, cùng một số kinh nghiệm giảng dạy, tôi đã chọn đề
tài: “CÁC CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU,THIẾT
BỊ ĐIỆN , DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ”.
H iện tại cũng có nhiều sách tham khảo cũng đã trình bày về vấn đề này ở các
góc độ khác nhau . Ở chuyên đề này trình bày việc phân loại các dạng bài tập và
hướng dẫn cách giải có tính hệ thống với những chú ý giúp các em nắm sâu sắc
các vấn đề liên quan. Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đ ã
nắm được các dạng bài tập nắm được phương pháp giải và từ đó có thể phát triển
hướng tìm tòi lời giải mới cho các bài tương tự.
B –PHẠM VI ÁP DỤNG VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG CỦA
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM:
1. Phạm vi áp dụng: A. Chương trình Vật lý lớp 12
Chương V : DÒNG Đ IỆN XOAY CHIỀU
B . Chương trình Công nghệ lớp 12
2. Giới hạn nội dung: Chuyên đề đặt ra yêu cầu phân loại các dạng bài tâp, đưa
ra lời giải cho từng dạng b ài tập đó và đưa ra những hướng vận d ụng phương pháp
và phát triển hướng tìm tòi khác .
Phân lo ại dang b ài tập :
D ạng I : Suất điện động xoay chiều.
D ạng II : Đo ạn mạch RLC không phân nhánh .
Dạng III : Các thiết bị điện.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 4-
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
C . NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
Dang bài I: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU.
Chủ Đề : Cách tạo ra dòng điện xoay chiều (khung quay đều trong từ trường
đều ): Xác định suất điện động cảm ứng xoay chiều e(t) suy ra biểu thức
i(t) và u(t) ?
Phương pháp: Cho khung dây d ẫn quay đều trong từ trường đều.
B n
+Tìm biểu thức từ thông t nhờ : NBS cos α đặt 0 NBS
với ( B; n ) t 0 0 cost 0 ω
x’
x S
d
' đưa về dạng e E0 cos(t 0 )
+Tìm biểu thức suất điện động e(t)
dt
với E0 NBS 0
e
Hệ quả :-Tìm i(t) :giả sử mạch ngoài chỉ có R thì i it
R
-Tìm u(t): thông thường khung dây có r = 0 nên : u e ri e .
Vậy u t et U0 = E0 và U = E .
Dạng bài II : ĐOẠN MẠCH R , L, C KHÔNG PHÂN NHÁNH.
Chủ đề 1: Các đặc trưng mạch RLC.
Phương pháp:
* Cảm kháng: ZL= L=2 fL; dung kháng : ZC =1/ C =1/(2 fC);
Tổng trở : Z R 2 (Z L ZC )2 .
* Độ lệch pha hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch so với dòng đ iện là : φ u φ u φ i
i
Z L ZC
tính theo tg u / i u / i
R
Z L Z C u 0 u...som. pha.so.voi....i
.
i
. C
L,R0
Z L Z C u i 0 u...tre. pha.so.voi...i R
A
B
Z Z u 0 u...cung. pha.voi...i M N
L C i
U U R U L U C U AM U NB U d
* Định luật Ôm: I
Z R Z L Z C Z AM Z NB Z d
* Hệ số công suất cos = R/Z .
Công suất tiêu thụ trên mạch : P = UIcos = I2R
* Chú ý : +Các công thức trên đều áp dụng được cho đoạn nào đó trên mạch
AMN B như: AN, MB.
+Nếu đoạn mạch thiếu linh kiện nào đó thì ở công thức trên thay điện trở linh
kiện đó bằng không.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 5-
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Trường hợp cuộn dây có điện trở thần đáng kể R0
2
2
* Cuộn dây lúc này như một đoạn mạch mắc nối tiếp có tổng trở Z d R Z L ;
ta cũng có các công thức: I = U d/Zd ; tg d = ZL/R0 ; cos d = R0/Zd;
Pd = UdIcos d = I2R0.
* Các công thức của cả mạch lúc này viết thành :
Z L ZC
Z ( R R0 ) 2 (Z L Z C ) 2 ; tg u / i ; cos = (R+R0)/Z ; P = I2(R+R0) .
R R0
*Chú ý:
- Khi áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch xoay chiều hai đại lượng cường độ
dòng điện và hiệu điện thế phải cùng loại: cùng giá trị hiệu dụng hoặc cùng giá trị
cực đại.
- Giản đồ véc tơ đối với đoạn mạch nối tiếp thường chọn pha dòng đ iện i làm gốc.
- Tổng trở của các đoạn mạch không cho phép cộng đại số (trừ trường hợp cùng
loại điện trở).
-Đại lượng u hay i không cho phép cộng đại số. Trừ khi các u cùng pha nhau hoặc
các i cùng pha nhau .
-Cần phân biệt cho đ ược : giá trị cực đại khi có cộng huởng (I)max và giá trị biên
I0=I 2
-Khi tính toán phải nhớ đổi đơn vi về hệ SI như C(F); L(H). R( ); Z( ) ;
I(A); U(V) ; P(W); (rad).
-Tu điện C’ ghép với tụ C:
1 1 1
+ Ghép nối tiếp địên dung bộ tụ nhỏ đi Cb < C, Cb
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chủ Đề 3: Đoạn mạch RLC: cho biểu thức hiệu điệu thế u(t) xác định biểu
thức i(t), suy ra biểu thức uR(t) , uL(t), uC(t), uMN(t).
Phương pháp:
+ Cho biểu thức hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch u U 0 cos(t )
*Bước 1: Viết biểu thức i có dạng i I 0 cos(t u / i ) ;
Z L ZC
U0
; Z R2 (Z L ZC ) 2 và độ lệch pha là φu tính dựa tgφ u/i
với I 0
R
Z i
*Bước 2: Viết biểu thức hiệu điện thế như chủ đề 2:
uR cùng pha với i nên : uR U 0 R cos(t u / i ) với U0R = I0 R
uL sớm pha với i : uL U 0 L cos(t u / i ) với U0L = I0.ZL
2
uC trễ pha với i : uC U 0C cos(t u / i ) với UC =I0.Zc
2
uMN lệch pha so với i là u / i thì uMN U 0 MN cos(t u i uMN ).voiU 0 MN I0 ZMN
.
MN i
Chú ý Nếu biết u U 0 cos(t u ) thì i I 0 cos(t u / i u )
Chủ Đề 4: Trường hợp một phần tử điện(L hay C hay R) bị đoản mạch,
biết U tính I (ngược lại).
Phương pháp:
Nếu có 1 phần tử điện (thuộc mạch RLC) bị đoản mạch thì ta phải loại bỏ phần tử
đó nghĩa là trong các công thức nói trên ta phải cho điện trở tương ứng bằng 0.
Ví dụ trường hợp đoản mạch: Hình 1: R L C
+Trường hợp 1 :
Hai đầu phần tử điện bị nối tắt với nhau :
Thí dụ (hình 1) : Cuộn L bị đoản mạch Z L 0 Hình 2: K đóng
Lúc đó : I U Z U R2 ZC2
R L C
+Trường hợp 2:
Hai đầu của phần tử điện mắc song song khóa điện K (có RK=0) mà khóa điện
K bị đóng lại .
Thí dụ (hình 2): Khi K đóng tụ C bị đoản mạch ZC = 0 ,
R2 ZL
2
Lúc đó I U / Z U
Chủ Đề 5: Tính độ lệch pha giữa hiệu điệu thế u1 và u2 của hai đoạn mạch .
Cách vận dụng .
Phương pháp đại số :
φ φ
Cách 1 :+Tính độ lệch pha theo : φ u u1 u2
1
u2 i i
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 7-
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
+Tìm độ lệch pha φ u1 / i , φ u 2 / i
Z L1 ZC1 ZL2 ZC2
φ u1
nhờ : tgφu1 tgφu2 φu2
và
R1 R2
i i i i
tgu1 / i tgu2 / i
Cách 2 : Tính u / u trực tiếp công thức : tgu1 / u2 tg(u1 / i u2 / i )
1 tgu1 / i tgu2 / i
1 2
Phương pháp giản đồ vectơ : Đ ộ lệch pha
U 1 ; U 2 I ; U 1 I ; U 2 φ u1 / i φ u2 / i
φ u1
u2
φ u1
Vận dụng : N ếu đã biết và đã biết 5 trong 6 thông số của mạch điện ta tính
u2
được thông số còn lại.
và tính được φu1 φu2
Thí dụ: biết φu1
i
u2 i
Z L2 ZC2
áp dụng công thức tgφu2 / i ZC2 C2
R2
Chú ý: Trường hợp hiệu điện thế u1 và u2 vuông pha nhau thì
tgu1 / i tgu2 / i 1
Chủ đề 6: Đoạn mạch RLC: biết các hiệu điện thế hiệu dụng UR ;UL ;UC.
