Kỹ năng phân tích và giải nhanh một số bài toán khó về truyền tải điện năng

Giáo viên: Phạm Thị Xuân – Trường THPT Hoàng Lệ Kha- Thanh Hóa.. Giáo viên: Phạm Thị Xuân – Trường THPT Hoàng Lệ Kha- Thanh Hóa.. Giáo viên: Phạm Thị Xuân – Trường THPT Hoàng Lệ Kha- Tha

Trang 1

Giáo viên: Phạm Thị Xuân – Trường THPT Hoàng Lệ Kha- Thanh Hóa. Page 1

PHẦN I: MỞ ĐẦU I.1.Lí do chọn đề tài:

Quá trình giảng dạy môn Vật lý ở trường THPT, đặc biệt là trong quá trình ônluyện đội tuyển học sinh thi học sinh giỏi các cấp và các kì thi quốc gia, chuyên đề

Truyền tải điện năng là một chuyên đề hay và khá quan trọng nên các bài tập khó

về truyền tải điện năng thường có mặt trong các kì thi lớn này

Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì việc giải nhanh các bài toán vật

lý là yêu cầu hàng đầu của người học; yêu cầu tìm ra được phương pháp giải toán

Trang 2

một cách nhanh nhất, đi bằng con đường ngắn nhất không những giúp người họctiết kiệm được thời gian làm bài mà còn rèn luyện được tư duy và năng lực pháthiện vấn đề của người học

Trong thực tế các bài tập về truyền tải điện năng là tương đối khó nên các emhọc sinh thường lung túng trong việc tìm ra phương pháp giải và kỹ năng giải loạibài toán này

Qua quá trình tìm tòi, nghiên cứu trong nhiều năm tôi đã hệ thống hóa cácdạng bài tập cơ bản và khó về truyền tải điện năng và phương pháp giải các dạng

Trang 3

bài tập đó cho học sinh một cách dễ hiểu, dễ vận dụng, tránh được những lúngtúng, sai lầm và nâng cao kết quả trong các kỳ thi Trên cơ sở đó, tôi mạnh dạnchọn đề tài “ Kỹ năng phân tích và giải nhanh các bài toán khó về truyền tải điệnnăng” làm sáng kiến kinh nghiệm cho mình Với hy vọng đề tài này sẽ là một tàiliệu tham khảo phục vụ cho việc học tập của các em học sinh 12 và cho công tácgiảng dạy của các bạn đồng nghiệp

I.2 Mục đích nghiên cứu:

Trang 4

Phân loại các bài toán hay, khó về truyền tải điện năng và đưa ra phương phápgiải các bài toán đó nhằm giúp cho học sinh dễ hiểu, đồng thời giúp các em có kỹnăng phân tích, giải nhanh các dạng bài toán này

I.3 Đối tượng nghiên cứu:

- Nghiên cứu sự thay đổi hiệu suất truyền tải điện năng khi thay đổi điện áp nguồn,

cường độ dòng điện, các thiết bị tiêu thụ điện,…khi công suất nguồn phát khôngđổi và khi công suất tiêu thụ không đổi

- Nghiên cứu sự thay đổi của hiệu suất truyền tải điện khi điện áp nguồn không đổi

Trang 5

I.4 Phương pháp nghiên cứu:

- Tập hợp các bài toán điển hình trong sách giáo khoa, sách bài tập, trong các sáchnâng cao, đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, đề thi đại học trong những năm qua và phânchúng thành các bài tập minh họa của những dạng bài toán cơ bản

- Xây dựng bài toán tổng quát, hệ thống các công thức, kiến thức liên quan vàphương pháp giải cho từng dạng bài toán đó

- Có lời giải chi tiết các bài tập minh họa cho mỗi dạng để các em học sinh có thểvận dụng giải bài toán trắc nghiệm một cách nhanh nhất

Trang 6

Trang 7

- Đối với những bài toán liên quan đến sự thay đổi của hiệu suất tải điện khi thayđổi các thông số khác, học sinh thường lúng túng khi giải quyết các bài tập phầnnày bởi nhiều phép tính biến đổi phức tạp Đặc biệt, các em chưa biết cách biểudiễn một đại lượng biến thiên ( cường độ dòng điện I, điện áp U, ) thông qua mộtđai lượng không đổi ( công suất phát, công suất tiêu thụ, điện áp nguồn, ) theo yêucầu của bài toán, chưa có kỹ năng phân tích bài toán và thủ thuật giải nhanh bàitoán đó

