SKKN định dạng hiện tượng cộng hưởng điện trong mạch RLC nối tiếp và vận dụng giải một số bài toán cơ bản vật lý 12 THPT

MỤC LỤC NỘI DUNG MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu: 1.4 Phương pháp nghiên cứu NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng kinh nghiệm 2.3 Phương pháp định dạng giải tập cộng hưởng điện 2.4 Kết sáng kiến KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị TRANG 1 1 3 5 16 18 18 18 MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Xuất phát từ u cầu thực tế mơn vật lí thi trắc nghiệm, nội dung thi đa dạng phủ rộng nên học sinh phải nắm kiến thức tồn chương trình Đồng thời học sinh phải có kỹ năng, kỹ xảo tốt giải tập Vật lí, có đáp ứng cho thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia đạt kết cao sở để em chọn vào trường Đại học, Cao đẳng Trong phần kiến thức Vật lí 12, câu trắc nghiệm phần điện xoay chiều có số lượng câu nhiều, kiến thức rộng, nhiều cơng thức, nhiều dạng nhiều phương pháp giải nên học sinh lúng túng, khó khăn việc xác định manh mối (do giả thiết ẩn) để định hướng đường tìm lời giải nhanh gọn Qua thực tế nhiều năm giảng dạy nhận thấy tượng cộng hưởng điện khai thác nhiều đề thi cấp THPT Quốc Gia Nhưng sách giáo khoa ban đề cập tượng đơn giản, nhiều học sinh không nắm chất tượng cộng hưởng điện mạch RLC Câu hỏi mà em học sinh thường đặt làm để biết có xảy tượng cộng hưởng điện hay khơng, có đại lượng có mối quan hệ với nhau, giải nhanh toán cách mà khơng cần phải tính tốn biến đổi q nhiều Vì thân nhận thấy cần phải nghiên cứu chuyên đề để dạy học, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy, đáp ứng yêu cầu người học Một chuyên đề có chuyên đề tượng cộng hưởng điện mạch RLC nối tiếp 1.2 Mục đích nghiên cứu Bản thân tơi nhận thấy cần phải tích cực nghiên cứu khoa học, tìm phương pháp giảng dạy phù hợp để kích thích hứng thú học tập cho học sinh Từ lơi học sinh vào học, khiến em trở thành trung tâm trình dạy học Các em có kĩ phản xạ tượng Vật lí, đặc biệt giải nhanh toán, đáp ứng yêu cầu thực tiễn 1.3 Đối tượng nghiên cứu Qua trình dạy học, nghiên cứu chuyên sâu đoạn mạch xoay chiều RLC nối tiếp xảy cộng hưởng điện với đề tài “Định dạng tượng cộng hưởng điện mạch RLC nối tiếp vận dụng giải số toán Vật lý 12 THPT” nhằm góp phần giúp học sinh nắm rõ chất, không bị lúng túng, không nhiều thời gian tìm hướng gặp tốn có liên quan đến cộng hưởng điện 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực đề tài sử dụng phương pháp sau: - Vận dụng kiến thức tổng hợp tượng cộng hưởng điện, kiến thức toán để biện luận điều kiện cực trị đại lượng Vật lí - Phối hợp với hoạt dộng dạy bồi dưỡng, phụ đạo, sưu tầm tổng hợp tập liên quan đến cộng hưởng đề thi Bộ mà học sinh thường gặp lúng túng để phân tích tìm hiểu vấn đề tồn cần khắc phục học sinh - Thu thập thông tin qua học, thái độ học tập, khả vận dụng kiến thức qua tập nhà kiểm tra học sinh Qua đó, phân tích, đánh giá hiệu chuyên đề đồng thời điều chỉnh, bổ sung kinh nghiệm cho lớp học Sáng kiến hoàn thiện từ bước sau: - Thu thập, liệt kê dấu hiệu nhận biết tượng cộng hưởng điện mạch RLC nối tiếp - Chứng minh hệ thường gặp xảy tượng cộng hưởng điện - Phân loại xếp thành hệ thống dễ nhớ tiện dụng sử dụng cho học sinh - Phát điều học sinh hay nhầm lẫn tượng cộng hưởng điện với trường hợp khác - Đưa phương pháp giải nhanh toán liên quan đến cộng hưởng điện - Sưu tầm tập hay cộng hưởng điện (cả câu hỏi định tính định lượng) cho học sinh ôn luyện vận dụng NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận 2.1.1 Khái niệm tượng cộng hưởng điện Xét mạch điện RLC nối tiếp Đặt điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch u = U cos(ωt + ϕ u ) Hình - Mạch RLC dao động có tần số riêng ω0 = LC - Khi tần số nguồn ω = ω = I max = LC Z L = Z C , Z = R ⇒ U U = Lúc biên độ dòng điện đạt giá trị cực đại tức biên độ Z R dao động cưỡng đạt giá trị cực đại Hiện tượng gọi tượng cộng hưởng điện 2.1.2 Điều kiện để có tượng cộng hưởng Z L = Z C ⇔ ω LC = 1; f = 2π LC 2.1.3 Giản đồ vector có tượng cộng hưởng U L ;U L U C ;U C U R ;U R I U ;U Hình 2.1.4 Cách tạo tượng cộng hưởng - Giữ nguyên tần số ω nguồn cưỡng thay đổi tần số dao động riêng mạch cách thay đổi L C (thực tế thường gặp thay đổi C cách sử dụng tụ xoay, thay đổi L cuộn cảm thực tế khó thiết kế nên sử dụng phương pháp thay đổi L)-Giữ nguyên R L,C thay đổi tần số nguồn cưỡng ω 2.1.5 Đường cong cộng hưởng đoạn mạch RLC mắc nối tiếp I R1 U R (R2>R1) ω0 = R2 LC Hình ω Trên đồ thị thực nghiệm cho thấy R nhỏ tượng cộng hưởng rõ nét ngược lại ( R tương tự Fcản dao động cơ) 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng kinh nghiệm Qua qua trình giảng dạy phần cộng hưởng điện, nhận thấy việc phân biệt mạch điện có cộng hưởng hay khơng khó khăn với hầu hết học sinh có học lực trung bình trở xuống Tuy nhiên, học sinh khá, giỏi bị nhầm lẫn, có phát tượng cộng hưởng lúng túng giải toán 2.2.1 Một số trường hợp học sinh dễ bị nhầm với tượng cộng hưởng Trường hợp 1: Trong mạch RLC nối tiếp thay đổi R để công suất cực đại không gây tượng cộng hưởng Trường hợp 2: Trong mạch RLC nối tiếp có L thay đổi để U Lmax mạch lúc khơng có tượng cộng hưởng Trường hợp 3: Trong mạch RLC nối tiếp có C thay đổi để U Cmax mạch lúc khơng có tượng cộng hưởng Trường hợp 4: Trong mạch RLC nối tiếp có L thay đổi để ULRmax mạch lúc khơng có tượng cộng hưởng Trường hợp 5: Trong mạch RLC nối tiếp có C thay đổi để U CRmax mạch lúc khơng có tượng cộng hưởng Trường hợp 6: Trong mạch RLC nối tiếp có ω thay đổi để ULmax UCmax mạch lúc khơng có tượng cộng hưởng 2.2.2 Một số ví dụ Ví dụ 1: Cho đoạn mạch xoay chiều gồm biến trở R, cuộn cảm L tụ điện C mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u=220 cos100πt(V) Điều chỉnh biến trở đến giá trị R = 220Ω cơng suất mạch đạt giá trị cực đại Giá trị cực đại công suất bao nhiêu? Học sinh nhầm cộng hưởng tính Pmax = Pmax = U2 = 220W đáp án R U2 = 110 W ( Đây toán thay đổi giá trị R để công 2R suất cực đại) Ví dụ 2: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R điện trở thay đổi Đặt hai đầu mạch điện áp xoay chiều ổn định Điều chỉnh điện trở đến giá trị R = 60 Ω mạch tiêu thụ cơng suất cực đại Xác định tổng trở mạch lúc này? Học sinh nhầm cộng hưởng tính Z = R = 60 Ω toán thay đổi giá trị R để công suất cực đại Z = R = 60 Ω Ví dụ 3: Cho mạch điện hình vẽ C L R M B Điện áp hai đầu AB có biểu thức A u = 200cos100π t (V) Cuộn dây cảm V có L thay đổi được, điện trở R = 100Ω, tụ Hình −4 10 (F) Xác định L cho điện áp hiệu dụng hai π điểm M B đạt giá trị cực đại, tính hệ số cơng suất mạch điện Học sinh nhầm cộng hưởng tính hệ số cơng suất tốn khơng phải cộng hưởng, phải dùng phương pháp riêng để giải Ví dụ Mạch điện hình vẽ V’ Cuộn dây cảm có độ tự cảm L = L R N C 0,318 H, R = 100 Ω, tụ C tụ xoay A B M Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch có V Hình biểu thức u = 200 cos100π t (V) a Tìm C để điện áp hai đầu tụ đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực đại b Tìm C để điện áp hai đầu MB đạt cực đại, tính giá trị cực đại Học sinh nhầm cộng hưởng tốn khơng phải cộng hưởng, phải dùng phương pháp riêng để giải điện có điện dung C = 2.3 Phương pháp định dạng giải tập cộng hưởng điện 2.3.1 Các dấu hiệu (hệ quả) để nhận biết tượng cộng hưởng 2.3.1.1 Các dấu hiệu thường gặp + Z L = Z C ⇔ ω LC = ⇔ 4π f LC = ; + Z=R + U R = U U R = U + Pmax = UI = U2 R + cos ϕ = tan ϕ = + u pha với i u pha với uR + u vuông pha với uc ( sớm pha uc góc + u vng pha với uL ( trễ pha uL góc π ) π ) 2.3.1.2 Nếu mạch RLC có L thay đổi A B Ta có I= M U ( R + r ) + (Z L − Z C ) 2 Z L = Z C ⇒ I max = L,r C R U R+r N Hình R, r ZC khơng thay đổi - Nếu mạch có L thay đổi cuộn dây khơng cảm ngồi dấu hiệu 2.3.1.1 mà đề cho ; Ucmax; PRmax; Pr max mạch có tượng cộng hưởng Hệ  +U RC max = I max Z RC  +U  c max = I max Z C   + PR max = I max R + P = I r max  r max - Nếu mạch có L thay đổi cuộn dây cảm, dấu hiệu 2.3.1.1 mà đề cho ULCmin;Ucmax;URCmax mạch có tượng cộng hưởng Hệ U = IZ LC =  LC U c max = I max Z C  2 U RC max = I max R + Z C 2.3.1.3 Nếu mạch RLC có C thay đổi Từ hình vẽ ta có: U + I = ( R + r ) + (Z − Z ) L C Z L = Z C ⇒ I max = U R+r R A M L,r C N B Hình + Điện áp hiệu dụng đoạn MB hay U LrC cực tiểu xảy cộng hưởng C L thay đổi + R, r ZL không thay đổi - Nếu mạch có C thay đổi, cuộn dây khơng cảm, ngồi dấu hiệu 2.3.1.1 mà đề cho U ANmax, UMNmax; PRmax; Pr max mạch có tượng cộng hưởng Hệ 2 U AN max = I max Z AN = I ( R + r ) + Z L  2 U MN max = I max r + Z L   PR max = I max R   Pr max = I max r - Nếu mạch có C thay đổi, cuộn dây cảm, ngồi dấu hiệu 2.3.1.1 mà đề cho UMBmin; UMNmax; UANmax ; PRmax; mạch có tượng cộng hưởng điện U LC = 0U MN max = I max Z L  2 Hệ U AN max = I max R + Z L   PR max = I max R 2.3.1.4 Nếu mạch RLC có ω (hoặc f) thay đổi + Để Pmax, URmax, ULC=0, cos ϕ =1 tan ϕ =0 mạch có tượng cộng hưởng xảy ra, ω = LC *Lưu ý: - Trong mạch RLC nối tiếp có L, C, ω thay đổi gây tượng cộng hưởng - Trong mạch RLC nối tiếp U R ≤ U UL,UC lớn hơn, nhỏ U 2.3.2 Phương pháp: - Từ đề tìm dấu hiệu nhận biết tượng cộng hưởng điện(các dấu hiệu phần 2.3.1) - Chú ý cần có dấu hiệu mạch RLC nối tiếp khẳng định mạch xảy cộng hưởng - Sau phát cộng hưởng,ta sử dụng hệ liên quan đến đại lượng đề yêu cầu tính : điện áp, tổng trở, cường độ dòng điện, góc lệch pha, hệ số cơng suất, cơng suất - Có thể sử dụng thêm kiến thức học mạch RLC nối tiếp để giải toán toán tổng hợp liên quan đến nhiều vấn đề 2.3.3 Vận dụng để giải số tập “Việc sử dụng dấu hiệu (hệ quả) tượng cộng hưởng thường mấu chốt để giải toán trắc nghiệm hiệu nhanh chóng tập lớn, sau số ví dụ” Ví dụ 1: Cho mạch điện hình vẽ uAB = 200 cos100πt (V) R =100 Ω ; H; C tụ điện biến đổi ; RV →∞ Tìm C để vơn kế V có số lớn π C L Tính Vmax? R A B −4 10 A 100 V, 1072,4µF ; B 200 ; F ; π V L= 10−4 C 100 V; µF ; π 10−4 D 200 ; µF π Hình Giải: Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.3 điều kiện cộng hưởng ta thấy số Vôn Kế (V) giá trị điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch chứa R L 2 Ta có: UV= I Z RL = R + Z L U R + (Z L − Z C ) 2 Do R, L không đổi U xác định => UV=UVmax=> cộng hưởng điện, nên ZL=ZC 1 10−4  C= = (100π)2 = F Lω π π Chọn B H Đặt π vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u = 220 cos100π t (V) Biết tụ điện C thay đổi a Xác định C để điện áp đồng pha với cường độ dòng điện b Viết biểu thức dòng điện qua mạch Ví dụ 2: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ Biết R = 50Ω, L = A R L C B Bài giải: Hình a Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.1 để u i đồng pha: ϕ = mạch xảy tượng cộng hưởng điện 1 10−4 ⇒C = = = ⇒ ZL = ZC ⇒ ω L = ; ω L 100π π F ( ) ωC π b Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.1 tính I0 pha ban đầu i mạch xảy cộng hưởng điện nên Zmin = R U U 220 ⇒ Io = o = o = = 4,4 (A) Z R 50 Pha ban đầu dòng điện: ϕi = ϕu − ϕ = Vậy i = 4,4 cos100π t (A) Ví dụ 3: (ĐH-2009): Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V, tần số 50 Hz vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở 30 Ω, cuộn cảm có độ tự cảm 0,4 (H) tụ điện có điện dung thay đổi Điều chỉnh π điện dung tụ điện điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại A 150 V B 160 V C 100 V D 250 V Giải: Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.3 hệ để phát cộng hưởng tính ULmax Z L = 40Ω ;U LMAX = I MAX Z L = U Z L U Z L = = 120.40/30=160V Z MIN R Chọn B Ví dụ 4: Một mạch điện không phân nhánh gồm điện trở R=100 Ω ,cuộn cảm có L thay đổi tụ có điện dung C Mắc mạch vào nguồn có u = 100 2Cos (100πt + π )V Thay đổi L để điện áp hai đầu điện trở có giá trị hiệu dụng UR=100V Biểu thức sau cho cường độ dòng điện qua mạch: π π C i = 2cos(100π t + ) (A) A i = 2cos100π t + ) (A) π B i = cos (100π t + ) (A) D i = 2cos (100π t ) (A) Giải: : Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.1 sau áp dụng dấu hiệu để tính I pha ban đầu dòng điện Theo đề ta có U=100V, UR=100V Vậy UR=U, mạch xảy cộng hưởng điện U 100 = = 1A -> I0= I = A R 100 π +Do i pha với u => i = 2Cos (100πt + ) (A) Chọn A + Lúc i pha với u I= Ví dụ 5: Cho mạch điện xoay chiều L C R hình vẽ A B A −4 M 10 Biết R = 200Ω, L = H, C = F π π Hình Đặt vào hai đầu mạch điện điện áp xoay chiều u = 100cos100π t (V) Khi R, L, C không đổi để số ampe kế lớn nhất, tần số dòng điện phải bao nhiêu? Tính số ampe kế lúc (Biết dây nối dụng cụ đo không làm ảnh hưởng đến mạch điện) Bài giải: Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.1 sau áp dụng dấu hiệu để tính I U I = Ta có: ; Để số ampe kế cực đại I Amax Zmin R + ( Z L − ZC ) ⇒ Z L − ZC = ⇒ Z L = Z C (cộng hưởng điện) 1 ⇒ 2π f L = ⇒ f= ≈ 35,35 Hz 2π f C 2π LC U U 100 = = = 0,35 (A) Số ampe kế cực đại: IAmax = I max = Z R 2.200 10 Ví dụ 6: Cho đoạn mạch hình vẽ : u AB = 63 cos ωt , RV = ∞; RA = 0; cuộn dây cảm có cảm kháng Z L = 200Ω , thay đổi C vôn kế V cực đại 105V Số Ampe kế : L C R M A B A A.0,25A B.0,3A C.0,42A D.0,35A V Hình 10 HD: Sử dụng dấu hiệu 2.3.1.3 hệ Cộng hưởng ZL =ZC => UAM max = Thế số : 105 = U AB R 63 R + 2002 => R R + Z L2 R =150Ω; I = U R U AB 63 = = =0,42A R R 150 Chọn C Ví dụ 7: (ĐH – 2011) Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở R mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB gồm điện trở R mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L Đặt điện áp xoay chiều có tần số giá trị hiệu dụng không đổi vào hai đầu đoạn mạch AB Khi đoạn mạch AB tiêu thụ cơng suất 120 W có hệ số cơng suất Nếu nối tắt hai đầu tụ điện điện áp hai đầu π , cơng đoạn mạch AM MB có giá trị hiệu dụng lệch pha suất tiêu thụ đoạn mạch AB trường hợp A 75 W B 90 W C 160 W D 180 W Giải: * Ban đầu, mạch xảy cộng hưởng (dựa vào dấu hiệu 2.3.1.1 hệ số công suất 1): P1 = U2 = 120 ⇒ U = 120.( R1 + R2 ) (1) R1 + R2 U UMB π/3 * Lúc sau, nối tắt C, mạch R1R2L: +) UAM = UMB ; ∆ϕ = π/3 Vẽ giản đồ ⇒ ϕ = π/6 ⇒ tan ϕ = ⇒ P2 = ( R1 + R2 ) I = ( R1 + R2 ) 120( R1 + R2 ) ( R1 + R2 ) + ( R1 + R2 )  3  I UAM ZL ( R + R2 ) = ⇒ ZL = R1 + R2 3 U2 = ( R1 + R2 ) Z2 ϕ = 90 w⇒ Đáp án C Ví dụ 8: (ĐH – 2011) Đặt điện áp u = U cos 2πft (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 f = f1 B f = f1 C f = f1 3 D f = f1 11 Giải: Z L * Với tần số f1: Z L = 2πf1 L = 6; Z C = 2πf C = ⇒ Z = ( 2πf1 ) LC = (1) C * (Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.1,hệ số công suất 1)Với tần số f2 mạch xảy cộng hưởng, ta có: (2πf ) LC = (2) 1 1 f2 2 ⇒ f 2= f1 * Chia vế (2) cho (1) ta được: f = ⇒ Đáp án C 3 (Dựa vào hình ta dễ nhận f2>f1 ta loại phương án B D) Ví dụ ( ĐH-2010) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 200 V tần số không đổi vào hai đầu A B đoạn mạch mắc nối thứ tự gồm biến trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C thay đổi Gọi N điểm nối cuộn cảm tụ điện Các giá trị R, L, C hữu hạn khác không Với C = C1 điện áp hiệu dụng hai đầu biến trở R có giá trị khơng đổi khác không thay đổi giá trị R biến trở Với C = C1 điện áp hiệu dụng A N A 200 V B 100 V C 100 V D 200 V Giải: Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.1: UR không đổi R thay đổi nghĩa U R= U mạch cộng hưởng với giá trị C1 Theo gt Với C = C1 điện áp hiệu dụng hai đầu biến trở R có giá trị khơng đổi khác khơng thay đổi giá trị R biến trở: ⇒ Z = Z, C= ⇒ Z = 2Z ⇒ U =U (R +Z ) / ((R +( Z -Z) ) ⇒U=200 V ⇒ Chọn A Ví dụ 10: Đoạn mạch AB gồm đoạn AM (chứa tụ điện C nối tiếp điện trở R= 100 Ω ) đoạn mạch MB chứa cuộn dây) Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện π áp xoay chiều ổn định u AM = 200cos ωt V; uMB = 200cos(ωt + ) V Lúc t = 0, 2 dòng điện mạch có giá trị I giảm Cơng suất tiêu thụ mạch là: A 200 W B 350W C 400 W D 100 W Giải: Nhận xét: Bài tốn hầu hết học sinh khơng nhận diện có cộng hưởng điện Dấu hiệu cộng hưởng bị ẩn, biến đổi toán học quan sát tinh ý thu kết π Lúc t = 0, dòng điện mạch có giá trị I giảm ⇒ ϕi = 12 Mà: u AB = u AM + uMB = 200 cos(ωt + áp hai đầu mạch pha π π ) V ⇒ ϕu = Suy dòng điện điện 4 U2 Dựa vào dấu hiệu 2.3.1.1: công suất tiêu thụ mạch ⇒ P = = 400 W R ⇒ Chọn C BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1: Một đoạn mạch xoay chiều tần số 50 Hz nối tiếp RLC, cuộn cảm có độ tự cảm l/π H Nếu điện áp L lệch pha π/2 so với điện áp hai đầu đoạn mạch điện dung tụ A 500/π μF B 250/π μF C 100/π μF D 50/π μF Bài 2: Một đoạn mạch xoay chiều tần số 50 (Hz) nối tiếp RLC, điện dung tụ 50/π (μF) Nếu điện áp C lệch pha π/2 so với điện áp hai đầu đoạn mạch cuộn cảm có độ tự cảm A 0,1/π H B 2/π H C 0,2/π H D 1/π H Bài 3: Đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp tần số 50 (Hz) Điện trở R = 10Ω, cuộn dây cảm có độ tự cảm L = 0,1/π (H), tụ điện có điện dung C.Nếu điện áp hai đầu đoạn mạch pha với điện áp hai đầu điện trở R giá trị điện dung tụ điện A 3,18 μF B 50/π μF C 1/π mF D 0,1/π mF Bài 4: (ĐH−2012) Mạch xoay chiều RLC nối tiếp.Trường hợp sau điện áp hai đầu mạch pha với điện áp hai đầu điện trở R A Thay đổi C để URmax B Thay đổi R để Ucmax C Thay đổi L để ULmax D Thay đổi f để Ucmax Bài 5: Khi có cộng hưởng điện đoạn mạch điện xoay chiều RLC khơng phân nhánh A cường độ dòng điện tức thời mạch pha với điện áp tức thời đặt vào hai đầu đoạn mạch B điện áp tức thời hai đầu điện trở pha với điện áp tức thời hai tụ điện C điện áp tức thời hai đầu điện trở pha với điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm D công suất tiêu thụ đoạn mạch đạt giá trị nhỏ Bài 6: Gọi u, uR, uL uC điện áp tức thời hai đầu mạch, hai đầu điện hở R, hai đầu cuộn cảm L hai đầu tụ điện C đoạn mạch nối tiếp RLC Thay đổi tần số dòng điện qua mạch cho mạch xảy cộng hưởng điện A u = uC B uL = uC C uR = u D.uR = uL Bài 7: Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm: điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C nối tiếp Chỉ thay đổi tần số góc ω để LCω2 = Chọn phương án 13 A Khi giảm ω cơng suất tiêu thụ mạch ln giảm B Tần số góc ω lần tần số góc riêng mạch C Để mạch có cộng hưởng ta phải tăng ω D Dòng điện qua mạch sớm pha điện áp hai đầu mạch Bài 8: Đặt vào hai đầu đoạn mạch xoay chiều RLC khơng phân nhánh điện áp u = U0cosl00πt hiệu điện thể hai đầu mạch lệch pha π/3 so với cường độ dòng điện Biết cuộn cảm có cảm kháng 20Ω tụ điện có điện dung thay đổi Cho điện dung C tăng lên hai lần so với giá trị ban đầu mạch có cộng hưởng điện Điện trở mạch có giá trị A 20/ Ω B 20 Ω C 10 Ω D Ω Bài 9: Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở R1 mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB gồm điện trở R2 mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L Đặt điện áp xoay chiều u = U 0cosωt (U0 ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB cơng suất tiêu thụ đoạn mạch AB 100 W Khi LCω2 = độ lệch pha uAM uMB 90° Nếu đặt điện áp vào hai đầu đoạn mạch MB đoạn mạch tiêu thụ cơng suất bằng: A 100 W B 50 W C 200 W D 70 W Bài 10: Một đoạn mạch xoay chiều nối tiếp AB gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện có điện dung C.Điện áp hai đầu đoạn AB u = U 0cosωt (V) điện áp L uL = U0cos(ωt + π/3) (V) Muốn mạch xảy cộng hưởng điện dung tụ A C B C C 0.5C D.2C Bài 11: Một đoạn mạch xoay chiều nối tiếp AB gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện có điện dung C.Điện áp hai đầu đoạn AB u = 2U 0cosωt (V) điện áp C uC = U0cos(ωt – 2π/3) (V) Muốn mạch xảy cộng hưởng điện dung tụ A C B C C C/2 D 2C Bài 12: Một mạch điện xoay chiều gồm tụ điện C nối tiếp với cuộn dây Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp u = U cosωt (V) điện áp hai đầu tụ điện C uC = Ucos(ωt – 3π/4) (V) Tỷ số dung kháng cảm kháng A 3/4 B 1/3 C 4/3 D.2 Bài 13: Đặt vào hai đầu mạch RLC nối tiếp điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng phần tử R, L, C lượt 30 V, 50 V 90 V Khi thay tụ C tụ C’ để mạch có cộng hưởng điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở R A 50 V B 45 V C 60 V D 40 V Bài 14: Một đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm: điện trở R, tụ điện có điện dung C cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp xoay chiều 200 V − 50 Hz Điều chỉnh L để L = CR điện áp hai đầu cuộn cảm lệch pha so với điện áp hai đầu đoạn mạch AB góc π/2 Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện 14 A 100 V B 150 V C 50 V D 200 V Bài 15: Một đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm: điện trở R, tụ điện có điện dung C cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp xoay chiều 100 V − 50 Hz Điều chỉnh L để L = 0,25CR điện áp hai đầu cuộn cảm lệch pha so với điện áp hai đầu đoạn mạch AB góc π/2 Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện A 40 V B 30 V C 50V D 20 V Bài 16: Đoạn mạch xoay chiều nối tiếp gồm điện trở R, tụ điện C cuộn cảm Lr Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều 120 V − 50 Hz điện áp hai đầu đoạn R−C điện áp đầu đoạn C−Lr có giá trị hiệu dụng 90 V mạch có cộng hưởng điện Điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở R A 30 V B 60 V C 30 V D 30V Bài 17: Đoạn mạch xoay chiều nối tiếp gồm điện trở R, tụ điện C cuộn cảm Lr Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều 120 V − 50 Hz điện áp hai đầu đoạn R−C điện áp đầu đoạn C−Lr có giá trị hiệu dụng 90 V mạch có cộng hưởng điện Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm A 30 17 V B 60 V C 30 V D.30V Bài 18: Dòng điện xoay chiều đoạn mạch RLC có tần số 50 Hz, cuộn dây cảm có độ tự cảm 0,25/π (H) Tụ điện có điện dung biến thiên điều chỉnh giá trị C1 = 400/π ((J.F) Điện trở R không đổi Tăng dần điện dung tụ điện từ giá trị Cl cường độ hiệu dung dòng điện A Tăng B Giảm C Lúc đầu tăng sau giảm D Lúc đầu giảm sau tăng Bài 19: Đoạn mạch gồm điện trở 30 Ω , cuộn dây cảm có độ tự cảm 1/π H tụ điện có điện dung 0,1/π mF nối tiếp Mắc đoạn mạch vào nguồn điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng khơng đổi, tần số góc co thay đổi Khi cho ω thay đổi từ 50π rad/s đến 150π rad/s cường độ hiệu dụng dòng điện mạch A tăng sau giảm B giảm, C tăng D giảm sau tăng Bài 20: Đoạn mạch gồm điện trở thuần, cuộn dây cảm có độ tự cảm 4/π H tụ điện có điện dung 0,1/π mF nối tiếp Mắc đoạn mạch vào nguồn điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng không đổi, tần số f thay đổi Khi cho f thay đổi từ 20 Hz đến 30 Hz cường độ hiệu dụng dòng điện mạch A tăng sau giảm B giảm, C tăng D giảm sau tăng Bài 21: Dung kháng đoạn mạch RLC nối tiếp có giá trị nhỏ cảm kháng Ta làm thay đổi thông số đoạn mạch cách nêu sau đây, cách làm cho tượng cộng hưởng điện xảy ra? A Tăng điện dung tụ điện B Tăng hệ sô tự cảm cuộn dây C Giảm điện trở đoạn mạch D Giảm tần số dòng điện 15 Bài 22: Chọn câu SAI câu sau: Mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp xảy cộng hưởng Nếu thay đổi tần số điện áp đặt vào hai đầu mạch thì: A Điện áp hiệu dụng L tãng B Cơng suất trung bình mạch giảm, C Hệ số công suất mạch giảm D Cường độ hiệu dụng qua mạch giảm Bài 23: Đoạn mạch điện xoay chiều tần số f0 gồm điện trở R, cuộn dây có cảm kháng ZL tụ điện có dung kháng ZC mắc nối tiếp Nếu tăng dần tần số từ giá trị f0 điện áp hiệu dụng R tăng giảm Chọn kết luận A ZL> ZC B ZL< ZC C ZL = ZC D cuộn dây có điện trở Bài 24: Mạch xoay chiều RLC có hiệu điện thể hiệu dụng đầu đoạn mạch không đổi Hiện tượng cộng hưởng điện xảy thay đổi A tần số f để điện áp tụ đạt cực đại B điện trở R để điện áp hên tụ đạt cực đại C điện dung C để điện áp R đạt cực đại D độ tự cảm L để điện áp cuộn cảm đạt cực đại Bài 25: Trong mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp có cộng hưởng điện kết luận sau SAI? A Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện B Cường độ hiệu dụng mạch cực đại C Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch lớn điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở R D Điện áp hai đầu mạch pha với điện áp hai đầu điện trở R Bài 26: Hai đoạn mạch nối tiếp RLC khác nhau: mạch mạch 2, cộng hưởng với dòng điện xoay chiều có tần số f 2f Biết độ tự cảm mạch gấp đôi độ tự cảm mạch Nếu mắc nối tiếp hai đoạn mạch với thành mạch cộng hưởng với dòng điện xoay chiều có tần số A.f B 1,5f C 2f D 3f Bài 27: Mạch điện X (gồm phần tử: R1, L1, C1 mắc nối tiếp) có tần số góc cộng hưởng ω1 mạch điện Y (gồm phần tử: R2, L2, C2 mắc nối tiếp) có tần số góc cộng hưởng ω2 Biết ω1 ≠ ω2 L1 = 2L2 Mắc nối tiếp mạch X Y với tần số góc cộng hưởng mạch : 2ω + ω2 ω12 + 2ω22 2ω12 + ω22 ω = ω ω A B ω = C ω = D ω = 1 3 Bài 28: Hai đoạn mạch nối tiếp RLC khác nhau: mạch mạch 2, cộng hưởng với dòng điện xoay chiều có tần số góc ω0 ω0/2 Biết điện dung mạch nửa điện dung mạch Nếu mắc nối tiếp hai đoạn mạch với thành mạch cộng hưởng với dòng điện xoay chiều cỏ tần số 16 A 3ω B l,5 ω C 3ω D ω / Bài 29: Một đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm: điện trở R, tụ điện có điện dung C cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp xoay chiều 100 V − 50 Hz Điều chỉnh L để R = 6,25L/C điện áp hai đầu cuộn cảm lệch pha so với điện áp hai đầu đoạn mạch AB góc π/2 Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm A 40 V B 30 V C 50 V D 20 V Bài 30: Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở R1 mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB gồm điện trở R2 mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L Đặt điện áp xoay chiều u = U0cosωt (V) (U0 ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB cơng suất tiêu thụ đoạn mạch AB 85 W Khi LCω2=1 độ lệch pha u AM uMB 90° Nếu đặt điện áp vào hai đầu đoạn mạch MB đoạn mạch tiêu thụ cơng suất bằng: A 85 W B 135 W C 110W D 170 W ĐÁP ÁN 5.A 6.C 15.C 16.D 25.C 26.A 1.C 2.B 3.C 4.A 7.B 8.A 9.A 10.C 11.C 12.B 13.A 14.D 17.A 18.B 19.A 20.A 21.D 22.A 23.B 24.C 27.C 28.D 29.A 30.A 2.4 Kết sáng kiến 2.4.1 Giải pháp thực sáng kiến Đưa dạng phân dạng vào tiết tập,dạy theo hình thức chuyên đề Đổi phương pháp dạy học cho phù hợp với đối tượng học sinh nhằm phát huy tính tích cực em Đối với lớp chủ yếu ôn dạng sử dụng dấu hiệu thông thường (2.3.1.1) từ khái niệm điều kiện cộng hưởng,lớp nâng cao đưa thêm dạng khó cần sử dụng hệ kiến thức tổng hợp để giải toán In thêm câu hỏi trắc nghiệm,các câu hỏi năm thi THPTQG gần để em ôn luyện ,tham khảo Đánh giá lực khả tiếp cận kiến thức học sinh 2.4.2 Kết thực nghiệm Khi dạy tập tượng cộng hưởng đưa thử nghiệm lớp 12B4, 12B6 lớp học chương trình bản, lớp 12B6 tơi áp dụng sáng kiến vào dạy, lớp 12B4 khơng thực hiện, dạy thông thường theo phương pháp cũ Do vậy, kết kiểm tra trắc nghiệm 45 phút hai lớp có khác biệt rõ nét nhận kết sau: 17 Trước thử nghiệm: Giỏi Lớp Sĩ Số Tỉ lệ Số lượng 12B4 45 6,7% Khá Số lượng 19 TB Tỉ lệ Số lượng 42,2% 19 Yếu Tỉ lệ Số lượng 42,2% 12B6 17 39,5% 46,5% Khá Số lượng 20 TB Tỉ lệ Số lượng 44,4% 19 Yếu Tỉ lệ Số lượng 42,2% 60,5% 25,6% 43 7% 20 Tỉ lệ 8,9% 7% Sau thử nghiệm: 12B4 Sĩ Số 45 Giỏi Số lượng 12B6 43 Lớp Tỉ lệ 6,7% 11,6% 26 11 Tỉ lệ 6,7% 2,3% Như vậy, trước thử nghiệm, chất lượng mặt hai lớp gần tương đương Nhưng sau thử nghiệm dạy chuyên đề tượng cộng hưởng điện lớp 12B6 đối chứng lớp 12B4 thấy thái độ học tập hai lớp khác nhau, lớp 12B6 em tích cực chiếm lĩnh tri thức hơn, hứng thú lớp 12B4 Kết kiểm tra sau học xong phần cộng hưởng điện thu Tỉ lệ học sinh đạt điểm giỏi lớp thực nghiệm 12B6 tăng lên rõ rệt từ 39,5% tăng lên 60,5%, tỉ lệ học sinh đạt điểm giỏi từ 7% tăng lên 11,6%, lớp đối chứng không thay đổi Khi thực nghiệm sáng kiến trên, kết cho thấy em hứng thú với dạng tập câu hỏi định tính liên quan đến tượng cộng hưởng điện Các em biết cách