Tìm U và u/i của đoạn mạch.
Phương pháp:
UC.......... L
U
Cách 1 : Áp d ụng công thức định luật Om:U=IZ
U I R2 ZL ZC UR (UL UC )2
2
2
U
I (Z L ZC ) U L UC UR.......... I...
O
φ u
Và tgφu
IR UR
i i
Cách 2: dùng giản đồ vectơ
H iệu điện thế tức thời : u uR uL uC U UR UL UC
Vẽ giản đồ vectơ hiệu điện thế theo giá trị hiệu dụng .
Từ giản đồ vectơ U UR UL UC
2 2
và
I (Z L Z C ) U L U C
φ u
tg φ u
IR UR
i i y
U ...
dA
Chủ Đề 7: Cuôn dây (R ,L) nối tiếp tụ C, biết các
Hiệu điện thế hiệu dụng Ud,, UC. C
d
Tìm U , u/ i của mạch . .U U
.......
O
(R,L) C
C
Phương pháp: Dùng giản đồ vectơ :
.......... ...
.H..........
I
H iệu điện thế : uAB =ud + uC Ud UC
O x
giản đồ véc tơ U U d U C (1)
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 8-
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cách 1: Tính UL, UR theo UR=U dcosd ; U L=U dsind (R,L) C
Từ giản đồ vectơ U U UL UC
2 2
R Ud UC
U UC
L
và tgφ u φu
UR
i i y
U ...
dA
Cách 2: Tính theo hình học của giản đồ :
Xét OAC với góc OAC = /2-d C
d
Theo định lí hàm số cos: O .U U
.......
U2 = U d2 + UC2 –2U dUC cos(/2 - d) C
= Ud2 + UC2 –2U dUC sind .......... ...
.H..........
I
với sin d = ZL/Zd = ZL/(R2 + ZL2)1/2 O x
chiếu (1) lên trục Ox ta có : Ucos = U d cos d
cos u/i = (Ud/U)cos d u/i…..
hoặc chiếu lên trục OyOx U sin =Ud sin d -UC
sin = (U dsin d – UC)/U u/i ……
Chủ Đề 8 : Biết U,R :tìm hệ thức giữa L,C, để Imax cộng hưởng điện.
Phương pháp :
U U
* Trường hợp I=max : Theo định luật Om : I
Z R 2 (Z L Z C ) 2
1
LC 2 = 1
Nhận xét: I=max khi Z=min ZL ZC 0 L
C
φu i 0 .
* Trường hợp u,i cùng pha : độ lệch pha
Z L ZC U
0 LC 2 = 1.
Vậy : tgφ u i L
R
* Trường hợp hệ số công suất cực đại
UU
2 2 2
R R (ZL ZC ) ZL = ZC LC =1 C
U I
O
Kết luận chung Hiện tựơng cộng hưởng : R
Imax=U/R;
u,i cùng pha u/i =0;
(cos )max = 1
LC 2 = 1
1
Hệ quả : Imax U U ZL ZC ωL LC2 1
ωC
Zmin R UL.......
Các dấu hiệu cộng hưởng khác : U
* Khi i cùng pha với u ; hay u cùng pha với uR .
O...........UR I
* Khi L biến thiên UCmax ,hay URmax,hay Pmax .
UC
* K hi (A) chỉ giá trị cực đại .
* Khi C biến thiên ULmax ,hay URmax ,hay Pmax.
* Đ èn sáng nhất khi L, C, f biến thiên.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 9-
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
* Khi f biến thiên U Lmac, hay UCmax , hay URmax , hay Pmax
* Khi Z = R tức Zmin.
* Khi uC hay uL vuông pha với u hai đầu đoạn mach.
Chủ Đề 9: Tìm C’và cách mắc tụ vào tụ C để Imax cộng hưởng điện.
