skkn kinh nghiệm ôn thi tốt nghiệp môn vật lý 12 chương dòng điện xoay chiều

- Đọc hết các bài trong chương dòng điện xoay chiều... Nội dung ôn cụ thể từng chủ đề trong chương: a... - Đặt trong từ trường quay một hoặc nhiều khung kín có thể quay

A ĐẶT VẤN ĐỀ

I Lí do chọn đề tài

- Từ năm học 2006 – 2007, Bộ Giáo dục và Đào tạo thay đổi hình thức thimôn vật lí từ phương pháp tự luận sang phương pháp trắc nghiệm Việc ôn thitốt nghiệp theo hình thức trắc nghiệm, đòi hỏi học sinh phải nắm bắt kiến thứcrộng hơn, tổng quát hơn, đồng thời phải có tư duy logic và những thủ thuật,những mẹo giải, nhằm nhanh chóng đưa ra kết quả chính xác

- Trong quá trình giảng dạy ở các lớp bậc THPT, tỉ lệ học sinh yếu kém mônvật lí chiếm tỉ lệ khá cao, các em thường hay gặp khó khăn khi giải các bài tậptrắc nghiệm về chương dòng điện xoay chiều, vì các em cho rằng đây là mộtchương có nhiều kiến thức và nhiều dạng bài tập khó và do các em chưa biếtcách hệ thống kiến thức cơ bản của từng bài, của chương dòng điện xoaychiều, chưa có kĩ năng đổi đơn vị đo, biến đổi biểu thức, tính toán, phươngpháp giải bài tập chưa phù hợp, các em chỉ làm các bài tập sách giáo khoa,chưa tiếp cận nhiều dạng bài tập khác nhau nên chất lượng giáo dục có thểkhông đạt yêu cầu chỉ tiêu đề ra

- Từ đó cần phải tìm một phương pháp ôn thi tốt nghiệp về chương dòng điệnxoay chiều tích cực hơn, có hiệu quả hơn, phù hợp hơn để giáo dục, giảng dạy,để giáo viên dạy vận dụng hiệu quả, đó là một việc làm thiết thực và vô cùngquan trọng nhằm từng bước nâng cao chất lượng học tập ở bộ môn vật lí chohọc sinh, để giáo viên có thể hoàn thành tốt kế hoạch và nhiệm vụ ôn thi tốtnghiệp được giao

- Để giúp các em ôn thi tốt nghiệp chương dòng điện xoay chiều đạt hiệu quảcao trong quá trình ôn tập và nắm bắt một cách có hệ thống kiến thức tổng hợpxuyên suốt cả chương, các dạng bài tập hay gặp trong đề thi trắc nghiệm,những lỗi thường hay gặp, phương pháp giải các bài tập, rèn luyện kĩ năng tínhtoán, đổi đơn vị đo Tôi xin trình bày kinh nghiệm của mình về ôn thi tốtnghiệp chương dòng điện xoay chiều - môn vật lí 12

II Đối tượng nghiên cứu

- HS lớp 12C1, 12C4, 12C7 - Trường THPT Võ Văn Kiệt

III Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau:

+ Phương pháp điều tra giáo dục

+ Phương pháp quan sát sư phạm

+ phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh, đối chiếu

+ Phương pháp mô tả

+ Phương pháp dạy học vật lí

B NỘI DUNG

I Cơ sở lí luận của nghiên cứu

- Đối với học sinh lớp 12 thì kì thi tốt nghiệp THPT là một kì thi vô cùng

quan trọng, kết quả thi ảnh hưởng đến tương lai của học sinh, danh dự bảnthân và gia đình, uy tín của nhà trường

- Đối với các môn học nói chung và môn vật lí nói riêng, thì trong quá trìnhhọc xong chương trình, các em cần phải ôn tập một cách hợp lí để thi tốtnghiệp đạt được hiệu quả cao“ văn ôn võ luyện”; do đó việc giáo viên địnhhướng, hướng dẫn các em ôn tập đóng vai trò hết sức quan trọng Việc ôn tậpchương dòng điện xoay chiều đòi hỏi phải có tính khái quát, tổng quát cao, hệthống được kiến thức, việc hướng dẫn học sinh ôn tập là một hoạt động dạyhọc, một công việc khó khăn, ở đó bộc lộ rõ trình độ của người giáo viên trongviệc hướng dẫn học sinh đi tìm tri thức Ôn tập chương dòng điện xoay chiềusẽ giúp các em hiểu sâu hơn những định nghĩa, khái niệm, các công thức; cácnguyên tắc, cấu tạo, công dụng và ứng dụng của các loại máy phát điện, máy

