Skkn phương pháp giải bài tập phần máy biến thế truyền tải điện năng

Trong khi giảng dạy bộ môn tôi nhận thấy trong quá trình học sinh vậndụng kiến thức về Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa để giải bài tập haymắc các lỗi sau: - Không phân loại đư

PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lí do chọn đề tài nghiên cứu

Môn Vật lý là một bộ môn khoa học tự nhiên Những thành tựu của vật lýđược ứng dụng vào thực tiễn sản xuất và ngược lại chính chính thực tiễn sảnxuất đã thúc đẩy khoa học vật lý phát triển Vì vậy học vật lý không chỉ đơnthuần là học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vào thực tiễn sản xuất Do đótrong quá trình giảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có đượcnhững kỹ năng, kỹ xảo và thường xuyên vận dụng những hiểu biết đã học đểgiải quyết những vấn đề thực tiễn đặt ra Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạytrong nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức phổthông, cơ bản, có hệ thống và toàn diện về vật lý Hệ thống kiến thức này phảithiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp và đặc biệt phải phù hợp với quan điểmvật lý hiện đại Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc và đủ những kiếnthức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cần phải rèn luyệncho các học sinh những kỹ năng , kỹ xảo trong thực hành, trong giải bài tập, kỹnăng đo lường, quan sát …

Trong khi giảng dạy bộ môn tôi nhận thấy trong quá trình học sinh vậndụng kiến thức về Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa để giải bài tập haymắc các lỗi sau:

- Không phân loại được bài tập thuộc dạng nào?

- Không biết áp dụng các công thức suy diễn

- Không biết trình bày bài tập tự luận

Để giúp các em khắc phục những khó khăn trên và còn giải được nhữngbài tập nâng cao dành cho học sinh giỏi, gây hứng thú học tập cho các em

Chính vì những lý do trên nên tôi chọn đề tài “Phương pháp giải bài tập: Máy biến thế - Truyền tải điện năng”

2 Mục đích nghiên cứu

Bài tập vật lý được coi là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sứcquan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông.Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý các học sinh sẽ có được những những

kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc pháttriển tư duy của học sinh Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức

có hệ thống cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết

những tình huống cụ thể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn.

Vì thế mà tôi chọn đề tài này để nghiên cứu

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu về mặt lý luận các khái niệm về máy biến thế, về truyền tảiđiện năng

- Tìm hiểu thực trạng về khả năng học vật lý của học sinh lớp 9 trong trường

- Tìm hiểu các cách để giải một bài tập vật lý lớp 9 phần máy biến thế

- Nghiên cứu nội dung, mục tiêu, chuẩn chương trình sách giáo khoa vàsách tham khảo để tìm ra nhiều dạng bài tập thuộc đề tài nghiên cứu Thu thập,phân tích, tổng hợp và tiến hành thể nghiệm các biện pháp trên đối tượng họcsinh tại các lớp mình giảng dạy

- Phân tích những thành công, thất bại và nguyên nhân của những thành côngthất bại đó từ đó rút kinh nghiệm, lựa chọn và đưa ra phương pháp giải cho học sinhsao cho hiệu quả nhất

4 Đối tượng nghiên cứu, khách thể nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp giải bài tập phần Máy biến thế Truyền tải điện năng đi xa

Khách thể nghiên cứu: Học sinh lớp 9 trường THCS Năm học -2020

2019-5 Thành phần tham gia nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu: Bài tập về Máy biến thế - Truyền tải điện năngtương đối đa dạng Trong bài viết này chỉ phổ biến bốn dạng cơ bản thường gặpnhất

+ Dạng 1: Bài tập áp dụng công thức máy biến thế

+ Dạng 2: Bài tập tính hao phí trên đường dây truyền tải điện năng

+ Dạng 3: Máy biến thế đặt ở một đầu đường dây

+ Dạng 4: Máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây

- Đối tượng điều tra, khảo sát, thực nghiệm: học sinh các lớp tôitham gia giảng dạy ở trường tôi

6 Phương pháp nghiên cứu.

a) Điều tra thực tế:

Vật lý là môn học tìm hiểu thế giới tự nhiên, lí thuyết vật lý chỉ là việcphản ánh lại bản chất của tự nhiên Học sinh thường học thuộc lí thuyết màkhông hiểu bản chất các khái niệm

Chương trình học cũng gây khó khăn với học sinh: Phân phối chươngtrình của vật lý lớp 9 không có tiết bài tập, trong sách giáo khoa và sách bài tập

cũng không có hướng dẫn về phương pháp giải bài tập Học sinh là đối tượngđang “học”, cần có hướng dẫn mẫu để học sinh có cơ sở vận dụng theo Tôi thực

sự không hiểu tại sao sách bài tập vật lý lại không có hướng dẫn giải, khi họcsinh chỉ được trang bị lí thuyết thuần túy thì việc làm bài tập sẽ là một gánhnặng

b) Sưu tầm và nghiên cứu tài liệu

c) Kiểm tra kết quả học tập của học sinh theo các nhóm

7 Kế hoạch nghiên cứu

11/2019

Nắm bắt tình hình nhận thức của học sinh

Thu thập thông tin qua giáo viên chủ nhiệm

2 Từ 1/12/2019 Phân loại học sinh theo

nhóm nhỏ để giảng dạy

Áp dụng một số phương pháp phù hợp

a) Đối với giáo viên:

- Chủ động, sáng tạo trong việc giảng dạy kiến thức, chú ý minh họa thựctiễn giúp các em sáng tỏ vấn đề

- Sưu tầm, phân loại bài tập sao cho phù hợp với nhận thức của từng đốitượng học sinh

- Phân bố thời gian hợp lí trong tiết học nhằm tranh thủ truyền đạt thêm

kỹ năng làm bài tập vật lý cho các em

b) Đối với học sinh:

- Tăng cường kiểm tra, củng cố kiến thức trong từng phần của bài họcbằng các câu hỏi trắc nghiệm khách quan

- Hướng dẫn một số bài tập cần thiết trước khi giao về nhà

- Học sinh cần tạo thói quen “ngẫm nghĩ” cho kỹ, cho hiểu các khái niệmmới ( tránh lối thuộc vẹt); chịu khó suy nghĩ về các công thức vật lý và chịu khólàm bài tập vận dụng

PHẦN 2 NHỮNG BIỆN PHÁP ĐỔI MỚI HOẶC CẢI TIẾN

1 Cơ sở lý luận

Để học tập tốt môn Vật lý đạt kết quả cao thì ngoài việc nắm vững lý thuyếtcần phải biết ứng dụng lý thuyết vào việc giải bài tập một cách thành thạo nhưng

để giải bài tập thành thạo thì việc định hướng, phân loại bài tập là vô cùng cầnthiết

2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu (cơ sở thực tiễn)

Trong môn vật lý ở trường trung học cơ sở, bài tập phần nâng cao về Máybiến thế -Vấn đề truyền tải điện năng là tương đối khó đối với học sinh Làm thếnào để giải bài tập về chuyên đề này một cách đơn giản hơn? Đó là câu hỏikhông chỉ đặt ra với riêng tôi mà là câu hỏi chung cho những giáo viên muốnnâng cao chất lượng dạy học, và học sinh muốn nâng cao kiến thức

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại sách bài tập nâng cao nhằm đápứng nhu cầu học tập của học sinh nhưng qua tham khảo một số loại sách tôinhận thấy đa phần các sách này đều đưa ra các bài tập cụ thể và hướng dẫn giải.Các loại bài tập thuộc nhiều dạng khác nhau được đặt kế tiếp nhau, các bài tậpcùng loại lại đặt cách xa nhau hoặc trong một quyển sách không có đủ các dạngbài tập cơ bản về máy biến thế từ đơn giản đến phức tạp hoặc số bài tập về phầnnày rất ít Nói chung là các sách viết ra chưa phân loại các dạng bài tập một cách

cụ thể Chính vì cách viết sách như vậy đẫn đến việc các giáo viên trong quátrình giảng dạy từng tiết hoặc làm chuyên đề nâng cao rất mất nhiều thời gianđầu tư, còn học sinh thì làm bài tập một cách tràn lan và làm bài nào biết bài đó,không có phương pháp giải chung cho từng dạng bài nên kết quả học tập chưacao, rất khó khăn trong việc kích thích hứng thú học tập bộ môn, chưa kể đếnviệc mỗi giáo viên lại hướng dẫn khác nhau hoặc không đúng phương pháp dodạy chéo môn Việc học tập của học sinh trong môn vật lý trở nên khó khăn hơnlàm các em nản chí và không biết bắt đầu từ đâu để có thể nâng cao kiến thứccủa mình Việc tự học, tự nghiên cứu cũng khó thực hiện được

