Bài tập cực trị trong dòng điện xoay chiều vật lí 12 THPT

MỤC LỤC Trang A Phần mở đầu I Bối cảnh đề tài II Lí chọn đề tài III Phạm vi đối tượng nghiên cứu IV Mục đích nghiên cứu V Điểm kết nghiên cứu B Phần nội dung I Cơ sở lí luận II Thực trạng vấn đề III Các biện pháp tiến hành để giải vấn đề IV Hiệu mang lại sáng kiến 23 V Khả ứng dụng triển khai 24 VI ý nghĩa sáng kiến 24 C Phần kết luận 25 I Bài học kinh nghiệm 25 II Kiến nghị đề xuất 25 Tài liệu tham khảo 26 Bản cam kết Tôi cam kết đề tài sáng kiến công trình cá nhân tơi, hồn thành sở kinh nghiệm giảng dạy, tổng hợp, chọn lọc xếp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo nêu đề tài, chưa công bố đề tài BÁO CÁO SÁNG KIẾN Tên đề tài: Bài tập cực trị Dòng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT A PHẦN MỞ ĐẦU I Bối cảnh đề tài Hiện kì thi học sinh giỏi thi THPT Quốc gia, thi tốt nghiệp THPT nói chung mơn Vật lí nói riêng diễn thường xun Trong đề thi mơn Vật lí lượng kiến thức Dịng điện xoay chiều chiếm tỉ lệ lớn Trong Các tập cực trị Dòng điện xoay chiều đề thi xuất nhiều Giáo viên đặc biệt học sinh gặp nhiều khó khăn định hướng nhận dạng giải Bài tập cực trị Dòng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT nói chung đề thi cụ thể nói riêng Vì đề tài hướng đến giải khó khăn II Lí chọn đề tài Bài tập cực trị Dòng điện xoay chiều dạng tập phổ biến xuất nhiều đề thi tuyển sinh Đại học – Cao đẳng trước đề thi THPT Quốc gia năm vừa qua Trong chương trình trung học phổ thơng việc sử dụng tốn học vào giải tập vật lí điều thiếu Nhưng việc lựa chọn phương pháp cho phù hợp, ngắn gọn, hiệu dễ hiểu đơn giản, tập khó tập cực trị Học sinh thường lúng túng gặp tập dạng tập yêu cầu trình độ tư cao, học sinh có vốn kiến thức tốn học vững chắc, dạng thường xuất đơn lẻ, khơng có tính hệ thống, khơng có phương pháp giải cụ thể Nhằm giúp cho học sinh có cách nhìn tổng qt tập cực trị chương “Dòng điện xoay chiều” vật lí 12 THPT có phương pháp lựa chọn, định hướng phương pháp giải, bước giải cụ thể phù hợp với dạng quan trọng Trong chương trình vật lí 12 chương Dịng điện xoay chiều quan trọng chiếm phần lớn nội dung đề thi THPT Quốc gia, chương có nhiều tập khó, đặc biệt tập cực trị mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp, học sinh thường lúng túng giải tập loại này, lí tơi thực đề tài: “Bài tập cực trị Dòng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT” Khi đưa tập vào hệ thống tập rèn luyện phát triển tư dành cho đối tượng học sinh khá, giỏi học sinh ôn thi THPT Quốc gia năm trước ôn thi tốt nghiệp THPT năm 2020 tơi nhận thấy học sinh có nhiều tiến bộ, hứng thú trình tìm tòi khám phá tập cực trị phức tạp khác vật lí III Phạm vi đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Học sinh THPT, học sinh dự thi học sinh giỏi cấp, học sinh ôn thi THPT Quốc gia học sinh ôn thi tốt nghiệp THPT - Bài tập cực trị chương Dịng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT Phạm vi nghiên cứu - Đề tài tài liệu dùng cho học sinh lớp 12 trường THPT, học sinh ôn thi THPT Quốc gia, ôn thi tốt nghiệp THPT tiếp cận với kiến thức tập cực trị chương Dòng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT nói riêng tập cực trị vật lí nói chung IV Mục đích nghiên cứu - Hướng dẫn học sinh giải tập cực trị chương Dịng điện xoay chiều Vật lí 12 sử dụng giảng dạy góp phần nâng cao chất lượng dạy - học kiến thức Vật lí 12 trường THPT - Kết nghiên cứu đề tài tư liệu phục vụ cho trình dạy học thân, tài liệu tham khảo cho giáo viên trung học phổ thông học sinh lớp 12 học sinh ôn thi học sinh giỏi cấp, học sinh ôn thi THPT Quốc gia học sinh ôn thi tốt nghiệp THPT V Điểm kết nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng hệ thống tập cực Dịng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT xây dựng phương pháp giải nâng cao kiến thức kỹ năng, phát triển tư sáng tạo niềm yêu thích vật lý học cho học sinh Dự báo đóng góp đề tài Trong đề tài hệ thống dạng tập cực trị chương Dòng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT phương pháp giải, số ví dụ áp dụng hệ thống tập trắc nghiệm, mong qua đề tài phát huy tốt khả tư sáng tạo học sinh, góp phần xây dựng thêm hệ thống tập bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí học sinh ôn thi học sinh giỏi cấp, học sinh ôn thi THPT Quốc gia học sinh ôn thi tốt nghiệp THPT B PHẦN NỘI DUNG I Cơ sở lí luận Bài tập có vai trị quan trọng việc dạy học vật lý trường phổ thông phát triển lực tư học sinh lí sau đây: Thứ nhất, tập giúp học sinh giáo viên hiểu sâu tượng, quy luật vật lý, biết phân tích vận dụng chúng vào việc giải vấn đề thực tiễn sống đặt Thứ hai, tập phương tiện tốt để rèn luyện phát triển tư duy, trí tưởng tượng, khả phân tích tượng, khả độc lập suy nghĩ giải vấn đề thực tiễn, rèn luyện tính kiên trì học sinh Thứ ba, tập vật lý cịn góp phần bổ sung cho học sinh kiến thức cịn thiếu mà tiết lí thuyết khơng thể trình bày giúp cho việc thu nhận kiến thức em cách đầy đủ logic Thứ tư, tập phương tiện, qua rèn luyện cho học sinh thói quen nhu cầu thường xuyên vận dụng kiến thức vào thực tiễn Thứ năm, tập phương tiện để kiểm tra đánh giá lĩnh hội kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo học sinh, góp phần tạo đường liên hệ ngược trình dạy học, nhằm cung cấp cho giáo viên thông tin từ học sinh Thứ sáu, tập nguồn tài liệu giúp học sinh sâu tìm hiểu chất tượng, giúp học sinh nghiên cứu sâu chuẩn bị tốt cho kỳ thi THPT Quốc gia, từ có nhìn khái qt sâu sắc loại tập Thứ bảy, kích thích tính tò mò sáng tạo nghiên cứu làm sản phẩm khoa học, thiết bị dạy học dự thi sáng tạo khoa học thiếu niên huyện thi sáng tạo khoa học thời gian tới II Thực trạng vấn đề Bài tập cực trị tập khảo sát giá trị cực đại, cực tiểu đại lượng vật lí Muốn có phương pháp giải nhanh gọn, dễ hiểu trước hết ta tìm hiểu hệ thống tập điển hình cực trị chương trình vật lí THPT, cách sử dụng cơng thức tốn học đặc biệt bất đẳng thức Cô si, tam thức bậc hai, sử dụng định lí hàm số sin, cosin tam giác khảo sát hàm số Qua rút phương hướng chọn phương pháp giải bước để sử dụng phương pháp nhanh nhất, hiệu Trong chương dòng điện xoay chiều, khảo sát mạch điện R, L, C mắc nối tiếp, giữ nguyên điện áp xoay chiều hai đầu đoạn mạch thay đổi R L, C,  dẫn đến cường độ dòng điện hiệu dụng I mạch, công suất tiêu thụ P đoạn mạch điện áp hiệu dụng U phần đoạn mạch thay đổi, đạt cực trị Để tìm cực trị đại lượng ta sử dụng bất đẳng thức Cơ si, tam thức bậc hai, định lí hàm số sin, cơsin, khảo sát hàm số, đặc biệt có thề tìm cực trị đồ thị Sau khảo sát phụ thuộc I, P, U vào R, L, C  III Các biện pháp tiến hành để giải vấn đề: Mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có R thay đổi Bài tập: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ, đặt vào A, B điện áp xoay chiều: u = U0cost Trong R biến trở, giá trị L, C, , U0 không đổi A R L C B Thay đổi R, giải yêu cầu sau: 1.1 Tìm giá trị R làm cho cơng suất cực đại 1.1.1 Giá trị R làm công suất tiêu thụ mạch cực đại Ta có: P = RI2 = R U2 = R + (ZL - ZC ) U2 (ZL - ZC ) R+ R Theo bất đẳng thức Cơsi ta có: R + (ZL - ZC ) �2 ZL - ZC = const R Dấu “ =” xảy khi: R = ZL -ZC = R Khi cơng suất mạch đạt giá trị cực đại là: Pmax = U2 U2 = ZL -ZC 2R Lưu ý: Nếu L không cảm (có điện trở r < ZL - ZC) giá trị R thay bằng: R + r U2 U2 = Khi: R + r = ZL - ZC hay R = ZL - ZC - r Pmax = Z L - ZC 2(R + r) 1.1.2 Giá trị R làm cho công suất R cực đại (L không cảm) U2 P  RI  R  Công suất biến trở R R (R  r)2  (ZL  ZC ) 2 U2 r  (ZL  ZC ) R  2r R Theo bất đẳng thức Côsi ta có R r  (Z L  ZC ) r  (Z L  ZC )  2r �2 R  2r  r  (Z L  Z C )  2r  const R R Dấu “ =” xảy khi: R = r + (ZL - ZC ) Khi cơng suất biến trở R đạt giá trị cực đại là: PRmax = U2 2(R + r) 1.1.3 Tìm giá trị R làm cho cường độ dịng điện cực đại, công suất cuộn dây cực đại, điện áp hai đầu cuộn dây cực đại, điện áp hai đầu tụ điện cực đại Ta có: I = U (R + r ) + (ZL - ZC ) ; Pdây = rI ; U dây = I ZL2 + r ; U c = IZC Vì r; ZL; ZC U đại lượng không đổi nên muốn đạt giá trị cực đại cần cường độ dịng điện qua mạch cực đại Từ biểu thức dòng điện ta thấy Imax giá trị biến trở R = I max = U r + (ZL - ZC ) ; Pdâymax = rI 2max ; Udây = Imax ZL2 + r ; U c = I max ZC 1.2 Khi R = R1 R = R2 mạch tiêu thụ cơng suất, R = R0 cơng suất mạch cực đại Tìm hệ thức liên hệ R1, R2, R0: Công suất tiêu thụ mạch : P = RI = R.U R + (ZL - ZC ) U2 R + (Z L - ZC ) = R P Vì P1 = P2 = P nên ta xem cơng suất phương trình số khơng đổi ứng với hai giá trị R1 R2 Tức phương trình bậc R có hai nghiệm phân biệt R1 R2 Theo định lý Vi-et ta có: � U2 R + R = �1 P � � R1.R = (ZL - ZC ) � Do R = ZL -ZC = R cơng suất mạch cực đại, nên ta có hệ thức: R 02 = R1.R 1.3 Khảo sát biến thiên công suất vào giá trị R Ta có cơng suất tồn mạch biến thiên theo biến trở R cho hàm số: P = R td I = R td U2 với Rtd = R + r R 2td + (ZL - ZC )2 Dễ thấy: + Khi R =  P0 = r U2 r + (ZL - ZC )2 P Pmax + Khi R = R0 = ZL - ZC - r  Pmax = U2 Z L - ZC + Khi R   P  Dạng đồ thị P theo Rtd : P0 O R0 R Nhận xét: - Từ đồ thị ta thấy với r < ZL - ZC có hai giá trị R R2 cho giá trị công suất - Công suất mạch đạt giá trị cực đại R = R = ZL - ZC - r > - Trong trường hợp R = ZL - ZC - r < đỉnh cực đại nằm phần R < ta thấy cơng suất mạch lớn R = - Nếu r = đồ thị xuất phát từ gốc tọa độ ta ln có giá trị R làm cho cơng suất toàn mạch cực đại R = ZL - ZC C R L,r Ví dụ 1: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ: Cuộn dây có điện trở r = 20 , độ tự cảm A 103 L= H , tụ điện có điện dung C  (F) π 9 B Đặt vào A, B điện áp xoay chiều u = 100 cos100t (V) Hãy tìm giá trị biến trở R để cơng suất mạch cực đại, tính giá trị cực đại Giải: Ta có: ZL = ωL = 100 Ω; ZC = = 90 Ω ωC Dễ thấy: ZL - ZC = 10 Ω < r = 20 Ω => công suất mạch cực đại R = U2 1002 = 20 = 400W Khi đó: Pmax = rI = r r +(ZL -ZC ) 20 +102 Ví dụ 2: Đặt điện áp xoay chiều: u = 120 cos100t (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L = C= H tụ điện có điện dung  100 μF mắc nối tiếp Điều chỉnh R = R0 để công suất tiêu thụ đoạn mạch đạt π giá trị cực đại Tìm R0, cơng suất cực đại hệ số cơng suất mạch lúc đó? Giải: Theo ta có: Do cuộn cảm nên cơng suất tiêu thụ đoạn mạch cực đại khi: R = R = ZL - ZC = 200- 100 = 100 Ω; Pmax = R R 0 = Và lúc đó: cosφ = Z = R0 2 U2 1202 = = 72 W 2R 200 Ví dụ 3: Đặt điện áp xoay chiều: u = 100 cos100t (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp điều chỉnh biến trở R R = R = 100  R = R2 = 400  góc lệch pha điện áp cường độ dòng điện tương ứng 1 2 với |1 + 2| = π a Tìm cơng suất tiêu thụ mạch ứng với hai giá trị biến trở R b Tìm hệ số công suất mạch tương ứng với R1 R2 c Tìm R để cơng suất mạch đạt cực đại Tính cơng suất cực đại Giải: a Theo ra: |1 + 2| = Mặt khác P1 = R1I1 = π nên ta có: tan1.tan2 = => (ZL - ZC ) = R1.R 2 R1U U2 = (1) R12 +(ZL -ZC ) R1 +R R U2 U2 P2 = R I = = (2) R +(ZL -ZC ) R +R 2 2 Từ (1) (2) suy ra: P1 = P2 = P = b Với R1 = 100  => cosφ1 = U2 1002 = = 20W R +R 500 R1 R12 + (ZL - ZC ) Với R2 = 400  => cosφ = R2 R 22 + (Z L - ZC ) = = R1 R12 + R1R R2 R 22 + R1R = = 5 U2 1002 = = 25 W c Công suất cực đại khi: R = R = R1R = 200 Ω Pmax = 2R 400 Mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có L thay đổi Bài tập: Đặt điện áp xoay chiều: u = U 0cost vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp Thay đổi L, giải yêu cầu sau: 2.1 Tìm L để cường độ dịng điện mạch, cơng suất tiêu thụ đoạn mạch đạt giá trị cực đại U Ta có: I = Z = U R + (ZL - ZC ) 2 ; P = RI = R.U R + (ZL - ZC ) Dễ thấy: I = Imax; P = Pmax ZL = ZC => L = L0 = (trong mạch có cộng hưởng điện) ω2C 2.2 Khi L = L1 L = L2 mạch tiêu thụ cơng suất, L = L cơng suất mạch cực đại Tìm hệ thức liên hệ L1, L2, L0: Ta có: P=R U2 U2 R.U = R = R + (ZL - ZC ) R + (ZL - ZC ) y Khi L = L1 L = L2 P1 = P2 suy y1 = y2 Khi L = L0 hay ZL = ZL0 P = Pmax y suy y = ymin Từ đồ thị ta dễ có: ZL = ZL1 +ZL 2 y1 = y2 =ZC � 2L =L +L 2.3 Khảo sát biến thiên công suất theo cảm kháng ZL Ta có cơng suất mạch là: P = RI = R U2 , với R, C R + (ZL - ZC )2 số, nên công suất mạch hàm số theo biến số ZL Dễ thấy: + Khi ZL =  P0 = R P ymin Pmax O ZL1 O Dạng đồ thị P theo ZL : ZL = ZC 2.4 Tìm giá trị ZL để hiệu điện ULmax Ta có: U R  (ZL - ZC ) 2 U R  ZC2 2ZC 1 ZL ZL  ZL P0 + Khi ZL   P   ZL2 U2 R + ZC2 U2 + Khi ZL = ZC  Pmax = 2R U L  IZL  ZL ZL0  U y Dễ thấy: UL = ULmax y = ymin R  ZC2 b R  ZC2 Khi đó: ZL  (x =  2a ) U L max  U ZC R 10 ZL Ví dụ 1: Đặt điện áp xoay chiều: u = U cos2ft (U không đổi, f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung mắc nối tiếp Điều chỉnh f = f cơng suất tiêu thụ đoạn mạch đạt giá trị cực đại Từ giá trị f0: + Nếu tăng tần số f thêm 15 Hz điện áp hiệu dụng cuộn cảm đạt cực đại + Nếu giảm tần số f 10 Hz điện áp hiệu dụng tụ điện đạt giá trị cực đại Tìm giá trị f0? Giải: Theo ta có: 0  12 suy f  f1f Theo ra: f1 = f0 + 15; f2 = f0 – 10 Suy ra: (f0 + 15)(f0 - 10) = f 02 Giải ta được: f0 = 30 Hz 2 Ví dụ 2: Đặt điện áp xoay chiều: u = 200 cost (U không đổi,  thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R = 100 , cuộn cảm có độ tự cảm 100 F Điều chỉnh : L = H tụ điện có điện dung C    a Tìm  để điện áp hiệu dụng điện trở đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực đại b Tìm  để điện áp hiệu dụng tụ điện đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực đại c Tìm  để điện áp hiệu dụng cuộn cảm đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực đại Giải: a Ta có, điện áp hiệu dụng điện trở đạt cực đại mạch có cộng hưởng: R   100 rad / s Khi đó: URmax = U = 200 V LC b Áp dụng kết trên, ta có: C  2U.L L R2 => C  50 rad / s Khi đó: U Cmax  = 231 V  R 4LC  R C L C 2R        50 Hz L C => L c Theo ta có: R C Khi : U Lmax  2U.L R 4LC  R C = 231 V = UCmax Ví dụ 3: Đặt điện áp xoay chiều: u = U cost (U không đổi,  thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp, gồm điện trở R = 50 , cuộn cảm có độ tự cảm 104 F Điều chỉnh   = 1 = 200 rad/s L= H tụ điện có điện dung C  2   = 2= 50 rad/s cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch cường độ dòng điện tức thời lệch pha góc Giải: 22  Xác định L C? Theo ta có: 1 = - 2 Do 1 > 2, nên  = 1 = 200 rad/s u sớm pha i góc    = 2 = 50 rad/s u trễ pha so với i góc 4   Suy ra: 1 = 2 = 4 Từ ta có: tan1 = => 200C  (1) 50 200L  tan2 = -1 => 50C  1 (2) 50 104 F Giải hệ phương trình ta được: L  H C    50L  IV Hiệu mang lại sáng kiến - Sáng kiến mà thực áp dụng trường THPT thuộc lĩnh vực phương pháp dạy học mơn Vật lí - Đối tượng học sinh trung học phổ thơng, học sinh dự thi kì thi học sinh giỏi, kì thi THPT Quốc gia kì thi tốt nghiệp THPT - Kết cụ thể đạt được: Trong năm học gần tập cực trị Dòng điện xoay chiều xuất nhiều đề thi học sinh giỏi, đề thi THPT Quốc gia đề thi tốt nghiệp THPT Tôi giáo viên trường áp dụng đề tài để giảng dạy cho đội tuyển thi học sinh giỏi học sinh dự thi THPT Quốc gia mơn Vật lí Kết em học sinh hào hứng học vấn đề Các tập đề thi liên quan đến phần em giải nhanh gọn, xác Trong hai năm học vừa qua thành tích học sinh giỏi cấp tỉnh mơn Vật lí trường THPT Trần Phú xuất sắc có 18/21 em đạt giải, có giải nhất, giải nhì có em gọi vào đội dự tuyển thi chọn đội tuyển dự thi học sinh giỏi Quốc gia Kết thi THPT Quốc gia hai năm vừa qua mơn vật lí trường THPT Trần Phú tốt, số lượng học sinh đạt điểm cao nằm tốp đầu toàn tỉnh Các trường THPT có áp dụng đề tài kết học sinh giỏi thi THPT Quốc gia tốt Trong năm học tới đề tài tiếp tục áp dụng hy vọng tiếp tục đưa lại hiệu cao công tác dạy học nói chung dạy học vật lí nói riêng - Những kinh nghiệm rút trình thực áp dụng sáng kiến: Thứ nhất, để thực có hiệu việc sử dụng hệ thống tập cực trị dịng điện xoay chiều - vật lí 12 THPT vào giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi THPT Quốc gia năm vừa qua ôn thi tốt nghiệp THPT môn vật lí giáo viên phải nắm vững lí luận phương pháp dạy học tập vật lí, phải biết xác định tập Dòng điện xoay chiều tập cực trị từ áp dụng phương pháp giải phù hợp với loại tập để dạy học mang lại hiệu cao 23 Thứ hai, giáo viên tổ chuyên mơn vật lí phải xây dựng kế hoạch sử dụng hệ thống tập cực trị dòng điện xoay chiều - vật lí 12 THPT vào giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi THPT Quốc gia tốt nghiệp THPT mơn vật lí từ đầu năm học có phê duyệt Ban giám hiệu trường Xác định bài, nội dung, hệ thống tập Dòng điện xoay chiều có liên quan đến cực trị để chuẩn bị cách cụ thể, tiến hành giảng dạy đảm bảo thuận lợi cho giáo viên học sinh V Khả ứng dụng triển khai - Sáng kiến triển khai áp dụng việc giảng dạy mơn Vật lí trường THPT - Đối tượng để triển khai áp dụng học sinh trung học phổ thông, học sinh dự thi kì thi học sinh giỏi, kì thi THPT Quốc gia kì thi tốt nghiệp THPT VI Ý nghĩa sáng kiến Việc áp dụng đề tài để giảng dạy trường THPT bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi học sinh dự thi THPT Quốc gia môn Vật lí cho thấy ý nghĩa quan trọng đề tài Trong hai năm học vừa qua thành tích học sinh giỏi cấp tỉnh mơn Vật lí trường THPT Trần Phú xuất sắc có 18/21 em đạt giải, có giải nhất, giải nhì có em gọi vào đội dự tuyển thi chọn đội tuyển dự thi học sinh giỏi Quốc gia Kết thi THPT Quốc gia hai năm vừa qua mơn vật lí trường THPT Trần Phú tốt, số lượng học sinh đạt điểm cao nằm tốp đầu tồn tỉnh.Các trường có áp dụng đề tài kết học sinh giỏi thi THPT Quốc gia tốt Để sáng kiến mang lại nhiều lợi ích năm học tới hy vọng đề tài tiếp tục áp dụng đưa lại hiệu cao cơng tác dạy học nói chung dạy học vật lí nói riêng 24 C PHẦN KẾT LUẬN I Bài học kinh nghiệm Hệ thống tập phương pháp giải tập cực trị Dịng điện xoay chiều – Vật lí 12 THPT mà đưa phần đem lại cho học sinh có cách nhìn tổng qt dạng tập cực trị điển hình Dòng điện xoay chiều phương pháp giải nhanh dạng tập Bằng thực tế giảng dạy, đưa bàì tập cho học sinh rèn luyện thu kết khả quan, dạng học sinh biết vận dụng cho kết nhanh Trong năm trước mơn vật lí thi tốt nghiệp thi Đại học - Cao đẳng, năm thi THPT Quốc gia gần thi hình thức trắc nghiệm có nhiều tập Dịng điện xoay chiều liên quan đến cực trị Qua nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi vào Đại học Cao đẳng trước ôn thi THPT Quốc gia năm gần thấy, học sinh dạy theo chủ đề tập SGK mà không phân dạng phân tích kỹ kết thi em không cao Tuy thời lượng tập nhau, áp dụng phân dạng tập tự cho em nhận xét tập học sinh vừa nhớ lâu áp dụng nhanh chóng thi trắc nghiệm kết khả quan Đề tài vận dụng thành cơng trường THPT nơi tơi cơng tác, dùng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên vật lí em học sinh dự thi kì thi học sinh giỏi học sinh ơn thi THPT Quốc gia tốt nghiệp THPT 2020 Đây vấn đề khó học sinh THPT nên trình nghiên cứu xây dựng đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý đồng nghiệp bạn để đề tài hoàn chỉnh II Kiến nghị, đề xuất Đối với nhà trường Nhà trường cần trang bị thêm sách, tài liệu tham khảo giáo viên học sinh có điều kiện tham khảo thêm 25 Cần tổ chức buổi trao đổi phương pháp giảng dạy, góp ý hồn thiện mở rộng phạm vi ứng dụng đề tài Tổ chuyên môn cần tiếp thu đề tài để triển khai ôn tập, bồi dưỡng cho học sinh giỏi, học sinh dự thi kì thi học sinh giỏi học sinh ôn thi THPT Quốc gia tốt nghiệp THPT Đối với Sở Giáo dục Đào tạo Cần tổ chức chuyên đề, hội thảo thường xuyên để giáo viên có điều kiện trao đổi học tập chuyên môn nghiệp vụ Các đề tài khoa học, sáng kiến kinh nghiệm xuất sắc cần công bố rộng rãi để giáo viên học sinh có điều kiện nghiên cứu học tập kinh nghiệm từ đề tài, sáng kiến kinh nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sách giáo khoa, Sách giáo viên Sách tập Vật lí lớp 10, 11, 12 Chương trình chuẩn, NXBGD 2008 [2] Sách giáo khoa, Sách giáo viên Sách tập Vật lí lớp 10, 11, 12 Chương trình nâng cao, NXBGD 2008 [3] Bùi Quang Hân - Trần Văn Bồi - Phạm Văn Tiến - Nguyễn Thành Tương Giải tốn Vật lí 10, 11, 12 NXB Giáo dục, 2001 [4] Phạm Văn Thiều - Đoàn Văn Ro - Nguyễn Văn Phán Các phương pháp vàng giải tập Vật lí THPT NXB Giáo dục, 2009 [5] Chu Văn Biên (2010) Tài liệu ôn thi Đại học - Cao đẳng, Đại học Hồng Đức [6] Vũ Thanh Khiết Kiến thức nâng cao Vật lí THPT (tậpI, II, III), NXB Hà Nội , 2003 [7] Các đề thi THPT Quốc gia năm gần [8] Nguyễn Đình Nỗn - Nguyễn Danh Bơ: Bài tập chọn lọc phương pháp giải tập vật lí 12 NXB Giáo dục 2008 26 PHỤ LỤC: MỘT SỐ BÀI TẬP CỰC TRỊ TRONG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU (VẬN DỤNG VÀ VẬN DỤNG CAO) Câu 1: (Đề thi THPT Quốc gia 2017) Đặt điện áp u = 80 2cos(100πt + π ) (V) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở Ω, cuộn cảm tụ điện có điện dung C thay đổi Điều chỉnh điện dung đến giá trị C = C để điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại 160 V Giữ nguyên giá trị C = C 0, biểu thức cường độ dòng điện mạch A i = 2cos(100πt + π ) (A) C i = 2cos(100πt - B i = 2cos(100πt + π ) (A) 12 D i = 2cos(100πt - π ) (A) π ) (A) 12 Câu 2: Đặt vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp điện áp u = U cos2ft (V), U khơng đổi cịn f thay đổi Khi f = 40 Hz f = 62,5 Hz cường độ hiệu dụng mạch có giá trị Để cường độ hiệu dụng mạch có giá trị cực đại f bằng: A 50 Hz B 50 Hz C 60 Hz D 100 Hz Câu 3: (Đề thi THPT Quốc gia 2018) Đặt điện áp π u = 20cos(100πt + ) (V) vào hai đầuđoạn mạch AB hình bên, tụ điện có điện dung C thayđổi Khi C = C cường độ dịng điện hiệu dụng đoạn mạch đạt giá trị cực đại điện áp hiệu dụng hai 27 đầu đoạn mạch AN 20 V Khi C = 0,5C0 biểu thức điện áp hai đầu tụ điện A u = 10 3cos(100πt - π ) (V) B u = 20 3cos(100πt - π ) (V) C u = 20 3cos(100πt + π ) (V) 12 D u = 10 3cos(100πt + π ) (V) 12 Câu 4: Đặt điện áp u = U cos2ft (u tính V, t tính s, U khơng đổi, 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 f = f cảm kháng dung kháng mạch có giá trị 4Ω 3Ω Khi f = f hệ số cơng suất đoạn mạch Hệ thức liên hệ f1 f2 A f2 = f1 B f2 = f1 C f2 = f1 D f2 = f1 Câu 5: (Đề thi THPT Quốc gia 2017) Đặt điện áp u = U 2cos(ωt + φ) (U ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB Hình bên sơ đồ mạch điện phần đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện áp uMB hai điểm M, B theo thời gian t K mở K đóng Biết điện trở R = 2r Giá trị U A 193,2 V B 187,1 V C 136,6 V D 122,5 V Câu 6: Đặt điện áp u = 200 cos100t (u tính V, t tính s) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở 100 , cuộn cảm có độ tự cảm có điện dung H tụ điện  10  F mắc nối tiếp Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm 2 có giá trị A 100 V B 200 V C 100 V D 200 V Câu 7: Đặt điện áp u = U cos100t (u tính V, t tính s, U khơng đổi) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự H tụ điện có điện dung C thay đổi Điều chỉnh điện dung tụ 5 điện cho điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại U (V) cảm Giá trị R bằng: A 20  B 20  C 50  D 50  Câu 8: Đặt điện áp u = U cos100t (V) (trong U không đổi) 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 thay đổi Điều chỉnh điện dung tụ điện đến giá trị C = 30 F 28 C2 = 20 F cường độ dịng điện hiệu dụng mạch có giá trị Để cường độ dòng điện hiệu dụng mạch đạt cực đại điện dung tụ điện A 25 F B 24 F C 50 F D 10 F Câu 9: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi, tần số 50Hz 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 thay đổi Điều chỉnh điện dung C đến giá trị 10-4 F π 10-4 F cơng suất tiêu thụ đoạn mạch có giá trị Để cơng suất 5π mạch cực đại giá trị C A 10-4 F 3π B 10-4 F 2π C 10-4 F 2,5π D 10-4 F 4π Câu 10: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120 V, tần số 50 Hz vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở 30 , cuộn cảm có độ tự cảm 0,4  (H) tụ điện có điện dung thay đổi Điều chỉnh 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 Câu 11: Một mạch điện gồm cuộn dây không cảm mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thay đổi được, vơn kế có điện trở lớn mắc vào hai đầu tụ điện Đặt vào hai đầu mạch điện điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng tần số không đổi Thay đổi điện dung tụ điện người ta thấy C = C = 4.10-5 F C = C2 = 2.10-5 F vơn kế trị số Vôn kế giá trị cực đại điện dung tụ điện có giá trị A 2.10-5 F B 1.10-5 F C 3.10-5 F D 6.10-5 F Câu 12: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R mắc nối tiếp với tụ điện Dung kháng tụ điện 100  Khi điều chỉnh R hai giá trị R R2 công suất tiêu thụ đoạn mạch Biết điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện R = R1 hai lần điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện R = R2 Các giá trị R1 R2 là: A R1 = 50 , R2 = 100  B R1 = 40 , R2 = 250  C R1 = 50 , R2 = 200  D R1 = 25 , R2 = 100  Câu 13: Đặt vào hai đầu mạch R,L,C nối tiếp điện áp xoay chiều u = U 0cosωt (V) Khi điện áp hiệu dụng phần tử R, L, C 30V; 50V; 90V Thay C tụ C1 để cường độ dòng điện mạch đạt giá trị cực đại hiệu điện hai đầu điện trở R A 50 V B 90 V C 170 V D 70 V Câu 14 Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi 150V vào đoạn mạch mạch AMB Đoạn mạch AM chứa điện trở R, đoạn mạch MB chứa tụ 29 điện có điện dung C mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi Biết sau thay đổi độ tự cảm L điện áp hiệu dụng hai đầu mạch MB tăng 2 lần dòng điện mạch trước sau thay đổi lệch pha góc  Tìm điện áp hiệu dụng hai đầu mạch AM chưa thay đổi L ? A 100 V B 100 V C 100 V D 120 V Câu 15: Lần lượt đặt vào hai đầu đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp điện áp u 1, u2, u3 có giá trị hiệu dụng tần số khác nhau, cường độ dịng điện mạch tương ứng i1 = I0cos100t, i I cos(120t  2 ) , i3 = Icos(110t – ) Hệ thức sau đúng? A I > B I  C I < D I = Câu 16: Đặt điện áp u = 120 cos100t (V) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R = 30, cuộn cảm có độ tự cảm L = H tụ điện có 5 điện dung thay đổi Khi thay đổi điện dung tụ điện điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại bằng: A 100 V B 120 V C 250 V D 200V Câu 17: Đặt điện áp xoay chiều u = U 0cosωt (V) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếpgồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện có điện dung C thay đổi Điều chỉnh C, C = C1 cường độ dịng điện trễ pha so với điện áp hai đầu mạch, ZC = ZC2 = 6,25ZC1 điện áp hiệu dụng hai tụ đạt giá trị cực đại Hệ số công suất mạch A 0,6 B 0,8 C 0,7 D 0,9 Câu 18: Đặt điện áp uAB = U cost (V) (U,  không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm điện trở R cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C thay đổi Điều chỉnh C để độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch cường độ dòng điện mạch i 600 cơng suất tiêu thụ mạch 50W Thay đổi C để điện áp hai đầu mạch pha với i mạch tiêu thụ cơng suất A 100 W B 200 W C 50 W D 120 W Câu 19: Đoạn mạch xoay chiều mắc nối tiếp gồm điện trở R = 100, cuộn cảm có độ tự cảm L = H tụ điện có điện dung C thay đổi Đặt vào hai đầu  đoạn mạch điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 200 V, tần số 50 Hz Thay đổi C đến điện áp hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại, giá trị cực đại A 200 V B 100 V C 300 V D 150 V Câu 20: Mạch điện AB gồm điện trở R nối tiếp với tụ điện có điện dung C= 10-4 (F); uAB = 50 cos100t (V) Điều chỉnh R để công suất tiêu thụ mạch π cực đại Giá trị R công suất tiêu thụ lúc 30 A 100  12,5 W B 75  2,5 W C 100  20 W D 75  12 W Câu 21: Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM có biến trở R, đoạn mạch MB gồm điện trở r mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L Đặt vào AB điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng tần số không đổi Điều chỉnh R đến giá trị 80  cơng suất tiêu thụ biến trở đạt cực đại tổng trở đoạn mạch AB chia hết cho 40 Khi hệ số cơng suất đoạn mạch MB đoạn mạch AB tương ứng A 8 B C 17 D 33 113 118 160 Câu 22: Đoạn mạch R, L(thuần cảm) C nối tiếp đặt điện áp xoay chiều không đổi, tần số thay đổi Khi điều chỉnh tần số dòng điện f1 f2 pha ban đầu dòng điện qua mạch - π π cường độ dịng điện hiệu dụng khơng 12 thay đổi Hệ số công suất mạch tần số dòng điện f1 A 0,8642 B 0,9239 C 0,9852 D 0,8513 Câu 23: Đặt điện áp u = U0cost vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp Thay đổi R đến giá trị R = 24 Ω cơng suất đạt giá trị cực đại 300 W Khi giá trị biến trở 18 Ω mạch tiêu thụ công suất A 288 W B 168 W C 248 W D 144 W Câu 24: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có biểu thức u = U cos  t, tần số dòng điện thay đổi Khi tần số dòng điện f0 = 50Hz cơng suất tiêu thụ mạch lớn nhất, tần số dòng điện f1 f2 mạch tiêu thụ cơng suất P Biết f1 + f2 = 145Hz (f1 < f2), tần số f1, f2 A 20 Hz; 125 Hz B 50 Hz; 95 Hz C 25 Hz; 120 Hz D 45 Hz; 100 Hz Câu 25: Mạch điện R, L, C mắc nối tiếp có L thay đổi Điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu mạch có giá trị hiệu dụng tần số khơng đổi Ban đầu L có giá trị điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại; sau tăng L cường độ dịng điện hiệu dụng mạch A giảm rối tăng B tăng C tăng giảm D giảm Câu 26: Đoạn mạch xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp có C, R khơng đổi, L thay đổi Điện áp đặt vào hai đầu mạch có biểu thức u = 200cos100t (V) Điều chỉnh L đến điện áp hiệu dụng có giá trị cực đại 200V điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở A 120 V B 100 V C 150 V 31 D 80 V Câu 27: Mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp Điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu đoạn mạch có giá trị hiệu dụng tần số f = 50 Hz không đổi Cuộn cảm có L = 10-4 H, điện trở R không đổi Cho C tăng từ giá trị F điện áp hiệu dụng  2π hai đầu cuộn cảm A tăng giảm B giảm tăng C tăng D giảm Câu 28: Đặt điện áp u = 120 cos100t (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp Điều chỉnh R = R1 = 18 Ω R = R2 = 32 Ω công suất tiêu thụ mạch Công suất mạch ứng với hai giá trị A 240 W B 288 W C 96 W D 144 W Câu 29: Đặt điện áp u = U0cos2ft (U0 không đổi, f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R = 100 , cuộn cảm có độ tự cảm L = H tụ điện có π điện dung C mắc nối tiếp Khi f = 50 Hz cường độ dịng điện mạch i trễ pha π so với điện áp hai đầu đoạn mạch u Để i pha với u f có giá trị A 100 Hz B 50 Hz C 40 Hz D 25 Hz Câu 30: Cho mạch điện hình vẽ: X, Y M Y X A hộp, hộp chứa phần A B tử: điện trở thuần, cuộn cảm tụ V1 V2 điện mắc nối tiếp Ampe kế có điện trở nhỏ, vơn kế có điện trở lớn Ban đầu mắc điểm A, M vào cực nguồn điện khơng đổi vơn kế V 45V, ampe kế 1,5 A Sau mắc A, B vào nguồn xoay chiều có điện áp u = 120cos100t (V) ampe kế A, hai vôn kế giá trị u AM lệch pha  so với uMB Khi thay tụ C mạch tụ C’ điện áp hiệu dụng hai đầu tụ C’ có giá tri lớn UC’max Giá trị UC’max gần với giá trị sau đây? A 105 V B 120 V C 90V 32 D 75V SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM BÀI TẬP CỰC TRỊ TRONG DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU – VẬT LÍ 12 THPT 33 Tháng năm 2020 34 ... giải Bài tập cực trị Dòng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT nói chung đề thi cụ thể nói riêng Vì đề tài hướng đến giải khó khăn II Lí chọn đề tài Bài tập cực trị Dòng điện xoay chiều dạng tập phổ... sinh lớp 12 trường THPT, học sinh ôn thi THPT Quốc gia, ôn thi tốt nghiệp THPT tiếp cận với kiến thức tập cực trị chương Dịng điện xoay chiều - Vật lí 12 THPT nói riêng tập cực trị vật lí nói chung... đề Bài tập cực trị tập khảo sát giá trị cực đại, cực tiểu đại lượng vật lí Muốn có phương pháp giải nhanh gọn, dễ hiểu trước hết ta tìm hiểu hệ thống tập điển hình cực trị chương trình vật lí THPT,