0

SKKN Khai thác một số bài toán về dòng điện xoay chiều có RLC mắc nôi tiếp vào mạch điện xoay chiều

24 1,625 5
  • SKKN Khai thác một số bài toán về dòng điện xoay chiều có RLC mắc nôi tiếp vào mạch điện xoay chiều

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 08/04/2015, 22:00

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "KHAI THÁC MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ RLC MẮC NÔI TIẾP VÀO MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU" 1 I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện về vật lý. Hệ thống kiến thức này phải thiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp và đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý hiện đại. Hoạt động giải bài tập vật lý vừa giúp học sinh nắm vững các kiến thức vật lý vừa phát triển tư duy vật lý và năng lực sáng tạo. Bài tập vật lý là phương tiện dạy học được sử dụng ở mọi giai đoạn của quá trình dạy học. Hệ thống bài tập có sẵn trong các sách tham khảo rất nhiều, song làm thế nào để phát triển tư duy vật lý và năng lực sáng tạo, qua đó làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn đó là điều băn khoăn của không ít giáo viên . Để đạt được mục đích trên thì giáo viên không chỉ đơn thuần là hướng dẫn các em giải bài tập có sẵn trong sách giáo khoa, sách tham khảo mà phải biết khai thác các bài tập này, từ đó tạo ra các bài tập mới, tạo ra các tình huống mới hoặc mở rộng bài tập gốc phù hợp với thực tiễn. Trong quá trình dạy học giáo viên nên biết lựa chọn bài tập phù hợp với đối tượng và biết phát triển bài toán để học sinh hiểu và nắm được kiến thức mà chương trình yêu cầu. Qua quá trình dạy học vật lý ở trường phổ thông tôi nhận thấy phần mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp là phần có nội dung kiến thức rộng và sâu, có nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt đây còn là phần quan trọng với số lượng câu hỏi khá nhiều trong cấu trúc đề thi tốt nghiệp và đại học cao đẳng. Song với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì rất nhiều học sinh không coi trọng việc rèn luyện giải các bài tập tự luận, 2 các em học theo cách ghi nhớ một cách máy móc mà không hiểu bản chất, do vậy không đạt kết quả cao trong các kỳ thi. Với những lý do trên tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối tiếp vào dạy học”. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài nhằm nghiên cứu hai vấn đề: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phần mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp trong sách giáo khoa Vật lý 12- Nâng cao và các đề thi Đại học, cao đẳng. - Khai thác một số bài tập phần dòng điện xoay chiều và cách sử dụng chúng trong dạy học. NỘI DUNG A. Cơ sở lý thuyết - Điện áp tức thời: u = u L + u c + u R - Điện áp hiệu dụng: U = 22 )( CLR UUU −+ - Tổng trở: Z = 22 )( CL ZZR −+ - Độ lệch pha giữa u và i: tan R ZZ CL − = ϕ 3 B R L A C L U → LC U → U → U → C U → L U → LC U → + Nếu Z L > Z C thì u sớm pha hơn i (mạch có tính cảm kháng). + Nếu Z L < Z C thì u muộn pha hơn i (mạch có tính dung kháng). + Nếu Z L = Z C thì u cùng pha với i. - Định luật Ôm: I = Z U * Lưu ý học sinh: U là hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch nào thì Z là tổng trở của đoạn mạch đó. - Công suất điện: P = UIcos ϕ - Hệ số công suất: cos ϕ = Z R - Công suất tỏa nhiệt trên R: P R = RI 2 . - Giản đồ véc tơ: 4 C U → R U → R U → (Tổng hợp vectơ theo quy tắc hình bình hành) (Tổng hợp vectơ theo quy tắc đa giác) - Cộng hưởng điện: + Điều kiện có cộng hưởng điện: Z L = Z C . + Đặc điểm của đoạn mạch khi có cộng hưởng điện: . Z min = R . U L = U C . U = U R . I max = U/R = U R /R . u và i cùng pha . P max = UI max = U 2 /R (cos ϕ = 1) B. Khai thác một số bài tập về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối tiếp và vận dụng vào dạy học Bài tập 1.1: 5 B R A C (Bài tập 1 trang 173 – sách Vật lý 12 -NC) Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ: tụ điện có điện dung C = 61,3 µ F, điện trở thuần R có giá trị thay đổi được. Đặt vào 2 đầu đoạn mạch hiệu điện thế có phương trình: u = 120cos100 t π V. 1. Điều chỉnh cho biến trở có giá trị R 1 = 30 Ω. a. Tính tổng trở của đoạn mạch. b. Viết biểu thức cường độ tức thời trong đoạn mạch. 2. Cần điều chỉnh cho điện trở của biến trở đến giá trị nào để công suất trên biến trở đạt cực đại? Tính giá trị cực đại đó. * Định hướng cho học sinh: - Áp dụng công thức nào để tính Z?(mạch điện không có L thì Z L = ?) - Muốn viết biểu thức của i thì cần biết những đại lượng nào? - So sánh pha của u và i ? - Lập biểu thức tính P theo R. - Dùng toán học khảo sát P theo R. ( Lời giải sách giáo khoa trình bày rõ). * Khai thác thêm bài toán: Bài tập 1.2: Tương tự bài 1.1. Yêu cầu tìm công suất tiêu thụ cực đại trên biến trở khi mạch có thêm cuộn cảm thuần mắc nối tiếp có L = H π 1 . Khi đó R = ? 6 * Định hướng cho học sinh: - Viết biểu thức P theo R ? - Dùng toán học khảo sát P theo R ? Giải: Khảo sát P theo R: P = I 2 .R = 22 2 )( CL ZZR RU −+ = R ZZ R U CL 2 2 )( − + = y U 2 P max khi y min , theo bất đẳng thức Cauchy: y min khi R = CL ZZ − (3.1) Vậy: P max = CL ZZ U −2 2 (3.2) Thay số: P max = 75W và R = 48 Ω . Bài tập 1.3: Tương tự bài 1.2. Yêu cầu tìm công suất tiêu thụ cực đại của đoạn mạch khi cuộn dây có điện trở r = 5 Ω. Khi đó R = ? * Định hướng cho học sinh : - Khi cuộn dây có r thì điện trở thuần của đoạn mạch tính như thế nào ? - Biểu thức tính P ? - Dùng toán học khảo sát P theo R ? Giải: P = I 2 .(R+r) = 22 2 )()( )( CL ZZrR rRU −++ + = rR ZZ rR U CL + − ++ 2 2 )( = y U 2 7 P max khi y min , theo bất đẳng thức Cauchy: y min khi R = CL ZZ − - r (3.3) Thay số ta được : P max = 75W và R = 43 Ω. Bài tập 1.4: Tương tự bài 1.2. Yêu cầu tìm công suất tiêu thụ cực đại trên bến trở khi cuộn dây có điện trở r = 5 Ω. Khi đó R = ? * Định hướng cho học sinh : - Biểu thức tính P R ? - Dùng toán học khảo sát P theo R ? Giải: P R = I 2 .R = 22 2 )()( CL ZZrR RU −++ = r R rZZ R U CL 2 )( 22 2 + +− + = ry U 2 2 + P max khi R = 22 )( rZZ CL +− (3.4) Khi đó P Rmax = 67,5 và R ≈ 48,3 Ω. *. Nhận xét: - Dạng bài tập này đa số học sinh dựa vào các tài liệu tham khảo nhớ các công thức (3.1) đến (3.4) rồi áp dụng vào tính ra đáp số, nhất là khi đang áp dụng hình thức thi trắc nghiệm. Do vây các em không hiểu bản chất bài toán, rất dễ nhầm lẫn khi vào phòng thi. - Trong quá trình giảng dạy chúng ta không nên cho sẵn các công thức (3.1) đến (3.4) mà nên từ bài tập này học sinh tìm ra và giáo viên nhấn mạnh thêm để cho các em phân biệt 8 công suất tiêu thụ của đoạn mạch, công suất tiêu thụ trên điện trở thuần R khi đoạn mạch có cuộn dây thuần cảm và cuộn dây không thuần cảm. *. Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể củng cố cho bài “Công suất của dòng điện xoay chiều. Hệ số công suất”, hoặc dùng trong tiết bài tập của chương V, hoặc trong giờ tự chọn, hoặc trong các buổi học thêm,… * Bài tập luyện : Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ: Cuộn dây có độ tự cảm L = π 2 1 H, tụ điện có C = F π 2 10 4− , điện trở thuần có R thay đổi. Đặt vào 2 đầu đoạn mạch hiệu điện thế có phương trình: u = 200 2 cos100 t π V, thay đổi R đến giá trị R x thì công suất tỏa nhiệt trên R x là 123,6W. Tìm R x ? Nhận xét ? Bài tập 2.1 (ĐH Quốc gia Hà Nội 1998) Cho đoạn mạch như hình vẽ: Cuộn dây có độ tự cảm L, điện trở thuần có giá trị R, tụ điện có điện dung C. Đặt vào 2 đầu A, B hiệu điện thế xoay chiều có f = 50Hz. Hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch MN đo được là: U MN = 90V (R V ≈ ∞), khi đó u AM lệch pha 150 0 và u AN lệch pha 30 0 so với u MN , đồng thời U AM = U AM = U NB . 1. Cuộn dây có điện trở thuần không? Vì sao? 2. Tìm hiệu điện thế hiệu dụng tại 2 đầu A, B của đoạn mạch? 9 B R L N A C M V B R L, r A C U L U AM (Yêu cầu giải theo phương pháp đại số). * Định hướng cho học sinh : - Từ giả thiết về độ lệch pha giữa u AM và u MN, suy ra được điều gì?(cuộn dây có thuần cảm không?) - Tìm mối quan hệ giữa các giá trị hiệu điện thế hiệu dụng: U L, U r , U C, U AB . Giải: 1. Nếu cuộn dây không có r thì u AM ngược pha u MN , trái với giả thiết. Vậy cuộn dây có r ≠ 0. 2. Từ giả thiết ta có: AM ϕ = 3 π ⇒ U L = 3 U r (1.1) AN ϕ = - 3 π ⇒ U C - U L = 3 U r (1.2) Từ (1.1) và (1.2) ta được: U L = 2 C U = 45V, U r = 15 3 V, U R = 30 3 V. Từ đó tính được U AB = 90V. Bài tập 2.2:Tương tự bài 2.1 nhưng yêu cầu giải theo giản đồ véc tơ. * Định hướng cho học sinh: - Từ giả thiết vẽ giản đồ véc tơ ? - Từ giản đồ véc tơ xác định xem cuộn dây có r hay không ?(nếu cuộn dây không có r thì AM U → và MN U → như thế nào với nhau ? ) tìm mối quan hệ giữa U AB và U C ? Giải: 10 H [...]... về kiến thức của mạch có R, L, C nối tiếp thì chúng ta nên đưa vào dạng bài toán này sao cho phù hợp với các đối tượng học sinh để có kết quả tốt Dạng bài toán này có thể bao hàm được tất cả các dạng bài toán của mạch có R, L, C nối tiếp Sau đây là một số ví dụ: Bài tập 5.1 Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ: A C A X B X là một hộp đen chứa hoặc cuộn dây có điện trở, hoặc điện trở thuần hoặc tụ điện. .. của chúng 18 * Định hướng học sinh: - Mach có điện trở thuần hay không? - Giả thiết cho mạch có tụ điện và i muộn pha hơn u, suy ra mạch phải có linh kiện gì? Vì sao? Giải: - Do mạch điện tiêu thụ điện năng nên mạch điện có r - Do i trễ pha hơn uAB, mà mạch điện đã có tụ điện nên mạch phải có L Vậy hộp đen là một một cuộn dây có r ≠ 0 P 100 = = 50 ( Ω ) Ta có: P = I r → r = I 2 2 2 2 ( ) U 2 AB 2 2... thêm bài toán yêu cầu học sinh tự giải để kiểm tra: Bài tập 5.2 Giải nhanh bài toán trên, nếu i cùng pha uAB Bài tập 5.3 Giải nhanh bài toán trên, nếu i muộn pha hơn uAB Bài tập 6.1: Cho mạch điện như hình vẽ A C R M X B 19 10 −3 Tụ điện có C = (F), điện trở thuần R = 90Ω, X là một đoạn mạch gồm 2 trong 3 9π phần tử điện trở thuần R0, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L 0, tụ điện có điện dung C 0 mắc. .. hoặc trong giờ tự chọn,… Bài tập 3.1: Cho đoạn mạch RLC nối tiếp, R, L hằng số, tụ điện có điện dung C thay đổi được Đặt vào 2 đầu đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều có tần số f, giá trị hiệu dụng không đổi U Tụ điện thay đổi điện dung đến giá C 1 thì UC max Tìm giá trị UC max ? Giải theo phương pháp đại số * Định hướng cho học sinh : - Viết biểu thức tính UC theo ẩn C? - Dùng toán học khảo sát UC... thường” của bài toán và đề xuất các cách điều chỉnh dữ kiện để được bài toán thông thường * Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể dùng để củng cố bài 28 hoặc ra về nhà, hoặc dùng trong tiết Bài tập của chương V, hoặc trong giờ tự chọn,… * Sách giáo khoa Vật lý 12 – Nâng cao trong tiết Bài tập về dòng điện xoay chiều đã đưa ra 1 bài toán hộp đen và giải theo phương pháp đại số Đây là loại bài tập đòi... xong bài toán : Nếu cho R, L biến đổi thì hệ quả trên có đúng không ? 