skkn CHUYÊN đề DÒNG điện XOAY CHIỀU

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT NGUYỄN ĐÌNH CHIỂU  Mã số: ………………………… SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đề tài: CHUN ĐỀ DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Người thực hiện: HỒ THÚY HẰNG Lónh vực nghiên cứu: Quản lý giáo dục:  Phương pháp dạy học môn  Phương pháp giáo dục  Lónh vực khác  Năm học: 2012-2013 SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC THƠNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên : HỒ THÚY HẰNG Ngày tháng năm sinh : 28 – 07 – 1982 Nam / Nữ : Nữ Địa : Tổ 28 Khu Phước Hải– Huyện Long Thành – Tỉnh Đồng Nai Điện thoại : 0978525950 Fax : E-mail Chức vụ : Giáo viên Đơn vị cơng tác : Trường THPT Nguyễn Đình Chiểu TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO − Học vị (hoặc trình độ chun mơn, nghiệp vụ) cao :Tốt nghiệp Đại Học Sư Phạm TP HCM − Năm nhận : 2005 − Chun nghành đào tạo: Vật lý KINH NGHIỆM KHOA HỌC − Lĩnh vực chun mơn có kinh nghiệm : Giảng dạy Vật lý THPT − Số năm kinh nghiệm : Năm − Các sáng kiến kinh nghiêm có năm gần : + Sử dụng đường tròn lượng giác dao động điều hòa + Phương pháp giảng dạy trắc nghiệm để gây hứng thú phát huy tính tích cực học sinh giảng lớp + Chun đề sóng sóng âm CHUN ĐỀ VỀ DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, mà hình thức thi trắc nghiệm khách quan áp dụng kì thi tốt nghiệp tuyển sinh đại học, cao đẳng u cầu việc nhận dạng để giải nhanh tối ưu câu trắc nghiệm, đặc biệt câu trắc nghiệm định lượng cần thiết để đạt kết cao kì thi Trong chun đề này, chúng tơi xin đề cập đến “DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU”, dòng điện sử dụng rộng rãi đáp ứng cho nhu cầu sống ngày Chính khơng có phương pháp giải cụ thể cho tập dạng học sinh khơng nắm vững kiến thức làm đạt kết tốt Tơi viết chủ đề hy vọng học sinh Nguyễn Đình Chiểu nói riêng tồn học sinh khối 12 tham khảo để em hiểu rõ chương “DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Cơ sở lí luận : Đối với mơn vật lý trường phổ thơng, tập vật lý đóng vai trò quan trọng Việc hướng dẫn học sinh làm tập vật lý hoạt động dạy học khó khăn, bộc lộ rõ trình độ người giáo viên vật lý việc hướng dẫn hoạt động trì tuệ học sinh Vì đòi hỏi người giáo viên học sinh hiểu sâu quy luật vật lý nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để tự giải tập cụ thể, giúp phát triển tư óc sáng tạo học sinh Nội dung, biện pháp thực chun đề : CHƯƠNG : DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A TĨM TẮT LÝ THUYẾT: I Định nghĩa dòng điện xoay chiều: Dòng điện xoay chiều dòng điện có cường độ biến đối điều hòa theo thời gian: i = I0cos(ωt+ ϕ) Trong i giá trị tức thời dòng điện thời điểm t, I giá trị cực đại i, gọi biên độ dòng điện Biểu thức điện áp tức thời có dạng : u = U0cos(ωt + ϕu) Cường độ hiệu dụng dòng