Định hướng trả lời nhanh các bài tập trắc nghiệm phần công suất của dòng điên xoay chiêu – SKKN vật lý 12

Công suất của dòng điện xoay chiều là một bài trong chương dòng điện xoay chiều. Khái niệm công suất điện rất quen thuộc với các em học sinh 12. Các em đã được học khái niệm này ở chương trình vật lí 9 và vật lí 11. Các biểu thức vật lí đã học có dạng tương tự như những phương trình toán học có dạng quen thuộc trong chương trình toán ở cấp THCS và THPT. Với phần công suất điện xoay chiều ở lớp 12 cũng có dạng tương tự, tuy nhiên ở chương trình lớp 12 tập trung vào dạng bài tập trắc nghiệm yêu cầu các em có cách giải nhanh và chính xác.

MỤC LỤC PHẦN I

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Cơ sở lý luận 2

1.3 Cơ sở thực tiễn 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.4.2 Phạm vị nghiên cứu 3

1.5 Phương pháp nghiên cứu 4

PHẦN II NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Hệ thống lý thuyết phần công suất của dòng điện xoay chiều . 5

2.1.1 Công suất, hệ số công suất 5

2.1.2 Ý nghĩa của hệ số công suất cos 6

2.2 Định hướng phương pháp giải một số dạng bài tập . 6

2.2.1 Bài toán cơ bản: Cho các dữ kiện tìm công suất P . 6

2.2.2 Cho công suất P tìm L hoặc tìm C . 8

2.2.3 Đoạn mạch RLC có R thay đổi 8

2.2.3.1 Tìm R để P max 8

2.2.3.2 Tìm R để mạch có công suất P 10

2.2.3.3 Biết hai giá trị của điện trở là R 1 và R 2 mạch có cùng công suất P, tìm công suất P đó 11

2.2.3.4 Mạch có RLC cuộn dây có điện trở trong R 0 (R, L, R 0 , C) 12

2.2.4 Khi mạch có cộng hưởng 13

Hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC 13

2.2.4.1 Bài toán tính công suất khi mạch có cộng hưởng . 14

2.2.4.2 Đoạn mạch RLC có C thay đổi Tìm C để mạch có công suất cực đại 15

2.2.4.3 Đoạn mạch RLC có L thay đổi Tìm L để mạch có công suất cực đại 15

2.2.4.4 Mạch RLC có  thay đổi 16

2.2.5 Bài toán: Với hai giá trị của cuộn cảm L 1 và L 2 mạch có cùng công suất Tìm L để P max 16

2.2.6 Bài toán: Với hai giá trị của tụ điện C 1 và C 2 mạch có cùng công suất Tìm C để P max 17

TÓM TẮT KẾT QUẢ 18

KẾT QỦA NGHIÊN CỨU 20

PHẦN III: KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

của dòng điên xoay chiêu – vật lý 12

PHẦN MỘTĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Lý do chọn đề tài

Công suất của dòng điện xoay chiều là một bài trong chương dòng

điện xoay chiều Khái niệm công suất điện rất quen thuộc với các em học sinh

12 Các em đã được học khái niệm này ở chương trình vật lí 9 và vật lí 11.Các biểu thức vật lí đã học có dạng tương tự như những phương trình toánhọc có dạng quen thuộc trong chương trình toán ở cấp THCS và THPT Vớiphần công suất điện xoay chiều ở lớp 12 cũng có dạng tương tự, tuy nhiên ởchương trình lớp 12 tập trung vào dạng bài tập trắc nghiệm yêu cầu các em cócách giải nhanh và chính xác

Trên tinh thần đó, nhằm giúp các em có một cái nhìn tổng quát, hệthống hóa các kiến thức đã học và vận dụng kiến thức đó một cách linh hoạttrong các dạng bài tập trắc nghiệm theo sự định hướng của Bộ giáo dục, tôi

đưa ra đề tài: Định hướng trả lời nhanh các bài tập trắc nghiệm phần

công suất của dòng điên xoay chiêu.

