skkn phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Đơn vị: TRƯỜNG THPT chuyên LƯƠNG THẾ VINH Mã số: SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP NGUỒN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ BÀI TOÁN CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Người thực hiện: BẠCH NGỌC LINH Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học bộ môn: VẬT LÝ  - Lĩnh vực khác:  Có đính kèm: Các sản phẩm không thề hiện trong bản in SKKN  Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác Năm học: 2013-2014 x Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi MỤC LỤC I. Trang SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC 3 PHẦN A: MỞ ĐẦU 4 I. Lý do chọn đề tài 4 II. Tổ chức thực hiện đề tài 5 III. Hiệu quả của đề tài 6 IV. Đề xuất, khuyến nghị, khả năng áp dụng 6 PHẦN B: NỘI DUNG 7 I. Phương pháp nguồn tương đương 7 II.Bài tốn cơng suất 12 III. Áp dụng 15 IV. Các câu hỏi trắc nghiệm 33 V. Đáp án các câu hỏi trắc nghiệm 48 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SKKN 49 GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 2 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I. THƠNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN 1. Họ và tên: BẠCH NGỌC LINH 2. Ngày tháng năm sinh: 15-4-1967 3. Nam, nữ: Nữ 4. Địa chỉ: 291 đường 30 / 4 – Khu phố 4 – Phường Quyết Thắng – Thành phố Biên Hồ – Tỉnh Đồng Nai 5. Điện thoại: 0613 828 107 (CQ); ĐTDĐ: 0983 825 672 6. E-mail: ngoclinhbach1967@yahoo.com 7. Chức vụ: Phó bí thư chi bộ – Chủ tịch Cơng đòan – Tổ phó chun mơn tổ Vật lý 8. Đơn vị cơng tác: Trường THPT chun LƯƠNG THẾ VINH II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chun mơn, nghiệp vụ) cao nhất: Đại học SP - Năm nhận bằng: 1989 - Chun ngành đào tạo: Vật lý III.KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chun mơn có kinh nghiệm: Số năm có kinh nghiệm: 25 năm - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây: + Hồ quang điện + Giải bài tốn điện xoay chiều bằng phương pháp số phức + Bài tốn Bessel trong Quang hình học – Mở rộng và ứng dụng + Hiệu trưởng phối hợp với Cơng đồn để xây dựng đội ngũ tại trường THPT chun Lương Thế Vinh trong giai đoạn 2010-2015. + Bài tốn thời gian trong dao động điều hòa GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 3 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi Tên SKKN: PHƯƠNG PHÁP NGUỒN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ BÀI TỐN CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI PHẦN A – PHẦN MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1. Lý do khách quan: Trong các dạng bài tập của chương II – Dòng điện khơng đổi – Vật lý lớp 11, nhiều học sinh còn lúng túng khi giải dạng bài tập liên quan đến nguồn điện và cơng suất cực đại. Phương pháp nguồn tương đương có thể giúp giải các bài tốn dòng điện khơng đổi một cách nhanh chóng. Đặc biệt, bài tốn cơng suất của dòng điện khơng đổi trong các mạch điện phức tạp có thể giải dễ dàng nếu sử dụng phương pháp nguồn tương đương. Bài tốn cơng suất trong đó có cơng suất cực đại của dòng điện khơng đổi là dạng tốn Vật lý khó. Nếu học sinh làm được các bài tập phần này sẽ tự tin để học các phần tiếp theo. Phần bài tập này là phần trọng tâm của Học kỳ I Vật lý lớp 11 và các phần thi Học sinh Giỏi của Vật lý lớp 11 và 12. Do đó tơi chọn đề tài: “Phương pháp nguồn tương đương và bài tốn cơng suất của dòng điện khơng đổi” để viết Sáng kiến kinh nghiệm trong năm học 2013-2014 này, nhằm giúp học sinh nắm được phương pháp và giải được nhanh các bài tốn dòng điện khơng đổi có nguồn phức tạp. 2. Lý do chủ quan: Bản thân tơi đã trực tiếp giảng dạy khối 11 nhiều năm nên có kinh nghiệm với đề tài đã chọn. Ngồi ra, tơi có nhiều hứng thú với đề tài nghiên cứu và được sự động viên của đồng nghiệp. GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 4 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1. Cơ sở lý luận: Phương pháp nguồn tương đương có cơ sở lý luận từ định luật Ohm tổng qt và định luật Kirchhoff I (định luật về nút mạch). Đề tài tơi chọn liên quan đến phương pháp thay thế nhiều nguồn điện, máy thu hoặc các nguồn điện với các điện trở bởi một nguồn tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ thuộc phần dòng điện khơng đổi của Vật lý lớp 11. Đồng thời, đề tài có đề cập đến việc vận dụng phương pháp nguồn tương đương này vào bài tốn cơng suất của dòng điện khơng đổi. Nội dung kiến thức có trong chương 2 của chương trình Vật lý 11 Nâng cao và 11 Cơ bản. Tơi viết đề tài này nhằm đi sâu nghiên cứu để mở rộng vấn đề liên quan đến phương pháp nguồn tương đương. Giáo viên phải dạy cho học sinh biết vận dụng lý thuyết mà sách giáo khoa đưa ra vào giải bài tập. Đặc biệt, trong những bài tốn mạch điện có nguồn phức tạp, giáo viên nên giới thiệu phương pháp nguồn tương đương để các em sử dụng giải bài tốn điện khơng đổi một cách gọn nhẹ. 2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài: Đề tài này trình bày một phương pháp giải tốn điện liên quan đến nguồn điện khơng đổi, chia làm 9 dạng cụ thể. Ở mỗi dạng, có hình vẽ và cơng thức tính suất điện động E ’ và điện trở trong r’ của một nguồn điện tương đương được thay thế cho nhiều nguồn, máy thu, điện trở. Với 8 dạng đầu, tơi khơng chứng minh cơng thức vì chúng ta có thể tự suy từ ra định luật Ohm tổng qt và định luật Kirchhoff I hoặc đã có trong sách giáo khoa, sách tham khảo, Riêng dạng cuối cùng, tơi có chứng minh chi tiết. Phần tiếp theo là bài tốn mẫu về cơng suất, cơng suất cực đại của mach ngồi hoặc một điện trở của mach ngồi và hiệu suất của nguồn. GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 5 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi Sau đó, tơi đưa ra 11 bài tốn có số liệu để tính tốn cụ thể. Các bài tốn này đều có giải chi tiết. Nhiều bài giải bằng 2 cách, trong đó, cách thứ 2 là cách dùng phương pháp nguồn tương đương để bạn đọc thấy được hiệu quả của phương pháp này. Cuối đề tài là phần luyện tập dưới dạng các câu trắc nghiệm kèm theo đáp án. III. HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Học sinh sau khi đọc kỹ phần I - Phương pháp nguồn tương đương, phần II - Bài tốn cơng suất và phần III - Áp dụng thì có thể làm được các Câu hỏi trắc nghiệm - phần IV, tự mình có thể kiểm tra kết quả, đánh giá q trình học tập và vận dụng của bản thân. Như vậy học sinh có thể làm tốt các câu trắc nghiệm dạng này trong các đề thi Học kỳ I, các bài tự luận thi học sinh Giỏi Vật lý lớp 11 và 12 có liên quan đến đề tài. Phương pháp nguồn tương đương cùng với các định luật Ohm, các định luật Kirchhoff và các phương pháp khác như phương pháp điện thế nút, phương pháp chồng chập là cơ sở để giải quyết các bài tốn điện khơng đổi. IV. ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ, KHẢ NĂNG ÁP DỤNG - Đề tài có thể phổ biến rộng rãi cho học sinh khối 11 khá và giỏi. - Giáo viên có thể dùng phương pháp này để dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, lấy các câu trắc nghiệm ở cuối đề tài để bổ sung vào ngân hàng đề thi của mình. . NGƯỜI THỰC HIỆN BẠCH NGỌC LINH GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 6 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi PHẦN B: NỘI DUNG I. PHƯƠNG PHÁP NGUỒN TƯƠNG ĐƯƠNG 1. Có n nguồn điện khác nhau mắc nối tiếp như hình I.1a. Các nguồn này có thể thay bằng một nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ như hình I.1b, tính bởi cơng thức: E ’ = E 1 + E 2 + + E n và r’ = r 1 + r 2 + + r n 2. Có 3 nguồn điện khác nhau mắc nối tiếp, nhưng có nguồn thứ ba mắc nhầm cực (hoặc nguồn thứ ba là máy thu) như hình I.2a. Các nguồn này có thể thay bằng một nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ như hình I.2b, tính bởi cơng thức: E ’ = E 1 + E 2 − E 3 và r’ = r 1 + r 2 + r 3 Lưu ý: - Nếu E ’ > 0 thì nguồn điện tương đương có 2 cực đúng như hình I.2b. - Nếu E ’ < 0 thì nguồn điện tương đương có 2 cực ngược với hình I.2b. GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 7 E n , r n Hình I.1a E 1 , r 1 E 2 , r 2 Hình I.1b E ’, r’ E 3 , r 3 Hình I.2b E ’, r’ Hình I.2a E 1 , r 1 E 2 , r 2 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi 3. Một nguồn điện có suất điện động E , điện trở trong r mắc nối tiếp với một điện trở R như hình I.3a. Chúng có thể thay bằng một nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ như hình I.3b, tính bởi cơng thức: E ’ = E và r’ = r + R 4. Có n nguồn điện khác nhau mắc song song như hình I.4a. Các nguồn này có thể thay bằng một nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ như hình I.4b, tính bởi cơng thức: 1 2 n 1 1 1 1 r' r r r = + + + và 1 2 n 1 2 n ' r' r r r = + + + E E E E 5. Có n nguồn điện có cùng suất điện động E, nhưng điện trở trong khác nhau, mắc song song như hình I.5a. Các nguồn này có thể thay bằng một nguồn điện tương đương có suất điện động cũng là E và điện trở trong r’ như hình I.5b, tính bởi cơng thức: GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 8 Hình I.4b E ’, r’ Hình I.4a E 1 , r 1 E 2 , r 2 E n , r n Hình I.3a R E , r Hình I.3b E ’, r’ Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi 1 2 n 1 1 1 1 r' r r r = + + + và E ’ = E 6. Có 3 nguồn điện khác nhau mắc song song, nhưng có nguồn thứ ba mắc nhầm cực như hình I.6a. Các nguồn này có thể thay bằng một nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ như hình I.6b, tính bởi cơng thức: 1 2 3 1 1 1 1 r' r r r = + + và 1 2 3 1 2 3 ' r' r r r = + − E E E E Lưu ý: - Nếu E ’ > 0 thì nguồn điện tương đương có 2 cực đúng như hình I.6b. - Nếu E ’ < 0 thì nguồn điện tương đương có 2 cực ngược với hình I.6b. 7. Một nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r mắc song song với một điện trở R như hình I.7a. Chúng có thể thay bằng một GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 9 Hình I.6a E 1 , r 1 E 2 , r 2 E 3 , r 3 Hình I.6b E ’, r’ Hình I.5b E , r’ Hình I.5a E, r 1 E, r n Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ như hình I.7b, tính bởi cơng thức: 1 1 1 r' r R = + và ' 0 r' r R = + E E 8. Có N nguồn điện giống nhau (mỗi nguồn có suất điện động E và điện trở trong r) mắc hỗn hợp đối xứng thành x dãy song song, mỗi dãy có y nguồn nối tiếp như hình I.8a hoặc mắc thành y cụm nối tiếp, mỗi cụm có x nguồn song song như hình I.8b (N = x.y). Chúng có thể thay bằng một nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ như hình I.8c, tính bởi cơng thức: E ’ = y. E ; r’ = y.r x GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 10 Hình I.7b E ’, r’ Hình I.7a R E , r Hình I.8c E ’, r’ Hình I.8b x dãy // Hình I.8a y nguồn nối tiếp y cụm nối tiếp [...]... phụ thuộc vào vị trí và số nguồn mắc nhầm của mỗi dãy, mà phụ thuộc vào tổng số nguồn z mắc nhầm Vậy: Cơng thức tính suất điện động E ’ và điện trở trong r’ là z y.r  E ’ = E  y − 2 ÷ và r’ = x x  GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 11 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi II BÀI TỐN CƠNG SUẤT Cho mạch điện kín như hình II.1 Nguồn điện có suất điện động E, điện trở... bài toán công suất của dòng điện không đổi Dựa vào đồ thị PR theo R ở hình II.2, ta thấy ứng với cùng một cơng suất tiêu thụ ở mạch ngồi là P R < PRmax, ln tồn tại hai giá trị của R là R1 và R2 Nếu R1 < r thì R2 > r sao cho thỏa: R1.R2 = r2 GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 15 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi III ÁP DỤNG Bài 1: Cho mạch điện kín như hình III.1 Nguồn. .. Bạch Ngọc Linh 16 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi Bài 2: Cho mạch điện kín như hình III.2 Nguồn điện có suất điện động E = 24 V, điện trở trong r = 1,5 Ω; mạch ngồi có biến trở R 2 Điều chỉnh biến trở R để hiệu suất của nguồn điện E, r là H = 50% Tìm giá trị biến trở R và cơng suất mạch ngồi 3 R Điều chỉnh biến trở R thì thấy với cùng cơng suất tiêu thụ ở mạch... hiện: Bạch Ngọc Linh 35 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi Câu 5: Có 6 pin giống nhau, mỗi pin có suất điện động 1,5 V và điện trở trong 0,5 Ω được dự định ghép nối tiếp, nhưng có 1 pin mắc nhầm cực Suất điện động và điện trở trong của bộ pin là A 9 V và 3 Ω C 6 V và 3 Ω B 7,5 V và 2,5 Ω D 3 V và 2 Ω Câu 6: Có 7 pin giống nhau, mỗi pin điện trở trong 0,2 Ω được.. .Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi 9 Có N nguồn điện giống nhau (E , r) mắc hỗn hợp đối xứng thành x dãy song song, mỗi dãy có y nguồn nối tiếp như hình I.8a, nhưng có z nguồn mắc nhầm cực (trong đó số nguồn mắc nhầm cực ở dãy thứ 1 là z1; dãy thứ 2 là z2;… ; dãy thứ x là zx) Chúng có thể thay bằng một nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện. .. nguồn có 60 nguồn điện giống nhau (mỗi nguồn có E = 1,5 V, r = 0,6 Ω) mắc hỗn hợp đối xứng thành x dãy song song, mỗi dãy có y nguồn nối tiếp; mạch ngồi chỉ có điện trở R = 1 Ω 1 Tính x và y để cơng suất tiêu thụ trên mạch ngồi đạt cực đại Tìm cơng suất cực đại này và hiệu suất của bộ nguồn GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 31 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi 2 Giả... hình III.5: Nguồn có suất điện động E = 12 V và điện trở trong r = 3 Ω; R1 = 1 Ω; R2 = 4 Ω; R3 là biến trở R3 R1 B E,r GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh R2 C Hình III.5 21 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi 1 Điều chỉnh biến trở R 3 để cơng suất tiêu thụ của cả mạch ngồi là cực đại Tìm giá trị biến trở R3, cơng suất mạch ngồi và hiệu suất của nguồn lúc này 2 Điều... giảm = A và PR giảm dần x.R x 4 c Với 31 ≤ z ≤ 60, khi z tăng 1 đơn vị thì các độ lớn: E ’ tăng E 2.E 1 = 0,5 V; IR tăng = A và PR tăng dần x.R x 4 GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 34 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi IV CÁC CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu 1: Có 10 nguồn điện giống nhau (E và r) dự định mắc nối tiếp, nhưng có 1 nguồn mắc nhầm cực Bộ nguồn này có suất điện. .. cơng suất biến trở và hiệu suất của nguồn lúc này GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 19 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi Giải 1 Điều chỉnh biến trở R để cơng suất cả mạch ngồi có giá trị cực đại: 1 Rngồi = r = 2 Ω ⇔ R ngoai = 1 1 + R1 R ⇒ R= R 1.R ngoai 6.2 = =3Ω R 1 − R ngoai 6 − 2 E 2 122 Pngồi max = = = 18 W 4r 4.2 Hnguồn = 50% 2 Điều chỉnh biến trở R để cơng suất. .. E ’ và điện trở trong r’ là A E ’ = 9E và r’= 10r C E ’ = 8E và r’= 10r B E ’ = 9E và r’= 9r D E ’ = 8E và r’= 9r Câu 2: Có 20 nguồn điện giống nhau (E và r) dự định mắc nối tiếp, nhưng có 3 nguồn mắc nhầm cực Bộ nguồn này có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ là A E ’ = 14E và r’= 17r C E ’ = 17E và r’= 17r B E ’ = 17E và r’= 20r D E ’ = 14E và r’= 20r Câu 3: Có a nguồn điện giống nhau (E và r) . Bài tốn thời gian trong dao động điều hòa GV thực hiện: Bạch Ngọc Linh 3 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi Tên SKKN: PHƯƠNG PHÁP NGUỒN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ. , r’ Hình I.5a E, r 1 E, r n Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi nguồn điện tương đương có suất điện động E ’ và điện trở trong r’ như hình I.7b, tính. Bạch Ngọc Linh 16 Phương pháp nguồn tương đương và bài toán công suất của dòng điện không đổi Bài 2: Cho mạch điện kín như hình III.2. Nguồn điện có suất điện động E = 24 V, điện trở trong r =