điện xoay chiều đại lượng có giá trị cường độ dòng điện khơng đổi, cho qua điện trở R cơng suất tiêu thụ R dòng điện khơng đổi cơng suất trung bình tiêu thụ R dòng điện xoay chiều nói Các giá trị hiệu dụng: I = I0 U0 ;U= ; 2 I, U: Các giá trị hiệu dụng dòng điện, điện áp Các giá trị hiệu dụng đo dụng cụ đo điện (ampe kế, vơn kế) Ngun tắc tạo dòng điện xoay chiều dựa tượng cảm ứng điện từ II Dòng điện xoay chiều đoạn mạch khơng phân nhánh (đoạn mạch RLC) Cơng thức tính tổng trở đoạn mạch RLC nối tiếp: Z = R + (Z L − Z C ) R điện trở mạch ZL cảm kháng cuộn cảm, tính cơng thức ZL = Lω ZC dung kháng tụ điện, tính cơng thức Z C = Định luật Ơm: I = Cω U U hay I = Z Z Độ lệch pha u i: tan ϕ = Z L − Z C = Lω − R R Cω * Mối quan hệ pha u i trường hợp: + Nếu ZL > ZC ϕ > : u sớm pha i (i trễ pha u) + Nếu ZL < ZC ϕ < : u trễ pha i (i sớm pha u) + Nếu ZL = ZC ϕ = : u i pha Liên hệ hiệu điện hiệu dụng: U = U R2 + (U L − U C ) Hiện tượng cộng hưởng điện: Trong đoạn mạch RLC, ZL = ZC ϕ = : u i pha, mạch xảy tượng cộng hưởng Khi Lω = hay ω2LC = Cω * Khi xảy cộng hường thì: + Tổng trở mạch đạt giá trị cực tiểu Z min= R, lúc cường độ hiệu dụng mạch đạt giá trị cực đại: I max = U R + Điện áp hai đầu đoạn mạch biến thiên pha với cường độ dòng điện + Điện áp hai đầu điện trở điện áp hai đầu đoạn mạch III Dßng ®iƯn xoay chiỊu ®o¹n m¹ch chØ cã ®iƯn trë thn, cn c¶m hc tơ ®iƯn Đoạn mạch có điện trở Sơ đồ mạch B A Đoạn mạch có cuộn cảm Đoạn mạch có tụ điện B A R B A L - Điện trở R C - Cảm kháng: - Dung kháng: ZL = ωL = 2πfL Đặc điểm - Điện áp hai đầu - Điện áp hai đầu đoạn ZC = = ωC 2πfC đoạn mạch biến thiên mạch biến thiên điều điều hồ pha với hồ sớm pha dòng dòng điện π - Điện áp hai đầu điện góc đoạn mạch biến thiên điều hồ trễ pha so với dòng điện góc Các vectơ quayr ur U I Định luật Ơm r I ur UR I= ur UL r I ur UL UR R I= r I uuu r UC r I r I UL ZL π I= ur UC UC ZC IV Cơng suất dòng điện xoay chiều: Cơng suất tiêu thu mạch điện xoay chiều RLC: P = UIcosϕ = RI2, U: giá trị hiệu dụng điện áp I: giá trị hiệu dụng cường độ dòng điện cosϕ hệ số cơng suất mạch điện Đối với mạch RLC: cosϕ = R Z 2.Ý nghĩa hệ số cơng suất: cosϕ = (ϕ = 0): Mạch có điện trở trường hợp có cộng hưởng cosϕ = : Mạch khơng có R, có cuộn L, tụ C, cuộn L tụ C Cơng suất hao phí đường dây tải điện: Php = rI = r P2 , P U cos ϕ cơng suất tiêu thụ, U điện áp hiệu dụng từ nhà máy, r điện trở dây tải điện Với cơng suất tiêu thụ, hệ số cơng suất nhỏ cơng suất hao phí đường dây lớn Vì vậy, để tăng cường hiệu việc sử dụng điện năng, phải tìm cách nâng cao giá trị cosϕ B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN Dạng 1: Đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp ( Cuộn dây khơng có điện trở thuần), cho biết i=I0sin ω t , viết biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch Tính cơng suất tiêu