phát hiện tượng nhờ dấu hiệu hệ từ biết cách vận dụng vào giải nhanh toán từ đơn giản đến phức tạp tiết kiệm thời gian đạt hiệu cao Vì tơi tiếp tục triển khai kinh nghiệm lớp lại để giúp học sinh học tốt tập cộng hưởng điện, giúp học sinh xác định tốt hướng giải tốt toán tập cộng hưởng điện Từ khuyến khích học sinh tự tin hơn, u thích mơn Vật lý tin tưởng vào mình, góp phần giúp học sinh ôn luyện chuẩn bị cho kì thi THPTQG tới đạt kết cao 2.4.3 Khả áp dụng, nhân rộng sáng kiến Sáng kiến có ưu điểm rõ ràng, dễ nhớ, dễ hiểu, lô gic Nên áp dụng vào thực tế giảng dạy cho học sinh trường THPT Quảng Xương II năm học 18 2018-2019 Kết cho thấy đa số em biết áp dụng vào giải tập liên quan đến cộng hưởng điện Một số học sinh giỏi vận dụng giải số khó đề thi THPT Quốc Gia năm gần số tổng hợp Các em hứng thú với dạng tập biết cách phát hiện tượng cộng hưởng nhanh nhiều thuộc dạng khác trộn lẫn Sáng kiến có khả áp dụng nhân rộng vào dạy học cho học sinh toàn khối 12 trường THPT Quảng Xương II năm học 2019-2020 năm 19 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Khi học sinh áp dụng cách định dạng phương pháp giải tập cộng hưởng điện mạch RLC nối tiếp, kết thực cho thấy: - Học sinh hiểu chất tượng cộng hưởng điện, Biết cách phát hiện tượng cộng hưởng dựa vào dấu hiệu hệ từ dạng thơng thường đến dạng gặp từ vận dụng giải số dạng tập - Có thể giải nhanh số trắc nghiệm liên quan đến cộng hưởng mà không cần biến đổi tính tốn nhiều,đạt hiệu thời gian - Kết hợp nhuần nhuyễn phương pháp giải, trình bày gọn gàng dễ hiểu - Có thể giải nhanh câu hỏi định tính cộng hưởng điện - Hạn chế việc nhầm lẫn tượng cộng hưởng điện với trường hợp khác - Có khả sử dụng kết hợp phương pháp bổ sung cho để giải vấn đề cụ thể toán 3.2 Kiến nghị Là giáo viên trực tiếp giảng dạy mơn Vật lí trường THPT Quảng Xương II, thấy việc cải tiến phương pháp giảng dạy nhằm phát huy tính tích cực người học việc làm cần thiết phải thường xuyên Để đạt kết cao nhất, hết, vai trò người thầy vô quan trọng, lấy học sinh làm trung tâm hoạt động dạy học, giúp cho em chủ động, sáng tạo chiếm lĩnh tri thức Những yếu tố tạo thành công tiết học Mặc dù tâm huyết nỗ lực việc nghiên cứu áp dụng sáng kiến không tránh khỏi thiếu sót hạn chế Vì tơi mong nhận góp ý chân tình đồng nghiệp Cũng hy vọng đồng nghiệp quan tâm đến nội dung sáng kiến tìm thấy nội dung bổ ích sáng kiến để áp dụng có hiệu thực tế giảng dạy Tôi xin trân trọng cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA Thanh Hóa, ngày 27 tháng năm 2019 THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Tơi xin cam đoan SKKNcủa viết, không chép nội dung người khác Người viết SKKN Mai Thị Hiếu 20 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO STT Tên tài liệu, tác giả,nhà xuất bản, năm xuất - Sách giáo khoa Vật lý 12 ban bản: Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) nhà xuất giáo năm 2007 - Sách giáo khoa Vật lý 12 ban nâng cao: Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) dục nhà xuất giáo dục năm 2007 - Những tập Vật lý 12 hay điển hình: Nguyễn Cảnh Hòe - 200 tốn điện xoay chiều: Vũ Thanh Khiết nhà xuất giáo dục năm 1996 - Tuyển tập toán & nâng cao Vật lý THPT: Vũ Thanh Khiết, nhà xuất giáo dục - Các tốn chọn lọc vật lí 12 –Tác giả: Vũ Thanh Khiết-Nhà xuất giáo dục-năm 2008 21 ... nghiên cứu chuyên sâu đoạn mạch xoay chiều RLC nối tiếp xảy cộng hưởng điện với đề tài Định dạng tượng cộng hưởng điện mạch RLC nối tiếp vận dụng giải số toán Vật lý 12 THPT nhằm góp phần giúp... điện mạch RLC nối tiếp, kết thực cho thấy: - Học sinh hiểu chất tượng cộng hưởng điện, Biết cách phát hiện tượng cộng hưởng dựa vào dấu hiệu hệ từ dạng thơng thường đến dạng gặp từ vận dụng giải. .. khơng có tượng cộng hưởng Trường hợp 5: Trong mạch RLC nối tiếp có C thay đổi để U CRmax mạch lúc khơng có tượng cộng hưởng Trường hợp 6: Trong mạch RLC nối tiếp có ω thay đổi để ULmax UCmax mạch