Giúp học sinh lớp 12 trường THPT quảng xương 4 hiểu rõ bản chất mạch r l c mắc nối tiếp thông qua việc xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập ở bốn mức độ khác nhau

* Lý do sử dụng các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều + Với dòng điện xoay chiều ta khó xác định các giá trị tức thời của i và u vìchúng biến thiên rất nhanh, cũng không thể lấy

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT QUẢNG XƯƠNG 4

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

GIÚP HỌC SINH LỚP 12 TRƯỜNG THPT QUẢNG XƯƠNG 4 HIỂU RÕ BẢN CHẤT MẠCH R,L,C MẮC NỐI TIẾP THÔNG QUA VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Ở

MỤC LỤC

A Phần mở đầu ……… …………3

B Phần nội dung………4 - 21

I Cơ sở lí luận……….….4 - 8II.Thực trạng……… ……… 8III Giải pháp thực hiện.……….…… … 8 - 20

IV Kết quả ………20-21

Tài liệu tham khảo ……….………23Danh mục các SKKN đã đạt giải……….………24

A PHẦN MỞ ĐẦU.

Mạch R,L,C mắc nối tiếp là phần kiến thức trọng trong chương trìnhVật lý lớp 12 nói chung và phân điện xoay chiều nói riêng.Phần kiến thức nàykhông thể thiếu trong các đề kiểm tra định kì cũng như đề thi THPT quốc gia

Quá trình giảng dạy phần kiến thức này được chia ra phần kiến thức líthuyết ,phần bài tập và phần thực hành

Trong những năm giảng dạy ở Trường THPT Quảng Xương 4 tôi nhậnthấy khi học snh học xong về mạch R,L,C mắc nối tiếp, học sinh hiểu bản chấtchưa được sâu Khi học xong lý thuyết, học sinh toàn hiểu kiến thức một cách

mơ màng chưa sâu sắc, việc vận dụng kiến thức để giải các bài tập chưa đượclinh hoạt và nhất là bài tập nâng cao

Mặt khác thực hiện đổi mới chương trình giáo dục THPT để chuyển việchọc của học sinh từ tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực thì đòi hỏi ngườigiáo viên khi tổ chức dạy học, phân hóa phù hợp với các đối tượng học sinhkhác nhau

Xuất phát từ những lý do trên tôi chọn đề tài:

“GIÚP HỌC SINH LỚP 12 TRƯỜNG THPT QUẢNG XƯƠNG 4 HIỂU

RÕ BẢN CHẤT MẠCH R,L,C MẮC NỐI TIẾP THÔNG QUA VIỆC XÂY

DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Ở BỐN MỨC ĐỘ KHÁCNHAU”

3

B.PHẦN NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÍ LUẬN.

1 Hệ thống kiến thức cơ bản về mạch điện xoay chiều.

* Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

Khung dây kim loại kín quay đều với vận tốc góc  quanh trục đối xứngcủa nó trong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ 

B vuông góc với trục quay thìtrong mạch có dòng điện biến thiên điều hòa với tần số góc  gọi là dòng điệnxoay chiều

Khi khung dây quay một vòng (một chu kì) dòng điện trong khung dâyđổi chiều 2 lần

* Hiệu điện thế xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều

Nếu i = Iosint thì u = Uosin(t + )

Nếu u = Uosint thì i = Iosin(t - )

và E =

2

o E

* Lý do sử dụng các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

+ Với dòng điện xoay chiều ta khó xác định các giá trị tức thời của i và u vìchúng biến thiên rất nhanh, cũng không thể lấy giá trị trung bình của chúng vìtrong một chu kỳ, giá trị đó bằng 0

+ Khi sử dụng dòng điện xoay chiều, ta cần quan tâm tới không phải là tácdụng tức thời của nó ở từng thời điểm mà là tác dụng của nó trong một thời giandài

+ Tác dụng nhiệt của dòng điện tỉ lệ với bình phương của cường độ dòng điệnnên không phụ thuộc vào chiều dòng điện

+ Ampe kế và vôn kế đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều dựavào tác dụng nhiệt của dòng điện nên gọi là ampe kế nhiệt và vôn kế nhiệt, sốchỉ của chúng là cường độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng của dòng điệnxoay chiều

* Các loại đoạn mạch xoay chiều

+ Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần

+ Đoạn mạch chỉ có tụ điện

+ Đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm

+ Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp (không phân nhánh)

+ Công suất của dòng điện xoay chiều

2 Mạch điện xoay chiều thường gặp là mạch điện RLC không phân nhánh như hình vẽ.

A A B

Các thông số của mạch điện xoay chiều:

- Điện trở R, điện dung C của tụ diện và độ tự cảm L của cuộn dây

- Tần số góc , chu kỳ T, tần số f và pha ban đầu của dòng điện

Độ lệch pha  giữa u và i xác định theo biểu thức:

Khi ZL < ZC thì u trể pha hơn i (đoạn mạch có tính dung kháng)

R tiêu thụ năng lượng dưới dạng toả nhiệt, ZL và ZC không tiêu thụ năng lượngcủa nguồn điện xoay chiều

+ Cách nhận biết cuộn dây có điện trở thuần rXét toàn mạch, nếu: Z  R2  (Z L  Z C) 2 ; U  U R2  (U L U C) 2 hoặc P  I2Rhoặc cos 

Z

R

thì cuộn dây có điện trở thuần r  0

- Xét cuộn dây, nếu: Ud  UL hoặc Zd  ZL hoặc Pd  0 hoặc cosd  0hoặc d  2 thì cuộn dây có điện trở thuần r  0

3 Các hệ quả của hiện tượng cộng hưởng điện:

- Hiệu điện thế uAB cùng pha với cường độ dòng điện i

- Hệ số Công suất của mạch đạt giá trị cực đại Cos  1 => P=Pmax=UI

4 Các sự thay đổi liên quan đến hiện tượng cộng hưởng điện:

a Giữ nguyên R,L,C thay đổi tần số góc  ( Dẫn tới thay đổi tần số f) Hiệuđiện thế uAB cùng pha với cường độ dòng điện i   0; I=Imax………

Vì lúc này ta có   1

Z

R Cos vậy R=Z =>ZL-ZC=0 hay ZL=ZC

b Giữ nguyên các giá trị L,R, thay đổi C để I=Imax ( Số chỉ của ampe kếđạt giá trị cực đại)

5

Ta có 2 ( 1 ) 2





C L R

U I

U I

I Z U







 do U=const và Zc=const nên để UC=UCmax

Thì ta phải có ZL-ZC=0 => có cộng hưởng điện

e nguyên các giá trị L,R, thay đổi C để hiệu điện thế giữa hai hai đầucuộn dây thuần cảm đạt giá trị cực đại: UL=ULmax

Ta có L L. C. R2 (Z L Z C) 2

U Z

I Z U







 do U=const và ZL=const nên để UL=ULmax

Thì ta phải có ZL-ZC=0 => có cộng hưởng điện

5 Các sự thay đổi không liên quan đến hiện tượng cộng hưởng điện:

a Mạch điện RLC không phân nhánh có L,C, không đổi Thay đổi R để côngsuất tiêu thụ trên mạch đạt giá trị cực đại, số chỉ của Ampe kế cực đại …

Phân tích:

Khi L,C, không đổi thì mối liên hệ giữa ZL và ZC không thay đổi đổi do đó

sự thay đổi của R không gây ra hiện tượng cộng hưởng

Chứng minh:

Ta có P=RI2=R 2 2

2

) (Z L Z c R

U

C L

2

2

) ( 

Do U=Const nên để P=Pmax ta phải có

R

Z Z

2

) ( 

2

) ( 



R

Z Z

2

) (

2

) ( 

 là 2Z  L Z C lúc đó dấu “=” của bất đẳng thứcxảy ra nên ta có R= Z  L Z C

 P=Pmax=

C

L Z Z

U

 2

2

và I=Imax= 2

C

L Z Z U

U0AB

I Z U







còn phụ thuộc vào ZL nghĩa là UL= f(L) nên trong trường hợp này nếu mạch cócộng hưởng thì UL cũng không đạt giá trị cực đại

Chứng minh: Ta biểu diễn các hiệu điện thế bằng giản đồ véc tơ như hình vẽ

Theo định lý hàm số sin ta có

AB

L U

Sin U

Sin

0 0

R

U Sin

AB AB

2 2

C

C RC

C

Z R

Z U

U Cos

RC

Z

Z R U

U Cos

2 2

Z

Z R Z

2 2



2 2

I Z U

Sin

0 0

R

U Sin

AB AB

L

C RC

C

Z R

Z U

U Cos

RL

Z

Z R U

U Cos

2 2

Z

Z R Z

2 2

Z C



II.THỰC TRẠNG.

