PHÂN LOẠI và CÁCH GIẢI một số bài tập điện XOAY CHIỀU

SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Mai Thị Thu Huyền Ngày tháng năm sinh: 26 – 08 -1976 Giới tính: Nữ Địa chỉ: 18/G2 – KPI- P Long Bình Tân - TP Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai Điện thoại: CQ- 0613.834289 NR- 0613.834288 ĐTDĐ – 0938.282846 Fax: E-mail: huyenha76@yahoo.com.vn Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: THPT Nguyễn Hữu Cảnh – TP Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân - Năm nhận bằng: 1998 - Chuyên ngành đào tạo: Vật Lý III.KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Vật Lý Số năm có kinh nghiệm:13 năm - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Tên sáng kiến kinh nghiệm: “PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU” I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày đạt thành tựu to lớn, kiến thức khoa học ngày sâu rộng Khoa học kỹ thuật có tác động quan trọng góp phần làm thay đổi mặt xã hội loài người, ngành khoa học kỹ thuật cao Vật lý môn khoa học bản, làm sở lý thuyết cho số môn khoa học ứng dụng ngày Do có tính thực tiễn nên môn Vật Lý phổ thông môn mang tính hấp dẫn Tuy vậy, Vật Lý môn học khó sở toán học Bài tập đa dạng phong phú Trong phân phối chương trình số tiết tập lại số với nhu cầu cần củng cố kiến thức cho học sinh Chính người giao viên phải đưa phương pháp tốt nhắm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn Việc phân loại hướng dẫn cách giải việc làm cần thiết Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều -2- Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Trong chương trình Vật lý 12, tập điện xoay chiều đa dạng khó Qua năm đứng lớp giảng dạy nhận thấy học sinh thường lúng túng việc tìm cách giải tập Xuất phát từ thực tiễn trên, qua kinh nghiệm giảng dạy chọn đề tài: “ PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU” Đề tài giúp học sinh khắc sâu kiến thức lí thuyết qua hệ thống tập phương pháp giải chúng, giúp em chủ động làm tập II NỘI DUNG ĐỀ TÀI Cơ sở lý luận Chủ đề 1: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều -3- Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai - Thông thường tập thuộc dạng yêu cầu ta tính từ thông, suất điện động cảm ứng xuất khung dây quay từ trường Ta sử dụng công thức sau để giải: ω = 2π f - Tần số góc: (đơn vị: rad/s) - Tần số suất điện động cảm ứng khung tần số quay khung: f = ω 2π (Đơn vị: Hz) T= - Chu kỳ quay khung dây: 2π = f ω (đơn vị: s) - Biểu thức từ thông: Φ = Φ o cos ( ωt + ϕ ) ,với Φ o = NBS ( ) uur uu r ' - Biểu thức suất điện động: e = −Φ = Eo sin ( ωt + ϕ ) , Với ϕ = B, n lúc t = Hay e = Eo cos ( ωt + ϕo ) , với Eo = ω NBS (đơn vị: V) Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP - Xác định giá trị cực đại cường độ dòng điện Io điện áp cực đại Uo - Xác định góc lệch pha ϕ u i: tan ϕu / i = Z L − ZC U L − U C = R UR ϕu / i = −ϕi / u Chú ý: Cũng tính độ lệch pha biên độ hay giá trị hiệu dụng giản đồ Fre-nen Dạng 3: CỘNG HƯỞNG ĐIỆN ♦ Khi có tượng cộng hưởng điện thì: ZL = ZC hay ω L = ⇔ω = ωC hay LCω = LC  Z = R  U U  = Khi  I max = Z R  ϕ = ♦ Áp dụng tượng cộng hưởng điện để tìm L, C, f khi: - Số ampe kế cực đại - Cường độ dòng điện điện áp đồng pha ( ϕ = ) - Hệ số công suất cực đại, công suất tiêu thụ cực đại - Để mạch có cộng hưởng điện Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều -4- Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai ♦ Nếu đề yêu cầu mắc thêm tụ điện C’ với C tìm cách mắc ý so sánh C tđ với C mạch: - Ctđ > C : phải mắc thêm C’ song song với C - Ctđ < C : phải mắc thêm C’ nối tiếp với C Dạng 4: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN KHI BIẾT HAI ĐOẠN MẠCH CÓ ĐIỆN ÁP CÙNG PHA, VUÔNG PHA - Điện áp hai đoạn mạch cùng mạch điện vuông pha nhau: tan ϕ1.tan ϕ2 = −1 - Nếu α = 0o (hai điện áp đồng pha) ϕ1 = ϕ2 ⇒ tan ϕ1 = tan ϕ2 - Áp dụng công thức tan ϕ = Z L − ZC R Dạng 5: CÔNG SUẤT CỦA ĐOẠN MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP R Z + Công thức: P = UI cos ϕ = RI ,với cos ϕ = + Công suất cực đại (Pmax) U không đổi: P = RI = RU R + ( Z L − ZC ) + R không đổi ; L, C, f thay đổi: P đạt giá trị lớn (Pmax) mẫu số đạt giá trị nhỏ Điều xảy mạch có cộng hưởng điện ZL = ZC: Pmax ⇔ Z L = Z C ⇒ Pmax = U R + R thay đổi ; L, C, f không thay đổi: U2 P= R+ Dùng ( Z − ZC ) R+ L R bất ≥2 ( Z L − ZC ) Pmax R đẳng thức ( Z L − ZC ) Cô-si,  Z L − ZC )  ( ⇔ R +  R   áp dụng cho hai số không Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều -5- âm: Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai  Z L − ZC )  (  Nên  R + R   ⇔ R = ( Z L − ZC ) R ⇒ R = Z L − ZC ⇒ Pmax = U 2R + Khảo sát thay đổi P: - Lấy đạo hàm P theo đại lượng thay đổi - Lập bảng biến thiên - Vẽ đồ thị Dạng 6: XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA ĐIỆN ÁP HIỆU DỤNG KHI THAY ĐỔI L, HOẶC C, HOẶC f  Tìm L để ULmax:   Phương pháp dùng công cụ đạo hàm: Lập biểu thức dạng U L = IZ L = Đặt: UZ L R2 + ( Z L − ZC ) = (R + Z C2 ) U U = 1 y − 2ZC +1 ZL ZL = x ; y = ( R + Z C2 ) x − Z C x + ZL ( ) ( ) 2 2 Để ULmax ymin ⇔ y = R + Z C x − 2Z C x + ; y ' = x R + Z C − 2Z C = Vậy: Z L =  R + Z C2 ZC Phương pháp giản đồ Fre-nen: Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều -6- Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai uur UL ur U γ uur U1 uur UC r I uur UR β α ur uur uur uur Từ giản đồ Fre-nen, ta có: U = U R + U L + U C  uur uur uur Đặt U1 = U R + U C , với U1 = IZ1 = I R + Z C2  Áp dụng định lý hàm số sin, ta có:  Vì U không đổi sin α = UR = U1 UL U U sin β = ⇒ UL = sin β sin α sin α R R + Z C2 = const nên UL = ULmax sin β đạt cực đại hay sin β = U R + Z C2 = R  Khi U  Khi sin β = ⇒ β = L max π , ta có: U1 U C Z1 Z C Z12 R + Z C2 cos α = = ⇒ = ⇒ ZL = = U L U1 Z L Z1 ZC ZC Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại hai đầu cuộn dây có điện trở r lập biểu thức Ud = U dùng đạo hàm, lập bảng biến thiên để tìm ymin , Udmax giá trị L y  Tìm C để UCmax:  Lập biểu thức dạng: Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều -7- Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai U C = IZ C =  UZ C R + ( Z L − ZC ) (R + Z L2 ) U U = 1 y − 2Z L +1 ZC ZC Tương tự trên, dùng ba phương pháp: đạo hàm, tam thức bậc hai, giản đồ Fre-nen để giải U R + Z L2 = R R + Z L2 Z C = ZL  Ta có kết quả: U  Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại hai đầu đoạn mạch nhỏ gồm R nối tiếp C lập biểu thức U RC = C max U dùng đạo hàm, lập bảng biến