Phương pháp : R L C
Gọi C0 là điện dung tương đương của hệ C và C’
Lập luận tương tự chủ đề 8 , đưa đến kết quả: LC0 2 = 1 C0 ….. ’
C
*So sánh C0 với C :
Nếu C0 > C C’ghép song song tụ C :C0 =C + C’ C’…..
Nếu C0 < C C’ ghép nối tiếp tụ C :1/C0 =1/C + 1/C’ C’ ….
*Ho ặc so sánh :ZC với ZL .
nếu ZCo>ZC C0 = C’nối tiếp C ; nếu ZCo< ZC C0 = C’// C
Chủ Đề 10: Đ oạn mạch RLC :Tính công suất tiêu thụ P của mạch.
Phương pháp : * Tìm P(mạch):
Cách 1: trong mạch RLC :chỉ có điện trở thuần tiêu thụ điện năng (dạng nhiệt ),
còn cuôn cảm thuần và tụ không tiêu thụ điện năng P RI 2
Z L ZC
I
Cách 2:dùng công thức tổng quát : P UI cosφ với I 0 ; tính từ tgφ
R
2
R
hay cos φ
Z
Bảng biến thiên: Đồ thị quan hệ P(R)
P
R 0 Rm Pmax
P Pmax
0 0
0 Rm R
Chủ đề 11: B iết U, R, L (hayC), .Tìm C (hay L) để Pmax. Khảo sát biến thiên
P theo C (hay L) .
Phương pháp:
Trong 3 phần tử điện R;L;C :chỉ có điện trở R tiêu thụ điện năng (dạng nhiệt).
RU 2 const
2
Ta có P=I R vậy P
2 2
M
R (Z L Z C )
1 \ Tìm L hay C để P max :
Nhận xét: Tử số RU2 = const nên P = max khi mẫu số M=min ZL-ZC = 0
LC 2 = 1
Mạch cộng h ưởng điện Lúc đó : Pmax = U2/R
+ Biết L suy ra Cm = 1/ (L 2)
+ Biết C suy ra Lm = 1/( 2C).
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 10 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2\ B iến thiên của P theo C: K hi C = ZC = 0 P1 = RU 2/(R2 + ZL2)
P
C 0 Cm Pmax
P Pmax
P1
0 P1
0 Cm C
3\Biến thiên của P theo L: K hi L = 0 P0 = RU2/(R2 + ZC2)
P
Pmax
L0 Lm
P0
P Pmax
P0 0
0 Lm L
Chủ đề 12: Cho U, , L, C . Tìm R để công suất tiêu thụ P max .
Khảo sát biến thiên P theo R .
Phương pháp :
RU 2 L R C
2
Lập luận P UI cos I R (1) C
R 2 (Z L Z C ) 2
U2 const
Chia tử và mẫu cho R P
2
MS
R (Z L Z C ) / R
Nhận xét : MS ( m ẫu số ) là tổng của 2 số dương , có tích của chúng là :
R* (ZL- ZC)2/R = (ZL –ZC)2 = const , nên theo hệ quả của bất đẳng thức Cauchy
MS = min khi mà 2 số đó bằng nhau R = (ZL- ZC)2/R .
U2 U2
vậy với Rm ZL ZC thì Pmax
2 ZL ZC
2Rm
P
Bảng biến thiên: R 0 Rm Pmax
P Pmax
0 0
0 Rm R
Chú ý:
R2 – U2.R/P + (ZL-Zc)2 = 0
Từ (1) suy ra phương trình bậc hai của R : (2)
2 2
U U
* Khi P = Pmax 0 Rm | Z L Z C | và Pmax
2 ZL ZC
2Rm
* Khi P
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nếu cho P, R1 và R2 thì tìm được
- Gíá trị cực trị Rm=(R1R2)1/2 và Pmax=P(R1+ R2)/2Rm .
- Suy ra ZL-ZC = (R1.R2)1/2 tính được tg ; Z ; cos
- Tìm R’ ứng với P’ giải phương trỉnh R’2 – P(R1+ R2)R’/P’+ R1R2 = 0
* K hi P>Pmax thì (2) vô nghiệm.
Cho biết U, ,R,L .Tìm C để UCmax đạt cực đại .