Thực tế khi dạy và học phần này còn tồn tại những khó khăn

*Về phía học sinh:Học sinh tiếp thu kiến theo hướng lối mòn,thụ động Khi họcxong các bài lí thuyết học sinh nắm kiến thức còn mơ màng,việc vận dụng kiếnthức giải bài tập còn lúng túng nhất là bài tập nâng cao

*Về phía giáo viên:Chưa đặt học sinh vào các tình huống có vấn đề,giáo viêntiến hành bài dạy còn theo hướng truyền thống.liệt kê kiến thức

III GIẢI PHÁP THỰC HIỆN.

1 Phân loại câu hỏi,bài tập theo 4 mức độ:

* Nhận biết: yêu cầu học sinh phải nhắc lại hoặc mô tả đúng kiến thức,kĩ năng

đã học;

* Thông hiểu :yêu cầu học sinh phải diễn đạt đúng kiến thức hoặc mô tả đúng

kĩ năng đã học bằng ngôn ngữ theo cách của riêng mình ,có thể thêm các hoạtđộng phân tích ,giải thích ,so sánh áp dụng trục tiếp (làm theo mẫu )kiến thức kĩnăng đã biết để giải quyết các tình huống ,vấn đề trong học tập;

* Vận dụng:yêu cầu học sinh phải kết nối và sắp xếp lại các kiến thức ,kĩ năng

đã học để giải quyết thành công tình huống ,vấn đề tương tự tình huống,vấn đề

đã học;

* Vận dụng cao: yêu cầu học sinh vận dụng được các kiến thức ,kĩ năng đãhọc để giải quyết tình huống ,vấn đề mới không giống với những tìnhhuống ,vấn đề đã được hướng dẫn;đưa ra những phản hồi hợp lí trước một tìnhhuống ,vấn đề mới trong học tập hoặc trong cuộc sống

2 Vận dụng vào các bài dạy.

* Bài dạy lý thuyết: Để giúp học sinh thực hiện cac nhiệm vụ học tập của mình,học sinh nắm được những kiến thức trọng tâm và từ đó có thể vận dụng các kiếnthức để giải quyết các câu hỏi và bài tập thì trong bài học này tôi sẽ dùng hệthống các câu hỏi nhận biết, thông hiểu và vận dụng

* Với các giờ bài tập: để giúp học sinh hiểu rõ bản chất hơn về mạch điệnxoay chiều tôi dùng hệ thống câu hỏi bài tập ở mức độ thông hiểu và vận dụng

* Với các giờ ôn tập tôi dùng hệ thống câu hỏi bài tập ở mức độ vận dụng vàvận dụng cao

CÂU HỎI, BÀI TẬP VỀ MẠCH R, L, C NỐI TIẾP

B Cường độ hiệu dụng thay đổi theo thời gian.

C Giá trị tức thời thay đổi còn chiều không đổi theo thời gian,

D Chiều thay đổi nhưng giá trị tức thời không đổi theo thời gian.

Câu 2 Trong đoạn mạch xoay chiều R, L, C dòng điện và hiệu điện thế cùng pha khi

A đoạn mạch chỉ có điện trở thuần

B trong đoạn mạch chỉ sảy ra hiện tượng cộng hưởng điện.

C đoạn mạch chỉ có điện trở thuần hoặc có xảy ra cộng hưởng.

D trong đoạn mạch dung kháng lớn hơn cảm kháng.

Câu 3 Mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp, có điện trở thuần R, cảmkháng ZL, dung kháng ZC Tổng trở của đoạn mạch được tính theo công thức

A Z  R2  (Z LZ C) 2 B Z  R2  (Z LZ C) 2

C Z  R2  (Z L  Z C) 2 D Z RZ LZ C

Câu 4 Phát biểu nào sau đây là không đúng? Trong mạch điện xoay chiều không phân nhánh R, L, C khi điện dung của tụ điện thay đổi và thoả mãn điều kiện

LC

1



 thì

A cường độ dòng điện cùng pha với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch

B cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch đạt cực đại

C công suất tiêu thụ trung bình trong mạch đạt cực đại

D hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện đạt cực đại

Câu 5 Trong đoạn mạch nối tiếp RLC, khi 1

LC

  thì ý nào sau đây là không đúng

A Công suất đạt cực đại P=UI

B Cường độ dòng điện hiệu dụng I đạt cực đại và bằng U/R

C Hiệu điện thế biến thiên vuông pha với dòng điện

D Tổng trở Z = R

Câu 6 Cho một đoạn mạch không phân nhánh gồm một điện trở thuần, một cuộn dây thuần cảm và một tụ điện Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện trong đoạn mạch đó thì khẳng định nào sau đây là sai?

A Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch đạt giá trị lớn nhất

B Hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu điện trở nhỏ hơn hiệu điện thế hiệu dụng ởhai đầu đoạn mạch

C Cảm kháng và dung kháng của mạch bằng nhau

D Hiệu điện thế tức thời ở hai đầu đoạn mạch cùng pha với hiệu điện thế tứcthời ở hai đầu điện trở R

9

Câu 7 Trong đoạn mạch điện có R, L và C mắc nối tiếp giữa 2 điểm có điện áp hiệu dụng U, nếu có wL=1/C thì kết luận nào đưới đây là SAI?

A Tổng trở của đoạn mạch Z = R B i cùng pha với u

C Cường độ hiệu dụng I = U / ZL D Công suất tiêu thụ trung bình là P = U I

Câu 8 Chọn câu sai Khi trong mạch R,L,C nối tiếp xảy ra cộng hưởng thì

A Cường độ hiệu dụng của dòng điện không phụ thuộc điện trở R

C Tổng trở nhỏ nhất (Z=R)

B Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch đạt cực đại

D Hệ số công suất cos = 1

Câu 9 Điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện được diễn tả theo công thức:

1

2



Câu 10 Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện

áp xoay chiều thì mạch xảy ra cộng hưởng Kết luận nào sau đây là sai:

A Điện áp hiệu dụng trên điện trở R đạt giá trị cực đại

B Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch khác với điện áp hiệu dụng trên R

C Điện áp hiệu dung URC bằng điện áp hiệu dụng URL

D Hệ số công suất tiêu thụ của mạch đạt cực đại

Câu 11 Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một điện trở R, L , C mắc nối tiếp, đặt vào hai đầu mạch điện một hiệu điện thế xoay chiều u= U0cos100t(V), cường độ dòng điện qua mạch có biểu thức : i=I0cos(100t + )( A) Góc lệch pha của hiệu điện thế và dòng điện được xác định bằng công thức

A ZL < ZC B ZL = ZC C ZL = R D ZL > ZC

Câu 13 Phát biểu nào sau đây sai khi nói về mạch điện xoay chiều có R, L, C

mắc nối tiếp đang xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện ?

A Cường độ dòng điện qua mạch cùng pha với điện áp ở hai đầu đoạn mạch.

B Cường độ hiệu dụng trong mạch có giá trị không phụ thuộc vào điện trở R

C Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm thuần và tụ điện có giá trị bằng

nhau

D Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua mạch có giá trị cực đại.

Câu 14 Trong đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp, dòng điện và điện ápgiữa hai đầu đoạn mạch cùng pha khi

A công suất của đoạn mạch đạt cực đại.

B trong đoạn mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện.

C điện trở thuần bằng dung kháng.

D điện trở thuần bằng cảm kháng.

Câu 15 Trong một đoạn mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp, phát biểu nào sau đây đúng ?

A Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch không nhỏ hơn điện áp hiệu dụng

trên điện trở thuần R

B Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch có thể nhỏ hơn điện áp hiệu dụng

trên bất kỳ phần tử nào

C Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch luôn lớn hơn điện áp hiệu dụng

trên mỗi phần tử

D Cường độ dòng điện chạy trong mạch luôn lệch pha với hiệu điện thế giữa

hai đầu đoạn mạch

Câu 16 Đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp có dòng điện xoay chiều tần số f chạyqua Khi 2 1

Câu 17 Đặt điện áp u = U0cos (ωt (với U và ω không đổi) vào hai đầu một t) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R

và tụ điện C mắc nối tiếp Biết điện áp giữa hai đầu điện trở thuần và điện áp giữa hai bản tụ điện có giá trị hiệu dụng bằng nhau Phát biểu nào sau đây là sai ?

A Cường độ dòng điện qua mạch sớm pha

11

A ZL < ZC B ZL = ZC C ZL = R D ZL > ZC

2 Mức độ thông hiểu

Câu 20 Đặt một điện áp u = Uocosωt (với U và ω không đổi) vào hai đầu một t (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp Gọi i là cường độ dòng điện tức thời trong mạch; u1, u2 và u3 lần lượt là điện áp tức thời giữa hai đầu điện trở, giữa hai đầu cuộn cảm và giữa hai đầu tụ điện Hệ thức luôn đúng là

A i = u2/ωt (với U và ω không đổi) vào hai đầu một L B 2 ( L C) 2

u i



  C i = u3ωt (với U và ω không đổi) vào hai đầu một C D i = u1/R

Câu 21 Đoạn mạch điện xoay chiều RC nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện thế u=Uocos(t+) Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch được xác định bởi

A I =

o 2

2 2

U

2 2R

2 2

U 1 2R

C





C I =

o 2

2 2

U 1

i=Iocos(t+) Hiệu điện thế hiệu dụng 2 đầu đoạn mạch là

A trễ pha π/4 B sớm pha π/4 C sớm pha π/2 D trễ pha π/2

Câu 24 Đặt vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp một điện áp

A tụ điện và biến trở

B cuộn dây thuần cảm và tụ điện với cảm kháng nhỏ hơn dung kháng

C điện trở thuần và tụ điện

D điện trở thuần và cuộn cảm

Câu 26 Trong mạch điện RLC mắc nối tiếp, nếu tần số f thay đổi thì tích số nào sau đây luôn là hằng số ?

Z.R

3 Mức độ vận dụng.

Câu 27 Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp

u Biết dung kháng của tụ điện bằng 3 lần cảm kháng của cuộn dây Điện dung của tụ điện là C, muốn trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện thì người

ta dùng biện pháp nào dưới đây

A mắc thêm một tụ điện có điện dung 2C song song với tụ điện trong đoạn mạch

B mắc thêm một tụ điện có điện dung 2C nối tiếp với tụ điện trong đoạn mạch

C mắc thêm một tụ điện có điện dung 3C song song với tụ điện trong đoạn mạch

D mắc thêm một tụ điện có điện dung 3C nối tiếp với tụ điện trong đoạn mạchCâu 28 Cho một đoạn mạch điện xoay chiều gồm 2 trong 3 phần tử R, cuộn dâythuần cảm L, hoặc tụ C mắc nối tiếp Điện áp giữa hai đầu mạch và cường độdòng điện trong mạch có biểu thức :

u = 220 2 cos ( 100 t - /3 ) (V) ; i = 2 2 cos (100 t - /6) (A) Haiphần tử đó là

A R và L B R và C C L và C D R và

L hoặc L và C Câu 29 Một mạch điện không phân nhánh gồm hai phần tử là điện trở R = 100

, cuộn dây thuần cảm có hệ số tự cảm L= 2/ (H) Giữa hai đầu đoạn mạch cóđiện áp xoay chiều có tần số 50Hz Tổng trở của mạch là

A 60 Hz B 25 Hz C 250 Hz D 50 Hz.

Câu 31 Đoạn mạch gồm điện trở R = 200  nối tiếp với cuộn thuần cảm L = 2/

π H ; đặt vào hai đầu mạch điện áp u 400 2 cos100 t (V) Điện áp hiệu dụngtrên hai đầu điện trở R là

A 200 2 V B 200 V C 100 2 V D 100 V.

Câu 32 Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R 40  nối tiếp với cuộn cảmthuần L Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch là 100 V, giữa hai đầu cuộn cảmthuần là 60 V Cường độ hiệu dụng trong mạch có giá trị là

A 2 (A) B 3 (A) C 2,5 (A) D 1,5 (A).

13