biến áp, động cơ… , nắm được quá trình truyền tải điện năng đi xa, nắm đượcđịnh luật ôm cho các loại đoạn mạch xoay chiều, phương pháp giải từng dạngbài tập về áp dụng định luật ôm cho các loại đoạn mạch, viết biểu thức dòngđiện và điện áp trong các dạng đoạn mạch Thông qua việc ôn tập lý thuyết vàgiải các bài tập, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt những kiếnthức, để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thìnhững kiến thức đó trở nên sâu sắc hoàn thiện và trở thành vốn riêng của họcsinh Trong quá trình giải quyết các vấn đề, tình huống cụ thể do bài tập đề rahọc sinh phải vận dụng tư duy so sánh, phân tích, tổng hợp khái quát hóa đểgiải quyết vấn đề, từ đó giúp học sinh phát triển tư duy và sáng tạo, óc tưởngtượng, tính độc lập trong suy nghĩ, suy luận nên việc ôn tập gây hứng thú chohọc sinh.

II Thực trạng học sinh

Thực trang học sinh 3 lớp 12C1, 12C4, 12C7:

- Học sinh chưa hệ thống được kiến thức tổng hợp xuyên suốt cả chương dòng

điện xoay chiều, các dạng bài tập hay gặp trong đề thi trắc nghiệm, chưa cóphương pháp nhớ hiệu quả, chưa dùng sơ đồ hóa để tạo cơ chế nhớ

- Một số học sinh đã cảm thấy khó khăn khi học, tìm hiểu và ôn tập phần dòngđiện xoay chiều Đa phần các em học sinh cho rằng học chương dòng điệnxoay chiều rất trừu tượng, nhiều kiến thức lý thuyết, nhiều bài tập khó, kiếnthức nhiều mảng đan xen với các bộ môn khác dễ nhầm lẫn

- Một số học sinh mất kiến thức cơ bản vật lí, chưa có phương pháp giải bàitập áp dụng định luật ôm cho các loại đoạn mạch, chưa viết được biểu thứcdòng điện và điện áp, chưa giải được các bài tập về cực trị

- Một số học sinh không nắm được kiến thức toán học hỗ trợ cho môn vậtlí( tính số mũ, bất đẳng thức côsi, định lí hàm số cosin, phương trình bậc hai,giản đồ vectơ…

- Học sinh chưa có kĩ năng làm bài trắc nghiệm( đọc lời dẫn chưa kĩ, chưa chúý đến các từ khóa, từ khẳng định, phủ định như: không, có, không thể, khôngđúng, không chính xác, đúng, sai, có thể, luôn luôn, duy nhất, cùng, khôngcùng, giống, khác, tất cả, tỉ lệ( tỉ lệ là tỉ lệ thuận), sớm pha, trễ pha, chậm pha,

nhanh pha v v Một số học sinh hiểu nhầm câu hỏi do bỏ qua một số từ khóachính trong phần dẫn của câu hỏi.

- Học sinh chưa nắm rõ các định luật, định nghĩa, khái niệm, nhớ lộn côngthức, còn tính toán sai, tính sai số mũ, HS có thói quen khi tính toán thì dùngmáy tính mặc dù các số nhẫm rất nhanh do đó mất thời gian, chưa đổi đúngđơn vị đo….)

III Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài

III.1 Sự chuẩn bị của giáo viên:

- Cấu trúc đề thi tốt nghiệp THPT môn vật lí của Bộ GD-ĐT về chương dòngđiện xoay chiều( liệt kê số câu biết, hiểu, vận dụng trong đề thi tốt nghiệp)

- Sách giáo khoa và sách bài tập vật lí lớp 12, sách ôn thi tốt nghiệp theo cấutrúc đề thi của nhà xuất bản giáo dục

- Biên soạn chủ đề dòng điện xoay chiều hợp lí, hoàn chỉnh gồm: hệ thống

kiến thức theo chủ đề, đơn vị đo, phương pháp giải, các bài tập vận dụng, bàitập tự luận, câu hỏi trắc nghiệm