Vì các lý do trên, qua nhiều năm công tác với những hiểu biết và chútkinh nghiệm của bản thân, tôi mạnh dạn nêu lên một số suy nghĩ của mình về

“Phương pháp giải bài tập:Máy biến thế-Truyền tải điện năng” với mong

muốn hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh sẽ thu được kết quả caohơn, tôi cũng muốn tạo ra hướng đi mới trong việc tham khảo các sách bài tậpnâng cao

3 Mô tả, phân tích các giải pháp hoặc cải tiến mới

Vì khó khăn lớn nhất của học sinh là làm các bài tập có tính toán, vậndụng và biến đổi công thức nên trong chuyên đề này tôi chỉ đề cập đến các bàitoán định lượng Tôi tạm chia thành bốn dạng bài để hướng dẫn

Dạng 1: BÀI TẬP ÁP DỤNG CÔNG THỨC MÁY BIẾN THẾ

Phương pháp giải: Dạng bài tập này học sinh chỉ cần làm theo các bước

sau:

- Tóm tắt và đổi đơn vị (nếu cần): Ghi lại những gì đề bài cho biết và cầntìm dưới dạng kí hiệu, chú ý để không bị nhầm kí hiệu Cuộn sơ cấp nối vớinguồn có U1, n1; Cuộn thứ cấp lấy điện ra cho phụ tải có U2, n2

- Viết câu trả lời và công thức máy biến thế, rồi suy ra công thức tính đạilượng cần tìm

- Thay số và tính (thay số không ghi kèm đơn vị thì đơn vị kết quả đểtrong dấu ngoặc đơn)

Các bài tập minh họa Bài 1: Một máy biến thế có cuộn dây sơ cấp gồm 100 vòng, cuộn thứ cấp

gồm 1000 vòng Hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn dây sơ cấp là 220V Nếu coi điệnnăng không bị mất mát thì hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn thứ cấp là bao nhiêu?

U

Bài 2: Một máy biến áp để hạ hiệu điện thế từ 35kV xuống 6kV Cuộn

dây sơ cấp có 7000 vòng Tính số vòng dây ở cuộn thứ cấp

n

Bài 3: Nếu đặt vào 2 đầu cuộn sơ cấp của một máy biến thế lí tưởng (bỏ

qua hao phí) một hiệu điện thế xoay chiều xác định thì hiệu điện thế giữa 2 đầucuộn dây thứ cấp để hở là 100V Ở cuộn thứ cấp, nếu giảm bớt n vòng dây thìhiệu điện thế giữa 2 đầu để hở của nó là U, nếu tăng thêm n vòng dây thì hiệu

điện thế giữa 2 đầu để hở của nó là 2U Tính hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn thứcấp để hở khi nó tăng thêm 3n vòng dây.

dạng 1, nhưng cần lưu ý phân biệt:

- Công suất cần truyền tải (công suất toàn phần) P; Công suất ở nơi tiêuthụ (công suất có ích) P1; Công suất hao phí (trên đường dây truyền tải) Php

- Hiệu điện thế tại 2 đầu đường dây (nơi đi) U; Hiệu điện thế ở nơi tiêuthụ (nơi đến) U1; Độ sụt thế trên đường dây ∆U

- Đường dây truyền tải điện năng gồm 2 sợi dây

a) Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây

b) Hiệu điện thế ở nơi tiêu thụ

c) Hiệu suất của sự tải điện

d) Để công suất hao phí giảm đi 4 lần thì phải tăng hiệu điện thế trước khitải điện lên bao nhiêu?