thụ Phương pháp giải: Giả sử i=I0sin ω t u có dạng tổng qt u=U0sin (ωt + ϕ ) Tìm U0 : nhờ U0=I0.Z Z = R + (Z L − Z C )2 Z −Z Tìm ϕ : Nhờ tgϕ = L C R Tính cơng suất tiêu thụ P Cách 1: Dùng lập luận đoạn mạch R,L,C có R tiêu thụ điện dạng nhiệt cuộn cảm tụ C khơng tiêu thụ điện P=PR=RI2 Cách 2: Dùng cơng thức tính P = UIcosϕ với I= I0 , cos ϕ = R Z Dạng 2: Đoạn mạch RLC : cho biết u=U0sin ω t , xác định biểu thức i suy biểu thức uR , uL,uc Phương pháp giải: Nếu u=U0cos ω t i có dạng i = I 0cos(ωt − ϕ ) Với I = U0 Z −Z Z = R + (Z L − Z C )2 , tgϕ = L C Z R suy biểu thức uR , uL,uc uR pha với i , uR = U R cos(ωt − ϕ ) với U0R=IoR uL nhanh pha i góc uc chậm pha i góc π π , uL = U L cos(ωt − ϕ + ) với U0L=I0ZL 2 π π , uC = U 0C cos(ωt − ϕ − ) với U0C=I0ZC 2 Bài tập 1: Cho mạch R,L,C mắc nối tiếp R=100Ω , L = 10−4 H; C = F , hiệu điện π 2π hai đầu mạch u = 200 2cos100π t (V ) Viết biểu thức điện áp uR, uL, uC Hướng dẫn : Để viết biểu thức uR, uL, uC trước hết ta phải viết biểu thức i Vì u = 200 2cos100π t (V ) nên i = I sin(ωt − ϕ ) ( A) với Z = R + (Z L − Z C )2 ZL = ωL = 1 100π = 100Ω, Z C = = −4 = 200Ω π ωC 10 100π 2π ⇒ Z = 1002 − (100 − 200) = 100 Ω I0 = U 200 Z − Z C 100 − 200 π = = A, tgϕ = L = = −1 ⇒ ϕ = − rad Z R 100 100 π i = 2cos(100π t + ) ( A) -Điện áp hai đầu điện trở pha với cường độ dòng điện π uR = U R cos(100π t + ) π ⇒ uR = 200cos(100π t + ) (V ) (V)với U0R=I0R=2.100=200V Điện áp hai đầu cuộn dây nhanh pha cường độ dòng điện π π π + ); U L = I Z L = 200(V ) 3π ⇒ uL = 200cos(100π t + ) (V ) u L = U L cos(100π t + Biểu thức điện áp hai đầu tụ điện chậm pha cường độ dòng điện qua mạch góc π π π − ); U 0C = I Z C = 400(V ) π ⇒ uC = 400cos(100π t − ) (V ) uC = U 0C cos(100π t + Dạng 3: Tìm mối liên hệ điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch điện áp hiệu dụng phần tử mắc mạch Phương pháp giải: Máy đo giá trị hiệu dụng vơn kế đo diện áp hiệu dụng: U=IZ Nếu mạch có RLC mắc nối tiếp ta dùng giản đồ Fresnel để suy U = U R2 + (U L − U C ) , U=I Z = I R + (Z L − Z C )2 ⇔ U = U R2 + (U L − U C )2 với UR=IR UC=IZC , UL =IZL , Nếu mạch có R nối tiếp với cuộn dây cảm ( Tương đương cuộn dây có điện trở thuần) Hiệu điện hiệu dụng hai đầu mạch U 72 = U R2 + U L2 Nếu mạch có R nối tiếp với C điện áp hai đầu mạch U = U R2 + U C2 Nếu mạch có cuộn cảm mắc nối tiếp với C U = U L − U C Bàt tập 2: Một đoạn mạch nối tiếp gồm R=10Ω , cuộn dây cảm có L = tụ C = 500 µ F , cường độ dòng điện qua mạch I=5A, tần số f=50Hz π 0,1 H π a.Tính tổng trở đoạn mạch b.Tính điện áp hiệu dụng hi đầu R, L , C đoạn mạch Nghiệm lại cơng thức U = U R2 + (U L − U C )2 Hướng dẫn : a Z = R + (Z L − Z C )2 R = 10Ω, Z L = ω L = 0,1 1 100π = 10Ω, Z C = = = 20Ω π ωC 500 10 −6.100π π ⇒ Z = 102 + (10 − 20) = 10 2Ω b UR=IR=10.5=50V, UL=I.ZL=10.5=50V, UC=ZC.I=20.5=100V, U=I.Z=10 5=50 V Nghiệm