Chủ đề 13 :
Cho biết U, ,R, C.Tìm L để ULmax đạt cực đại .
Phương pháp:
1) Trường hợp Cho U , ,R,L: tìm C để UC = max ?
Cách 1:(dùng đạo hàm) .
UZ C
Ta có UC = I. ZC U C (1)
R (Z L Z C ) 2
2
R2 Z U
) (1 L ) 2
UC U / (
Chia cả tử số, mẫu số cho Zc .
ZC ZC y
Nhận xét: tử số là U không đổi, nên UC = max y = min
Đặt x = 1/ZC thì y R 2 Z2 .x 2 2ZL x 1
L
Tính đạo hàm : y = 2 (R + ZL2).x –2.ZL y’= 0
’ 2
R2 ZL
2
1 Z
Z Cm
2L2
xm
ZL
ZC m R ZL
ZC 0 ZCm
’
y - 0 +
Bảng biến thiên : y ymin
UC UC max
U R2 ZL
2
R2 Z L
2
thì hiệu điện thế UC max
Vậy khi Z Cm
R
ZL
Cách 2: (dùng tam thức bậc hai) .
UZ C
Ta có : UC = IZC U C (1)
R (Z L ZC ) 2
2
U U
chia cả tử số,mẫu số cho Zc : U C
R 2 ZL y
) ( 1) 2
(
ZC ZC
1
y R2 Z L x 2 2Z L x 1 .
2
Đặt x thì
ZC
Đây là tam thức bậc hai có a = R2 + ZL2 >0 ; b = -2ZL , c = 1 . N ên đồ thị Parabol
y(x) có bề lõm quay lên tồn tại y = min .
Dựa vào toạ độ đỉnh Parabol tính (xm; ymin)
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 12 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
xm = (-b/2a) = ZL/(R2 + ZL2 )
R2 ZL2
) = R2/(R2+ZL2)
Z Cm ymin = (
ZL 4a
A
U R2 ZL
2
Vì U=const nên y= min U C max
R
U RC UL
Cách 3: (dùng giản đồ vectơ) .
Xét chung (RL) nối tiếp C : u = uRL + uC I
biểu diễn véctơ U U RL U C như hình vẽ.
UR
O H
Nhận xét từ giản đồ véctơ :
đặt góc AOB= ; O AB=
U UC
U
U U
OAB theo định lí hàm số sin : C UC sin
sin
sin sin
B
mà sin =UR/URL= R/(R2 + ZL2 )1/2 = không đổi.
U R2 ZL
2
0
vậy khi = 90 ; U RL U U C max
R
OAH cos = UL / URL = ZL / (R + ZL2)1/2 2
OAB cos = URL/ UC = (R2 + ZL2)1/2 / ZC
R2 Z L
2
Vậy ZCm thì UCmax và uRL vuông pha với u hai đầu đọan mạch.
ZL
Trường hợp 2: Cho U, ,R,C : tìm L để UL = max ?
Cách 1: (dùng đạo hàm).
UZL
Ta có UL = I. ZL U L (1)
R (ZL ZC )2
2
R ZC 2 U
Chia cả tử số và mẫu số cho ZL : UL U / ( )2 (1 )
ZL ZL y
Đặt x = 1/ZL thì y R 2 Z2 .x 2 2ZC x 1
C
1 Z 2 2
2 C 2 Z Lm R ZC
Tính: y’ =2(R2 + Zc2)x –2 Zc y’ = 0 xm
Z Lm R ZC ZC
Bảng biến thiên : 0
ZL ZLm
’
- +
y 0
y ymin
UL ULmax
U R2 ZC
2
R 2 ZC
2
Vậy khi Z Lm thì hiệu điện thế U L max
ZC R
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 13 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cách 2: (dùng tam thức bậc hai) .
UZ L
Ta có : UL = IZL U L (1) chia cả tử số,mẫu số cho ZL :
R 2 (Z L Z C ) 2
U U
2 2 2
Đ ặt x 1 và y R ZC .x 2ZC x 1 .
U L
Z y
R2 ZL
) ( C 1) 2
(
ZL ZL
y là tam thức bậc 2 có a =R2 + ZC2 >0; b = -2ZC , c = 1 Nên đồ thị Parabol y(x)
có bề lõm quay lên tồn tại y=min . Dựa vào toạ độ đỉnh Parabol tính (xm; ymin).
