Bài toán truyền tải điện năng đi xa Nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao, chính vì vậy có những nhàmáy điện mới ra đời, những nhà máy cũ được hiện đại hóa, nâng cao công suất.Các
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH I
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
HƯỚNG DẪN HỌC SINH SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP
4 CỘT ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN
Trang 2MỤC LỤC
ng
1 ĐẶT VẤN ĐỀ ………
1.1 Lí do chọn đề tài ………
1.2 Mục đích nghiên cứu ………
1.3 Đối tượng nghiên cứu ………
1.4 Phương pháp nghiên cứu ………
1.5 Phạm vi nghiên cứu ………
2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở của sáng kiến kinh nghiệm ………
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Giải pháp giải quyết vấn đề ………
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm ………
3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Tài liệu tham khảo ………
Danh mục các sáng kiến đã được hội đồng đánh giá xếp loại cấp Sở GD&ĐT và các cấp cao hơn xếp loại từ C trở lên 1 1 2 2 2 2
2 2 4 4
17
17
19 20
Trang 3và khu vực thì chúng ta sẽ bị tụt hậu về công nghệ, ảnh hưởng tới sản xuất kinhdoanh, dư thừa lao động có trình độ và kĩ năng thấp, tác động tiêu cực tới tình hìnhkinh tế xã hội đất nước.
Đứng trước những cơ hội cũng như những khó khăn thách thức đó, trongnhững năm qua Giáo dục nước nhà đã liên tục có những đổi mới trong dạy học,trong kiểm tra đánh giá Về phương thức kiểm tra, đánh giá, từ hình thức thi tựluận, chúng ta đã chuyển sang thi trắc nghiệm khách quan Đối với môn Vật lí, từtrắc nghiệm khách quan với thời gian 90 phút cho 50 câu đã đổi mới với thời lượng
50 phút cho 40 câu, kết hợp cả hóa học và sinh học thành bài thi tổ hợp
Vật lí là môn khoa học tự nhiên có nhiều ứng dụng thực tiễn Việc học môn Vật líđòi hỏi tư duy rành mạch nên nhiều khi nó trở thành trở ngại của nhiều học sinh.Hơn nữa, việc dạy học theo phương pháp lâu nay nhiều khi khiến học sinh cảmthấy nhàm chán và thụ động Phương pháp dạy cũ và phương pháp giải bài tậptruyền thống không còn phù hợp với thi trắc nghiệm Bởi hình thức thi trắcnghiệm, kiến thức bao phủ cả chương trình học đặc biệt là chương trình lớp 12,thời gian làm bài cũng rất ngặt nghèo, đòi hỏi học sinh phải nhanh nhẹn, linh hoạt,các bài tập phải có cách giải ngắn gọn, hiệu quả
Chương điện xoay chiều Vật lí 12 là chương lớn với nhiều kiến thức, nhiềudạng bài tập và nhiều bài toán hóc búa Phương pháp giản đồ vecto, phương phápchuẩn hóa số liệu, phương pháp đánh giá số liệu… đã được sử dụng triệt để trongnhiều dạng toán khác nhau Tuy nhiên bài toán truyền tải điện năng đi xa vẫn chưa
có một phương pháp đặc trưng hiệu quả để giải quyết Giải theo cách truyền thốngvừa phức tạp lại vừa mất nhiều thời gian, không phù hợp với hình thức thi trắcnghiệm Vì vậy tôi đã mạnh dạn đưa “phương pháp 4 cột” vào trong quá trìnhgiảng dạy của mình
Thông qua quá trình thực hiện đề tài, học sinh lớp 12 sẽ có thêm cách giải nhanh
để giải quyết bài toán truyền tải điện năng đi xa Cũng thông qua đó học sinh sẽgiảm bớt áp lực về mặt thời gian trong bài thi THPT quốc gia, không còn sợ màyêu thích môn Vật lí hơn
1.2 Mục đích nghiên cứu
Trang 4Đề tài nhằm mục đích cung cấp học sinh cách giải nhanh, dễ hiểu bài toántruyền tải điện năng Với cách giải truyền thống thì đây là dạng toán khó, biến đổirắc rối thì với phương pháp 4 cột bài toán truyền tải không còn là nỗi lo của các emnữa Quá trình thực hiện đề tài cũng giúp học sinh khắc sâu kiến thức về phầntruyền tải, kiến thức thực tế về sản xuất điện, truyền tải và sử dụng điện năng
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Đề tài đề cập tới một phương pháp mới về truyền tải điện năng, phù hợp vớihình thức thi trắc nghiệm khách quan
Phương pháp 4 cột phát huy hiệu quả với bài toán truyền tải mà điện áp cùng phavới dòng điện
Đối tượng thực hiện đề tài là học sinh lớp 12A1 của trường THPT ThạchThành1
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: nghiên cứu sách giáo khoa Vật lí 12, sách thamkhảo, các trang mạng…
- Phương pháp quan sát, đánh giá: quan sát quá trình học sinh làm việc và có sự trợgiúp, điều chỉnh khi cần thiết
- Phương pháp đàm thoại, trao đổi, thảo luận: Học sinh làm việc nhóm, trao đổi,thảo luận với nhau Học sinh trình bày, giáo viên theo dõi và cùng học sinh nhómkhác đặt câu hỏi phản biện
- Phương pháp thống kê, xử lí số liệu Giáo viên tiến hành áp dụng đề tài trên lớp12A1 Làm bài kiểm tra đánh giá, thống kê, so sánh kết quả ở hai lớp có điểm đầuvào lớp 10 tương đương là 12A1, 12A2 Từ đó đánh giá hiệu quả của đề tài
1.5 Phạm vi và thời gian nghiên cứu.
- Đề tài được thực hiện trong năm học 2021-2022
- Đề tài được tiến hành tại trường THPT Thạch Thành 1, Thanh Hóa
2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM.
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.
2.1.1 Bài toán truyền tải điện năng đi xa
Nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao, chính vì vậy có những nhàmáy điện mới ra đời, những nhà máy cũ được hiện đại hóa, nâng cao công suất.Các nhà máy này được đặt ở những nơi thuận lợi, gần nguồn nguyên liệu nênkhông phải nhà máy nào cũng gần nơi tiêu thụ Vì vậy điện năng sản xuất ra cầnđưa lên đường dây để truyền tải đi xa Bài toán giảm hao phí trên đường dây tải đểgiảm tổn thất cho nhà sản xuất cũng là vấn đề quan trọng cần được tính đến
Một nhà máy có công suất là P, điện áp đưa lên đường dây tải là U, điện trởdây dẫn là R, cường độ dòng điện trên đường dây là I, hao phí trên đường dây do
Trang 5tỏa nhiệt là ∆ P, điện áp cuối đường dây (nơi tiêu thụ) là U’ và công suất đến đượcnơi tiêu thụ là P’.
Có thể mô phỏng cả quá trình truyền tải bằng sơ đồ sau:
Do vậy P=UI Rút ra được I=P/U Thay vào biểu thức công suất hao phí ta được :
∆ P= P
2
U2R
Công suất nơi tiêu thụ: P’=U’I
Tùy từng bài toán mà có thể dùng một, hai hay phối hợp cả 3 công thức
2.1.2 Phương pháp 4 cột.
4 cột trong phương pháp gồm cột công suất P, điện áp đưa lên đường dây U,
nhiều bài toán ta có thể gán số liệu cụ thể cho P hoặc P’ để bài toán đơn giản hơn,đại lượng chưa biết gán là ẩn x Thiết lập công suất hao phí cho hai trường hợp:
∆ P1=P1−P'1 và ∆ P2=P2−P'2
Từ bảng lập tỉ số ∆ P1
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
Trang 6Thực tế giảng dạy những năm qua cho thấy đa phần học sinh của trường rất
sợ các môn khoa học tự nhiên Đặc biệt các em cảm thấy khó khăn khi học mônVật lí Nguyên nhân chủ quan là do số đông các em có học lực yếu, trung bình,thiếu kiến thức cơ bản về toán học Nguyên nhân khách quan là các môn tự nhiênđòi hỏi sự tư duy, sự hiểu thấu đáo vấn đề hơn là sự học thuộc Còn môn vật lí làmôn học gắn liền với các hiện tượng tự nhiên, đề cập tới nhiều đại lượng, do vậyxuất hiện nhiều công thức, nhiều đơn vị kiến thức Hơn nữa phương pháp dạy họcphổ biến hiện nay làm các em tiếp thu kiến thức khá thụ động
Do những nguyên nhân trên mà học sinh không mấy yêu thích môn Vật lí Trong chương trình Vật lí 12, chương điện xoay chiều chứa nhiều kiến thức, nhiềudạng bài tập với nhiều dạng bài khó Do đó khi gặp bài toán điện xoay chiều, tâm líhọc sinh hay e ngại Bài toán truyền tải điện năng cũng hay xuất hiện trong các đềthi Trước đây và ngay cả các tài liệu tham khảo hiện nay, phương pháp giải bàitoán truyền tải điện năng vẫn trình bày theo cách giải cũ Cách giải này học sinhphải tìm mối liên hệ từ các đại lượng, tìm công thức phù hợp, biến đổi công thứcdài và phức tạp Vì vậy việc giải bài toán rất mất thời gian, học sinh khó khăntrong việc tìm hướng đi đúng Thường học sinh sẽ gặp tình trạng biến đổi vòng vo,không tìm được sự liên kết giữa các đại lượng từ các công thức nên việc giải đi vào
bế tắc Chính vì vậy dạng bài tập này được liệt vào dạng toán khó Ngay cả bảnthân giáo viên nhiều khi cũng lúng túng khi biến đổi
Nhưng với phương pháp 4 cột, các dữ kiện được cô đọng và thể hiện rõ ràng từbảng Học sinh cũng chỉ xoay quanh 3 công thức đã nêu, với việc lập tỉ số côngsuất hao phí trong 2 trường hợp là tìm được ẩn Vì vậy từ một dạng bài tập khó,với phương pháp mới này dạng toán truyền tải trở nên đơn giản, không còn là bàitoán hóc búa đối với học sinh nữa Làm theo phương pháp 4 cột không những bàitoán trở nên đơn giản hơn mà thời gian cũng được rút ngắn hơn rất nhiều Ưu điểmnày rất phù hợp cho bài thi trắc nghiệm
2.3 Giải pháp giải quyết vấn đề.
Phương pháp 4 cột áp dụng cho bài toán truyền tải điện năng đi xa khi u,i cùngpha với nhau Trong bảng thể hiện số liệu ở các trường hợp của công suất phát P,
P’ Tùy vào dữ kiện đề bài cho mà ta có thể gán những giá trị cụ thể để việc giảibài toán trở nên đơn giản hơn Đại lượng chưa xác định được ta gọi là ẩn x
Có thể phân loại bài toán truyền tải thành các dạng cụ thể như sau:
- Bài toán truyền tải với công suất phát không đổi
- Bài toán truyền tải với công suất nơi tiêu thụ không đổi
- Bài toán truyền tải với điện áp phát không đổi
Trang 7- Bài toán truyền tải các thông số đều thay đổi.
2.3.1 Dạng 1: Bài toán truyền tải với công suất phát không đổi.
Với dạng toán công suất nơi phát không đổi và tính hao phí, tính hiệu suấttrong hai trường hợp ứng với hai điện áp đưa lên đường dây thì đây là dạng toánđơn giản nhất của bài toán truyền tải Khi công suất phát P không đổi, từ công
2
Dạng toán này giáo viên chỉ cần dạy học sinh cách nhẩm để tìm đáp án
Nếu công suất phát không đổi mà bài toán còn đề cập tới sự thay đổi công suất nơitiêu thụ trong các trường hợp thì lập bảng 4 cột để giải
2.3.1.1 Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Người ta truyền đi một công suất không đổi từ nhà máy phát điện xoay
chiều 1 pha Khi điện áp hai đầu đường dây truyền tải là U thì hiệu suất truyền tải
là 80% Để hiệu suất truyền tải tăng thêm 15% thì điện áp ở hai đầu đường dâytruyền tải tang lên:
Ví dụ 2: Điện năng được truyền từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ với công suất phát
đi không đổi Khi điện áp đưa lên đường dây là 250 kV thì hiệu suất truyền tải là75% Nếu điện áp đưa lên đường dây là 500 kV thì hiệu suất truyền tải là:
Đáp án D
Trang 8Ví dụ 3: Điện năng được truyền từ một nhà máy phát điện đến một khu công
nghiệp (KCN) bằng đường dây tải điện 1 pha Biết công suất của nhà máy khôngđổi và hệ số công suất của mạch bằng 1 Khi điện áp hiệu dụng ở nhà máy là U thì
ở KCN người ta lắp một máy hạ áp có tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp là 54,lúc này đáp ứng được 12/13 nhu cầu sử dụng điện của KCN Để cung cấp đủ điệncho khu công nghiệp người ta nâng điện áp tại nhà máy lên 2U Khi đó tại nhà máyphải dùng máy hạ áp có tỉ số giữa số vòng dây cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp là baonhiêu?