- Sắp xếp câu câu hỏi trong đề thi tốt nghiệp ở chủ đề dòng điện xoay chiều

- Soạn các đề kiểm tra một tiết để kiểm tra kiến thức của học sinh sau khi ôntập chủ đề dòng điện xoay chiều

- Chuẩn bị sơ đồ hóa kiến thức của chương dòng điện xoay chiều, so sánhkiến thức, phương pháp giải các dạng bài tập; phương pháp nhớ lâu các kiếnthức( bằng câu vui), những thủ thuật giải nhanh các câu hỏi trắc nghiệm

III 2 Yêu cầu đối với học sinh:

- Có chủ đề ôn tập dòng điện xoay chiều, sách giáo khoa, sách bài tập, sách

ôn thi tốt nghiệp, máy tính cầm tay

- Đọc hết các bài trong chương dòng điện xoay chiều

- Học nhớ các định nghĩa, khái niệm, tính chất và đặc điểm, công dụng vàứng dụng

- Vẽ sơ đồ hóa để tạo cơ chế nhớ về các độ lệch pha giữ điện áp và dòng điệntrong các dạng đoạn mạch; tính công suất và hệ số công suất trong các dạngđoạn mạch

- Thống kê đầy đủ các đơn vị đo, biết đổi đơn vị đo, tính toán nhanh( mỗi họcsinh phải có một máy tính).

- Vận dụng tốt toán học vào vật lí như tính số mũ, vận dụng bất đẳng thức,định lí về hàm số cosin…

- Hệ thống các kiến thức và ghi được đầy đủ các công thức trong SGK( ghivào nháp 3 lần trở lên)

- Liệt kê phương pháp giải các dạng bài tập ở chủ đề dòng điện xoay chiều

- Đọc kĩ đề bài, kể cả phần dẫn và phần trả lời Chú ý đến các yêu cầu của đềbài là chọn câu đúng hay câu sai Có nhiều học sinh khi bài toán yêu cầu chọncâu sai thì lại chọn câu đúng và ngược lại Để hạn chế lỗi này, khi đọc mỗicâu hỏi học sinh nên gạch chân các từ khóa chính ( thuật ngữ quan trọng) củatừng câu hỏi tương ứng Sau đó kiểm tra lại phương án trả lời có phù hợp vớicác từ khóa quan trọng của câu hỏi Cẩn thận với các đơn vị của đáp án

- Khi gặp một câu không làm được thì cần nhanh chóng bỏ qua để chuyển quacâu khác, sau khi giải quyết xong câu dễ thì tiếp tục làm câu khó

III.3 Nội dung ôn cụ thể từng chủ đề trong chương:

a Hệ thống cơ bản kiến thức của chương:

1 Biểu thức dòng điện xoay chiều: I = I0cos( t + )

Cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu dụng: I = ; U =

2 Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R: Q = RI2t

Q(J); R( ); I(A); t là thời gian dòng điện chạy qua R(s)

3 Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R:

- Điện trở thuần R là điện trở mà dòng điện qua nó chỉ có tác dụng tỏa nhiệt:

4 Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm, có độ tự cảm L( cuộn thuần cảm):

- Nếu đặt vào hai đầu cuộn cảm một điện áp: uL= U0L cos t thì dòng điện

i = I0 cos( t - ) Với I0 = hay U0L = I0 ZL ( UL = IZL )

ZL = L là cảm kháng( ); L đo bằng H(Henri); 1mH = 10-3H

- Nhận xét: uL sớm pha so với dòng điện I ( hay i trể pha so với uL)

5 Đoạn mạch chỉ có tụ điện, có điện dung C:

- Nếu đặt vào hai đầu tụ điện một điện áp: uC= U0C cos t thì dòng điện

i = I0 cos( t + ) Với I0 = hay U0C = I0 ZC ( UC= IZC )

ZC = là dung kháng( ); C là điện dung đo bằng F(Fara); 1 F = 10-6F;

1nF = 10-9F; 1mF = 10-3F; 1pF = 10-12F

- Nhận xét: uc chậm pha so với dòng điện i

6 Đoạn mạch RLC ( có cuộn dây thuần cảm):

- Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp uAB = U0 cos t thì biểu thứcdòng điện có dạng : i = I0 cos( t - ) Với I0 = ;