R2 ZC
2
x m=(-b/2a) = ZC/(R + ZC ) Z Lm2 2
ymin = ( ) = R2/(R2+Zc2)
ZC 4a
U R2 ZC
2
U ......U L
Vì U=const nên y= min U L = max U L max
A
R
Cách 3: (dùng giản đồ vectơ) .Xét chung (RC) nối tiếp L :
...U R ....................... I .
u = uRC + uL U U RC U L biểu diễn như hình vẽ O H
Nhận xét giản đồ véctơ ; đ ặt góc : AOB = ; O BA = . U ......U
RC C
AOB theo định lí hàm số sin :
U
UL U 2 2 1/2 B
UL sin mà sin = UR/URc = R/(R + Zc ) = không đổi.
sin
sin sin
U R2 Z C
2
0
vậy khi = 90 ; U RL U thì U L max
R
Từ giản đồ véc tơ: OBH cos = UC / URC = ZC / (R2 + ZC2)1/2
OAB cos = URC/ UL = (R2 + ZC2)1/2 / ZL
R2 ZC
2
Z Lm thì UCmax và uRC vuông pha với u hai đầu đọan mạch.
ZC
Chú ý : uRL vuông pha với u hai đầu đọan mạch và uRC vuông pha với u hai đầu
đọan mạch là dấu hiệu tương ứng UCmax hay ULmax.; từ quan hệ vuông pha ( chủ
R2 Z L
2
R2 ZC
2
đề 5)ta có thể xác định được Z Cm hay Z Lm .
ZL ZC
Dạng bài III :
CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN , TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA.
Chủ đề 1: Xác định tần số f của dòng xoay chiều
Do máy phát điện xoay điện xoay chiều 1 pha phát ra.
Phương pháp :
1/Tính tần số dòng đ iện khi biết rôto của máy phát
điện có p cặp cực , tần số quay là n:
*Nếu n tính bằng vòng/s thì f = n.p
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 14 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*Nếu n tính bằng vòng /phút thì f = n.p/60
Chú ý: Số cặp cực: p = nửa tổng số cực (bắc và nam)
2/ Tính tần số khi biết suất điện động xoay chiều (E hoặcE0) N
E0 E2
Áp dụng : E 0 NBSω với ω 2π f → f S
2 NBS 2 NBS
Chú ý :
* Thông thường rô to của máy có p cặp cực (bắc+nam) thì
stator phần ứng có k = 2p cuộn dây nối tiếp. Nếu mỗi cuộn N1 vòng thì có k cuộn
dây sẽ có N = k.N1 vòng dây .
Rô to có p cặp cực thì tốc độ quay giảm p lần . Nhưng trong biểu thức từ thông
NBS cos α đ ặt 0 NBS với ( B; n) t 0 0 cost 0 và
trong biểu thức suất điện động e = E0sin( t+0) với E0 NBS 0 thì vẫn
dùng ω 2πf .
Chủ đề 2: Nhà máy thuỷ điện :Thác nước cao h, làm quay tuabin và
rôto của máy phát điện. Tìm công suất P của máy phát điện.
Phương pháp:
Gọi: HT hiệu suất của tuabin nước,
HD hiệu suất của máy phát điện .
h
m : khối lượng
nước của thác nước trong thời gian t .
A0 Máy phát điện
mgh Tuabin
Công suất của thác nước : P N Dgh H D ,PD
HT ,PT
t t
Với =V/t là lưu lượng nước (tính theo m3/s ).
Công suất cùa tuabin nước : PT H T PN .
Công suất của máy phát điện: PD H D PT H D H T PN
Chủ đề 3:Mạch điện 3 pha mắc hình sao (Y):
Tìm cường độ dòng trung hoà khi tải đối xứng ?
Tính hđt dây U d (theo hđt pha Up )? Tính P t các tải ?
Phương pháp : *Cường độ dòng điện trên dây trung hoà ith = ?
+ Dòng trên ba dây pha : A1
I3
i1= I0cos( t) ;
I1
I 23
i2= I0cos ( t - 2/3) ;
O
i3 = I0cos ( t + 2/3)
A2
I2
+ Dòng trên dây trung hoà: A3
i th i í i 2 i 3 I th I1 I2 I3
ith 0
Từ giản đồ suy ra : I 1 I 23 I th 0 hay
*Tính hiệu điện thế dây:Ud ? Ud UA1A2 UA2A3 UA3A1 : là hiệu điện thế giữa
2 dây pha.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 15 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hiệu điện thế pha: U p U A 1 0 U A 2 0 U A 3 0 là hiệu điện thế giữa1 dây pha và
U A O
dây trung hòa.
U 2
A1 A2
Ta có : u d u A1 A2 u A1 0 u A2 0 U A1 A2 U A1 0 U A2 0
o
U A1 0 3 U A1O
Từ giản đồ suy ra : U A A 2 U d U1 3
2
1 2
U A2O
*Công suất các tải Pt ?
Do hiệu điện thế ở các tải bằng nhau Up nên: Itải=U p/Ztải
2
Công suất tiêu thụ ở mỗi tải : Pt U t I t cos φ t Rt I t
Công suất dòng ba pha : P=Pt1+Pt2+Pt3 .
Chủ đề 4: B iến thế với cuộn sơ có R1=0 : cho U1, I1:
tìmU 2 , I2 (ở cuộn thứ )?
Phương pháp:
1\Trường hợp mạch thứ cấp hở (không tải )
Lúc đó : I2 = 0 .
U1 U2
U2 N2 U1N 2
U2
Áp dụng :
U 1 N1 N1 N2
N1
2\Trường hợp mạch thứ cấp kín (có tải)
*Khi hiệu suất MBT H =1: I1 I2
Ta có : P1 P2 U 1 I 1 U 2 I 2 (giả sử φ 1 φ 2 )
U1
I N
U I U2 Z
U N
2 1 mà 2 2 1 2
U1 I 2 I2 N1
U1 N1
*Khi hiệu suất Máy Biến Thế H I2 …
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 16 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chủ đề 6: Truyền tải điện năng trên dây dẫn :
xác định các đại lượng điện trong quá trình truyền tải điện năng .
I1A
I 1B
I2A I=I2A=I 1B I2B
R
PA
U1A
U1B
U
U2A PB
U2B
P
N1A N 2B
N1 B
N2A
Phương pháp:
NƠI SẢN XUẤT A: U 2 A I 2 A N 1 A và PA U1A.I1A U2AI2A
U 1A I1A N 1A
KHI TRUYỀN TẢI : -Cường độ dòng điện : I I 2 A I 1B
2l
- Điện trở 2 dây: R (với l= AB) - Độ giảm thế: UAB U2A U1B IR
s
- Công suất hao phí: P PA PB RI 2
U 2B I 2 B N1B
NƠI SỬ DỤNG B và PB U1B .I1B U 2 BI 2 B
U1B I1B N1B
Chủ đề 7:Xác định hiệu suất truyền tải điện năng trên dây dẫn .
PA
I PB
U
UB
U2
P
PB
Phương pháp: Công thức định nghĩa:Hiệu suất truyền tải điện năng:
PA
PB PA P P
1 V ới P RI 2
+Tính theo công suất :
PA PA PA
+Tính theo hiệu điện thế: Ta có: PA=U A.I; PB = UB .I
U B U A U U
với U=IR.
1
UA UA UA
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 17 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
D. KẾT QUẢ:
K hi dạy chuyên đề này cho học sinh thì thấy học sinh nắm bắt và vận dụng
phương pháp rất nhanh vào giải bài tập.
Khảo sát bài cho thấy:
Khi chưa đưa ra phương pháp trên
tỷ lệ học sinh giải tỷ lệ học sinh lúng tỷ lệ hoc sinh không giải được
được túng
25% 50% 25%
Khi đưa chuyên đề trên vào vận dụng:
tỷ lệ học sinh giải tỷ lệ học sinh lúng tỷ lệ hoc sinh không giải được
được túng
80% 15% 4-5%
Chuyên đề này triển khai với các lớp nguồn và luyện thi học sinh giỏi thì rất
hiệu quả.
E. BÀI HỌC KINH NGHIỆM
* Đề tài này giúp học sinh khắc sâu những kiến thức lí thuyết , có một hệ
thống bài tập và phương pháp giải chúng, giúp cho học sinh có thể nắm được cách
giải và từ đó chủ động vận dụng các phương pháp này trong khi làm bài tập. Từ đó
để cho bản thân hoc sinh có thêm kỹ năng về giải các bài tập Vật lý, cũng như giúp
các em học sinh nhanh chóng giải các b ài toán trắc nghiệm về bài tập điện xoay
chiều rất phong phú và đa dạng .
* Các bài toán ở đây có liên quan tới việc giải bài toán cực trị. Trong một số
phương pháp giải bài toán cực trị với việc dùng bất đẳng thức Côsi hay biệt thức
của phương trình bậc hai. Đó là các phương pháp phổ biến. Tuy nhiên đây
không phải là phương pháp duy nhất, ta có thể vận dụng các phương pháp khác,
mà đôi khi ngắn gọn hơn.
* Chuyên đề này cũng chỉ hạn chế ở những bài toán điển hình. Còn những b ài
toán không điển hình chưa được đề cập ở chuyên đề này. Đây là vấn đề sẽ được
tiếp tục giải quyết trong các chuyên đề tới.
F. KẾT LUẬN:
Chúng tôi rất mong muốn chuyên đề mang tính khoa học và sư phạm nhằm
mục đích góp phần nâng cao chất lượng Dạy và Học của thầy và trò. Do kinh
nghiệm của bản thân còn hạn chế nên chắc chắn rằng đề tài còn có thiếu sót, tôi rất
mong đón nhận các đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô nhằm được học hỏi thêm
những kinh nghiệm quí báu và góp phần nâng cao tính khả thi cho đề tài.
Chúng tôi chân thành cảm ơn quý Thầy Cô đ ã quan tâm!
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 18 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
G. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1.Bài tâp vật lý sơ cấp chọn lọc. Ngyễn xuân Khang,…; NxB.Hà nội,năm 1984.
2.Phương pháp giải b ài tập Vật lý sơ cấp.An văn Chiêu,…;Hà nội ,năm 1985.
3.Giải toán vật lý 12.Bùi Quang Hân,…NxB .Giáo dục,năm 1995.
4.Hướng dẫn giải b ài tập vật lý sơ cấp.Ngô quốc Quýnh.NXB H à nội,năm 1985.
5.Bài tập Vật lí 12.Vũ thanh Khiết,…NXB Giáo dục,năm 1993.
6.100 bài toán điện xoay chiều. Hồ văn Nhẫn. NXB giáo duc.năm 1995.
7. 500 bài toán vật lý sơ cấp . Trương thọ Lương. NXB giáo dục,năm 2001.
Biên Hòa , ngày 10 tháng 5 năm 2009.
NGƯỜI THỰC HIỆN:
NGUYỄN TRƯỜNG SƠN
Tổ Vật lý.
Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh.
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 19 -
- Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
CỘNG HÒA XÃ H ỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh
BiênHòa, ngày 15 tháng 5 năm 2009
PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Năm học: 2008-2009
Tên sáng kiến kinh nghiệm: “CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN
ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN “.
Họ và tên tác giả: N GUYỄN TRƯ ỜNG SƠN Đơn vị (Tổ):V ẬT LÝ
Lĩnh vực:
Phương pháp dạy học bộ môn
Quản lý giáo dục
Lĩnh vực khác
Phương pháp giáo d ục
1. Tính mới:
Có giải pháp hoàn toàn mới
-
Có giải pháp cải tiến, đổi mới từ giải pháp đã có
-
2.Hiệu quả:
-Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao
- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đ ã triển khai áp
dụng trong
toàn ngành có hiệu quả cao
- Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng tại đơn vị có hiệu quả cao
- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đ ã triển khai áp
dụng tại
đơn vị có hiệu quả
3. Khả năng áp dụng
- Cung cấp đ ược các luận cứ khoa học cho việc hoạch định đường lối, chính
Tốt K há Đạt
sách:
- Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiễn, dễ thực
hiện và dễ đi vào cuộc sống: Tốt Khá Đ ạt
- Đã được áp dụng trong thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt
hiệu quả trong phạm vi rộng: Tốt Khá Đ ạt
XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN HIỆU TRƯỞNG
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUY ỄN HỮU CẢNH -trang 20 -
nguon tai.lieu . vn
