Giải bài toán điện xoay chiều băng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu

1 MỞ ĐẦU 1.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI - Để học tốt thi tốt kỳ thi với hình thức trắc nghiệm nay, học sinh cần đổi phương pháp học tập làm quen với hình thức thi cử Nếu trước học thi mơn Vật lí theo hình thức tự luận, đòi hỏi học sinh cần học thuộc nhớ câu, chữ tập cần phải giải trọn vẹn tập Nay học sinh lưu ý trước hết đến hiểu bài, hiểu thấu đáo kiến thức học biết vận dụng hiểu biết vào việc phân tích, xác định phương án đúng, sai câu trắc nghiệm Đặc biệt câu tập cần làm để có kết nhanh thời gian ngắn nhất? Đó câu hỏi lớn tất giáo viên học sinh - Dòng điện xoay chiều chương chương trình Vật lí lớp 12 Đây phần học thú vị thực tế học sinh Tuy nhiên đề thi đại học trước đề thi THPT Quốc gia năm qua phần điện xoay chiều chiếm số lượng câu nhiều câu khó thường nằm phần Nếu không nắm kiến thức thành thạo kĩ giải tốn học sinh thường bó tay câu khó Xuất phát từ tầm quan trọng nói nhận điểm yếu học sinh giải tập điện xoay chiều, kinh nghiệm tích lũy qua nhiều năm giảng dạy phần điện xoay chiều cấp THPT, với nổ lực tự nghiên cứu, tìm tòi, tơi mạnh dạn chọn đề tài:“Giải tập điện xoay chiều phương pháp chuẩn hóa gán số liệu” 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu kiến thức phần điện xoay chiều cơng thức liên quan Trên sở đó, vận dụng cách gán số liệu để giải nhanh số dạng tập điện xoay chiều cho học sinh THPT, nhằm giúp học sinh có thao tác giải nhanh, xác định kết xác thời gian ngắn nhất, góp phần nâng cao hiệu xử lí dạng tập 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Nội dung chương trình, tài liệu SGK Vật lí 12 phần điện xoay chiều - Nội dung tập thuộc phần điện xoay chiều SGK Vật lí 12 tài liệu tham khảo khác 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4.1 Nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu nội dung chương trình SGK Vật lí 12 phần điện xoay chiều - Nghiên cứu tài liệu tham khảo phương pháp giải số dạng tập điện xoay chiều để tìm phương pháp giải nhanh 1.4.2 Thực nghiệm sư phạm - Sau vận dụng cách giải tập điện xoay chiều phương pháp chuẩn hóa gán số liệu để giải nhanh số dạng tập điện xoay chiều tiến hành thực nghiệm số lớp 12 trường THPT Nguyễn Quán Nho năm học 2017 -2018 - Phân tích kết thực nghiệm cách thu thập, thống kê, xử lý số liệu để rút kết luận giá trị phương pháp đề xuất NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN Bản chất phương pháp “Chuẩn hóa gán số liệu” dựa việc thiết lập tỉ lệ đại lượng vật lý (thông thường đại lượng đơn vị), theo đại lượng tỉ lệ theo đại lượng với hệ số tỉ lệ đó, giúp ta gán số liệu đại lượng theo đại lượng ngược lại Dấu hiệu nhận biết để áp dụng phương pháp cho biết tỉ lệ đại lượng đơn vị; biểu thức liên hệ đại lượng với có dạng tỉ số Sau nhận biết, xác định “đại lượng cần chuẩn hóa” ta bắt đầu tính tốn Việc xác định “đại lượng cần chuẩn hóa gán số liệu” thơng thường đại lượng nhỏ gán cho đại lượng 1, đại lượng khác từ biểu diễn theo “đại lượng chuẩn hóa gán số liệu” Trong phần điện xoay chiều, ta xây dựng cách giải cho số dạng tập so sánh, lập tỉ số như: Độ lệch pha, hệ số công suất so sánh điện áp hiệu dụng đoạn