P R

U  U → U/ = 2U1 = 5000V

Bài 2: Khi truyền tải một công suất điện 2.105 kW đi xa với hiệu điện thế trên đường dây tải điện là 220kV, ta thấy công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây bằng 4% công suất cần truyền tải Nếu truyền tải công suất điện đó cũng bằng đường dây đó nhưng với hiệu điện thế 110kV thì công suất do hao phí là bao nhiêu? So sánh với công suất cần truyền tải.

8.10 220000 110000

hp P

P   0,16 = 16%

Bài 3: Từ một trạm thủy điện nhỏ cách nhà trường 5km, người ta dùng

dây tải điện thường có đường kính 4mm, điện trở suất là 1,57 10-8Ωm Nhàtrường cần lưới điện 200V, tiêu thụ công suất 10kW

a) điện trở của dây tải điện

b) Tính hiệu điện thế đầu đường dây do máy cung cấp

c) Tính độ sụt thế trên đường dây, công suất hao phí trên đường dây vàhiệu suất tải điện của đường dây

d) Nếu muốn có hiệu suất 80% thì dây phải có đường kính tiết diện là baonhiêu?

1,57.10 10 12,56.10



 =12,5(Ω)

b) I =

4 1 1

10 200

U

U IR →R/ = 1Ω

S/ = /

l R



= 1,57.10 108 4

1

 = 1,57.10  4 (m2)

Bài 4: Một đường dây truyền tải công suất điện 1,2MW từ địa điểm A đến

B cách nhau 50km Dây dẫn làm bằng hợp kim có đường kính 8mm Biết điệntrở suất là 2,5 10-8Ωm

a) Tính điện trở của đường dây

b) Nếu hiệu điện thế tại hai đầu đường dây truyền tải là 24kV thì hiệu suấttruyền tải bằng bao nhiêu?

c) Để 95% công suất truyền tải đến được địa điểm B thì cần nâng hiệuđiện thế truyền tải lên bao nhiêu?

H =

6 6

1, 2.10

hp

P P P

Dạng 3: MÁY BIẾN THẾ ĐẶT Ở MỘT ĐẦU ĐƯỜNG DÂY

Phương pháp giải: Dạng bài tập này vẫn được giải theo các bước của dạng

1, nhưng cần lưu ý phân biệt:

- Máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây (nơi đi) là máy tăng thế, hiệu điệnthế hai đầu đường dây là hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp của máy

- Máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây (nơi đến) là máy hạ thế, hiệu điệnthế hai đầu đường dây là hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy

- Nếu bỏ qua hao phí bên trong của máy biến thế tức là coi hiệu suất củamáy biến thế là 100% thì công suất ở cuộn sơ cấp (P1) và cuộn thứ cấp (P2) đềubằng nhau Khi đó công suất tại máy tăng thế là công suất cần truyền tải còn

công suất tại máy hạ thế là công suất tại nơi tiêu thụ và công thức 2 1 2

a) Tính hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn dây thứ cấp

b) Tính công suất hao phí trên đường dây truyền tải điện năng, biết rằngđiện trở tổng cộng của đường dây này là 100Ω

n1 = 500 vòng

n2 = 11000 vòng

a) Hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn dây thứ cấp là

P R

U = 250 000(W)

Bài 2: Từ nguồn điện có hiệu điện thế U = 5000V, điện năng được truyền

trên dây đến nơi tiêu thụ Điện trở dây dẫn là 10Ω, công suất nơi tiêu thụ là96kW

a) Tính độ giảm thế trên dây, công suất hao phí trên dây và hiệu suất tảiđiện Biết rằng công suất hao phí trên dây nhỏ hơn công suất ở nơi tiêu thụ

b) Hiệu điện thế ở 2 đầu máy phát được nâng lên từ 2000V đến 5000Vnhờ một máy biến thế Tính tỉ số vòng giữa cuộn thứ cấp và sơ cấp và hiệu suấttải điện khi truyền trực tiếp từ máy phát

Công suất của máy phát: P = Php + Ptt = 4 + 96 = 100kW = 100000W

→ I/ = 50ACông suất hao phí trên đường dây: P/

hp = I/2R = 502.10 = 25000(W) = 25kW

Hiệu suất tải điện: H/ =

Bài 3: Một máy phát điện cung cấp cho mạch ngoài một công suất P1 =200kW Hiệu điện thế giữa 2 cực máy phát U1 = 4kV Dòng điện đi ra được đưavào cuộn sơ cấp của máy biến thế có hiệu suất là 100% Tỷ số vòng dây cuộnthứ cấp và cuộn sơ cấp của máy biến thế là a Dòng điện được dẫn đến nơi tiêuthụ bằng đường dây dẫn có điện trở là 40Ω

a) Tìm công suất và hiệu điện thế nơi tiêu thụ Tìm hiệu suất truyền tảiđiện, biết a = 4

b) Hiệu suất truyền tải điện thay đổi như thế nào nếu a tăng Từ đó nhậnxét gì về công dụng của máy biến thế

3 1

2.10 4.10

H =

5 5

a) Tính điện năng tiêu thụ của xã A trong một ngày, cho rằng mỗi ngày sửdụng trung bình 6 giờ

b) Tính U1 và độ giảm thế trên dây tải điện

c) Tính công suất hao phí điện năng trong quá trình tải điện từ huyện về

xã và tỉ lệ % giữa công suất hao phí với công suất cần truyền tải từ huyện

Cho biết khoảng cách từ huyện đến xã là 10km, dây tải điện có tiết diện là3,2cm2 và điện trở suất là 2 10-8Ωm

U R



 = 12500(W)

0

12500 880000

hp P

P  ≈ 0,0142 = 1,42%

Dạng 4: MÁY BIẾN THẾ ĐẶT Ở CẢ HAI ĐẦU ĐƯỜNG DÂY

Phương pháp giải: Dạng bài tập này vẫn được giải theo các bước của

dạng 1, nhưng cần lưu ý phân biệt:

- Máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây (nơi đi) là máy tăng thế, còn máybiến thế đặt ở hai đầu đường dây (nơi đến) là máy hạ thế.

- Hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy tăng thế U1 là hiệu điện thế do máyphát điện tạo ra Hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp của máy tăng thế U2 là hiệu điệnthế hai đầu đường dây (nơi đi) Hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy hạ thế U3 làhiệu điện thế hai đầu đường dây (nơi đến) Hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp củamáy hạ thế U4 là hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ

- Tại máy tăng thế: Cuộn sơ cấp có U1, n1, I1, P1

a) Tính công suất tiêu thụ ở B

1,6.10 2.10 0,875.10



 ≈ 40,76(Ω)

B P

Bài 2: Điện năng được tải từ máy phát điện đến nơi tiêu thụ Tổng điện

trở của đường dây tải điện là 4Ω Đầu đường dây đặt một máy tăng thế có hệ sốbiến đổi là 0,05 Cuối đường dây đặt một máy hạ thế có hệ số biến đổi là 10.Hiệu suất của máy hạ thế là 88% Nơi tiêu thụ điện là một khu nhà sử dụng 88bóng đèn loại 220V- 60W mắc song song và các đèn đều sáng bình thường Bỏqua điện trở của dây dẫn từ máy hạ thế đến nơi tiêu thụ và điện trở của các dâynối trong khu nhà

a) Tại sao khi truyền tải điện năng đi xa bằng dây dẫn người ta phải dùng

2 máy biến thế đặt ở 2 đầu đường dây tải điện

b) Tính hiệu điện thế ở 2 đầu ra và vào của máy hạ thế

c) Tính hiệu điện thế ở 2 đầu ra và vào của máy tăng thế

d) Nếu khu nhà dùng 112 bóng đèn gồm các loại 40W; 60W; 150W cócùng hiệu điện thế định mức 220V mà các đèn vẫn sáng bình thường thì cần baonhiêu đèn mỗi loại?

b) b) HĐT đầu ra của máy hạ thế: U4 = Uđm = 220VHĐT đầu vào của máy hạ thế: U3 = k2.U4 = 10.220 = 2200(V)c) c) Công suất ở cuộn thứ cấp của máy hạ thế bằng công suấttiêu thụ của 88 đèn loại 60W khi sáng bình thường: P4 = a.Pđm

= 88.60 =5280(W)