Mặt khác số lượng tiết bài tập theo phân phối chương trình trongchương Dòng điện xoay chiều không nhiều lắm, chỉ có 3 tiết, trong đó phầnbài tập công suất của dòng điện xoay chiều chỉ có 1 tiết, giáo viên không thểtải hết các dạng bài tập theo yêu cầu của chương trình và cấu trúc đề thi TNTHPT và TSĐH của Bộ giáo dục Do đó tôi viết đề tài này nhằm giúp các emcó thể định hướng nhanh về phương pháp giải một số dạng bài tập thường gặptrong phần Công suất của dòng điện xoay chiều nhằm mang lại hiệu quả caotrong quá trình học tập và làm bài thi trong các kỳ thi của các em

1.2 Cơ sở lý luận

Công suất của dòng điện xoay chiều là phần kiến thức khó về lý thuyết

và phong phú về các dạng bài tập Việc phân loại bài tập và nắm được hết cácdạng bài tập cơ bản và nâng cao theo yêu cầu của chương trình là một việc

không phải học sinh nào cũng thực hiện được Để giải quyết được vấn đề đóhọc sinh phải biết tổng hợp kiến thức giữa các phần với nhau và phải biết mốiquan hệ logic giữa các đơn vị kiến thức với nhau Ngoài ra còn phải có mộtkiến thức toán học nhất định

Với đề tài này tôi hy vọng các em học sinh lớp 12 nói chung và đặc biệt

là các em học chương trình nâng cao sẽ nắm bắt nhanh vấn đề và sử dụngthiết thực trong quá trình học tập và đặc biệt là trong 2 kỳ thi TN THPT vàTSĐH sắp tới

1.3 Cơ sở thực tiễn

Trong thực tế khái niệm công suất điện xoay chiều rất phổ biến và gầngũi với đời sống hằng ngày Nhưng đi vào nghiên cứu nó thì có quá nhiều vấnđề phức tạp đối với học sinh Yêu cầu của đề thi là học không những phảihiểu sâu từng đơn vị kiến thức mà còn phải phân biệt các dạng bài tập, cáccông thức, các phương trình cơ bản và có kỹ năng toán học chính xác, nhanhgọn Với kinh nghiệm giảng dạy của bản thân, tôi thấy cần phải giúp các emcó một kỹ năng phân biệt hiện tượng, định dạng bài tập để áp dụng đúng côngthức đồng thời giải quyết bài toán hoặc các câu hỏi lý thuyết nhanh gọn, hiệuquả Do đó, đề tài của tôi nhằm mục đích hệ thống kiến thức lý thuyết, đưa ra

một số công thức thu gọn và định hướng việc giải quyết nhanh gọn một câu

hỏi trắc nghiệm theo yêu cầu về thời gian của đề thi Tuy nhiên việc áp dụngđề tài vẫn phải phụ thuộc vào phương pháp học tập và kỹ năng của từng họcsinh và phương pháp giảng dạy của người thầy giáo Tôi hy vọng các em sẽtiếp nhận và vận dụng đề tài này một cách có hiệu quả

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đề tài được áp dụng cho học sinh ban cơ bản và nâng cao

- Học sinh lớp 12 ôn thi tốt nghiệp và thi tuyển sinh đại học cao đẳng

1.4.2 Phạm vị nghiên cứu

của dòng điên xoay chiêu – vật lý 12

-Thời gian nghiên cứu: trong năm học 2008-2009 tại trường THPT ÔngÍch Khiêm và năm học 2009-2010 tại trường THPT Thanh Khê

- Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu phần “công suất của dòng điện xoay chiều”

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài

- Trình bày cơ sở lý thuyết về công suất của dòng điện xoay chiều

- Phương pháp giải nhanh các dạng bài tập về công suất Có các ví dụ minh hoạ cho từng dạng bài tập

- Đưa ra các bài tập áp dụng trong từng dạng để học sinh luyện tập

- Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các đề ôn luyện

- Đánh giá, đưa ra sự điều chỉnh phương pháp cho phù hợp từng đối tượng học sinh

1.6 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Đề tài góp phần định hướng làm bài tập trắc nghiệm cho học sinh học phần dòng điện xoay chiều

- Đề xuất kinh nghiệm vận dụng các công thức thu gọn có thể làm cho nhiều phần khác, chương khác, lớp khác

- Đề tài có thể xem như một tư liệu tham khảo cho giáo viên trong việc đổi mới phương pháp giảng dạy

PHẦN HAINỘI DUNG ĐỀ TÀI

Nội dung đề tài gồm 2 phần:

- PHẦN I: Hệ thống lý thuyết phần công suất của dòng điện xoay chiều

- Trong phần này chỉ nêu ngắn gọn các biểu thức đã có trong sách giáo khoa, sau đó chứng minh và đưa ra một số công thức biến đổi ở dạng khác, các công thức thu gọn, định hướng phương pháp giải của một số dạng bài tậpnhằm giúp các em học sinh tránh được nhầm lẫn và vận dụng nhanh khi làm bài trắc nghiệm

- PHẦN II: Định hướng phương pháp giải của một số dạng bài tập

Phần này đưa ra một số bài toán được hệ thống từ dễ đến khó, và theo thứ tự các công thức đã chứng minh trong phần lý thuyết Một số bài toán có lời giải chi tiết

2.1 Hệ thống lý thuyết phần công suất của dòng điện xoay chiều

2.1.1 Công suất, hệ số công suất

Công suất tức thời: P = UIcos + UIcos(2t + ) (1)

Công suất trung bình: P = UIcos = RI2

Trong các bài tập ta tính công suất theo biểu thức

của dòng điên xoay chiêu – vật lý 12

Trong đó: I(A): cường độ dòng điện, U(V): điện áp; P(W): công suất,

cos: hệ số công suất, UR: điện áp hai đầu điện trở R, UR = IR

2.1.2 Ý nghĩa của hệ số công suất cos

Hệ số công suất có giá trị từ 0 đến 1 Đoạn mạch không có điện trở Rthì không tiêu thụ công suất

Công suất hao phí trên đường dây tải là

Php = rI2 =



2 2

r () điện trở của đường dây tải

Nếu hệ số công suất cos nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây tải

Php sẽ lớn, do đó người ta phải tìm cách nâng cao hệ số công suất Theo quyđịnh của nhà nước thì hệ số công suất cos trong các cơ sở điện năng tối thiểuphải bằng 0,85

Với cùng một điện áp U và dụng cụ dùng điện tiêu thụ một công suất P,tăng hệ số công suất cos để giảm cường độ hiệu dụng I từ đó giảm được haophí vì tỏa nhiệt trên dây

2.2 Định hướng phương pháp giải một số dạng bài tập

2.2.1 Bài toán cơ bản: Cho các dữ kiện tìm công suất P

Xác các đại lượng liên quan và tính công suất P theo các biểu thức (2),

Câu 1: (TN THPT 1998 lần 2) Một đoạn mạch gồm điện trở thuần R=40, tụ

điện có điện dung C=103/9 F, cuộn dây có độ tự cảm L=3/5 H và điện trởthuần không đáng kể được mắc nối tiếp với nhau Điện áp đặt vào hai đầuđoạn mạch này có biểu thức: u=120 2 sin100t (V) Tính hệ số công suất vàcông suất tiêu thụ của đoạn mạch

Câu 2: Đặt điện áp u=20cos(100t+/2)(V) vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc

nối tiếp Biết biểu thức cường độ dòng điện là i = 2cos(100 t+/6)(A) Tínhcông suất tiêu thụ của đoạn mạch

HD: U= 10 2, I = 2A,  = u  i =/3  P=UIcos=10W

Câu 3: (ĐH2008) Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện RLC không phân nhánh

một hiệu điện thế u 220 2 cos t

2



 (V) thì cường độ dòng điện qua đoạn

mạch có biểu thức là i 2 2 cos t

Câu 4: Đặt điện áp u=20cos100t(V) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở

R=10 mắc nối tiếp với một cuộn dây thuần cảm L=0,1/ (H), tụ điệnC=103/ 2 (F) Tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch

HD: ZL= 10, ZC= 20, Z= 10 2, I = U/Z=1A  P=RI2=10W

Câu 5: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một cuộn dây có điện trở thuần

R0=5 và độ tự cảm L=



35.102H mắc nối tiếp với điện trở thuần R=30.Điện áp hai đầu đoạn mạch là u=70 2cos100t(V) Công suất tiêu thụ củađoạn mạch là

của dòng điên xoay chiêu – vật lý 12

HD: ZL= 35, 2 2

2.2.2 Cho công suất P tìm L hoặc tìm C

Cho công suất P và các đại lượng liên quan tìm L hoặc tìm C



2 2

Câu 6: Một đoạn mạch gồm điện trở thuần R=20, tụ điện có điện dung

C=103/4 F, cuộn dây có độ tự cảm L và điện trở thuần không đáng kể đượcmắc nối tiếp với nhau Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch này có biểu thức:u=40 2 sin100t (V) Biết công suất tiêu thụ của đoạn mạch là 16W Tìm L

HD: Tính được ZC= 40, theo (8) 2 2



2 2

  =const Theo hệ quả bất

đẳng thức Côsi ta suy ra tổng này nhỏ nhất khi  

U P

2R

2 max

L C

U P

Câu 7: (ĐH2008) Đoạn mạch điện xoay chiều gồm biến trở R, cuộn dây

thuần cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp Biết hiệuđiện thế hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là U, cảm kháng ZL, dung kháng ZC

(với ZC  ZL) và tần số dòng điện trong mạch không đổi Thay đổi R đến giátrị R0 thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch đạt giá trị cực đại Pm, khi đó

A R0 = ZL + ZC B

2 m 0

và tụ điện C=

 4

10  3

F mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoaychiều u=120 2cos100t(V) Điện trở của biến trở phải có giá trị bao nhiêu đểcông suất của mạch đạt giá trị cực đại?

và tụ điện C=

 4

10  3

F mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoaychiều u=120 2cos100t(V) Điều chỉnh giá trị của biến trở để công suất củamạch đạt giá trị cực đại Giá trị cực đại của công suất là bao nhiêu?