mạch, tập có tần số thay đổi… Một tập có nhiều cách giải, chọn cách giải theo phương pháp “Chuẩn hóa gán số liệu” chắn làm cho trình tính tốn đơn giản hơn, giảm thiểu tối đa ẩn số, phù hợp với tính chất thi trắc nghiệm 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SKKN - HS trang bị kiến thức dòng điện xoay chiều, nhiên việc vận dụng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu hạn chế vì: + SGK đề cập, mặt khác sách tham khảo không nhiều dạng tập vận dụng cách giải phương pháp chuẩn hóa gán số liệu + Thầy trọng thời gian lớp không đủ để giúp em làm quen rèn luyện kĩ để giải dạng tập + Tính chất vốn trừu tượng, đa dạng tương đối khó tập điện xoay chiều Đặc biệt toán cực trị, tốn liên quan đến tần số thay đổi đòi hỏi phải hiểu chất biến đổi toán học thành thạo vận dụng nhuần nhuyễn linh hoạt, gặp em thường mơ hồ, lúng túng, chưa định hướng cách giải, thiếu tự tin… - Xu hướng đề thi THPT quốc gia năm gần câu khó thường nằm phần điện xoay chiều - Nếu biết vận dụng tốt phương pháp chuẩn hóa gán số liệu em tiết kiệm nhiều thời gian giải tập điện xoay chiều, đặc biệt tập khó, phù hợp với xu thi trắc nghiệm khách quan 2.3 GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.3.1 Vận dụng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu vào tập điện xoay chiều liên quan đến độ lệch pha điện áp cường độ dòng điện a Phương pháp giải: Ta có độ lệch pha u so với i: tan ϕ = Z L − ZC R Khi áp dụng công thức này, đại lượng nhỏ ta gán cho có giá trị biểu diễn đại lượng khác theo đại lượng gán b Bài tập Bài 1: Đặt điện áp xoay chiều u = U cos100π t (V ) vào hai đầu đoạn mạch điện AB hình vẽ Cuộn dây cảm R = ZC Khi K đóng mở cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch khơng đổi Tính độ lệch pha u i k mở k đóng Hướng dẫn giải Phương pháp giải thơng thường Phương pháp giải có vận dụng chuẩn hóa gán số liệu + K đóng, mạch chứa R C nối tiếp: Gán R = ZC = + Khi k đóng, mạch có R C nối Z1 = R + ZC2 = R tiếp: +K mở, mạch chứa RLC: Z1 = R + Z C2 = Z2 = R + (ZL − ZC ) +Khi K mở, mạch chứa RLC: + Do I1 = I2 2 => Z = Z1 = R ⇔ R + Z C2 = R + ( Z L − Z C )2 Z2 = R + (ZL − ZC ) = + (ZL − 1) + Độ lệch pha: + Do I1 = I2 ⇒ Z1 = Z2 ⇒ ZL = + Độ lệch pha tan ϕ m = tan ϕ m = => Z L = 2Z C = R Z L − ZC − π = = ⇒ ϕm = R − Z C −1 π tan ϕ d = = = −1 ⇒ ϕ d = − R Z L − ZC 2R − R π = = => ϕ = ; R R − ZC − R π tan ϕ d = = = − => ϕ = − R R Bài 2: Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh hiệu điện xoay chiều u = U0cos( ωt + ϕ ) Gọi UR, UL, UC tương ứng hiệu điện hiệu dụng hai đầu điện trở R, cuộn cảm L tụ điện C Nếu U R = U L = U C điện áp hai đầu mạch lệch pha so với dòng điện bao nhiêu? Hướng dẫn giải Gán UR=UC=1UL = Độ lệch pha u so với i: tan ϕ = U L − UC −1 π = =1⇒ ϕ = UR Bài 3: (Đề Đại học 2008) Cho đoạn mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây mắc nối tiếp với tụ điện Độ lệch pha điện áp hai đầu cuộn dây so với cường độ dòng điện mạch π Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện lần điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây Độ lệch pha điện áp hai đầu cuộn dây so với điện áp hai đầu đoạn mạch A 2π B C π D - π Hướng dẫn giải Vì cơng thức tanϕ có dạng tỉ số nên ta gán r = ZL π   