thiên để tìm ymin y  Xác định giá trị cực đại ULmax, UCmax tần số f thay đổi:  Lập biểu thức: U L = IZ L = UZ L   R + ωL − ωC ÷   U = 1  L +  R2 − ÷ 2 + LC ω  C Lω Đặt a =  U y 1  2L  b = R − x = c = ⇒ y = ax + bx + c , , ,  ÷ 2 2 C L LC ω  Lập biểu thức: U C = IZ C = U   ωC R +  ω L − ωC ÷   =   2 Đặt a = L2C , b = C  R −  = U 2L   L2C 2ω + C  R − ÷ω + C   = U y 2L  2 ÷ , c = , x = ω ⇒ y = ax + bx + c C  Dùng tam thức bậc hai ẩn phụ x để tìm giá trị cực tiểu y, cuối cùng có chung kết quả: U L max = U C max = LU R LC − R 2C Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều -8- Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai ωoL =  C L − R2 C , ωoC = L L L − R2 (với điều kiện > R ) C C Các trường hợp linh hoạt sử dụng công thức vẽ giản đồ Fre-nen để giải toán Dạng 7: XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN R, L, C CHỨA TRONG HỘP ĐEN  Vẽ giản đồ Fre-nen cần thiết  Dựa vào kiện cho, độ lệch pha, vận dụng quy luật dòng điện xoay chiều, tính toán suy luận để xác định phần tử chứa hộp kín  − Chú ý trường hợp sau: Nếu u i cùng pha hộp đen có điện trở R hay có đủ ba phần tử điện R, L, C ZL = ZC − Nếu u i vuông pha hộp đen điện trở thuần, có cuộn dây tự cảm L, có tụ điện C có hai − Nếu u sớm pha i góc nhọn mạch có điện trở R cuộn dây tự cảm L, ba phần tử điện R, L, C Z L > ZC − Nếu u chậm pha i góc nhọn hộp đen có điện trở tụ điện, có ba phần tử điện R, L, C ZC > ZL  Các kiến thức dùng để tính toán định lượng: để giải toán hộp đen ta phải vận dụng nhiều dạng tập trình bày trên, dựa vào công thức liên quan để tính giá trị phần tử điện chứa hộp kín Chủ đề 2: SẢN XUẤT – TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Dạng 1: MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN - Áp dụng kết máy phát điện xoay chiều pha: ( r ur ) + Tại t = 0, ta có n, B = từ thông qua vòng dây: Φ = BScosωt = Φo cosωt + Suất điện động xoay chiều cuộn dây: e = −N dΦ = ω N Φ o sin ωt = Eo sin ωt dt + Tần số dòng điện: f = np Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều -9- Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai - Áp dụng kết dòng điện ba pha liên quan đến điện áp cường độ dòng điện ứng với cách mắc: + Mắc hình sao: U d = 3U p ; I d = I p uu r ur uu r ur r * Khi tải đối xứng : I th = I1 + I + I = ⇒ I th = * Vẽ giản đồ Fre-nen cần thiết + Mắc hình tam giác: U d = U p ; I d = 3I p Chú ý: mạch điện hở, dòng điện cuộn dây máy phát - Đối với động điện ba pha, toán thường liên quan đến công suất: + Công suất tiêu thụ: P = 3U p I p cos ϕ = 3U d I d cos ϕ + Công suất hao phí tỏa nhiệt: P = 3I2R (với R điện trở cuộn dây động cơ) + Hiệu suất: H = Pi (với Pi công suất học) P Dạng 2: MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG - Áp dụng công thức biến liên quan đến điện áp, công suất, cường độ dòng điện: + Hệ số biến áp: k = U1 N1 = U N2 + Công suất vào (sơ cấp): P1 = U1I1 cos ϕ1 = U1I1 (xem cos ϕ1 ≈ ) Công suất (thứ cấp): P2 = U I cos ϕ2 = U I (xem cos ϕ2 ≈ ) + Hiệu suất: H = P2 100% P1 Nếu hiệu suất máy biến áp 100% P1 = P2 ⇒ I1 U = I U1 - Áp dụng công thức truyền tải điện năng: + Độ giảm đường dây: ∆U = Unơi - Unơi đến = IR + Công suất hao phí đường dây: ∆P = Pnơi – Pnơi đến = I R = R P2 ( U cos ϕ ) P' P − ∆P + Hiệu suất truyền tải điện năng: η = 100% = 100% < P P Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 10 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Z C1 = 1 = = = 200Ω ωC1 2π f C1 2π 50.1,59.10 −5 tan ϕ1 = Z L1 − Z C1 R1 = 100 − 200 π = −1 ⇒ ϕ1 = − rad 100 Ta có giản đồ Fre-nen hình vẽ Vì α = ϕ1 + ϕ2 ⇒ ϕ = α − ϕ1 ⇒ ϕ2 = 5π π π − = rad 12 Vậy hộp kín X chứa Ro nối tiếp Lo Ta có: tan ϕ2 = Z Lo Z ⇔ = Lo Ro Ro ⇒ Ro = Z Lo (1) Điều chỉnh C1 để uAM đồng pha với dòng điện đoạn AM xảy cộng hưởng điện, nên ZL1 = ZC1 = 100Ω Công suất mạch: U2 P = I ( R1 + Ro ) = ( R1 + Ro ) Z ⇔P= U ( R1 + Ro ) ( R1 + Ro ) 2 + Z Lo ⇒ Ro2 + Z Lo = 1002 ⇔ 200 = 2002 ( 100 + Ro ) ( 100 + Ro ) 2 + Z Lo (2) Từ (1) (2) ⇒ Ro = 50 3Ω Z Lo = 50Ω ⇒ Lo = Z Lo 50 = = 0,159 H ω 2π 50 Vậy hộp kín X chứa Ro = 50 3Ω nối tiếp cuộn cảm Lo = 0,159 H Bài 3: Cho đoạn mạch AB hình vẽ Mỗi hộp X Y chứa hai ba phần tử: điện trở thuần, cuộn dây cảm tụ điện mắc nối tiếp Các vôn kế V1, V2 ampe kế đo dòng xoay chiều chiều, điện trở vôn kế lớn, điện trở ampe kế không đáng kể Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 39 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Khi mắc vào hai điểm A M hai cực nguồn điện chiều, ampe kế 2A, V1 60V Khi mắc A B vào nguồn điện xoay chiều, tần số 50Hz ampe kế 1A, vôn kế cùng giá trị 60V u AM uMB lệch pha π Hai hộp X Y chứa phần tử nào? Tính giá trị chúng Bài giải: Khi mắc hai đầu hộp X với nguồn điện chiều, ampe kế 2A ⇒ mạch có dòng điện có cường độ I1 = 2A, chứng tỏ hộp kín X tụ điện Vậy hộp kín X chứa điện trở R nối tiếp cuộn cảm L Khi ta có: Z AM = R = U1 60 = = 30Ω I1 (vì ZL = 0) Khi mắc A B vào nguồn điện xoay chiều, ta có: Z AM = U1' 60 = = 60Ω I2 Vì Z AM = R + Z L2 ⇒ R + Z L2 = 602 ⇒ Z L = 602 − 302 = 30 3Ω ⇒L= ZL 30 = = 0,165 H 2π f 2π 50 Ta có: tan ϕ AM = Z L 30 π = = ⇒ ϕ AM = rad R 30 Ta có hình vẽ bên Theo hình, u MB trễ pha so với dòng điện nên ⇒ hộp kín Y chứa điện trở R’ nối tiếp tụ điện C Đối với đoạn mạch MB: Z MB = U 60 = = 60Ω I2 uuuur U AM Mà Z MB = R '2 + Z C2 = 60Ω ⇒ R ' + Z C2 = 60 (1) O ϕ AM ϕ MB Vì uAM vuông pha uMB nên ta có: tan ϕ AM tan ϕ MB = −1 ⇔ Z L  −ZC  R  R' uuuu r U MB  Z L ZC =1 ÷ = −1 ⇔ R R'  Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều r I - 40 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai ⇔ 30 Z C ' = ⇔ R' = ZC 30 R Giải (1) (2) ⇒ R ' = 30 3Ω ⇒C = ; (2) Z C = 30Ω 1 = = 1,06.10−4 (F) 2π f Z C 2π 50.30 Vậy hộp X chứa R = 30Ω nối tiếp L = 0,165 H hộp Y chứa R ' = 30 3Ω nối tiếp C = 1,06.10−4 F Dạng 8: GIẢI TOÁN NHỜ GIẢN ĐỒ VEC-TƠ Bài 1: Cho mạch điện hình vẽ Cuộn dây cảm, điện trở ampe kế không đáng kể, điện trở vôn kế lớn Đặt vào hai đầu AB điện áp u AB = 120 cos100π t (V) Khi L = uMB sớm pha π H điện áp uAN trễ pha so với uAB π π so với uAB Tìm R, C Bài giải: Cảm kháng: Z L = ω L = 100π = 300Ω π U oAB = 120 V uuur uuuur uuuur uuuu r uuuur uuuu r uur uuuu r Ta có : U AB = U AM + U MN + U NB = U AM + U MB = U R + U MB U AB = Từ giản đồ Fre-nen, ta thấy ∆OPQ tam giác ⇒ U AN = U AB π = 120 V ; ϕ = rad U R = U AB cos ϕ = 120.cos U MB = U AB cos π = 60 V uur UL Q uuuur M uuur U MB π U AB O uur UC ϕ N I P π = 120 = 60 V ∆OPQ nên OR đường trung tuyến ⇒ R trung điểm PQ ⇒ UC = UMB = 60V Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều uur R r uuuu r U U AN R - 41 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Vì UMB = UL - UC ⇒ UL = UMB + UC = 2UMB = 2.60 = 120V Ta có : U R = IR  U R R U 60 = ⇒ R = R ZL = 300 = 150 3Ω ⇒ U L = IZ L  U L Z L UL 120 Tương tự: U C = IZ C  U C ZC U 60 = ⇒ ZC = C Z L = 300 = 150Ω ⇒ U L = IZ L  U L Z L UL 120 1 10−3 ⇒C = = = F ω Z C 100π 150 15π Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ Hai đầu A, B đặt vào điện áp xoay chiều u AB = 120 cos100π t (V) Điện trở vôn kế nhiệt vô cùng lớn Cho biết vôn kế 120V, công suất tiêu thụ mạch AB 360W, uAN lệch pha lệch pha π so với uMB, uAB π so với uAN Tìm R, r, L, C Bài giải: Ta có : U AB = U oAB 120 = = 120 V 2 Vẽ giản đồ Fre-nen cho mạch điện AB Áp dụng định lý hàm số cosin cho ∆OPQ, ta được: U R2 = UV2 + U AB − 2UVU AB cos O uur UC π ⇒ U R2 = 1202 + 3.1202 − 2.120.120 uur UL uur uur U L + UC uur uuuur UV + U MB P π /6 π /3 uur Ur = 1202 uur UR uuuu r U AN ⇒ U R = 120 V uur uur Vì UR = UV = 120V nên hình bình hành tạo UV U R hình thoi Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 42 - Q uuur U AB r I Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai ⇒ góc lệch pha uAB so với uR Từ đó, ta có: U r = UV cos U L − U C = UV sin π rad π π = 40 V = 120 = 60 V; U C = U R tan = 120 3 π π ⇒ U L = U C + UV sin = 40 + 120 = 100 V 3 2 Mặt khác ta có: P = I ( R + r ) = I ( U R + U r ) ⇒I= Vậy : P 360 = = A U R + U r 120 + 60 R= U R 120 = = 60Ω I r= U r 60 = = 30Ω I ZL = U L 100 = = 50 3Ω I ⇒L= ZC = Z L 50 3 H = = ω 100π 2π U C 40 = = 20 3Ω I 1 10 −3 ⇒C = = = F ω Z C 100π 20 3π Bài 3: Cho mạch điện xoay chiều có sơ đồ hình Đặt điện áp xoay chiều có tần số 50Hz vào hai đầu M,Q đoạn mạch vôn kế nhiệt 90V, R V = ∞ Khi uMN lệch pha 150o uMP lệch pha 30o so với uNP Đồng thời UMN = UMP = UPQ Cho biết điện trở đoạn mạch PQ R = 30Ω a Hỏi cuộn dây có điện trở không? Giải thích b.Tính UMQ hệ số tự cảm L cuộn dây Bài giải: Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 43 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai a Giả sử cuộn dây điện trở R o điện áp uMN sớm pha π so với i ⇒ uMN sớm pha 180o so với uNP điện áp uNP trễ pha (trái với đề lệch 150 o) Vậy cuộn dây phải có điện trở uur UL Ro M b Vẽ giản đồ Fre-nen: Dựa vào giản đổ Fre-nen, ta có ∆MNP cân M (vì UMN = UMP) ⇒ MNP = MPN = 30o MA đường trung tuyến ∆MNP ⇒UL = ⇒L= ϕ MN uuuu r U MP (U Ro + U R2 uur UC = 15 V ) + (U − U C ) = 90 V L U L 45 U R 30 = = 15 Ω = = A ; ZL = I R 30 ZL 15 = = 0,083 H 2π f 2π 50 Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều N uuur A U Ro o uuuu r 30 U NP P UL 45 = = 30 o cos30 V U Ro = U L t an30o = 45 Ta có: I = uuuur U MN U NP 90 = = 45 V 2 U R = U PQ = U MN = ⇒ U MQ = π so với i, - 44 - r I Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Chủ đề 2: SẢN XUẤT – TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Dạng 1: MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN Bài 1: Máy phát điện xoay chiều pha mà phần cảm gồm hai cặp cực phần ứng gồm cuộn dây giống hệt mắc nối tiếp, có suất điện động hiệu dụng 120V tần số 50Hz, Hãy tính số vòng cuộn dây, biết từ thông cực đại qua vòng 5.10-3Wb Bài giải: Tốc độ quay rôto: f = np ⇒ n = f 50 = = 25 (vòng / s) p Từ thông qua vòng dây: Φ = Φocosωt Suất điện động máy: e = −4 N dΦ = N ωΦ o sin ωt = Eo sin ωt (với N số vòng dt dây cuộn dây) ⇒ Suất điện động hiệu dụng máy: E = ⇒N= Eo N Φ oω = 2 E 120 = = 27 (vòng) 4Φ oω 4.5.10−3.2π 50 Bài 2: Động điện xoay chiều pha mắc vào mạng xoay chiều pha hạ áp với U = 110V Động sinh công suất học P i = 60W Biết hiệu suất 0,95 dòng điện qua động I = 0,6A Hãy tính điện trở động hệ số công suất động Bài giải: Hiệu suất động cơ: H = P= Pi = 0,95 P ⇒ Công suất tiêu thụ Pi 60 = = 63,12 (W) H 0,95 Hệ số công suất : cos ϕ = P 63,12 = = 0,956 UI 110.0,6 Công suất tỏa nhiệt động cơ: PN = P - Pi = 63,12 – 60 = 3,12 (W) Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 45 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Mà PN = I R ⇒ R = PN 3,12 = = 8,67Ω I 0.62 Bài 3: Một động điện ba pha mắc vào mạng điện ba pha có điện áp dây U d = 220V Biết cường độ dòng điện dây I d = 10A hệ số công suất cosϕ = 0,8 Tính công suất tiêu thụ động Bài giải: Công suất tiêu thụ động điện ba pha: P = 3U p I p cos ϕ - Nếu cuộn dây động đấu kiểu hình sao, ta có: Ud ; Ud = U p ; Up = I p = Id - Nếu cuộn dây động đấu kiểu tam giác, ta có: Ip = Id Trong hai trường hợp, ta có kết quả: P = 3U p I p cos ϕ = 3U d I d cos ϕ = 3.220.10.0,8 = 3048 (W) Bài 4: Mạng điện ba pha có điện áp pha U p = 120V có tải tiêu thụ mắc thành hình Tính cường độ dòng điện dây pha dây trung hòa tải tiêu uur U thụ A, B, C điện trở R A = RB = 12Ω ; RC = uAu r uuu r IA I 24Ω AB uu r H Bài giải: uur I C O o r uur UC 120 uu Do tải tiêu thụ mắc hình nên Id = Ip IB U B ⇒ IA = IB = IC = Up RC Up RA = = 120 = 10 A 12 120 = A 24 Do tải trở nên dòng điện pha đồng pha với điện áp pha Các dòng điện lệch pha 120o Ta suy giản đồ Fre-nen sau: uu r uu r uu r uu r uuu r uu r I o = I A + I B + I C = I AB + I C Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 46 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Dựa vào giản đồ ⇒ Io = IAB – IC uu r uuu r uu r I Vì IA = IB nên I AB đường chéo hình thoi tạo A I B ⇒ IAB = 2.OH = 2.IB.cos60o = 2.10.cos60o = 10A Vậy Io = IAB – IC = 10 – = 5A Dạng 2: MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Bài 1: Một đường dây tải điện xoay chiều pha đến nơi tiêu thụ xa km Giả thiết dây dẫn làm nhôm có điện trở suất ρ = 2,5.10-8 Ωm có tiết diện 0,5cm2 Điện áp công suất truyền trạm phát điện U = kV, P = 540 kW Hệ số công suất mạch điện cosϕ = 0,9 Hãy tìm công suất hao phí đường dây hiệu suất truyền tải điện Bài giải: Điện trở dây dẫn tải điện: R = ρ l 6000 = 2,5.10−8 = 3Ω S 0,5.10−4 Cường độ dòng điện dây: P = UI cos ϕ ⇒ I = P 540 ⇒I= = 100 A U cos ϕ 6.0,9 Công suất hao phí dây: ∆P = I2R = 1002.3 = 30 kW Hiệu suất truyền tải điện năng: η = P − ∆P 540 − 30 100% = 100% ≈ 94,4% P 540 Bài 2: Điện truyền từ trạm tăng áp đến trạm hạ áp nhờ hệ thống dây dẫn có điện trở R = 20Ω Cảm kháng dung kháng không đáng kể Đầu cuộn thứ cấp máy hạ áp có công suất 12 kW với cường độ 100A Máy hạ áp có tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp N1 = 10 Bỏ qua hao phí máy biến áp Hãy tìm N2 điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp máy tăng áp Bài giải: Điện áp hai đầu cuộn thứ cấp máy hạ áp: Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 47 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai P2' 12.10 U = ' = = 120 V I2 100 ' Điện áp hai đầu cuộn sơ cấp máy hạ áp: U 2' N N = ⇒ U1' = U 2' = 120.10 = 1200 V ' U1 N1 N2 I1' U 2' Vì bỏ qua hao phí máy biến áp nên P = P ⇔ ' = ' I U1 ' ⇒ I1' = I 2' ' N2 = 100 = 10 A N1 10 Dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ áp dòng điện chạy qua dây dẫn tải điện có điện trở R Độ giảm áp đường dây: ∆U = I1' R = 10.20 = 200 V Vậy điện áp hai đầu cuộn thứ cấp máy tăng áp là: U = ∆U + U1' = 200 + 1200 = 1400 V Bài 3: Máy phát điện xoay chiều pha cung cấp công suất P = MW Điện áp hai cực U1 = 2000V Dòng điện đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp có hiệu suất H = 97,5% Cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp có số vòng dây tương ứng N = 160 vòng N2 = 1200 vòng Dòng điện thứ cấp truyền tải đến nơi tiêu thụ dây dẫn có R = 10Ω Hãy tính điện áp, công suất nơi tiêu thụ hiệu suất truyền tải điện Tóm tắt: P1 = 2MW ; U1 = 2000V ; H = 97,5% ; N1 = 160 vòng ; N2 = 1200 vòng ; R = 10Ω U3 = ? , P3 = ? , η = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Dòng điện từ máy phát điện xoay chiều đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp, cuộn thứ cấp máy biến áp truyền đến nơi tiêu thụ điện (sơ đồ tải điện hình) Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 48 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai - Tìm cường độ dòng điện máy phát điện cung cấp: I1 = P1 U1 - Đối với máy biến áp, đề cho biết U 1, N1, N2 ⇒ tìm điện áp U2 hai đầu cuộn thứ cấp máy biến áp dựa vào biểu thức: U1 N1 = U2 N2 - Dòng điện truyền từ máy phát điện đến máy biến áp có hiệu suất: H= P2 I U = ⇒ cường độ dòng điện I2 cuộn thứ cấp máy biến áp P1 P1 - Dòng điện đến nơi tiêu thụ dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp - Khi dòng điện truyền từ cuộn thứ cấp máy biến áp đến nơi tiêu thụ bị tiêu hao phần Do đó, độ giảm áp đường dây là: ∆U = I R ⇒ điện áp đến nơi tiêu thụ tính công thức U = U − ∆U - Khi dòng điện truyền từ máy phát điện xoay chiều có công suất P1 qua máy biến áp đến nơi tiêu thụ có công suất P3 hiệu suất truyền tải H TT = P3 ⇒ ta cần tìm P1 công suất nơi tiêu thụ P3 = U3.I2 ⇒ hiệu suất truyền tải HTT Bài giải: Cường độ dòng điện máy phát điện cung cấp: P1 2.106 I1 = = = 1000 A U1 2000 Điện áp hai đầu cuộn thứ cấp máy biến áp: U = U1 N 2000.1200 = = 15000 V N1 160 Cường độ dòng điện cuộn thứ cấp: I2U2 H P1 0,975.2.106 ⇒ I2 = = 130 A Vì H = P1 U2 15000 Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 49 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Độ giảm áp đường dây: ∆U = I R = 130.10 = 1300 V Điện áp đến nơi tiêu thụ: U = U − ∆U = 15000 − 1300 = 13700 V Công suất đến nơi tiêu thụ: P3 = U I = 13700.130 = 1781000 W Hiệu suất truyền tải điện: H TT = III P3 1781000 100% = 100% = 89% P1 2.106 HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Khi dạy chuyên đề cho học sinh thấy học sinh nắm bắt vận dụng phương pháp nhanh vào giải tập Khảo sát cho thấy: * Khi chưa đưa phương pháp Tỷ lệ học sinh giải 25% Tỷ lệ học sinh lúng Tỷ lệ học sinh không giải túng 50% 25% * Khi đưa phương pháp vào áp dụng Tỷ lệ học sinh giải 80% Tỷ lệ học sinh lúng Tỷ lệ học sinh không giải túng 15% 5% Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 50 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai IV ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Chúng mong muốn chuyên đề mang tính khoa học sư phạm nhằm mục đích góp phần nang cao chất lượng dạy học thầy trò Do kinh nghiệm bàn than hạn chế nên có thiếu sót, mong đón nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp nhằm học hỏi thêm kinh nghiệm quý báu góp phần nâng cao tính khả thi cho đề tài V TÀI LIỆU THAM KHẢO Giải tập Vật lý 12 – Bùi quang Hân 500 toán sơ cấp – Trương Thọ Lương 450 tập trắc nghiệm Vật Lý – Lê Gia Thuận NGƯỜI THỰC HIỆN Mai Thị Thu Huyền SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đơn vị : THPT Nguyễn Hữu Cảnh Độc lập - Tự - Hạnh phúc Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 51 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai , ngày tháng năm PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2010 – 2011 Tên sáng kiến kinh nghiệm: “Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều” Họ tên tác giả: Mai Thị Thu Huyền Chức vụ: Giáo viên Đơn vị: THPT Nguyễn Hữu Cảnh – TP Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào ô tương ứng, ghi rõ tên môn lĩnh vực khác) - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học môn:  - Phương pháp giáo dục  - Lĩnh vực khác:  Sáng kiến kinh nghiệm triển khai áp dụng: Tại đơn vị  Trong Ngành  Tính (Đánh dấu X vào ô đây) - Có giải pháp hoàn toàn - Có giải pháp cải tiến, đổi từ giải pháp có   Hiệu (Đánh dấu X vào ô đây) - Hoàn toàn triển khai áp dụng toàn ngành có hiệu cao  - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng toàn ngành có hiệu cao  - Hoàn toàn triển khai áp dụng đơn vị có hiệu cao  - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng đơn vị có hiệu  Khả áp dụng (Đánh dấu X vào ô dòng đây) - Cung cấp luận khoa học cho việc hoạch định đường lối, sách: Tốt  Khá  Đạt  - Đưa giải pháp khuyến nghị có khả ứng dụng thực tiễn, dễ thực dễ vào sống: Tốt  Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều Khá  Đạt  - 52 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai - Đã áp dụng thực tế đạt hiệu có khả áp dụng đạt hiệu phạm vi rộng: Tốt  Khá  Đạt  Phiếu đánh dấu X đầy đủ ô tương ứng, có ký tên xác nhận người có thẩm quyền, đóng dấu đơn vị đóng kèm vào cuối sáng kiến kinh nghiệm XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ (Ký tên ghi rõ họ tên) (Ký tên, ghi rõ họ tên đóng dấu) Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 53 - ... tập phương pháp giải chúng, giúp em chủ động làm tập II NỘI DUNG ĐỀ TÀI Cơ sở lý luận Chủ đề 1: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Phân loại cách giải số tập điện xoay. .. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP Phân loại cách giải số tập điện xoay chiều - 14 - Gv: Mai Thị Thu Huyền – THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa – Đồng Nai Bài 1: Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R =... sinh thường lúng túng việc tìm cách giải tập Xuất phát từ thực tiễn trên, qua kinh nghiệm giảng dạy chọn đề tài: “ PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU” Đề tài giúp học sinh khắc