Trang 8

Chính vì vậy, tôi đã phân dạng bài tập, phân tích kỹ năng giải các bài toán tổngquát, thủ thuật vận dụng giải nhanh trắc nghiệm giúp các em giải quyết tốt các bàitoán phần này

II.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

- Các bài toán truyền tải điện năng thường ở mức độ khó, các công thức biến đổiphức tạp Có nhiều dạng bài tập liên quan đến sự thay đổi của điện áp nguồn,cường độ dòng điện, hiệu suất truyền tải, công suất nguồn, công suất tiêu

Trang 9

thụ, Hiện nay vẫn chưa có một tài liệu tham khảo nào hướng dẫn giải cụ thể cácbài toán phức tạp đó

- Khi gặp các bài toán này các em học sinh thường lúng túng, ngại giải, bỏ qua,hoặc khoanh lấy may mắn

Chính vì vậy, nhiệm vụ của người giáo viên khi giảng dạy là: phải soạn riêng một

hệ thống bài tập với sự phân dạng cụ thể kèm theo phương pháp giải chi tiết chomỗi loại bài tập khác nhau và phù hợp vối đối tượng Như thế mới có thể giúp học

Trang 10

sinh nắm vững kiến thức vật lý, vận dụng sáng tạo trong việc tự giải quyết đượcnhiệm vụ của người học sinh trong học tập và trong đời sống

II.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề:

1 Các giải pháp thực hiện:

Từ thực trạng trên, tôi thấy rằng để bồi dưỡng học sinh nắm vững được kiến thứcphần “Truyền tải điện năng” thì cần phải phân dạng bài toán và đưa ra phươngpháp giải cụ thể cho mỗi dạng tương ứng Điều đó không chỉ giúp học sinh hiểuđược bản chất vật lý của hiện tượng qua mỗi bài toán mà còn giúp các em giải

Trang 11

quyết tốt được nhiệm vụ của mình trong học tập và vận dụng sáng tạo, khoa họcvào đời sống

2 Nội dung thực hiện:

Trang 12

BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

Trang 13

2 Tóm tắt lý thuyết:

 P là công suất truyền đi ở nơi phát điện

 U là điện áp nơi phát điện

 cosφ là hệ số công suất của mạch tải điện

Trang 14

- I là cường độ dòng điện trong dây dẫn : I  UcosP 

- Độ giảm điện áp trên đường dây tải : R

s U

P R

I U



cos 





- Công suất hao phí trên dây dẫn: 2 2

2 2

cos

U

R P R I

P 

 (1)

- Nếu điện áp truyền đi là U  nU thì công suất hao phí là:

Trang 15

2 2 2

2 2

cos

U n

R P R

Trang 16

- Nếu dùng máy biến áp : thay đổi điện áp nơi phát U Nếu giữ công suất đưalên đường dây tải điện là không đổi và tăng điện áp n lần thì công suất haophí giảm n2 lần

- Hiệu suất tải điện: 100 %

P

P P

B PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI.

Trang 17

DẠNG 1: CÔNG SUẤT NGUỒN PHÁT KHÔNG ĐỔI.

Bài toán 1:Thay đổi hiệu suất khi điện áp nguồn thay đổi.

Một máy phát điện xoay chiều một pha truyền đi một công suất điện không đổi Khiđiện áp hiệu dụng hai đầu đường dây là U thì hiệu suất truyền tải là H1% Để hiệusuất truyền tải là H2 % thì điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây phải là bao nhiêu ?

Bài giải :

Gọi công suất trước khi truyền tải là P, công suất hao phí trên đường dây tải điện

là P

Trang 18

Lúc đầu hiêụ suất là H1 ta có: 1 1 1 1 1 H1

P

P P

P

H        (1)Lúc sau hiêụ suất là H2 ta có: 2 1 2 2 1 H2

P

P P

P

H        (2)Mặt khác:

2 2

( os )

P R P

Uc 

  nên

2

1 1

2 2

1 2

1

2 2 2

1

1 1

1

H

H U

U H

H U

U P

Trang 19

Một máy phát điện xoay chiều một pha truyền đi một công suất điện không đổi.Khi điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây là U thì hiệu suất truyền tải là 75% Đểhiệu suất truyền tải tăng thêm 21% thì điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây phải là

Bài giải:

Lúc đầu hiệu suất truyền tải là 75% thì H1 = 0,75

Nếu tăng hiệu suất truyền tải lên 21% tức là 96% thì H2 = 0,96

Áp dụng công thức ở phần bài toán tổng quát ta có:

Trang 20

2 , 5

6 , 0 1

75 , 0 1 1

1

2

1 1

U

 U 2 2 U, 5 1 Chọn đáp án A

Ví dụ 2: ( Sách giải toán vật lý của tác giả Bùi Quang Hân)

Một trạm điện cần truyền tải điện năng đi xa Nếu hiệu điện thế trạm phát là U1 =5(KV) thì hiệu suất tải điện là 80% Nếu dùng một máy biến thế để tăng hiệu điệnthế trạm phát lên U2 = 5 2(KV) thì hiệu suất tải điện khi đó là:

A 85% B 90% C 95% D 92%

Trang 21

1

2

1 1

U

 H2  0 , 9  90 % Chọn đáp án B

Ví dụ 3 : ( Sách Gải toán vật lý 12 của tác giả Bùi Quang Hân)

Hiệu suất truyền tải điện năng một công suất P từ máy phát điện đến nới tiêu thụ

Trang 22

điện là 35% Dùng máy biến áp lí tưởng có tỉ số giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp

Trang 23

5 0 , 974 97 , 4 %

1

2 1

2 2

1 1

H U

U

Chon đáp án:B Đánh giá:

Logic bài toán rất phù hợp với yêu cầu thực tế của quá trình

truyền tải điện năng:

— Bài toán yêu cầu các em tư duy theo hướng lập quan hệ tỉ lệ bằng cách đưa về

điện áp ở tải tiêu thụ.

Trang 24

— Thành phần phát bị bỏ qua nên bài toán đơn giản

Bài toán 2 : Thay đổi hiệu suất khi cường độ dòng điện thay đổi.

Bài toán tổng quát: Điện năng truyền tải từ nơi phát điện đến nơi tiêu thụ điện ,

coi rằng dây dẫn có điện trở không đổi, tải tiêu thụ là biến trở có hệ số công suấtbằng 1 và công suất nơi phát là không đổi Lúc đầu, dòng truyền tải là I1 thì hiệusuất là H1 Để hiệu suất truyền tải là H2 thì cường độ dòng điện tăng hay giảm baonhiêu lần?

Bài giải :

Trang 25

Gọi P’ là công suất trước khi truyền tải, P là công suất đến tải tiêu thụ:

Trang 26

Ví dụ : ( Bài tập cơ bản và nâng cao Vật lý 12 của tác giả Vũ Thanh Khiết)

Điện năng từ nhà máy được đưa đến nơi tiêu thụ nhờ các dây dẫn, tại nơi phát điện

công suất là không đổi Ban đầu hiệu suất tải điện là 90 %. Muốn hiệu suất tải điện

là 96 % cần thay đổi cường độ dòng điện trên dây tải một lượng bằng bao nhiêu?

A 38 , 8 %. B 36 , 8 %. C 42 , 2 %. D 40 , 2 %.

Trang 27

Bài giải:

Từ công thức: 2 2

1 1

I I

Vậy cần giảm cường độ dòng điện đi 36,8 % Chọn đáp án B.

Bài toán 3: Thay đổi tính chất dây dẫn.

Trang 28

Bài toán tổng quát: Khi thay thế dây truyền tải điện bằng một dây khác cùng

chất liệu nhưng có đường kính tăng a lần thì hiệu suất tải điện là H1 Hỏi khi thaythế dây truyền tải bằng loại dây cùng chất liệu nhưng có đường kính tăng gấp blần thì hiệu suất truyền tải điện khi đó là bao nhiêu Biết công suất và điện áp nơiphát là không đổi

Trang 29

2 1

1

cos )

1

U

P P

H P

2

cos )

1

U

P P

H P

Trang 30

Trang 31

Bài giải:

Áp dụng công thức ở bài toán tổng quát ta có: H1 = 0,91 ; a=2, b=3

Hiệu suất truyền tải khi tăng đường kính lên gấp 3 là:

) ( 1 0 , 91 ) 0 , 96 96 %

3

2 ( 1 ) 1 ( ) (

1 2

2

b

a P

P P

Ví dụ 2: (Website : http://vatliphothong.vn)

Trang 32

Một nhà máy phát ra một công suất P không đổi, công suất này được truyền đếnnơi tiêu thụ bằng dây nhôm với hiệu suất truyền tải là 90% Hỏi nếu giảm côngsuất hao phí đi 4 lần thì phải tăng hay giảm đường kính của dây nhôm bao nhiêulần?