tg ϕcd = r = tg = ⇒ ZL =   U = U + U ⇒ Z2 = 3( + 12 ) ⇒ Z = L r C C  C ⇒ tg ϕ = ZL − ZC 3−2 π 2π = = − ⇒ ϕ = − ⇒ ϕ cd − ϕ = ×Chọn A r 3 2.3.2 Vận dụng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu cho tập điện xoay chiều liên quan đến hệ số công suất a, Phương pháp giải: U R R R Ta có hệ số công suất: cos ϕ = U = Z = R + ( Z L − ZC ) Do đó, tính hệ số cơng suất ta thường gán cho đại lượng R ZL ZC b, Bài tập Bài 1: Mắc vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh gồm điện áp xoay chiều có tần số thay đổi Ở tần số f = 60Hz, hệ số công suất đạt cực đại cosϕ1 = lúc cảm kháng ZL1 = R Ở tần số f2 =120Hz, hệ số công suất nhận giá trị cos ϕ2 bao nhiêu? Hướng dẫn giải Phương pháp giải thơng thường Phương pháp giải có vận dụng chuẩn hóa gán số liệu R R Lúc f1 = 60 Hz cosϕ1 = nên Dùng công thức: cosϕ = Z = R + (Z − Z ) ta có: ZL1 = ZC1 =R L C Ta gán số liệu: R = ZL1 = ZC1 = Lúc f1 = 60 Hz cosϕ1 = nên ta có: Lúc f2 = 120 Hz = 2f1 ZL2 = 2; ZL1 = ZC1 =R Lúc f2 = 120 Hz = 2f1 ZL2 = 2ZL1= 2R ; ZC2 = 1/2 R cosϕ2 = ZC2 = R/2 R + (ZL2 − ZC2 )2 Hệ số công suất: R cos ϕ = = R + (Z L − ZC )2 R R2 + ( 3R ) = = R R + (2 R − R ) = 1 12 + (2 − ) 2 = 13 13 Bài 2: Mắc vào đoạn mạch RLC không phân nhánh gồm điện áp xoay chiều có tần số thay đổi Ở tần số f = 50Hz, hệ số công suất đạt cực đại cosϕ1 = Ở tần số f2 =100Hz, hệ số công suất nhận giá trị 75Hz, hệ số công suất mạch cosϕ3 A.0,874 B 0,486 Hướng dẫn giải cos ϕ = C 0,625 × Ở tần số f3 = D 0,781 Lúc f1 = 50 Hz cosϕ1 = nên ta có: ZL1 = ZC1 => chuẩn hóa gán số liệu: ZL1 = ZC1 = Lúc f2 = 100 Hz = 2f1 ZL2 = 2; ZC2 = 1/2 cos ϕ2 = = R R + ( Z L − ZC ) ⇔ = R R + (2 − ) 2 ⇒ R = 1,5 Lúc f3 = 75 Hz = 1,5f1 ZL2 = 1,5; ZC2 = 2/3 Khi đó: cos ϕ3 = R R + ( Z L − Z C )2 = 1,5 1,52 + (1,5 − ) = = 0,874 106 Chọn A Bài 3: Cho đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở R nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB có cuộn cảm có độ tự cảm L điện trở r Đặt vào AB điện áp xoay chiều u = U cos(ω t) Biết R = r = L UAM=2UMB Tìm hệ số cơng suất đoạn C mạch AB Hướng dẫn giải Gán cho R = r = L = C Z L Z C = ⇒ Z L = ZC UAM = 2UMB ⇒ ZRC = 2Zd ⇒ R2 + Z C2 = 4.( Z L2 + r2) 1 + 12 ) ⇒ ZC = ⇒ ZL = ZC R+r 1+1 cos ϕ = = = 2 Hệ số công suất: ( R + r ) + (Z L − ZC ) (1 + 1) + ( − 2) 2 ⇒ 12 + Z C2 = 4.( 2.3.3 Vận dụng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu cho tập điện xoay chiều liên quan đến cực trị a, Phương pháp giải + L thay đổi: R + Z C2 U R + Z C2 Để ULmax Z L = Khi U L max = ZC R + C thay đổi: Để UCmax Z C = + ω thay đổi: - Để ULmax R + Z L2 U R + Z L2 Khi U Cmax = ZL R ωL = - Để UCmax ωC = L R2 C − C ⇒ U L max = 2U L R LC − R 2C tan ϕ tan ϕ RC = − 1 L R2 2U L tan ϕ tan ϕ RL = − ⇒ U L max = L C R LC − R 2C - Để URmax ωR = ⇒ U R max = U LC Khi ωR2 = ωL ωC ω L C f Ta có: n = ω L = f L = L R C C C − - Khi ω thay đổi để ULmax ta chuẩn hóa ZL = n; ZC = ⇒ R= 2n − ⇒ U L max = U n n2 − - Khi ω thay đổi để UCmax ta chuẩn hóa ZC = n; ZL = ⇒ R= 2n − ⇒ U L max = ω U U n n2 − U ω 2 C C - Ta có: (U ) + ( ω ) = (U ) + ( ω ) = L max L C max L b, Bài tập Bài 1: Cho mạch điện AB gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ C nối tiếp với theo thứ tự trên, có CR < 2L Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có biểu thức u = U cos(ωt), U không đổi, ω biến thiên Điều chỉnh giá trị ω để điện áp hiệu dụng hai tụ đạt cực đại Khi U Cmax = 5U × Gọi M điểm nối L C Hệ số công suất đoạn mạch AM bao nhiêu? Hướng dẫn giải Phương pháp giải thông thường Phương pháp giải có vận dụng chuẩn hóa gán số liệu 5U => ZC = Z (1) 4 Z Mặt khác khi: UCmax ta có: C = Z2 + ZL2 (2) Từ (1) (2) suy ra: ZL = Z (3) Đề cho: U Cmax = Ta có: Ucmax = 5 U ⇒ ZC = Z Gán Z = Ω => Zc = Ω Ta có: ZC2 = Z2 + ZL2 suy z L = zc2 - z = 52 - 42 = 3W Thay (1) (3) vào biểu thức tổng trở Và Z = R + (ZL − ZC ) (4) Ta được: R = R2 = ZL (ZC - ZL ) Þ R = 2ZL (ZC - ZL ) = 2.3(5 - 3) Z = 12 = 3W Hệ số công suất đoạn mạch AM: cosϕAM = R R + ZL2 = Z 2 = × Z + Z 16 cosϕAM = = R R + Z2L = (2 3) + 32 = × 7 Bài (Đại học 2013): Đặt điện áp u = 120 2cos2π ft (V) (f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm cuộn cảm có độ tự cảm L, điện trở R tụ điện có điện dụng C, với CR2 < 2L Khi f = f1 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại Khi f = f2 = f1 điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở đạt cực đại Khi f = f điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại ULmax Giá trị ULmax gần giá trị sau? A 173 V B 57 V C 145V D 85 V Hướng dẫn giải Phương pháp giải thông thường Phương pháp giải có vận dụng chuẩn hóa gán số liệu Cách 1: f2 = f1 => Chọn f1 =1 *f = f1 ⇒UCmax⇒ω1L= L − R ⇒ω1= L => f2 = C Mặt khác theo suy ra: f1 f3 = f 22 L R2 C − 2 *f = f2 = f1 ⇒URmax⇒ω = = ω1 LC *f = f3 ⇒ ULmax⇒ω C = L − R ⇒ C ω3= C 2 L R ⇒ ω1.ω3= ω = 2ω1 − C ⇒ ω3 = 2ω1 1 L R2 R 2C ⇒ L R =2 ⇔ =1 − C − L C L C 2U L Vì U L max = R LC − R 2C 2U 2.120 ⇒ U L max = = = 80 3(V ) 2 4R C R C −( ) L L ⇒ Giá trị gần 145 V Chọn C => f1 f3 = f 22 => f3 = Ta có: f 22 = =2 f1  U   f1   ÷ +  ÷ =1  U L max   f3   120    ⇒ ÷ +  ÷ =1  U L max     120  ⇒ ÷ = => U L max = 80 3V  U L max  ⇒ Giá trị gần 145 V Chọn C Cách 2: ta có f1.f3= f 22 = f12 f3 f L = =2= n f1 fC U n 120.2 ⇒ U L max = = n2 − 22 − 240 = = 80 3(V ) ⇒ ⇒ Giá trị gần 145 V Chọn C Bài (Đại học 2014): Đặt điện áp u = U 2cos2π ft (f thay đổi được, U tỉ lệ thuận với f) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm đoạn mạch AM mắc nối tiếp với đoạn mạch MB Đoạn mạch AM gồm điện trở R mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB có cuộn cảm có độ tự cảm L Biết 2L > R2C Khi f = 60 Hz f = 90Hz cường độ dòng điện hiệu dụng mạch có giá trị Khi f = 30 Hz f = 120 Hz điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện có giá trị Khi f = f1 điện áp hai đầu đoạn mạch MB lệch pha góc 1350 so với điện áp hai đầu đoạn mạch AM Giá trị f1 A 60 Hz B 80 Hz C 50 Hz D 120 Hz Hướng dẫn giải Phương pháp giải thơng thường Phương pháp giải có vận dụng chuẩn hóa gán số liệu Ta có: I1 = I ⇒ * Khi f = 30Hz ta gán:U =1; ω1 ω2 ZL =1; ZC = x ta lập bảng sau: = f U ZL ZC 2 R + (ω1.L − ) R + (ω2 L − ) 60 2 x/2 ω1.C ω2 C 3 x/3 2 90 ⇒ ω12 [R + (ω2 L − ) ] = ω22 [R + (ω1.L − ) ] 30 1 x ω2 C ω1.C 120 4 x/4 1 ⇒ ω + ω = 2LC – R2C2 * Trường hợp f = 30Hz f = 120Hz thấy Uc nên 1 2 => 2LC – R C = ( + ) (*) ta có: 4π 60 90 U Z C Ta có: UC = R + ( Lω − mà U3C=U4C nên ω 3Z C3 ⇒ R + (ω L − ) = ) Cω ω4 Z C R + (ω4 L − ) ω4 C ω 3C 1 ⇒R2 + (ω3L - ω C )2 = R2 + (ω4L - ω C )2 1 ⇒ (ω3L - ω C ) = - (ω4L - ω C ) 1 ⇒ (ω3 + ω4)L = ω C + ω C ⇒ ω3ω4 = ⇒ LC = 4π2.30.120 (**) LC Khi f = f1 ta có giãn đồ vec tơ hình vẽ ZC1 = R ⇒ 2πf C = R 1 ⇒ f = 2πRC (***) Thế (**) vào (*) 1 ) ( + 4π 60 90 2 1 R2C2 = ( - - 2) 30.120 60 4π 90 R2C2 = 2LC- x U 3.ZC U ZC 1.x UC3 = UC ↔ = ↔ = 2 Z3 Z4 R + (1 − x) R + (1 − x )2 x 1 − x = − => x = 4 * Trường hợp f = 60Hz f = 90Hz ta thấy I nên ta có (Thế x = vào) I1 = I ↔ ⇔ ⇔ U1 U = Z1 Z 2 x R + (2 − ) 2 = x R + (3 − ) 3 = 2 R + (2 − 2) R + (3 − ) ⇒ R= Khi f = f1 ta có giãn đồ véc tơ hình vẽ Do vậy: 30 ⇒ = f1 3.4 ZC = R = => f1 = 36 Hz Chọn B 1 4π 30 36 1 ⇒ RC = => =2πRC = f1 2π 180 180 180 = ⇒ f1 = = 80,5 Hz Chọn B 2.3.4 Một số tập mở rộng: Bài (Đại học 2010): Nối hai cực máy phát điện xoay chiều pha vào hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở R mắc nối tiếp với cuộn cảm Bỏ qua điện trở cuộn dây máy phát Khi rôto máy quay với tốc độ n vòng/phút cường độ dòng điện hiệu dụng đoạn mạch 1A Khi rôto máy quay với tốc độ 3n vòng/phút cường độ dòng điện hiệu dụng đoạn mạch A Nếu rôto máy quay với tốc độ 2n vòng/phút cảm kháng đoạn mạch AB A R B R 2R C D 2R Hướng dẫn giải Cường độ dòng điện mạch I= U R + Z L2 Chú ý đại lượng tỉ lệ thuận với f : n; ZL : n; U : n Ta có bảng chuẩn hóa: Tốc độ rơto n 3n 2n Khi n1 = n n2 = 3n Khi n3 = 2n Z L3 = => U I = 3I1 ⇔ Z L3 = => Z L3 R 3 ZL = R + 32 = R Chọn R + 12 => R= C Bài (Đại học 2011): Đặt điện áp u = U 2cos2π ft (U không đổi, tần số f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C Khi tần số f cảm kháng dung kháng đoạn mạch có giá trị Ω Ω Khi tần số f2 hệ số cơng suất đoạn mạch Hệ thức liên hệ f1 f2 A f2 = f1 B f2 = f1 C f2 = f1 D f2 = f1 Hướng dẫn giải Giả sử f2 = nf1 (1) Ta có: ZL1 = => ZL2 = 6n ; ZC1 = => ZC2 = n Theo đề f2 = nf1 cosϕ = nên có cộng hưởng, suy ra: ZL2 = ZC2 n Hay: 6n = => n= (2) Từ (1) (2) => f2 = f1 ⇒ Chọn C Bài (Đại học 2009): Đặt điện áp u = U0cosωt vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, tụ điện cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi Biết dung kháng tụ điện R Điều chỉnh L để điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại, A điện áp hai đầu điện trở lệch pha π/6 so với điện áp hai đầu đoạn mạch B điện áp hai đầu tụ điện lệch pha π/6 so với điện áp hai đầu đoạn mạch C mạch có cộng hưởng điện D điện áp hai đầu cuộn cảm lệch pha π/6 so với điện áp hai đầu đoạn mạch Hướng dẫn giải Ta có: ZC = R => gán R = => ZC = L thay đổi để UL đạt cực đại nên: ZL = − Z L − ZC tan ϕ = = = R R + ZC2 12 + = = ZC 3 => ϕ = π/6 Chọn A Bài 4: Cho mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiêu có tần số thay đổi Khi tần số f 4f1 cơng suất mạch 80% công suất cực đại mà mạch đạt Khi f = 3f1 hệ số công suất A 0,8 B 0,53 C 0,6 D 0,96 Hướng dẫn giải Ta có: Cơng suất: P = I 2R = U2 R; Pmax = U R + ( Z L − ZC ) R 2 ; cosϕ = R R + (Z L − ZC )2 Theo bài, tỉ lệ tần số chọn đại lượng ZL để chuẩn hóa, ta có bảng sau Tần số f ZL ZC f1 X f2 = 4f1 X/4 f3 = 3f1 X/3 Theo đề P1 = P2 ⇔ ⇔ U2 R + ( Z L1 − ZC1 ) 2 R + (1 − X ) = R= U2 R + ( Z L − ZC )2 1 R + (4 − X ) R ⇒ 1− X = X −4⇒ X = 4 Theo đề f1 4f1 P1 = 80% Pmax 10 U2 ⇔ R + ( Z L − ZC )2 R = 0,8 U2 1 ⇔ R = 0,8 R R R + (Z L − ZC ) Theo số liệu chuẩn hóa bảng ta có: R + ( Z L1 − ZC1 ) R = 0,8 1 ⇔ R = 0,8 R R R + (1 − 4) ⇒ R = 0,8 R + 7, ⇒ R = 36 => R = R 6 18 cos ϕ = = = = = 0,9635 42 25 349 Ta có: R + ( Z L − ZC )2 + (3 − ) 36 + Bài 5: Đặt điện áp u = U 2cos2π ft (V), với f thay đổi vào hai đầu đoạn mạch không phân nhánh RLC (cuộn dây cảm) Biết L=nR2C với n>0,5 Thay đổi f để điện áp hiệu dụng cuộn cảm cực đại, dòng điện mạch trễ pha điện áp u ϕ (với tan ϕ = 0,5) Tính n A B.1,5 C.2 D.2,5 Hướng dẫn giải Z L − ZC = Chuẩn hóa: R=2; ZL – ZC = R Mặt khác, ω = ωL ULmax tan ϕ tan ϕ RC = − Zc ⇒ = ⇒ Z C = ⇒ Z L = R Theo đề tan ϕ = Ta có: L = nR C ⇒ L = n.R ⇒ Z L Z C = n.R ⇒ 3.2 = n.2 ⇒ n = 1,5 C Chọn B Bài : Đặt điện áp u = U 2cos2π ft (V) (trong U tỉ lệ với ω ) vào hai đầu đoạn mạch gồm R C mắc nối tiếp Khi tần số góc ω1 ω2 = 3ω1 cường độ dòng điện hiệu dụng mạch tương ứng I1 = ω I2 = 191 Khi tần số góc ω3 = cường độ dòng điện hiệu dụng mạch gần giá trị sau ? A.6A B.7A C.8A D.9A Hướng dẫn giải Ta có : I = Ta có bảng sau ω ω1 ω2 = 3ω1 U R +Z 2 C mà U : ω ; Z C : U ω ZC 1 11 ω3 = ω1 2 • Bài I2 = 4.I1 • I3 = I1 ⇒ 65 + ( 2) 63 = ⇒ R2 = 65 65 ⇒R= 63 63 R + 12 R + ( )2 65 +1 64 64 64 63 = ⇒ I = I1 = 191 = A Chọn C 191 191 191 Bài 7: Nối hai cực máy phát điện xoay chiều pha vào hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở R mắc nối tiếp với tụ điện C Bỏ qua điện trở cuộn dây máy phát Khi roto quay với tốc độ n (vòng/phút) cường độ dòng điện hiệu dụng đoạn mạch A Khi roto quay với tốc độ 3n (vòng/phút) cường độ dòng điện hiệu dụng đoạn mạch A Khi roto quay với tốc độ 2n (vòng/phút) dung kháng đoạn mạch ? A 2R B 3R C R D R Hướng dẫn giải Cường độ dòng điện mạch : I = Mặt khác : f : n;U : n; Z C : U R + Z C2 n Ta có bảng chuẩn hóa sau Tốc độ quay roto n 3n U 2n ZC 1 *Khi n1 = n n2 = 3n I2 = 2.I1 ⇔ R + ( )2 = R +1 2 ⇒ R2 = 7 ⇒R= Z 3 C3 * Khi n3 = 2n ZC3 = ⇒ R = = ⇒ Z C = R Chọn D Bài (Đại học 2015): Lần lượt đặt điện áp u = U cos(ωt ) ( U không đổi, ω thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch X vào hai đầu đoạn mạch 12 Y;với X Y đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Trên hình vẽ, PX PY biểu diễn quan hệ công suất tiêu thụ X với ω Y với ω Sau đó, đặt điện áp u lên hai đầu đoạn mạch AB gồm X Y mắc nối tiếp Biết cảm kháng hai cuộn cảm mắc nối tiếp (có cảm kháng ZL1 ZL2) ZL = ZL1 + ZL2 dung kháng hai tụ điện mắc nối tiếp (có dung kháng ZC1 ZC2) ZC = ZC1 + ZC2 Khi ω = ω2, công suất tiêu thụ đoạn mạch AB có giá trị gần giá trị sau đây? A 14 W B 10 W C 22 W Hướng dẫn giải D 18 W U2 Theo đồ thi ta có Pxmax = = 40W (*) ω = ω1 < ω2 Rx U2 Pymax = = 60W (**) ω = ω3 > ω2 > Ry = Rx (***) Ry U2 = 40Rx = 60Ry (****) U Rx Px = Py = 20W -> = 20 Rx + ( Z Lx − Z Cx ) Khi ω = ω2: 40 Rx2 -> = 20 > Rx = ZLx - ZCx ( ω2 > ω1 nên ZLx2 > XCx2) Rx + ( Z Lx − Z Cx )2 U Ry R + ( Z Ly − Z Cy ) y 60.Ry2 = 20 -> R + ( Z Ly − Z Cy ) y x = 20 ⇒ Z Cy − Z Ly = Ry ( ZLy2 < ZCy2) y Gán R = R = Khi ω=ω2: PAB= U ( Rx + Ry ) ( Rx + Ry ) + ( Z Lx + Z Ly − Z Cx − Z Cy ) U ( Rx + Ry ) ( Rx + Ry ) + [( Z Lx − Z CX ) + ( Z Ly − Z Cy )] 2 = = 120.