Thông tin tài liệu
HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TỐN BIỆN LUẬN CƠNG SUẤT DÒNG XOAY CHIỀU PHẦN I: MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Môn Vật lý phận khoa học tự nhiên nghiên cứu tượng vật lý nói chung điện học nói riêng Những thành tựu vật lý ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ngược lại thực tiễn sản xuất thúc đẩy khoa học vật lý phát triển Vì học vật lý khơng dơn học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vật lý vào thực tiễn sản xuất Do trình giảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có kỹ năng, kỹ xảo thường xuyên vận dụng hiểu biết học để giải vấn đề thực tiễn đặt Bộ môn vật lý đưa vào giảng dạy nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thơng, bản, có hệ thống Hệ thống kiến thức phải thiết thực có tính kỹ thuật tổng hợp đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý đại Để học sinh hiểu cách sâu sắc kiến thức áp dụng kiến thức vào thực tiễn sống cần phải rèn luyện cho học sinh kỹ : Kỹ giải tập, kỹ đo lường, quan sát ….Bài tập vật lý với tư cách phương pháp dạy học, có ý nghĩa quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học vật lý nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt tập vật lý học sinh có kỹ so sánh, phân tích, tổng hợp … góp phần việc phát triển tư học sinh Đặc biệt tập vật lý giúp học sinh cố kiến thúc có hệ thống vận dụng kiến thức học vào việc giải tình cụ thể, làm cho môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn em Hiện , xu đổi toàn diện giáo dục, đào tạo : đổi nội dung chương trình,đổi phương pháp giảng dạy phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả, thi cử Đối với môn vật lý kiểm tra đánh giá phương pháp trắc nghiệm khách quan Điểm đáng lưu ý với phương pháp nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn kiến thức chương trình, tránh học tủ, học lệch để đạt dược kết tốt việc kiểm tra, thi tuyển học sinh phải nắm vững kiến thức mà cịn phải có phản ứng nhanh dạng tốn, đặc biệt dạng tốn mang tính chất biện luận mà em thường gặp.Với mong muốn tìm phương pháp giải toán trắc nghiệm cách nhanh chóng, đồng thời có khả trực quan hố tư học sinh lơi nhiều học sinh tham gia vào trình giải tập, giúp số học sinh không yêu thích khơng giỏi mơn vật lý cảm thấy đơn giản việc giải toán biện luận vật lý Bài tốn biện luận nói chung tốn biện luận cơng suất dịng xoay chiều nói riêng tốn khó học sinh , với học sinh cần hướng dẫn Vì lý nên tơi chọn đề tài:HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TỐN BIỆN LUẬN CƠNG SUẤT DỊNG XOAY CHIỀU II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Làm quen với cơng tác nghiên cứu khoa học - Tìm cho phương pháp để tạo khơng khí hứng thú lôi nhiều học sinh tham gia giải tập lý, đồng thời giúp em đạt kết cao kỳ thi - Nghiên cứu phương pháp giải tập vật lý với quan điểm phù hợp với “Phương pháp Trắc nghiệm khách quan” III NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Trong đề tài giải nhiệm vụ sau: - Tìm hiểu sở lý luận chung tập vật lý phương pháp tập vật lý nhà trường phổ thơng - Đưa số dạng tốn biện luận điển hình số tốn tổng quát - Vận dung toán tổng quát để giải số tập cụ thể V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết - Giải tập vận dụng VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI -Trong giới hạn đề tài đưa phương pháp giải dạng tốn biện luận cơng suất dịng xoay chiều - Đối tượng áp dụng :Tất học sinh lớp 12 PHẦN II: NỘI DUNG I/ KIẾN THỨC LIÊN QUAN : 1/ Nguyên tắc chung: Để tìm cực trị biểu thức xuất phát từ công thức tổng quát chúng, thực phép biến đổi theo quy tắc tử số mẫu số đại lượng biến thiên để biểu thức thay đổi (chia tử mẫu cho tử số chẳng hạn ) 2/ Kiến thức tốn học liên quan: • Bất đẳng thức Cauchy : Cho hai số không âm a, b Dấu xảy a = b • Hàm số bậc hai , với a > đạt giá trị nhỏ điểm • Định lý vi ét: Phương trình bậc 2: ax bx c có nghiệm phân biệt x1 , x2 Ta có : x1 x2 b c ; x1.x2 a a II CÁC DẠNG TỐN BIỆN LUẬN CƠNG SUẤT DỊNG XOAY CHIỀU LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nếu U, R = const Thay đổi L C, Điều kiện để P Max Từ : 2 U U P R P Max R (Z L ZC ) R Z L ZC R C L A B (Mạch xảy tượng cộng hưởng điện hệ số công suất cos ) Nếu L, C, , U = const Thay đổi R Điều kiện để P Từ : P = I2R P P Max Max U2 R Áp dụng bất dẳng thức Cơ-si ta có R (Z L ZC )2 U2 U2 R = ZL- ZC Z R cos 2 Z L ZC 2R Mạch RrLC có R thay đổi (hình vẽ) R L, r C Khi A P AB Max B U2 U2 R r Z L ZC Z L ZC 2( R r ) Khi P R Max U2 R r (Z L ZC )2 2( R r ) Mạch RrLC R biến đổi cho hai giá trị R1 R2 cho công suất P0 P Max Từ: P I (R r) U2 ( R r ) P0 ( R r ) U ( R r ) P0 ( Z L ZC ) ( R r )2 ( Z L ZC )2 U2 R R r P0 Theo định lí Vi-ét ta có : ( R r )( R r ) ( Z Z ) 2 L C Mạch RLC R biến đổi cho hai giá trị R1 R2 cho công suất P P Max Từ: P I R U2 R P R U R P (Z L ZC )2 2 R ( Z L ZC ) Theo định lí Vi-ét ta có : R1 R2 U2 ; P R1 R2 ( Z L ZC )2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Và R R1R2 P Max U2 R1 R2 III/CÁC BÀI TOÁN TỔNG QUÁT VÀ CÁC VÍ DỤ VẬN DỤNG: BÀI TỐN TỔNG QT Cho mạch điện xoay chiều RLC R có thay đổi (R cịn gọi biến trở) Tìm giá trị R để : a Cường độ hiệu dụng I mạch đạt giá trị cực đại, (nếu có) b Cường độ hiệu dụng I mạch đạt giá trị cực tiểu, (nếu có) c Điện áp hiệu dụng hai đầu R đạt cực đại, (nếu có) d Điện áp hiệu dụng hai đầu R đạt cực tiểu, (nếu có) e Cơng suất tỏa nhiệt điện trở R đạt cực đại thể * Hướng dẫn giải: a Cường độ hiệu dụng R = Imax giá trị b Vậy R lớn cường độ dòng điện nhỏ giảm dần 0, (đúng với khái niệm điện trở : cho biết khả cản trở di chuyển điện tích, tức cản trở dịng điện) c Điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở là: d Ta có: e Công suất tỏa nhiệt R (cũng toàn mạch): Z Z với y R L C R Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Dấu xảy : Khi công suất cực đại mạch : Vậy mạch điện xoay chiều RLC có R thay đổi đạt cơng suất tỏa nhiệt R cực đại: Pmax U2 U2 R Z L ZC ymin Z L ZC Chú ý: • Trong trường hợp Pmax hệ số cơng suất mạch • Thơng thường mạch điện có R thay đổi đề thường yêu cầu tìm R để Pmax nên em ý trường hợp Ví dụ 1: Cho mạch điện RLC, R thay đổi được, điện áp hai đầu mạch là: Tìm R để : a Mạch tiêu thụ cơng suất P = 90W viết biểu thức cường độ hiệu dụng mạch b Cơng suất tỏa nhiệt mạch cực đại Pmax tính giá trị Pmax * Hướng dẫn giải: Ta có: a Cơng suất mạch tiêu thụ cơng suất tỏa nhiệt điện trở R: • Với Độ lệch pha u va i thỏa mãn : Biểu thức cường độ dịng điện • Với : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Độ lệch pha u va i thỏa mãn : Biểu thức cường độ dòng điện : Z Z với y R L C R b Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: Dấu xảy : Khi cơng suất cực đại mạch : Vậy R 75 Pmax = 150W * Nhận xét : Trong mạch điện RLC mà cuộn dây có thêm điện trở hoạt động r ta tìm cơng suất mạch cực đại cơng suất tỏa nhiệt R cực đại • Cơng suất tỏa nhiệt P toàn mạch cực đại: Z Z với y R r L C Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: R r Dấu xảy : Khi cơng suất cực đại mạch Vậy mạch điện xoay chiều RLC có R thay đổi cuộn dây không cảm đạt công suất tỏa nhiệt toàn mạch đạt giá trị cực đại LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Pmax U2 U2 R Z L ZC r Ymin Z L ZC • Cơng suất tỏa nhiệt điện trở R, (PR) cực đại: với R y 2Rr r R Z L ZC R Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: Dấu xảy : Khi cơng suất cực đại mạch : Vậy mạch điện xoay chiều RLC có R thay đổi cuộn dây không cảm đạt công suất tỏa nhiệt R cực đại : Pmax U2 U2 R r Z L ZC 2 Ymin 2r r Z Z L C Ví dụ 2: Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có r = 50Ω, L điện có điện dung C H tụ 10 104 F điện trở R thay đổi Tất mắc nối tiếp với nhau, đặt vào hai đầu đoạn mạch có hiệu điện xoay chiều u 100 2cos100 t V Tìm R để: a Hệ số công suất mạch b Cơng suất tỏa nhiệt tồn mạch đạt cực đại Tính giá trị cực đại c Cơng suất tỏa nhiệt điện trở R cực đại Tính giá trị cực đại cơng suất * Hướng dẫn giải: Ta có a Hệ số cơng suất mạch : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thay số ta : Giải phương trình ta nghiệm R cần tìm b Cơng suất tiêu thụ đoạn mạch đạt giá trị cực đại : Khi cơng suất cực đại mạch : c Ta có cơng st tỏa nhiệt R là: với : Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: Dấu xảy Khi cơng suất cực đại mạch: BÀI TOÁN TỔNG QUÁT Cho mạch điện RLC có R thay đổi Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch điện U Khi R = R1 R = R2 mạch tiêu thụ công suất (hay P1 = P2 ) Chứng minh rằng: a R1.R2 Z L ZC b Công suất tiêu thụ : P U2 R1 R2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com * Hướng dẫn giải: a Theo giả thiết ta có P1 = P2 b Ta có Vậy mạch RLC có R thay đổi mà R = R1 R = R2 P1 = P2 thỏa mãn Ví dụ 1: (Đại học – 2009) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R mắc nối tiếp với tụ điện Dung kháng tụ điện 100Ω Khi điều chỉnh R hai giá trị R1 R2 công suất tiêu thụ đoạn mạch Biết điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện R = R1 hai lần điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện R = R2 Các giá trị R1 R2 là: A R1 = 50Ω, R2 = 100Ω B R1 = 40Ω, R2 = 250Ω C R1 = 50Ω, R2 = 200Ω D R1 = 25Ω, R2 = 100Ω * Hướng dẫn giải: Theo giả thiết ta có P1 = P2 (1) Mặt khác, gọi U1C điện áp tụ điện R = R1 U2C điện áp tụ điện R = R2 Khi theo ta : Lại có : , (2) Giải (1) (2) ta R1 = 50Ω, R2 = 200Ω LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ví dụ 2: Một mạch điện gồm tụ điện C, cuộn cảm L cảm kháng biến trở R mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu mạch điện hiệu điện xoay chiều Biết ứng với hai giá trị biến trở: R1 = 18Ω R2 = 32Ω cơng suất tiêu thụ P đoạn mạch Công suất P đoạn mạch nhận giá trị giá trị sau? * Hướng dẫn giải: Theo chứng minh cơng thức ta BÀI TỐN TỔNG QT Cho mạch điện xoay chiều RLC L thay đổi Tìm giá trị L để: a Cường độ hiệu dụng I mạch đạt giá trị cực đại b Công suất tỏa nhiệt mạch đạt cực đại Tính giá trị Pmax c Điện áp hiệu dụng hai đầu L đạt cực đại * Hướng dẫn giải: a Cường độ hiệu dụng : L U Imax giá trị I max C R b Công suất tỏa nhiệt mạch Do R không đổi nên Giá trị c Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm là: R2 Z Với y 1 C , ZL ZL x y R x 1 ZC x R ZC2 x 2ZC x đặt ZL Do hệ số a R ZC2 hàm số y đạt giá trị nhỏ khi: 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khi giá trị nhỏ hàm số y là: Vậy U Lmax R Z c2 U R Z c2 ZL = Zc R 104 Ví dụ 1: Cho mạch điện hình vẽ Trong R 100 3; C F Cuộn dây 2 cảm có độ tự cảm L thay đổi Điện áp hai đầu đoạn mạch u = 200cos(100πt) (V) Xác định độ tự cảm cuộn dây trường hợp sau: a Hệ số công suất mạch cosφ = b Hệ số công suất mạch cosφ = c Điện áp hiệu dụng cuộn cảm L cực đại * Hướng dẫn giải: Ta có a Hệ số cơng suất b.Khi c Theo chứng minh ta điện áp hiệu dụng hai đầu L đạt cực đại Giá trị cực đại: 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ví dụ 2: Cho mạch điện RLC, L thay đổi được, điện áp hai đầu mạch 104 u 170 2cos100 t V Các giá trị R 80; C F Tìm L để: 2 a Mạch có cơng suất cực đại Tính Pmax b Mạch có cơng suất P = 80W c Điện áp hiệu dụng hai đầu L đạt cực đại Tính giá trị cực đại * Hướng dẫn giải: Ta có a Cơng suất mạch P = I2.R Do R không đổi nên: Pmax Imax ZL= ZC = 200 L= b P = I R 200 U 1702 H Khi : Pmax= R.I 2max = = W R 80 U2 1702.80 R 80 80 ZL= 350 ZL=50 Z2 802 Z L 200 Từ ta tìm hai giá trị L thỏa mãn đề c Điện áp hiệu dụng hai đầu L đạt cực đại Giá trị cực đại PHẦN BA: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Lần chuyên đề áp dụng lớp 12 A2, sau kiểm tra khảo sát hai lớp 12A1 12A2 trường , 12 A2 học theo chuyên đề Lớp 12 A1 học theo hướng truyền thống Kết thu sau: Kết khảo sát Lớp khảo sát TB trở lên Giỏi Khá TB Yếu Lớp thực nghiệm 12A2 (34 hs) 73,9% 17,4% 21,74% 34,76% 26,1% 52,1% 10,86% 15,2% 26% 47,9% Lớp đối chứng 12A1(40hs) 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Sau khảo sát chuyên đề áp dụng đại trà cho học sinh lớp 12 tổ chuyên môn đánh giá cao PHẦN BỐN: KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu rút học kinh nghiệm sau: - việc phân dạng tập hướng dẫn học sinh nhận dạng giải tập mang lại kết tương đối tốt , phù hợp với việc đổi phương pháp giảng dạy, phương pháp thi cử theo hướng trắc nghiệm khách quan - Việc phân loại dạng tập hướng dẫn học sinh làm tốt dạng tập giúp cho giáo viên nắm vững mục tiêu , chương trình từ nâng cao chất lượng giảng dạy mơn vật lý Giúp giáo viên khơng ngừng tìm tòi, sáng tạo phương pháp phân loại giải tập phù hợp với đối tượng học sinh, từ nhằm nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ người giáo viên MỘT SỐ KIẾN NGHỊ Việc dạy học môn vật lý trường phổ thông quan trong, giúp em biết tư logic, biết phân tích, tổng hợp tượng sống Vì giáo viên giảng dạy mơn vật lý cần khơng ngừng học hỏi, sáng tạo để tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với đối tượng học sinh Đối với thân kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên đề tài nhiều khiếm khuyết, mong đồng nghiệp tiếp tục nghiên cứu, bổ sung để đề tài đạt kết cao Tôi xin chân thành cảm ơn PHẦN NĂM : DANH MỤC THAM KHẢO 1/ Sách giáo khoa Vật lý 12 Nâng cao - Nhà xuất giáo dục 2011 2/ Sách giáo khoa Vật lý 12 Cơ - Nhà xuất giáo dục 2011 3/ Sách tập Vật lý 12 Nâng cao -Nhà xuất giáo dục 2011 4/ Sách tập Vật lý 12 Cơ -Nhà xuất giáo dục 2011 5/Giải toán Vật lý tập tác giả Bùi Quang Hân 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Nghiên cứu lý thuyết - Giải tập vận dụng VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI -Trong giới hạn đề tài đưa phương pháp giải dạng tốn biện luận cơng suất dòng xoay chiều - Đối tượng áp dụng :Tất học sinh lớp 12 PHẦN II:... Công suất tỏa nhiệt điện trở R cực đại Tính giá trị cực đại cơng suất * Hướng dẫn giải: Ta có a Hệ số cơng suất mạch : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thay số ta : Giải. .. hiệu điện xoay chiều Biết ứng với hai giá trị biến trở: R1 = 18Ω R2 = 32Ω cơng suất tiêu thụ P đoạn mạch Công suất P đoạn mạch nhận giá trị giá trị sau? * Hướng dẫn giải: Theo chứng minh công thức
Ngày đăng: 18/10/2022, 14:34
Xem thêm:
