SKKN: Phân loại và cách giải một số bài tập điện xoay chiều

Sáng kiến “Phân loại và cách giải một số bài tập điện xoay chiều” giúp học sinh khắc sâu kiến thức lí thuyết qua một hệ thống bài tập và phương pháp giải chúng, giúp các em chủ động làm được các bài tập. Mời quý thầy cô tham khảo sáng kiến trên.

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 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 cơng tác: THPT Nguyễn Hữu Cảnh – TP Biên Hịa – Tỉnh Đồng Nai II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chun mơn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân - Năm nhận bằng: 1998 - Chuyên ngành đào tạo: Vật Lý III KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chun mơn có kinh nghiệm: Vật Lý Số năm có kinh nghiệm:13 năm - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần 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 mơn khoa học ứng dụng ngày Do có tính thực tiễn nên mơn Vật Lý phổ thơng mơn mang tính hấp dẫn Tuy vậy, Vật Lý mơn học khó sở tốn 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 mơn Việc phân loại hướng dẫn cách giải việc làm cần thiết 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 DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU - Thơng thường tập thuộc dạng u cầu ta tính từ thơng, suất điện động cảm ứng xuất khung dây quay từ trường Ta sử dụng công thức sau để giải: - Tần số góc: (đơn vị: rad/s)   2 f - Tần số suất điện động cảm ứng khung tần số quay khung: f   (Đơn vị: Hz) 2 - Chu kỳ quay khung dây: T 2  f  (đơn vị: s) - Biểu thức từ thông:    o cos t    ,với  o  NBS     - Biểu thức suất điện động: e   '  Eo sin t    , Với   B, n lúc t = Hay e  Eo cos t  o  , với Eo   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  u i: tan u / i  Z L  ZC U L  U C  R UR u / i  i / 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  L    C hay LC  LC  Z  R  U U  Khi  I max   Z R     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 (   ) - Hệ số công suất cực đại, công suất tiêu thụ cực đại - Để mạch có cộng hưởng điện  Nếu đề yêu cầu mắc thêm tụ điện C’ với C tìm cách mắc ý so sánh Ctđ 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 mạch điện vuông pha nhau: tan 1.tan 2  1 - Nếu  = 0o (hai điện áp đồng pha) 1  2  tan 1  tan 2 - Áp dụng công thức tan   Z L  ZC R Dạng 5: CÔNG SUẤT CỦA ĐOẠN MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP + Công thức: P  UI cos   RI ,với cos   R Z + 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  U2 R + R thay đổi ; L, C, f không thay đổi: P U2  Z  ZC  R L Pmax 2  Z L  ZC     R   R   R Dùng R đẳng bất  Z L  ZC  R thức Cô-si, áp dụng cho hai số không âm: 2  Z L  ZC   Z L  ZC    Nên  R   R    Pmax  Z  ZC   R L R  R  Z L  ZC U2  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   U U   R  Z C2  Z12  2ZC Z1  y L L  x ; y   R  Z C2  x  Z C x  ZL     Để ULmax ymin  y  R  Z C2 x  2Z C x  ; y '  x R  Z C2  Z C  Vậy: Z L  R  ZC2 ZC  Phương pháp giản đồ Fre-nen:  UL  U   U1  UC    I  UR       Từ giản đồ Fre-nen, ta có: U  U R  U L  U C   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   UR  U1 UL U U sin   UL  sin  sin  sin  R  const nên UL = ULmax 2 R  ZC sin  đạt cực đại hay sin  = U R  Z C2  Khi U L max  R   Khi sin  =    , ta có: U1 U C Z1 Z C Z12 R  Z C2 cos       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: U C  IZ C  UZC R2   Z L  ZC  U U   R2  Z L2  Z12  2Z L Z1  y C C  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 ZL  Ta có kết quả: U C max   Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại hai đầu đoạn mạch nhỏ gồm R nối tiếp C lập biểu thức U RC    ZC  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: UZ L U L  IZ L  U   U y 1  L 1    R  R  L    2 1 2  L C  C  L  C   2L  1  Đặt a  2 , b   R   , c  , x   y  ax  bx  c LC C L    Lập biểu thức: U U C  IZ C   U  U y 2L     L2C 2  C  R  C R    L     C   C   2L   2 Đặt a  L2C , b  C  R   , c  , x    y  ax  bx  c C    Dùng tam thức bậc hai ẩn phụ x để tìm giá trị cực tiểu y, cuối có chung kết quả: U L max  U C max  oL  C L  R2 C LU R LC  R 2C L  R2 L C , oC  (với điều kiện  R ) L 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 dịng điện xoay chiều, tính toán suy luận để xác định phần tử chứa hộp kín  Chú ý trường hợp sau:  Nếu u i pha hộp đen có điện trở R hay có đủ ba phần tử điện R, L, C ZL = ZC  Nếu u i vng pha hộp đen khơng có 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 ZL > 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 tốn định lượng: để giải toán hộp đen ta phải vận dụng nhiều dạng tập trình bày trên, dựa vào cơng 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:     + Tại t = 0, ta có n, B  từ thơng qua vòng dây:  = BScost =  o cost + Suất điện động xoay chiều cuộn dây: e  N d   N  o sin t  Eo sin t dt + Tần số dòng điện: f = np - 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      * 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  I p Chú ý: mạch điện ngồi hở, dịng 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   3U d I d cos  + 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 dịng điện: U1 N1  U2 N2 + Cơng suất vào (sơ cấp): P1  U1I1 cos 1  U1I1 (xem cos 1  1) Công suất (thứ cấp): P2  U I cos   U I (xem cos 2  ) P + Hiệu suất: H  100% P1 I U Nếu hiệu suất máy biến áp 100% P = P2   I U1 + Hệ số biến áp: k  - Áp dụng công thức truyền tải điện năng: + Độ giảm đường dây: U = Unơi - Unơi đến = IR + Công suất hao phí đường dây: P = P nơi – P nơi đến  I R  R P2 U cos   + Hiệu suất truyền tải điện năng:   P' P  P 100%  100% < P P Nội dung, biện pháp thực giải pháp đề tài Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 1: Một khung dây có diện tích S = 60cm quay với vận tốc 20 vòng giây Khung đặt từ trường B = 2.10-2T Trục quay  khung vng góc với đường cảm ứng từ, lúc t = pháp tuyến khung dây n  có hướng B a Viết biểu thức từ thông xuyên qua khung dây b Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất khung dây Bài giải: 1 a Chu kì: T    0,05 (s) f 20 Tần số góc:   2 no  2 20  40 (rad/s)  o  NBS  1.2.102.60.10 4  12.105 (Wb) Vậy   12.105 cos 40 t (Wb) b Eo   o  40 12.105  1,5.102 (V) Vậy e  1,5.102 sin 40 t (V) Hay  e  1,5.102 cos  40 t   (V)  2 Bài 2: Một khung dây dẫn gồm N = 100 vịng quấn nối tiếp, diện tích vòng dây S = 60cm2 Khung dây quay với tần số 20 vòng/s,   từ trường -2 có cảm ứng từ B = 2.10 T Trục quay khung vng góc với B a Lập biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời b Vẽ đồ thị biểu diễn suất điện động cảm ứng tức thời theo thời gian Bài giải: 1 a Chu kì: T    0,05 s f 20 Tần số góc:   2 20  40 ( rad / s) Biên độ suất điện động: Eo = NBS = 40  100.2.10-2.60.10-4  1,5V   Chọn gốc thời gian lúc n, B       Biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời: e  Eo sin t  1,5sin 40 t (V)   Hay e  Eo cos t  1,5cos  40 t   (V) 2  b Đồ thị biểu diễn e theo t đường hình sin: - Qua gốc tọa độ O - Có chu kì T = 0,05s - Biên độ Eo = 1,5V Bài 3: Một khung dây dẫn có N = 100 vịng dây quấn nối tiếp, vịng có diện tích S = 50cm2 Khung dây đặt từ trường B = 0,5T Lúc t = 0,   vectơ pháp tuyến khung dây hợp với B góc   Cho khung dây quay  quanh trục  (trục  qua tâm song song với cạnh khung) vng góc với B với tần số 20 vòng/s Chứng tỏ khung xuất suất điện động cảm ứng e tìm biểu thức e theo t Bài giải:   vuông góc với cảm ứng từ B góc hợp Khung dây quay quanh trục  vectơ pháp tuyến n khung dây B thay đổi  từ thông qua khung dây biến thiên  Theo định luật cảm ứng điện từ, khung dây xuất suất điện động cảm ứng Tần số góc:   40 (rad/s) Biên độ suất điện động : 4 Eo   NBS  40 100.0,5.50.10  31,42 (V)    Chọn gốc thời gian lúc n, B  Biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời:     e  31, 42sin  40 t   (V) Hay e  31,42cos  40 t   (V) 3 6   Bài 4: Khung dây gồm N = 250 vòng  quay từ trường có cảm ứng từ B = 2.10-2T Vectơ cảm ứng từ B vng góc với trục quay khung Diện tích vịng dây S = 400cm2 Biên độ suất điện động cảm ứng khung Eo  4 (V)  12,56 (V) Chọn gốc thời gian (t = 0) lúc pháp tuyến khung song song chiều với B a Viết biểu thức suất điện động cảm ứng e theo t b Xác định giá trị suất điện động cảm ứng thời điểm t  s 40 E c Xác định thời điểm suất điện động cảm ứng có giá trị e  o  6,28 V Bài giải: E 4  20 (rad/s) a Tần số góc :   o  NBS 250.2.102.400.104 Biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời:   e  12,56sin 20 t (V) hay e  12,56cos  20 t   (V) 2  1   b Tại t  s e  12,56sin  20   12,56 V 40 40     Z L  ZC   Z L  Z C  R  100  100  200 R Z 200 L L   H  100  Mặt khác, ta có: tan   Bài 2: Cuộn dây cảm có độ tự cảm L = 0,318H, R = 100, tụ C tụ xoay Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch có biểu thức u  200 cos100 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 Bài giải: a Tính C để UCmax Cảm kháng : Z L   L  100 0,318  100 Cách 1: Phương pháp đạo hàm: Ta UZC U U có: U C  IZ C    R2   Z L  ZC   R2  Z L2  Z12  2Z L Z1  y C C 1 Đặt y   R  Z L2   2Z L    R  Z L2  x  x.Z L  (với x  ) ZC ZC ZC UCmax ymin Khảo sát hàm số: y   R  Z L2  x  x.Z L   y '   R  Z L2  x  2Z L y '    R  Z L2  x  Z L   x  ZL R  Z L2 Bảng biến thiên:  ymin x   ZC  ZL ZL hay  R  Z L2 Z C R  Z L2 R  Z L2 1002  1002   200 ZL 100 1 5.105 C    F  Z C 100 200  U C max  U R  Z L2 200 100  1002   200 (V) R 100 Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai Ta có: UZ C U U UC    R   Z L  ZC   R  Z L2  Z12  2Z L Z1  y C C 1 Đặt y   R  Z L2   Z L   ax  bx  ZC ZC (với x  ; a  R  Z L2 ; b  2 Z L ) ZC UCmax ymin Vì hàm số y có hệ số góc a > 0, nên y đạt cực tiểu b Z x hay  L 2a ZC R  Z L  UL O  U1   U  UC R  Z L2 1002  1002  ZC    200 ZL 100 1 104 (F) C     Z C 100 200 2 U R  Z L2 200 1002  1002 U C max    200 V R 100 Cách 3: Phương pháp dùng giản đồ Fre-nen     Ta có: U  U L  U R  U C Áp dụng định lý hàm số sin, ta có: U U U sin   C  UC  sin  sin  sin  Vì U sin   UR  U1 R R  Z L2 không đổi nên UCmax sin cực đại hay sin = Khi sin       cos   U L U1 Z Z   L  U1 U C Z1 ZC Z12 R  Z L2 1002  1002  ZC     200 ZL ZL 100 C  1 5.105   F  Z C 100 200  P   UR  I Q U R  Z L2 200 1002  1002   200 (V) R 100 b Tìm C để U Mbmax UMBmax = ? Lập biểu thức: UZ MB U U U MB  IZ MB    y R  Z L2  Z L Z C  Z C2 Z L2  Z L Z C  R  Z C2 U C max  Z L2  2Z L ZC Z L2  Z L x Đặt y  1 1 (với x = ZC) R  Z C2 R  x2 UMBmax ymin Z L  x  x.Z L  R  Khảo sát hàm số y: y '   R  x2  y '   x  xZ L  R  (*) Z L  Z L2  R Giải phương trình (*)  x  ZC  (x lấy giá trị dương) 1002  1002  4.1002  ZC   50   162 Lập bảng biến thiên:   điện dung C   1   0,197.104 F  ZC 100 162 Z L  Z L2  R Thay x  ZC  vào biểu thức y 4R2 4R2  ymin   R  2Z L2  2Z L Z L2  R Z L2  R  Z L  U MB max      U Z L  Z L2  R 200 100  100  4.1002 U     324 (V) 2R 2.100 ymin Dạng 7: XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN R, L, C CHỨA TRONG HỘP ĐEN Bài 1: Cho mạch điện hình vẽ Điện áp hai đầu đoạn mạch có biểu thức uMN  200 sin100 t (V) Cường độ dòng điện i nhanh pha điện áp hai đầu đoạn mạch X hộp kín chứa cuộn cảm tụ điện R biến trở Điều chỉnh R thấy công suất mạch cực đại I  A Xác định phần tử điện X giá trị Bài giải: Cường độ dịng điện i nhanh pha điện áp u hai đầu đoạn mạch nên X chứa tụ điện U R U2 Công suất tiêu thụ đoạn mạch: P  I R   ZC2 R  Z C2 R R  Z  Ta thấy, Pmax  R  C  R  Theo bất đẳng thức Cô-si, ta có: R  Z C2 Z2 Z2  R C  R  C  2Z C R R R Dấu = xảy R = ZC Tổng trở toàn mạch: Z  R  Z C2  ZC U Mặt khác: Z (2) I U 200 Từ (1) (2)  ZC    Z C  100 I 1 104 F C     Z C 100 100  (1) Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ Tụ điện C1 có điện dung thay đổi Điện trở R1 = 100, cuộn dây cảm có độ tự cảm L1 = 0,318H Hộp kín X chứa hai ba phần tử điện (thuần Ro, Lo, Co) Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp xoay chiều có U = 200V, f = 50Hz 5 - Khi C1 = 1,59.10-5F uMB nhanh pha uAM góc   rad 12 - Nếu điều chỉnh C1 để uAM trùng pha với dịng điện cơng suất tiêu thụ  mạch P = 200W Hãy xác định phần tử chứa UL  hộp kín X giá trị chúng  U MB Bài giải UL Ta có: Z L1   L1  2 f L1  2 50.0,318  100 o Z C1  1    200 C1 2 f C1 2 50.1,59.10 5 tan 1  Z L1  ZC R1  100  200   1  1   rad 100 O   U L1  U C1  UC1 2  1 U Ro  U R1  U AM Ta có giản đồ Fre-nen hình vẽ Vì   1        1 5    2    rad 12 Vậy hộp kín X chứa Ro nối tiếp Lo Z Z Ta có: tan   Lo   Lo Ro Ro  Ro  Z Lo (1) Điều chỉnh C1 để uAM đồng pha với dịng điện đoạn AM xảy cộng hưởng điện, nên ZL1 = ZC1 = 100 Công suất mạch: U2 P  I  R1  Ro    R1  Ro  Z U  R1  Ro  2002 100  Ro  P  200  2 R  R  Z  o 100  Ro   Z Lo2 Lo  Ro2  Z Lo  1002 (2) Z Lo 50   0,159 H  2 50 Vậy hộp kín X chứa Ro  50 3 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 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 giá trị 60V uAM uMB lệch pha Hai hộp X Y chứa phần tử nào? Tính giá trị chúng Từ (1) (2)  Ro  50 3 Z Lo  50  Lo  Bài giải: Khi mắc hai đầu hộp X với nguồn điện chiều, ampe kế 2A  mạch có dịng điện có cường độ I1 = 2A, chứng tỏ hộp kín X khơng có tụ điện Vậy hộp kín X chứa điện trở R nối tiếp cuộn cảm L U 60 Khi ta có: Z AM  R    30 (vì ZL = 0) I1 Khi mắc A B vào nguồn điện xoay chiều, ta có: Z AM U1' 60    60 I2 Vì Z AM  R  Z L2  R  Z L2  602  Z L  602  302  30 3 L ZL 30   0,165 H 2 f 2 50 Z L 30      AM  rad R 30 Ta có hình vẽ bên Theo hình, uMB trễ pha so với dịng điện nên  hộp kín Y chứa điện trở R’ nối tiếp tụ điện C U 60  Đối với đoạn mạch MB: Z MB    60 U AM I2 Ta có: tan  AM  Mà Z MB  R'  Z C2  60  R '  Z C2  60 (1) Vì uAM vng pha uMB nên ta có: O Z  Z  Z Z tan  AM tan  MB  1  L  'C   1  L C'  R R R  R  30 Z C  '   R'  ZC 30 R Giải (1) (2)  R '  30 3 ; Z C  30 1 C    1,06.104 (F) 2 f ZC 2 50.30 Vậy hộp X chứa R  30 nối tiếp L  0,165 H  AM MB  I  U MB (2) hộp Y chứa R '  30 3 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 cos100 t (V) Khi L  H điện   áp uAN trễ pha so với uAB uMB sớm pha  so với uAB Tìm R, C Bài giải: Cảm kháng: Z L   L  100  300  U U AB  oAB  120 V           UL Ta có : U AB  U AM  U MN  U NB  U AM  U MB  U R  U MB Q  M  Từ giản đồ Fre-nen, ta thấy OPQ tam giác UMB  U AB O  UC   R   U U AN R N I P  U AN  U AB  120 V ;   U R  U AB cos   120.cos  rad   60 V   120  60 V OPQ nên OR đường trung tuyến  R trung điểm PQ  UC = UMB = 60V Vì UMB = UL - UC  UL = UMB + UC = 2UMB = 2.60 = 120V U  IR  U R R U 60 Ta có : R   R  R ZL  300  150 3  U L  IZ L  U L Z L UL 120 U  IZ C  U C Z C U 60 Tương tự: C   ZC  C Z L  300  150  U L  IZ L  U L Z L UL 120 U MB  U AB cos C  1 103   F  Z C 100 150 15 Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ Hai đầu A, B đặt vào điện áp xoay chiều u AB  120 cos100 t (V) Điện trở vôn kế nhiệt vô lớn Cho biết vôn kế 120V, công suất tiêu  thụ mạch AB 360W, uAN lệch pha so với  uMB, uAB lệch pha so với uAN Tìm R, r, L, C Bài giải: U 120 Ta có : U AB  oAB   120 V    2 UL Q U V UMB Vẽ giản đồ Fre-nen cho mạch điện AB    P U AB Áp dụng định lý hàm số cosin cho OPQ, ta được: UL UC   /6  U R2  UV2  U AB  2UVU AB cos  / UR   O Ur I  2 2  U R  120  3.120  2.120.120  120 UC  U AN  U R  120 V   Vì UR = UV = 120V nên hình bình hành tạo UV U R hình thoi   góc lệch pha uAB so với uR rad   Từ đó, ta có: U r  UV cos  120  60 V; U C  U R tan  120  40 V    U L  U C  UV sin  40  120  100 V 3 Mặt khác ta có: P  I  R  r   I U R  U r  P 360 I   A U R  U r 120  60 U 120 Vậy : R R   60 I U 60 r r   30 I U 100 ZL  L   50 3 I Z 50 3 L L   H  100 2 U 40 ZC  C   20 3 I 1 103 C    F  ZC 100 20 3 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 vơn kế nhiệt 90V, RV =  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 = 30 a Hỏi cuộn dây có điện trở khơng? Giải thích b.Tính UMQ hệ số tự cảm L cuộn dây U L  U C  UV sin Bài giải: a Giả sử cuộn dây khơng có điện trở Ro điện áp uMN sớm pha  so  so với i  uMN sớm pha 180 o so với uNP (trái với  đề lệch 150o) Vậy cuộn dây phải có điện trở Ro N U L b Vẽ giản đồ Fre-nen:  U MN Dựa vào giản đổ Fre-nen, ta có MNP cân M (vì UMN = UMP)  MNP  MPN  30o  A   U M MA đường trung tuyến MNP R I  o U NP 90   U MP o  UL    45 V 30 U NP 2 P UL 45 U R  U PQ  U MN    30 V cos30o  U C với i, điện áp uNP trễ pha MN  15 V U Ro  U L t an30o  45  U MQ  U Ro  U R2   U L  U C   90 V U R 30 U 45   A ; ZL  L   15  R 30 I Z 15 L L   0,083 H 2 f 2 50 Ta có: I  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 vịng cuộn dây, biết từ thơng cực đại qua vịng 5.10-3Wb Bài giải: f 50 Tốc độ quay rôto: f  np  n    25 (vòng / s) p Từ thơng qua vịng dây:  = ocost d Suất điện động máy: e  4 N  N o sin t  Eo sin t (với N số dt vòng dây cuộn dây) E N  o  Suất điện động hiệu dụng máy: E  o  2 E 120 N   27 (vòng) 4 o 4.5.10 3.2 50 Bài 2: Động điện xoay chiều pha mắc vào mạng xoay chiều pha hạ áp với U = 110V Động sinh công suất học Pi = 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: P Hiệu suất động cơ: H  i  0,95  Công suất tiêu thụ P P 60 P i   63,12 (W) H 0,95 P 63,12 Hệ số công suất : cos     0,956 UI 110.0,6 Công suất tỏa nhiệt động cơ: PN = P - Pi = 63,12 – 60 = 3,12 (W) P 3,12 Mà PN  I R  R  N2   8,67 I 0.62 Bài 3: Một động điện ba pha mắc vào mạng điện ba pha có điện áp dây Ud = 220V Biết cường độ dòng điện dây Id = 10A hệ số công suất cos = 0,8 Tính cơng suất tiêu thụ động Bài giải: Công suất tiêu thụ động điện ba pha: P  3U p I p cos  - Nếu cuộn dây động đấu kiểu hình sao, ta có: I p  Id Up  Ud ; - Nếu cuộn dây động đấu kiểu tam giác, ta có: Ud  U p ; Id Trong hai trường hợp, ta có kết quả: P  3U p I p cos   3U d I d cos   3.220.10.0,8  3048 (W) Bài 4: Mạng điện ba pha có điện áp pha Up = 120V có tải tiêu thụ mắc thành hình Tính cường độ dòng điện dây pha dây trung hòa tải tiêu thụ A, B, C điện trở RA = RB = 12 ; RC =  24 UA Bài giải:   Do tải tiêu thụ mắc hình nên Id = Ip IA I AB U p 120    I A  IB    10 A H RA 12  I C O o UC 120   U p 120 IB U IC    A B RC 24 Do tải trở nên dòng điện pha đồng pha với điện áp pha Các o dòng  điện  lệchpha  120  Ta suy giản đồ Fre-nen sau: I o  I A  I B  I C  I AB  I C Dựa vào giản đồ  Io = IAB – IC    Vì IA = IB nên I AB đường chéo hình thoi tạo I A I B  IAB = 2.OH = 2.IB.cos60o = 2.10.cos60o = 10A Vậy Io = IAB – IC = 10 – = 5A Ip  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 nhơm có điện trở suất  = 2,5.10-8 m có tiết diện 0,5cm2 Điện áp cơng suất truyền trạm phát điện U = kV, P = 540 kW Hệ số công suất mạch điện cos = 0,9 Hãy tìm cơng suất hao phí đường dây hiệu suất truyền tải điện Bài giải: l 6000 Điện trở dây dẫn tải điện: R    2,5.10 8  3 S 0,5.10 4 P 540 Cường độ dòng điện dây: P  UI cos   I  I  100 A U cos 6.0,9 Công suất hao phí dây: P = I2R = 1002.3 = 30 kW P  P 540  30 Hiệu suất truyền tải điện năng:   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 = 20 Cảm kháng dung kháng không đáng kể Đầu cuộn thứ cấp máy hạ áp có cơng suất 12 kW với cường độ 100A Máy hạ áp có N1  10 Bỏ qua hao phí máy biến N2 áp Hãy tìm điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp máy tăng áp tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp Bài giải: Điện áp hai đầu cuộn thứ cấp máy hạ áp: P2' 12.10 ' U2  '   120 V I2 100 Điện áp hai đầu cuộn sơ cấp máy hạ áp: U 2' N ' ' N1   U  U  120.10  1200 V U1' N1 N2 Vì bỏ qua hao phí máy biến áp nên P1'  P2'  I1' U 2'  I 2' U1' N2  100  10 A N1 10 Dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ áp dịng 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 P1 = MW Điện áp hai cực U = 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 N1 = 160 vòng N2 = 1200 vòng Dòng điện thứ cấp truyền tải đến nơi tiêu thụ dây dẫn có R = 10 Hãy tính điện áp, cơng suất nơi tiêu thụ hiệu suất truyền tải điện Tóm tắt: P1 = 2MW ; U = 2000V ; H = 97,5% ; N1 = 160 vòng ; N2 = 1200 vòng ; R = 10 U3 = ? , P3 = ? ,  = ? 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)  I1'  I 2' - Tìm cường độ dòng điện máy phát điện cung cấp: I1  P1 U1 - Đối với máy biến áp, đề cho biết U1, N1, N  tìm điện áp U U N hai đầu cuộn thứ cấp máy biến áp dựa vào biểu thức:  U N2 - Dòng điện truyền từ máy phát điện đến máy biến áp có hiệu suất: P IU H   2  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 cơng thức U  U  U - Khi dịng điện truyền từ máy phát điện xoay chiều có công suất P1 qua máy biến P áp đến nơi tiêu thụ có cơng suất P3 hiệu suất truyền tải HTT   ta cần P1 tìm 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: N 2000.1200 U  U1   15000 V N1 160 Cường độ dòng điện cuộn thứ cấp: IU H P1 0,975.2.106 Vì H  2  I   130 A P1 U2 15000 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 P 1781000 Hiệu suất truyền tải điện: HTT  100%  100%  89% P1 2.106 III 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 Tỷ lệ học sinh lúng túng Tỷ lệ học sinh không giải 25% 50% 25% * Khi đưa phương pháp vào áp dụng Tỷ lệ học sinh giải Tỷ lệ học sinh lúng túng Tỷ lệ học sinh không giải 80% 15% 5% 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 cịn hạn chế nên cịn có thiếu sót, tơi 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 Đơn vị : THPT Nguyễn Hữu Cảnh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc , 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 hồn tồn  - Có giải pháp cải tiến, đổi từ giải pháp có  Hiệu (Đánh dấu X vào đây) - Hồn tồn triển khai áp dụng tồn ngành có hiệu cao  - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng tồn 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 dịng 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  Khá  Đạt  - 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 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 (Ký tên ghi rõ họ tên) THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ (Ký tên, ghi rõ họ tên đóng dấu) ... 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... CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP Bài 1: Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 40, cuộn 0,8 2.10 4 cảm có hệ số tự cảm L  H tụ điện có điện dung C  F mắc nối   tiếp Biết dòng điện qua mạch... CỘNG HƯỞNG ĐIỆN Bài 1: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ Biết R = 50, L  H Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp  xoay chiều u  220 cos100 t (V) Biết tụ điện C thay đổi Vậy a Định C để điện áp đồng