(3 + 2) = 23,97 V Chọn C (3 + 2) + (3 − 2) Bài 9: Cho mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp có CR < 2L Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có biểu thức u = U 2cos(ωt ) (V), U khơng đổi, ω biến thiên Điều chỉnh giá trị ω để điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện cực đại Khi U Cmax = 41U Hệ số cơng suất mạch 40 bao nhiêu? A.0,6 B.0,8 C.0,49 Hướng dẫn giải D.0,27 13 • Ta có: U c max = U n n2 − n ⇔ n2 − = 41 41 ⇒n= 40 • Khi ω = ωC ta chuẩn hóa ZL = 1; ZC = n = R • Hệ số công suất : cos ϕ = Z = 41 ⇒ R = 2n − = 8 41 ( ) + (1 − ) = 0, Bài 10: Đặt điện áp xoay chiều có biểu thức u = U 2cos(2π ft ) (V), (trong U khơng đổi, f biến thiên) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện C mắc nối tiếp Khi f = f điện áp hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại UCmax Khi tần số f = f = trở đạt cực đại Khi tần số f = f = f1 điện áp hiệu dụng hai đầu điện 2 f điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện 150V Giá trị UCmax gần giá trị sau ? A.200V B.220V C.120V Hướng dẫn giải f f D.180V f L R 2 Ta có : n = f = ( f ) = ( ) = 1,5 C C Khi f = f1 UCmax ta chuẩn hóa ZL = ; ZC = n = 1,5 ⇒ R = 2n − = 1,5 ; Z L = 2; R = 1,5 12 + ( − ) 2 R + (Z L − ZC ) U Z ⇒ = = = =1 1,5 UC ZC ZC U n 150.1,5 ⇒ U = U C = 150(V ) ⇒ U C max = = = 90 5(V ) n2 − 1,52 − Khi f3 = f3 = f1 ⇒ Z C = Chọn A 2.4 HIỆU QUẢ CỦA VIỆC ÁP DỤNG SKKN - Qua việc tiến hành thực nghiệm lớp khối 12 học chương trình Vật lí nâng cao trường THPT Nguyễn Quán Nho năm học 2017 - 2018 Mục đích đợt thực nghiệm nhằm phân tích kết nghiên cứu  rút kết luận hiệu việc triển khai sáng kiến kinh nghiệm -Tôi chọn lớp thực nghiệm lớp đối chứng có đối tượng, có số lượng học sinh trình độ nhận thức học sinh tương đương nhau, cụ thể: + Lớp thực nghiệm (2 lớp với 80 học sinh) năm học 2017 - 2018: Đây lớp mà học sinh tiếp cận với phương pháp 14 + Lớp đối chứng (2 lớp với 83 học sinh) năm học 2016 - 2017: Đây lớp mà học sinh chưa tiếp cận với phương pháp Qua điều tra học sinh thuộc lớp đối chứng năm học 2016 - 2017 với học sinh thuộc lớp tiến hành thực nghiệm năm học 2017 – 2018, thu kết sau: STT Loại Năm học 2016 - 2017 Năm học 2017 - 2018 Số lượng HS Tỉ lệ % Số lượng HS Tỉ lệ % điều tra (83 HS) điều tra (80 HS) Giỏi 4,82 12 15 Khá 16 19,3 30 37,5 Trung bình 43 51,78 30 37,5 Yếu, 20 24,1 10  Như vậy, từ kết điều tra thu qua bảng trên, cho thấy qua năm thực nghiệm việc“Vận dụng phương pháp giải tập điện xoay chiều phương pháp chuẩn hóa gán số liệu” vào giảng dạy, hướng dẫn ôn thi THPT đạt kết đáng mừng, chất lượng mơn học có nhiều chuyển biến, cụ thể: +Số học sinh hiểu vận dụng phương pháp để giải tập điện xoay chiều cách dễ dàng Đặc biệt khó, trừu tượng đạt hiệu cao (khoảng ≥ 90 % học sinh xử lí tập liên quan) + Đa số học sinh tỏ tự tin vận dụng giải tập liên quan đến phương pháp sau tiếp cận với nội dung phương pháp nêu sáng kiến kinh nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận - Mang tính chất sáng kiến kinh nghiệm, tơi đưa đúc rút từ kinh nghiệm giảng dạy thực tế thân qua số năm qua, với trăn trở với nghề lòng nhiệt tình mong muốn em học sinh ln có hứng thú say mê, u thích với mơn Vật lí Nhưng với thời gian có hạn khn khổ đề tài nên “áp dụng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu vào việc giải tập điện xoay chiều”, mong nhận ý kiến đóng góp chân thành đồng nghiệp để giúp tơi tích lũy thêm kinh nghiệm, hồn thiện nội dung trên, đồng thời nâng cao trình độ chun mơn vững vàng công tác giảng dạy - Theo tơi, thời gian lớp có hạn nên tốt giáo viên tập cho em làm nhà, sử dụng vào tiết giải tập, ôn tập cuối học kì, đặc biệt luyện thi THPT Quốc gia, sau thầy (cơ) giúp em hoàn thiện tập lớp khoảng thời gian hợp lý - Việc vận dụng hợp lý phương pháp chuẩn hóa gán số liệu giúp em tiết kiệm nhiều thời gian điều thiết thực phù hợp với yêu cầu kiểm tra theo hình thức trắc nghiệm khách quan 3.2 Kiến nghị 15 Bằng kinh nghiệm thân qua thực tế giảng dạy, để giúp em giải hiệu dạng tập này, xin đề xuất: a Về phía người dạy người học: - Về phía người dạy: Cần chịu khó sưu tầm thêm số tư liệu liên quan Để phát triển tư rèn kỹ cho học sinh biết vận dụng linh hoạt để giải toán cho gọn dễ hiểu nhất, thầy (cô) ban đầu nên cho em giải số tập đơn giản; từ tập giải, thầy (cô) thay đổi chút giả thiết để tập khó, hay phức tạp hơn, chắn em cảm thấy thú vị khơng q khó khăn để giải vấn đề - Về phía người học: Để vận dụng tốt vào giải nhanh tập điện xoay chiều, em cần phải nghiên cứu thật kĩ kiến thức phần điện xoay chiều liên quan đến độ lệch pha, hệ số công suất đặc biệt phần cực trị dòng điện xoay chiều b Về phía nhà trường: Bổ sung thường xuyên tài liệu sách tham khảo mơn Vật lí vào thư viện Sưu tầm sáng kiến kinh nghiệm đạt giải cấp tỉnh môn Vật lí, đề đáp án kì thi HSG cấp tỉnh, giáo viên giỏi cấp tỉnh sở GD & ĐT Thanh hóa tổ chức để giáo viên học hỏi rút kinh nghiệm, nâng cao trình độ chuyên môn XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 22 tháng năm 2018 Tơi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết Nguyễn Công Ngọc TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 Sách giáo khoa, sách giáo viên, tài liệu chuẩn kiến thức kĩ Vật lí 12, NXB giáo dục Các đề thi Đại học – Cao đẳng đề thi THPT Quốc gia năm trước www.google.com Bí luyện thi THPT Quốc gia mơn Vật lí, Chu Văn Biên, nhà xuất Đại học Quốc gia Hà nội DANH MỤC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG KHOA HỌC NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO XẾP LOẠI TỪ LOẠI C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Nguyễn Công Ngọc Chức vụ đơn vị công tác: Tổ phó chun mơn trường THPT Nguyễn Qn Nho TT Tên đề tài SKKN Cấp đánh giá xếp loại Phân loại N phương pháp giải gành giáo dục tập giao thoa tỉnh Thanh Hóa sóng Kết đánh giá xếp loại Năm học đánh giá xếp loại 2010-2011 C 17 ... điện xoay chiều, nhiên việc vận dụng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu hạn chế vì: + SGK đề cập, mặt khác sách tham khảo không nhiều dạng tập vận dụng cách giải phương pháp chuẩn hóa gán số liệu. .. điện xoay chiều, đặc biệt tập khó, phù hợp với xu thi trắc nghiệm khách quan 2.3 GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.3.1 Vận dụng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu vào tập điện xoay chiều. .. dụng phương pháp chuẩn hóa gán số liệu cho tập điện xoay chiều liên quan đến hệ số công suất a, Phương pháp giải: U R R R Ta có hệ số công suất: cos ϕ = U = Z = R + ( Z L − ZC ) Do đó, tính hệ số