lại (50 2) = 502 + (50 − 100) ⇔ 2.502 = 2.502 Dạng 4: Đoạn mạch RLC : Cho biết U,R : Tìm hệ thức liên hệ L,C, ω để Imax, để u,i pha để hệ số cơng suất cos ϕ =1 Phương pháp giải:: U U 1.Trường hợp Imax : Theo định luật Ơm I= Z = để I=Imax ZMin R + (Z L − ZC )2 ⇔ Z L − ZC = ⇔ ω L = ⇒ ω LC = ωC 2.Trường hợp u,i pha Z L − ZC Z −Z , để u , i pha tgϕ = L C =0 R R ⇔ Z L − ZC = ⇔ ω L = ⇒ ω LC = ωC Trường hợp cosϕ Max=1 Ta có tgϕ = R =1 R= Z = R + (Z L − Z C )2 Z ⇔ Z L − ZC = ⇔ ω L = ⇒ ω LC = ωC Ta có cos ϕ = Dạng 5: Đoạn mạch RLC : Xác định cách mắc tụ C ’ vào tụ C (tính C’) để I=max, để u,i pha để hệ số cơng suất cos ϕ =1 Phương pháp giải: Cách 1: Gọi Ctđ điện dung tương đương C C’ Lập luận tương tự dạng ta có kết ω LCtd = ⇒ Ctđ So sánh Ctđ với C Nếu Ctđ>C ⇒ C’ ghép song song với C Ctđ=C+C’ ⇒ C’ 1 ' Nếu Ctđ[...]... nối tiếp  Tổng trở: Z =  Cường độ dòng điện hiệu dụng I =  Điện áp ln pha hơn dòng điện Câu 5: Đoạn mạch gồm R và C mắc nối tiếp  Tổng trở: Z =  Cường độ dòng điện hiệu dụng I =  Điện áp ln pha hơn dòng điện Câu 6: Đoạn mạch gồm L và C mắc nối tiếp  Tổng trở: Z =  Cường độ dòng điện hiệu dụng I = 15  Điện áp ln .HOẶC pha hơn dòng điện Câu 7: Hệ số cơng suất và cơng... của dòng điện trong đoạn A C 2A 18 D 2 A Câu 19:Đặt điện áp xoay chiều u = 200 2 cos100πt (V) vào hai đầu một đoạn mạch gồm cuộn cảm có độ tự cảm L =1/ π H và tụ điện có điện dung C = 10−4 / 2π F mắc nối tiếp Cường độ dòng điện trong đoạn mạch là A 2 A B 1,5 A C 0,75 A D 22 A Câu 20: Đặt một điện áp xoay chiều u = U0cosωt(V) vào hai đầu một đoạn mạch RLC khơng phân nhánh Dòng điện nhanh pha hơn điện. .. Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R và cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp Tổng trở của mạch Z = R 2 Gọi u và i là hiệu điện thế và dòng điện xoay chiều ở mạch thì A u nhanh pha π so với i 2 π 4 C u nhanh pha so với i; B u chậm pha π so với i 2 D u chậm pha π so với i 4 Câu 22: Đặt điện áp xoay chiều u = U 2 cost (V) vào hai đầu một điện trở thuần R = 110 Ω thì cường độ hiệu dụng của dòng điện. .. hai đầu mạch điện áp u = U0 cos ωt (V) cường độ hiệu dụng trong mạch có giá trị: A U0 L.ω B U0 C 2.ωL U0 2 L.ω D L.ω.U 0 Câu 10: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với tụ điện C Nếu dung kháng ZC bằng R thì cường độ dòng điện chạy qua điện trở ln A nhanh pha B chậm pha π so với điện áp ở hai đầu mạch 4 π so với điện áp ở hai đầu tụ điện 2 C nhanh pha π so với điện áp ở hai... 27: Dòng điện xoay chiều qua cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = π 1 H 2π biết cường độ dòng điện tức thới i = 2 cos(100 π t + )(A) thì biểu thức điện áp 6 hai đầu mạch là: A u = 50cos(100 π t+ 2π ) (V) 3 2π B u = 50 2 cos(100 π t ) (V) 3 2π D u = 50cos(100 π t - C u = 50 2 cos(100 π t + ) (V) 3 2π ) (V) 3 Câu 28:Một mạch điện gồm điện trở thuần R = 40 