A Tăng 2 lần B Giảm 4 lần C Tăng 4 lần D Giảm 2 lần

Bài giải:

Ta có H1  90 %  0 , 9  P1  10 %  0 , 1

Trang 33

0 , 025

4

1 , 0 4

975 , 0 1 ) 1 (

) 1 ( ) ( ) 1 ( ) ( 1

1

2 2

1 2

a H

b

a P

P P

H

2

1 5 ,

Trang 34

Bài toán tổng quát: Giả sử điện áp tăng (giảm) từ aU đến bU thì số thiết bị hoạt

động tăng (giảm) từ n1 đến n2 thiết bị Hỏi nếu điện áp tăng hoặc giảm đến cU thì sốthiết bị tiêu thụ điện sẽ là bao nhiêu?

Bài giải:

Gọi P0 là công suất tiêu thụ điện của mỗi thiết bị; P1 là công suất của trạm phát ;

ΔP1, ΔP2, ΔP3 là công suất hao phí khi điện áp là aU, bU, cU , n3 là số thiết bị khihiệu điện thế là cU, giải bài toán trong trường hợp hiệu điện thế hai đầu đường dây

Trang 35

truyền tải tăng, ta có hệ phương trình sau: 

3 3

2 0

2 3

1 0

1 3

P P

n P

P P

n P

P P

n P

2 2 2

2

cos

U

RP RI

 Ta có:

2 2

1 2

2 2

1 3

Trang 36

Thay vào hệ (*) ta được:

0 3 3

1 2

0 2 3

1 0

1 3

) ( ) (

P c

a P

n P

P b

P n P

P P

n P

Trang 37

Điện năng từ một trạm phát điện được đưa đến một khu tái định cư bằng đườngdây truyền tải một pha Cho biết, nếu điện áp tại đầu truyền đi tăng từ U lên 2U thì

số hộ dân được trạm cung cấp đủ điện năng tăng từ 120 lên 144 Cho rằng chỉ tínhđến hao phí trên đường dây, công suất tiêu thụ điện của các hộ dân đều như nhau,công suất của trạm phát không đổi và hệ số công suất trong các trường hợp đềubằng nhau Nếu điện áp truyền đi là 4U thì trạm phát huy này cung cấp đủ điệnnăng cho:

A 168 hộ dân B 150 hộ dân C 504 hộ dân D 192 hộ dân

Trang 38

Bài giải :

Gọi P0 là công suất tiêu thụ điện của mỗi hộ dân ; P’ là công suất của trạm phát ;

ΔP1 là công suất hao phí trên dây tải lúc đầu Ta có : P  120P0  P1 (1)Khi tăng điện áp lên 2U , tương tự như trên ta có: P  144P0  P2

P  120P0  P1  144P0  P2 (2)

Từ (1) và (2) ta có : P 1 32P0  P  152P0

Trang 39

Khi tăng điện áp lên 4U :

16

1 0

P nP

Trang 40

thay thế sợi dây trên bằng sợi siêu dẫn để tải điện thì số hộ dân có đủ điện tiêu thụ

là bao nhiêu biết Pphát=const

Trang 41

Ta có: 0 0 22

U

R P nP P nP

P    

Khi điện áp U 1 U thì n  80, ta có : 80 0 22

U

R P P

P   (1) Khi điện áp U2  2Uthì n  95, ta có : 0 2 2

4

95

U

R P P

P   (2) Nếu dùng sợi dây siêu dẫn để tải điện thì : P  nP0 (3)

Trang 42

Giải (1), (2), và (3) ta được : P  100P0  n 100 Chọn A

Ví dụ 3: (Website : http://thuvienvatly.com )

Tại một điểm M có một máy phát điện xoay chiều một pha có công suất phát điện

và hiệu điện thế hiệu dụng ở hai cực của máy phát đều không đổi Nối hai cực củamáy phát với một trạm tăng áp có hệ số tăng áp là k đặt tại đó Từ máy tăng áp điệnnăng được đưa lên dây tải cung cấp cho một xưởng cơ khí cách xa điểm M Xưởng

cơ khí có các máy tiện cùng loại công suất khi hoạt động là như nhau Khi hệ số k

= 2 thì ở xưởng cơ khí có tối đa 120 máy tiện cùng hoạt động Khi hệ số k = 3 thì ở

Định dạng
Số trang	109
Dung lượng	608 KB