14 * Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể dùng để ra về nhà sau khi học xong bài 28, hoặc dùng trong tiết bài tập của chương V, hoặc trong giờ tự chọn,… * Bài tập luyện : C L R Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ:A Cuộn dây có độ tự cảm L = 1 2π B H, tụ điện là tụ xoay, điện trở thuần R = 100 Ω Đặt vào 2 đầu đoạn mạch hiệu điện. .. mạch sớm pha hơn π/3 so với hiệu điện thế giữa A - B a Hỏi hợp X chứa điện trở hay cuộn cảm Tính giá trị của nó b Viết biểu thức của dòng điện tức thời trong mạch 21 c Mắc thêm vào mạch điện AB một điện trở thuần thì thấy công suất tiêu thụ trên mạch đạt cực đại Hỏi phải mắc điện trở đó như thế nào Tính điện trở đó Bài 2: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ: uAB = 100 1 Khi K đóng: I = 2(A), uAB lệch pha... tòi khai thác một số bài tập phần mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp và đã áp dụng vào quá trình giảng dạy trong 2 năm học: 2009 – 2010 và 2010 – 2011 Tôi đã áp dụng cho các đối tượng học sinh khác nhau và thấy rằng các em rất hứng thú trong việc giáo viên đưa ra các bài tập trên Qua 23 đó các tiết bài tập có hiệu quả cao hơn, các em có kiến thức chắc chắn hơn và vận dụng để giải các bài. .. thường của bài toán là em đó đã hiểu lý thuyết - Như vậy với loại bài tập này không những rèn luyện kỹ năng giải bài tập mà quan trọng hơn nó giúp học sinh nhớ tính chất của các loại đoạn mạch xoay chiều để vận dụng vào làm các câu hỏi trắc nghiệm lý thuyết phần mạch điện xoay chiều 16 * Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể dùng để củng cố tiết 1 của bài 28 hoặc ra về nhà sau khi học xong bài đó, hoặc... tiết Bài tập của chương V, hoặc trong giờ tự chọn,… V1 L Bài tập luyện: A V2 C R N B Cho đoạn mạch như hình vẽ: 1 Cuộn dây có độ tự cảm L = 2π H, điện trở thuần có giá trị R = 20 Ω,tụ điện có điện dung C= 10 −3 2π π F Đặt vào 2 đầu A, B hiệu điện thế xoay chiều: u = 120cos(100 πt + 6 ) thì vôn kế thứ 1 chỉ 60V, vôn kế thứ 2 chỉ 80V.( coi điện trở các vôn kế rất lớn) Viết biểu thức cường độ dòng điện . KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: " ;KHAI THÁC MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ RLC MẮC NÔI TIẾP VÀO MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU" 1 I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà. B. Khai thác một số bài tập về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối tiếp và vận dụng vào dạy học Bài tập 1.1: 5 B R A C (Bài tập 1 trang 173 – sách Vật lý 12 -NC) Cho đoạn mạch xoay chiều. Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối tiếp vào dạy học”. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài nhằm nghiên cứu hai vấn đề: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phần mạch điện
- Xem thêm -

Xem thêm: SKKN Khai thác một số bài toán về dòng điện xoay chiều có RLC mắc nôi tiếp vào mạch điện xoay chiều, SKKN Khai thác một số bài toán về dòng điện xoay chiều có RLC mắc nôi tiếp vào mạch điện xoay chiều, SKKN Khai thác một số bài toán về dòng điện xoay chiều có RLC mắc nôi tiếp vào mạch điện xoay chiều

Từ khóa liên quan