A 117 B 114 C 111 D 108
Hướng dẫn giải:
Lúc đầu ta gán cho công suất nơi tiêu thụ là 12 thì lúc sau sẽ là 13 Ban đầu chưabiết hao phí là bao nhiêu nên ta gọi là x Khi điện áp nơi phát tăng lên 2 lần thì haophí giảm 4 lần còn là x/4
xx/4
1213
Điện áp ra ở máy hạ áp nơi tiêu thụ không đổi, ta gọi là U’ Vậy điện áp cuốiđường dây là kU’
Bài 1: Với cùng một công suất truyền tải, nếu tăng điện áp nơi phát lên lên 25 lần
thì công suất hao phí trên đường dây sẽ:
Trang 9Bài 2: Điện năng được truyền tải từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ với điện áp là 2
kV và hiệu suất 80% Muốn hiệu suất tăng lên 95% ta phải:
A.tăng điện áp đến 4 kV B Tăng điện áp đến 8 kV
C.giảm điện áp đến 1 kV C Giảm điện áp đến 0,5 kV
Bài 3: Điện năng được truyền từ nhà máy đến khu dân cư bằng đường dây tải 1
pha với công suất phát không đổi, hiệu suất 90% Do nhu cầu sử dụng của khu dân
cư tăng thêm 11%, người ta dùng máy biến áp để tăng điện áp trước khi truyền đi
Tỉ số giữa số vòng dây cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp là:
A.8 B.9 C.10 D.11
Bài 4: Điện năng được truyền từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ bằng đường dây tải
điện 1 pha Nếu tăng điện áp từ U lên U+100 kV thì hao phí trên đường dây giảm 4lần Nếu tăng điện áp từ U lên U+200 kV thì điện áp hao phí trên đường dây giảmbao nhiêu lần Cho biết công suất truyền đi ko đổi và hệ số công suất luôn bằng 1.A.giảm 9 lần B Giảm 16 lần C Giảm 12 lần D Giảm 8 lần
Bài 5: Bằng đường dây tải điện 1 pha, điện năng được truyền từ một nhà máy đến
khu tái định cư Nếu tăng điện áp từ U lên 2U thì số hộ dân được nhà máy cungcấp đủ điện năng tăng từ 36 lên 144 Biết rằng chỉ có hao phí trên đường dây làđáng kể và các hộ sử dụng điện như nhau Nếu điện áp là 3U thì số hộ dân đượccung cấp đủ điện là bao nhiêu?
A 164 hộ B 324 hộ C 252 hộ D 180 hộ
Bài 6: Bằng đường dây tải điện 1 pha, điện năng được truyền từ một nhà máy phát
điện nhỏ có công suất không đổi đến một xưởng sản xuất Nếu tại nhà máy điện, sửdụng máy biến áp có tỉ số vòng dây cuộn thứ cấp và sơ cấp là 5 thì tại nơi sử dụng
sẽ cung cấp đủ điện cho 80 máy hoạt động Nếu dùng máy tăng áp có tỉ số vòngdây giữa cuộn thứ cấp và sơ cấp là 10 thì tại nơi sử dụng cung cấp đủ điện năngcho 95 máy hoạt động Nếu đặt xưởng sản xuất tại nhà máy điện thì cung cấp đủđiện cho bao nhiêu máy?
A 90 B 100 C 85 D 105
Bài 7: Điện năng được truyền từ nhà máy điện A có công suất không đổi đến nơi
tiêu thụ B bằng đường dây tải điện một pha Nếu điện áp truyền đi là U và tại nơitiêu thụ lắp một máy hạ áp với tỉ số giữa vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp là k=30thì đáp ứng được 20/21 nhu cầu điện năng của B Bây giờ muốn cung cấp đủ điện
Trang 10cho B với điện áp truyền đi là 2U thì ở B phải dùng máy hạ áp có hệ số k bằng baonhiêu? Coi hệ số công suất bằng 1 và máy hạ áp lí tưởng.
A 63 B 58 C 53 D 44
Bài 8: Một máy phát điện xoay chiều 1 pha có công suất phát điện và điện áp hiệu
dụng giữa 2 cực của máy phát đều không đổi Điện năng được truyền tuef máyphát đến nơi tiêu thụ bằng đường dây có điện trở không đổi Coi hệ số công suất
suất của quá trình truyền tải lên 90%, trước khi phát đi nối 2 cực của máy phát vớicuộn sơ cấp của một máy biến áp lí tưởng, nối cuộn thứ cấp với dây tải Nhưngtrong quá trình nối, do nhầm lẫn giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp nên hiệu suất của quá
2.3.2 Dạng 2: Bài toán truyền tải có công suất nơi tiêu thụ không đổi.
Với dạng toán này ta lập bảng 4 cột Từ bảng lập tỉ số ∆ P1
A Tăng 10 lần B Tăng 9 lần C Tăng 8,02 lần D Tăng 8 lần
80 80
Trang 11Ví dụ 2: Điện áp giữa 2 cực của một trạm phát điện cần tăng lên bao nhiêu lần để
giảm công suất hao phí trên đường dây tải 100 lần, với điều kiện công suất truyềnđến tải tiêu thụ không đổi Biết khi chưa tăng điện áp, độ giảm áp trên đường dâytải điện bằng 15% điện áp giữa 2 cực máy phát và dòng điện trong mạch luôn cùngpha với điện áp
100100
Độ giảm áp trên đường dây lúc đầu:
Ví dụ 3: Trong qua trình truyền tải điện năng đi xa , cần phải tăng điện áp của
nguồn lên bao nhiêu lần để giảm công suất hao phí trên đường dây 100 lần với điềukiện công suất đến nơi tiêu thụ không đổi Biết điện áp luôn cùng pha với dòngđiện và ban đầu độ giảm áp trên đường dây bằng 10% điện áp tải tiêu thụ,
A 9,1 lần B √ 10 lần C 10 lần D 9,78 lần
Hướng dẫn giải:
Trang 12Công suất nơi tiêu thụ không đổi nên ta gán cho nó bằng 100 Hao phí lúc đầu là x,vậy lúc sau là 0,01x.
100100
Độ giảm áp trên đường dây tải lúc đầu:
Bài 1: Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, ban đầu độ giảm điện áp trên
đường dây tải điện 1 pha bằng n lần điện áp nơi truyền đi Coi cường độ dòng điệncùng pha với điện áp Để công suất hao phí trên đường dây giảm a lần nhưng vẫnđảm bảo công suất đến nơi tiêu thụ không đổi, cần phải tăng điện áp của nguồn lênbao nhiêu lần?
A a(n+1) n B (n+1)√ an+√ a C (n+1)√ an+a D n+a (1−n) √ a
Bài 2: Điện áp hiệu dụng giữa 2 cực của máy phát điện tăng 8,7 lần thì công suất
hao phí trên đường dây tải điện giảm n lần Biết công suất đến tải tiêu thụ khôngđổi và dòng điện luôn cùng pha với điện áp Khi chưa tăng điện áp thì độ giảm áptrên đường dây tải điện bằng 15% điện áp hiệu dụng trên tải tiêu thụ Tính n
A 120 B 75 C 100 D 93
Bài 3: Từ một trạm phát, điện năng được truyền đến nơi tiêu thụ bằng đường dây
tải điện một pha Biết công suất truyền đến tải tiêu thụ luôn không đổi và dòngđiện luôn cùng pha với điện áp Ban đầu, nếu ở trạm điện chưa sử dụng máy tăng
áp và ở cuối đường dây dùng máy hạ áp lí tưởng có tỉ số vòng dây bằng 5 thì độgiảm áp trên đường dây bằng 0,1 lần điện áp hiệu dụng hai đầu tải tiêu thụ Đểgiảm hao phí trên đường dây tải điện giảm 100 lần so với lúc đầu thì tại trạm phátcần đặt máy tăng áp lí tưởng có tỉ số vòng dây cuộn thứ cấp và sơ cấp gần giá trịnào nhất nào sau đây?