Z= là tổng trở của đoạn mạch RLC

- Độ lệch pha( ) giữa uAB và i : tan = =

+ Nếu ZL = ZC thì tan = 0 = 0 uAB cùng pha với i

+ Nếu ZL > ZC thì tan > 0 > 0 uAB sớm pha so với i

+ Nếu ZL < ZC thì tan < 0 < 0 uAB trể pha so với i ( i sớm pha

so với uAB )

- Định luật ôm cho đoạn mạch RLC: I =

- Công suất của mạch: P = UIcos = I2R

CR

- Hệ số công suất: cos =

7 Đoạn mạch RL:

- Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp uAB = U0 cos t thì biểu thứcdòng điện có dạng: i = I0 cos( t - ) Với I0 = ; Z = là tổng trởcủa đoạn mạch RL

- Độ lệch pha( ) giữa uAB và i : tan = > 0 > 0 uAB luôn sớm pha so với i

- Công suất của mạch: P = UIcos = I2R

- Hệ số công suất: cos =

8 Đoạn mạch RC:

- Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch RC một điện áp uAB = U0 cos t thì biểuthức dòng điện có dạng : i = I0 cos( t - ) Với I0 = ; Z = làtổng trở của đoạn mạch RC

- Độ lệch pha( ) giữa uAB và i : tan = - < 0 < 0 uAB luôn trể pha

so với i

- Công suất của mạch: P = UIcos = I2R

- Hệ số công suất: cos =

9 Đoạn mạch LC:

- Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch LC một điện áp uAB = U0 cos t thì biểuthức dòng điện có dạng : i = I0 cos( t - ) Với I0 = ; Z = làtổng trở của đoạn mạch LC

- Độ lệch pha( ) giữa uAB và i : tan = = =

+ Nếu ZL > ZC thì tan = + = > 0 uAB sớm pha so với i

+ Nếu ZL < ZC thì tan = - = - < 0 uAB trể pha so với i

- Hệ số công suất: cos = = 0

- Công suất của mạch: P = UIcos = I2R = 0

10 Đoạn mạch RLC , cuộn dây có điện trở thuần R0:

- Tổng trở của đoạn mạch RLC: Z =

- Độ lệch pha( ) giữa uAB và i : tan =

- Định luật ôm cho đoạn mạch RLC: I =

- Công suất của mạch: P = UIcos = I2 (R+R0 )

- Hệ số công suất: cos =

* Chú ý: Tổng trở cuộn cảm có L và R0( cuộn dây): Zcd =

Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn dây: Ucd = I Zcd

11 Hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC:

- Điều kiện xảy ra khi: ZL = ZC L = 2 = Hay 2 LC = 1

* Hệ quả: Imax ; Zmin ; Zmin = R; tan = 0 = 0 uAB cùng pha với i ;

uAB cùng pha với uR; cos = 1; pmax ; UL = UC ; U = UR

12 Điện áp hiệu dụng :

- Điện áp hiệu dụng ở hai đầu R: UR = IR ( I = )

- Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thuần cảm: UL = IZL ( I = )

- Điện áp hiệu dụng ở hai đầu tụ điện: UC = IZC ( I = )

- Điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch RLC:

UAB= IZ = I

- Nếu đề cho UR , UL và UC thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch RLC

+ Nếu đoạn mạch RL thì = +

+ Nếu đoạn mạch RC thì = +

13 Độ lệch pha:

- Đoạn mạch chỉ có R : uAB cùng pha với i ( = 0 )

- Đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm: uAB sớm pha so với i ( = )

- Đoạn mạch chỉ có tụ điện: uAB trể pha so với i

- Đoạn mạch RL: tan = > 0 > 0 uAB luôn sớm pha so với i

- Đoạn mạch RC: tan = - < 0 < 0 uAB luôn trể pha so với i

- Cách dễ nhớ: Chỉ có R(cùng); chỉ có L(sớm); chỉ có C(trễ) ( cùng, sớm

trễ-đọc u trước) Khi ghép các phần tử lại thì ta dung hòa lại

- Từ mạch tổng quát RLC Z, tan , cos , p, độ lêch pha cho các mạch RL,

RC, LC

- Trong đoạn mạch mắc nối tiếp: U thì bằng I nhân…; I bằng U chia….; “Uđâu R đó” ; “ U đâu Z đó”

- Cường độ hiệu dụng I như nhau trên đoạn mạch mắc nối tiếp

- Khi viết biểu thức về hiệu điện thế thì ta phải biết biểu thức của dòng điện

- Khi tính ( độ lệch pha giữa u và i ) để viết biểu thức dòng điện chỉ dùng: tan =