A Pmax=60W B Pmax=120W C Pmax=180W D Pmax=1200W

HD: ZL= 100, ZC= 40, theo (11)

2 max

L C

U P



Câu 10: Cho đoạn mạch xoay chiều gồm biến trở R, cuộn thuần cảm L và tụ

điện C mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u=220 2cos100t(V) Điều chỉnh biến trở đến giá trị R = 220 thì công suất của mạchđạt giá trị cực đại Giá trị cực đại của công suất là bao nhiêu?

A Pmax=55W B Pmax=110W C Pmax=220W D Pmax=110 2W

của dòng điên xoay chiêu – vật lý 12

HD: Theo (11) max 2

U P

2R

Câu 11: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây thuần cảm kháng có độ

tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R là một điện trở thuần thay đổi được Đặt một điện áp xoay chiều ổn định ở hai đầu đoạn mạch AB có biểu thức:

uAB=200cos100t (V) Khi R=100 thì thấy mạch tiêu thụ công suất cực đại Xác định cường độ dòng điện trong mạch lúc này?

Câu 12: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây thuần cảm kháng có độ

tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R là một điện trở thuần thay đổi được Đặt hai đầu mạch một điện áp xoay chiều ổn định Điều chỉnh R để mạch tiêu thụ công suất cực đại Xác định góc lệch pha của điện áp và cường độ dòng điện trong mạch?

Câu 13: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây thuần cảm kháng có độ

tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R là một điện trở thuần thay đổi được Đặt hai đầu mạch một điện áp xoay chiều ổn định Điều chỉnh điện trở đến giá trị R=60 thì mạch tiêu thụ công suất cực đại Xác định tổng trở của mạch lúc này?



  

2

2 2

Vậy R là nghiệm của phương trình (12), đây là phương trình bậc hai,

học sinh dễ dàng giải phương trình (như bấm máy tính) để được kết

A 50, 200 B 100, 400 C 50, 200 D 50, 200

HD: Tính ZL= 100, ZC= 200, theo (12)  

2

2 2

R1 và R2 là hai nghiệm của phương trình trên Theo định lí Viét đối

với phương trình bậc hai, ta có:

Với 2 giá trị của điện trở là R 1 và R 2 mạch có cùng công suất P

Tính R 0 để mạch có công suất cực đại P max theo R 1 và R 2

Với giá trị của điện trở là R0 mạch có công suất cực đại Pmax,

của dòng điên xoay chiêu – vật lý 12

Câu 15: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây thuần cảm kháng có độ

tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R thay đổi được Đặt một điện áp xoay chiều ổn định ở hai đầu đoạn mạch có U=100V, f=50Hz Điều chỉnh R thì thấy có hai giá trị 30 và 20 mạch tiêu thụ cùng một công suất P Xác định

P lúc này?

A 4W B 100W C 400W D 200W

HD: Theo (13)  P=U2/(R1+R2)=200W

Câu 16: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây thuần cảm kháng có độ

tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R thay đổi được Đặt một điện áp xoay chiều ổn định ở hai đầu đoạn mạch có giá trị hiệu dụng U, tần số f Điều chỉnh

R thì thấy có hai giá trị 60 và 30 mạch tiêu thụ cùng một công suất

P=40W Xác định U lúc này?

A 60V B 40V C 30V D 100V

HD: Theo (13)  U2=P(R1+R2)=3600  U=60V

Câu 17: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây thuần cảm kháng có độ

tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R thay đổi được Đặt một điện áp xoay chiều ổn định ở hai đầu đoạn mạch có giá trị hiệu dụng U, tần số f Điều chỉnh

R thì thấy có hai giá trị 40 và 90 mạch tiêu thụ cùng một công suất Xác định R0 để mạch tiêu thụ công suất cực đại?

A 60 B 65 C 130 D 98,5

HD: Theo (14) R 0  R R 1 2 R0=60

2.2.3.4 Mạch có RLC cuộn dây có điện trở trong R 0 (R, L, R 0, C)

- Tìm R để công suất toàn mạch cực đại Pmax: theo (9)

R+R0=|ZL ZC|, R=|ZL ZC|  R0

2 max

0

U P

2(R R )



2 max

L C

U P