Ω mắc nối tiếp với L = 0,4 H π Dòng điện xoay chiều. .. có dòng điện xoay chiều chạy qua những phần tử nào khơng tiêu thụ điện? A Chỉ có L B R và L C L và C D chỉ có R Câu 31 : Cơng suất toả nhiệt trung bình của dòng điện xoay chiều được tính theo cơng thức nào sau đây ? A P = u.i.cosφ B P = u.i.sinφ C P = U.I.cosφ D P = U.I.sinφ Câu 32: Đặt điện áp u = 50 2 cos100πt(V) vào hai đầu đoạn mạch R, L, C nối tiếp Biết điện áp hai đầu cuộn Điện áp hai đầu điện. .. độ dòng điện i = 5cos100πt (A) có A tần số 100 Hz C giá trị cực đại 5 2 A B giá trị hiệu dụng 2,5 2 A 16 D chu kì 0,2 s Câu 5: Đoạn mạch gồm điện trở thuần R nối tiếp với tụ điện có điện dung là C và nối với mạng điện xoay chiều có u = U 0 cos ωt thì góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện được xác định bởi biểu thức : A tan ϕ = − C cos ϕ = ω.C R B tan ϕ = − R ω.C 1 ; ω.C.R D tan ϕ = ω R.C Câu 6: Điện. .. I TỔNG HỢP KIẾN THỨC: Câu 1: Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R:  Điện áp ln pha với dòng điện  Nếu i = I 0 cos ωt thì u = U 0 cos(ωt .) với I 0 = Câu 2 : Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm L:  Điện áp ln pha so với dòng điện  Nếu i = I 0 cos ωt thì u = U 0 cos(ωt + ) với I 0 = Câu 3: Đoạn mạch chỉ có tụ điện C :  Điện áp ln pha so với dòng điện  Nếu i = I 0 cos ωt thì u = U 0 cos(ωt... so với điện áp ở hai đầu mạch 4 Câu 11: Điện áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần là u = 100 2 cos100πt (V) Cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua mạch là 5A Thì độ tự cảm của cuộn dây có giá trị 2 π A L = H; B L = 0,2 H π 2 π C L = mH 17 D 1mH Câu 12: Đoạn mạch xoay chiều gồm điện trở R nối tiếp C Điện áp u = 100cos(100 π t ) (V) vào hai đầu đoạn mạch thì dòng điện i = 2cos(100 π t + π ) 3 (A) Tụ điện có... một đoạn mạch có biểu thức u = 220 2 cos100π t (V ) Giá trị hiệu dụng của điện áp này là A 220V B 220 2 C 110V D 110 2 V Câu 7: Ngun tắc chung tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng A cộng hưởng điện B tương tác từ C cảm ứng điện từD tự cảm Câu 8: Một đoạn mạch chứa một số tụ điện có điện dung C, đặt vào hai đầu mạch điện áp tức thời là u = U 0 cos ωt (V) cường độ hiệu dụng trong mạch có giá ... học sinh Nội dung, biện pháp thực chun đề : CHƯƠNG : DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A TĨM TẮT LÝ THUYẾT: I Định nghĩa dòng điện xoay chiều: Dòng điện xoay chiều dòng điện có cường độ biến đối điều hòa theo... giá trị hiệu dụng dòng điện, điện áp Các giá trị hiệu dụng đo dụng cụ đo điện (ampe kế, vơn kế) Ngun tắc tạo dòng điện xoay chiều dựa tượng cảm ứng điện từ II Dòng điện xoay chiều đoạn mạch khơng... suất dòng điện xoay chiều: Cơng suất tiêu thu mạch điện xoay chiều RLC: P = UIcosϕ = RI2, U: giá trị hiệu dụng điện áp I: giá trị hiệu dụng cường độ dòng điện cosϕ hệ số cơng suất mạch điện Đối