- Các dụng cụ đo đều chỉ giá trị hiệu dụng: Vôn kế chỉ U, Ampe kế chỉ I

- Cách xác định bằng máy tính: Trên màn hình có chũ D , bấm shift +tan(…) =

Ví dụ: tan = = 370 = 37 rad ( Cách bấm: shift, tan( )= , máytính hiện số 36,8 370)

15 Bài toán truyền tải điện năng đi xa

- Công suất phát từ nhà máy: Pphát = UphátI

Trong đó I là cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây

- Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây: Php = RI2 =R(p2

phát/U2 phát) Muốn giảm Php ta phải giảm R (không thực tế) hoặc tăng Uphát (hiệu quả).

- Kết luận: Trong quá trình truyền tải điện năng, phải sử dụng những thiết bị

biến đổi điện áp

16 Máy biến áp

- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều)

- Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

- Cấu tạo: + Khung sắt non có pha silic ( lõi biến áp)

+ Hai cuộn dây:

Cuộn sơ cấp có N

1

vòng nối với nguồn điện xoay chiều

Cuộn thứ cấp có N

2

vòng nối với cơ sở tiêu thụ

- Công thức liên hệ giữa số vòng dây và điện áp, dòng điện ở máy biến áp lí

tưởng:

= = ; Nếu > 1: máy tăng áp ; nếu < 1: máy hạ áp.

17 Máy phát điện xoay chiều

* Máy phát điện xoay chiều một pha:

- Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

- Cấu tạo:

+ Phần cảm (rôto) tạo ra từ thông biến thiên bằng các nam châm quay.+ Phần ứng (stato) gồm các cuộn dây giống nhau, cố định trên một vòngtròn

- Từ thông qua mỗi cuộn dây biến thiên tuần hoàn với tần số f(cũng là tầnsố của suất điện động, của dòng điện): f = np

trong đó: n là tốc độ quay của rôto(vòng/s)

p: số cặp cực( số đôi cực)

* Máy phát điện xoay chiều ba pha:

- Là máy tạo ra 3 suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần sồ, cùng biênđộ và lệch pha nhau 1200 từng đôi một

- Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

- Cấu tạo:

+ Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên một đường tròn tại ba vịtrí đối xứng(ba trục của ba cuộn dây đồng quy tại tâm O trên một đường trònvà lệch nhau 120o)

+ Một nam châm NS có thể quay quanh trục O với tốc độ góc không đổi

* Dòng ba pha: Dòng ba pha là hệ ba dòng điện xoay chiều hình sin có cùng

tần số, nhưng lệch pha với nhau 1200 từng đôi một

18 Nguyên tắc họat động của động cơ không đồng bộ

- Tạo ra từ trường quay

- Đặt trong từ trường quay một (hoặc nhiều) khung kín có thể quay xungquanh trục trùng với trục quay của từ trường

- Tốc độ góc của khung luôn luôn nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường

b Phương pháp giải một số dạng bài tập về chương dòng điện xoay chiều

1 Phương pháp giải bài tập về viết biểu thức dòng điện và điện áp trong các mạch ghép( RLC, RL, RC, LC):

* Phương pháp :

- Nếu đề cho u = U0 cos t thì biểu thức dòng điện có dạng: i =I0cos( t - ).Với I0 = ; tổng trở Z =

Độ lệch pha( ) giữa u và i : tan =

- Nếu đề cho i = I0 cos t thì biểu thức u có dạng : u = U0 cos( t + )

Với U0 =I0 Z; tổng trở Z = ; tan =

- Nếu đề cho i = I0 cos t chạy qua đoạn mạch RLC ( hình vẽ):

+ Biểu thức điện áp ở hai đầu điện trở có dạng : uR = U0R cos t;với U0R = I0 R.+ Biểu thức điện áp ở hai đầu cuộn cảm thuần có dạng: uL= U0Lcos( t + );

U0L = I0 ZL

+ Biểu thức điện áp ở hai đầu tụ điện có dạng : uC = U0C cos( t );

U0C = I0 ZC

+ Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AN có dạng :

uAN= U0AN cos( t + AN ); U0AN = I0 ZAN; ZAN = ;

tan AN = ; AN > o nên uAN sớm pha so với i

+ Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch MB có dạng :

uMB= U0MB cos( t + MB ); U0MB = I0 ZMB; ZMB=

tan MB = Nếu ZL > ZC thì tan MB = MB =

Nếu ZL < ZC thì tan MB = - MB = -

N

C R

M

* Bài tập vận dụng:

Bài 1 : Cho mạch điện như hình vẽ:

R = 40 ; cuộn dây thuần cảm L = (H); C= F Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AB có dạng: uAB= 50 cos100 t (V)

a Tính tổng trở của đoạn mạch

b Viết biểu thức dòng điện qua mạch

c Viết biểu thức điện áp ở hai đầu điện trở R, ở hai đầu cuộn cảm, ởhai đầu tụ điện?

Giải

a Cảm kháng : ZL = L = 100 ; Dung kháng : ZC = = 70

b Biểu thức dòng điện có dạng : i = I0 cos(100 t - )(A); I0 = = (A)

Độ lệch pha( ) giữa u và i : tan = = 3/4 = 370 = 37 radVậy biểu thức dòng điện qua mạch là: i = cos(100 t - 37 )(A)

* Biểu thức điện áp ở hai đầu điện trở R có dạng :

uR = U0R cos(100 t - 37 )(V); U0R = I0 R = 40 (V)

Vậy uR = 40 cos(100 t - 37 )(V)

* Biểu thức điện áp ở hai đầu cuộn cảm có dạng :

uL= U0L cos(100 t - 37 + )(V); U0L = I0 ZL = 100 (V)

Vậy uL= 100 cos(100 t - 37 + ) = 100 cos(100 t + 53 ) (V)

* Biểu thức điện áp ở hai đầu tụ điện có dạng :

uC= U0C cos(100 t - 37 - )(V); U0C = I0 ZC = 70 (V)

CR

Vậy uC= 70 cos(100 t - 37 - )(V) = 70 cos(100 t - 127 )(V)

Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ:

R = 60 ; cuộn dây thuần cảm L = (H); C = (F)

Biểu thức dòng điện chạy qua đoạn mạch AB là i = 2 cos(100 t + )(A)

a Tính tổng trở của đoạn mạch

b.Viết biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AB

c Tính điện áp hiệu dụng ở hai đầu điện trở R, ở hai đầu cuộn cảm, ở hai đầutụ điện?

d Tính hệ số công suất và công suất tiêu thụ của đoạn mạch

Giải

a ZL = L = 100 ; ZC = = 20 ; Z = = 100

b Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AB có dạng:

u = U0 cos(100 t + + )(V); Với U0 =I0 Z =200 (V)

Độ lệch pha( ) giữa u và i : tan = = = 530 = 53 rad

Vậy biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AB là:

u = 200 cos(100 t + + 53 )(V) = 200 cos(100 t + 93 )(V)

c I = = 2(A); UR = IR = 120V; UL = IZL = 200V; UC = IZC = 40V

d Hệ số công suất: cos = = 0,6; công suất : P = I2R = 240(W)

M

Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ:

R = 50 ; cuộn dây thuần cảm L = (H); C= (F)

Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AB là : uAB= 100 cos(100 t )(V)

CR

B

L

a Tính tổng trở của đoạn mạch.

b Viết biểu thức dòng điện qua mạch

c Viết biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AN, ở hai đầu đoạn mạch MB

d Tính đô lệch pha giữa điện áp uAN và uMB.

Giải

a ZL = L = 50 ; ZC = = 100 ; Z = = 50

b Biểu thức dòng điện có dạng : i = I0 cos(100 t - )(A); I0 = = 2 (A)

Độ lệch pha( ) giữa u và i : tan = = - 1 = -

Vậy biểu thức dòng điện qua mạch là: i = 2 cos(100 t + )(A)

c.* Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AN có dạng :

uAN= U0AN cos(100 t + + AN ); U0AN = I0 ZAN = I0 = 100 (V)

tan AN = = 1 AN =

Vậy uAN= 100 cos(100 t + + )(V) = 100 cos(100 t + 3 )(V)

* Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch MB có dạng :

uMB= U0MB cos(100 t + + MB )(V); U0MB = I0 ZMB = I0 / ZL – ZC/ = 100(V)

tan MB = = - MB =- Vậy uMB= 100cos(100 t - )(V)

d Độ lệch pha giữa uAN và uMB là : = AN - MB = 3

2 Dạng bài tập tìm điện dung C trong đoạn mạch RLC (đoạn mạch RLC

có C thay đổi được)để Imax hoặc Pmax hoặc uAB cùng pha với i:

* Phương pháp:

- Ta có Imax khi ZC = ZL mà ZC = C =

- Khi đó Imax = = ( vì ZC = ZL nên Z = R )

* Bài tập vận dụng: Cho mạch điện như hình vẽ:

R = 100 ; cuộn dây thuần cảm L = (H); C thay đổi được

Biểu thức điện áp ở hai đầu mạch AB có dạng : uAB= 100 cos(100 t )(V)

a Điều chỉnh cho C= F Tính tổng trở của đoạn mạch và viết biểu thứcthức dòng điện qua mạch

b Thay đổi C sao cho trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng Tìm C và I

Giải

a ZL = L = 100 ; ZC = = 200 ; Z = = 100

* Biểu thức dòng điện có dạng : i = I0 cos(100 t - )(A); I0 = = 1(A)

Độ lệch pha( ) giữa u và i : tan = = - 1 = -

- Vậy biểu thức dòng điện qua mạch là: i = cos(100 t + )(A)

b Trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng ( Imax) khi : ZC = ZL = 100

- Cường độ hiệu dụng trong mạch đạt giá trị cực đại : Imax = = 1A

3 Dạng bài tập tìm điện dung L trong đoạn mạch RLC(đoạn mạch RLC

có L thay đổi được) để Imax hoặc Pmax hoặc uAB cùng pha với i:

- Ta có ZL = ZC mà ZL = L L =

- Khi đó Imax = =

* Bài tập vận dụng 2: Cho mạch điện như hình vẽ:

R = 100 ; tụ điện có điện dung C = F ; cuộn dây thuần cảm có L thayđổi được Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch AB có dạng :

CR

uAB=200 cos100 t(V) Thay đổi L sao cho uAB và uR cùng pha Tìm L và I.

Giải

- Theo đề ra , uAB và uR cùng pha, mà uR luôn cùng pha với i, do đó uAB cùngpha với i nên trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng :

ZC = ZL = 200 L = = (H)

- Cường độ hiệu dụng trong mạch đạt giá trị cực đại : Imax = = 2A

4 Đoạn mạch RLC có R thay đổi được Tìm R để Pmax

* Phương pháp:

- Ta có công suất: P = I2R = R = =

- Vì tử số U2 không đổi nên công suất lớn nhất khi mẫu số

Vậy với R = thì công suất lớn nhất : Pmax =

* Bài tập vận dụng

CR

Bài số 1: Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ:

uAB= 120 cos(100 t )(V); L = (H); C = 4 F

R là biến trở; thay đổi R sao cho công suất tiêu thụ của mạch lớn nhất.Tìm R và công suất cực đại đó

Giải

- Công suất của mạch điện : P = I2R = =

- Vì tử số U2 không đổi nên công suất lớn nhất khi mẫu số:

{R + } phải nhỏ nhất

Áp dụng bất đẳng thức côsi ta có : {R + } 2

{R + } nhỏ nhất tức là dấu bằng “ = “ xảy ra khi :

; ZC = = 25

Vậy với R = / ZL -ZC / = 15 thì Pmax = = 480(W)

A R C B Bài số 2: Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ:

uAB= 50 cos(100 t )(V); C = F

R là biến trở; thay đổi R sao cho công suất tiêu thụ của mạch lớnnhất Tìm R và công suất cực đại đó

Giải

- Công suất của mạch điện : P = I2R = R = =

- Vì tử số U2 không đổi nên công suất lớn nhất khi {R + } nhỏ nhất

- Áp dụng bất đẳng thức côsi ta có : {R + } 2

{R + } nhỏ nhất tức là dấu bằng “ = “ xảy ra khi :

R = R = ZC = = 100

- Vậy với R = 100 thì công suất lớn nhất : Pmax = = 12,5W

Bài số 3: Cho đoạn mạch xoay chiều gồm biến trở R nối tiếp với cuộn cảm

thuần cảm L, điện áp hai ở đầu đoạn mạch là : uAB= 50 cos(100 t )(V); cuộndây thuần cảm L = (H); R là biến trở; thay đổi R sao cho công suất tiêuthụ của mạch lớn nhất Tìm R và công suất cực đại

Giải

- Công suất của mạch điện : P = I2R = R = =

- Vì tử số U2 không đổi nên công suất lớn nhất khi {R + }phải nhỏnhất

- Áp dụng bất đẳng thức côsi ta có : {R + } 2

{R + } nhỏ nhất tức là dấu bằng “ = “ xảy ra khi :

R = R = ZL= L = 9

- Vậy với R = 9 thì công suất lớn nhất : Pmax = = 13,9(W)

5 Ghép thêm một tụ C ’ vào mạch RLC thì cường độ hiệu dụng đạt giá trị lớn nhất( hoặc u và i cùng pha hoặc trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng ) Tìm cách ghép của C với C ’ và tính C ’ :

* Phương pháp:

- Gọi Cb là điện dung tương đươmg của bộ tụ gồm C và C’

- Cường độ hiệu dụng đạt giá trị lớn nhất khi Zcb = ZL

- Nếu Zcb > ZC thì Cb < C , do đó C’ ghép nối tiếp C:

Cb = ; C’ =

- Nếu Zcb < ZC thì Cb > C , do đó C’ ghép song song với C :

Cb = ; Cb = C + C’ C’ = Cb – C

* Vận dụng: Cho mạch điện như hình vẽ:

R = 50 ; cuộn dây thuần cảm L = (H); C= F Biểu thức điện áp ởhai đầu đoạn mạch AB có dạng :uAB= 100 cos(100 t )(V) Ghép thêm một

CR

tụ C’ vào mạch trên thì cường độ hiệu dụng trong mạch đạt giá trị lớn nhất.Tìm cách ghép Tính C’ và I.

Giải

- Dung kháng : ZC = = 200

- Gọi Cb là điện dung tương đươmg của bộ tụ gồm C và C’

- Cường độ hiệu dụng trong mạch đạt giá trị lớn nhất khi :

Zcb = ZL = L = 100 Cb = = (F)

- Ta thấy Cb > C , do đó C’ ghép song song với C , ta có

Cb = C + C’ C’ = Cb – C = - = (F)

- Cường độ hiệu dụng trong mạch đạt giá trị cực đại : Imax = = 2A

6 Dạng bài tập tìm giá trị lớn nhất của điện áp bằng cách ứng dụng phương trình bậc hai:

* Cơ sở lí thuyết

- Xét phương trình bậc hai : y = ax2 + bx + c = 0

- Ta khai triển: y = ax2 + bx + c = a(x + )2 - ( = b2 - 4ac)

- Nếu b = 2b’ thì ’ = b’2 – ac; y = a(x + )2 -

* Vận dụng: Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ:

L = (H); R =6 Điện áp ở hai đầu đoạn mạch là:uAB= 120 cos100 tV

Hỏi khi thay đổi điện dung C của tụ điện có giá trị bao nhiêu thì điện áp hiệudụng ở hai đầu tụ điện cực đại Tính giá trị cực đại đó

ymin = = - = 0,36 UCmax = = 200(V)

7 Dạng bài tập tính hệ số công suất và công suất của mạch điện xoay chiều:

* Tính hệ số công suất :

- Sử dụng công thức: cos = ( ZL = L ; ZC = ; Z = )

- Nếu đề cho UR, UL , UC thì : cos = ; = +

Vận dụng: Đặt một điện áp xoay chiều vào hai đầu một đoạn mạch gồm

điện trở R mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C Biết điện áp hiệu dụng giữahai đầu điện trở và giữa hai đầu tụ điện lần lượt là 100 V và 100V Hệ sốcông suất của đoạn mạch là ?

Giải

- Vì đoạn mạch RC nên: = + UAB = 200V

- Ta có: cos = =

* Tính công suất của mạch:

- Sử dụng công thức: P = UIcos = I2R ; I =

- Nếu đề cho u = U0 cos( t + u) và biểu thức dòng điện là i =I0cos( t + i )thì: I = ; U = ; độ lệch pha giữa u và i là = u- i P = UIcos

Vận dụng: Điện áp ở hai đầu mạch là u = 200 cos(100 t - )(V) và cường độ dòng điện qua mạch là i = 2 cos(100 t + )(A) Tính công suất

tiêu thụ của mạch?

Giải

- Ta có: I = = 2A; U = = 200 V;

- Độ lệch pha giữa u và i là = u- i = - P = UIcos = 200W

8 Dạng bài tập về máy biến áp:

- Đối với máy biến áp lí tưởng: