Đang tải... (xem toàn văn)
Công suất của dòng điện xoay chiều là một bài trong chương dòng điện xoay chiều. Khái niệm công suất điện rất quen thuộc với các em học sinh 12. Các em đã được học khái niệm này ở chương trình vật lí 9 và vật lí 11. Các biểu thức vật lí đã học có dạng tương tự như những phương trình toán học có dạng quen thuộc trong chương trình toán ở cấp THCS và THPT. Với phần công suất điện xoay chiều ở lớp 12 cũng có dạng tương tự, tuy nhiên ở chương trình lớp 12 tập trung vào dạng bài tập trắc nghiệm yêu cầu các em có cách giải nhanh và chính xác.
SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 MỤC LỤC PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài Error: Reference source not found 1.2 Cơ sở lý luận .Error: Reference source not found 1.3 Cơ sở thực tiễn Error: Reference source not found 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Error: Reference source not found 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Error: Reference source not found 1.4.2 Phạm vị nghiên cứu Error: Reference source not found 1.5 Phương pháp nghiên cứu Error: Reference source not found PHẦN II NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Hệ thống lý thuyết phần công suất của dòng điện xoay chiều Error: Reference source not found 2.1.1 Công suất, hệ số công suất .Error: Reference source not found 2.1.2 Ý nghĩa hệ số công suất cosϕ Error: Reference source not found 2.2 Định hướng phương pháp giải một số dạng tập Error: Reference source not found 2.2.1 Bài toán bản: Cho các dữ kiện tìm công suất P Error: Reference source not found 2.2.2 Cho công suất P tìm L hoặc tìm C Error: Reference source not found 2.2.3 Đoạn mạch RLC có R thay đổi Error: Reference source not found 2.2.3.1 Tìm R để Pmax Error: Reference source not found 2.2.3.2 Tìm R để mạch có cơng suất P Error: Reference source not found 2.2.3.3 Biết hai giá trị điện trở là R1 R2 mạch có công suất P, tìm công suất P đó .Error: Reference source not found 2.2.3.4 Mạch có RLC cuộn dây có điện trở R0 (R, L, R0, C) Error: Reference source not found 2.2.4 Khi mạch có cộng hưởng Error: Reference source not found Hiện tượng cộng hưởng mạch RLC Error: Reference source not found 2.2.4.1 Bài toán tính công suất mạch có cộng hưởng .Error: Reference source not found 2.2.4.2 Đoạn mạch RLC có C thay đổi Tìm C để mạch có công suất cực đại .Error: Reference source not found 2.2.4.3 Đoạn mạch RLC có L thay đổi Tìm L để mạch có công suất cực đại .Error: Reference source not found 2.2.4.4 Mạch RLC có ω thay đổi Error: Reference source not found 2.2.5 Bài toán: Với hai giá trị của cuộn cảm L1 và L2 mạch có cùng công suất Tìm L để Pmax Error: Reference source not found 2.2.6 Bài toán: Với hai giá trị của tụ điện C1 và C2 mạch có cùng công suất Tìm C để Pmax Error: Reference source not found -Trang 1- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 TÓM TẮT KẾT QUẢ 18 KẾT QỦA NGHIÊN CỨU .Error: Reference source not found PHẦN III: KẾT LUẬN Error: Reference source not found TÀI LIỆU THAM KHẢO Error: Reference source not found -Trang 2- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 PHẦN MỘT ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài Công suất của dòng điện xoay chiều một bài chương dòng điện xoay chiều Khái niệm công suất điện rất quen thuộc với em học sinh 12 Các em đã được học khái niệm này ở chương trình vật lí và vật lí 11 Các biểu thức vật lí đã học có dạng tương tự phương trình tốn học có dạng quen thuộc chương trình tốn cấp THCS và THPT Với phần công suất điện xoay chiều ở lớp 12 cũng có dạng tương tự, nhiên ở chương trình lớp 12 tập trung vào dạng bài tập trắc nghiệm yêu cầu các em có cách giải nhanh chính xác Trên tinh thần đó, nhằm giúp em có nhìn tổng qt, hệ thống hóa kiến thức học vận dụng kiến thức cách linh hoạt dạng tập trắc nghiệm theo định hướng Bộ giáo dục, đưa đề tài: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu Mặt khác số lượng tiết tập theo phân phối chương trình chương Dòng điện xoay chiều không nhiều lắm, chỉ có tiết, đó phần bài tập công suất của dòng điện xoay chiều chỉ có tiết, giáo viên tải hết dạng tập theo yêu cầu chương trình cấu trúc đề thi TN THPT TSĐH Bộ giáo dục Do tơi viết đề tài nhằm giúp em định hướng nhanh phương pháp giải số dạng tập thường gặp phần Công suất của dòng điện xoay chiều nhằm mang lại hiệu cao trình học tập làm thi kỳ thi em 1.2 Cơ sở lý luận Công suất của dòng điện xoay chiều phần kiến thức khó lý thuyết phong phú dạng tập Việc phân loại bài tập và nắm hết dạng tập nâng cao theo yêu cầu chương trình việc -Trang 3- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dòng điên xoay chiêu – vật lý 12 học sinh thực Để giải vấn đề học sinh phải biết tổng hợp kiến thức phần với phải biết mối quan hệ logic đơn vị kiến thức với Ngoài còn phải có một kiến thức toán học nhất định Với đề tài tơi hy vọng em học sinh lớp 12 nói chung đặc biệt em học chương trình nâng cao nắm bắt nhanh vấn đề sử dụng thiết thực trình học tập đặc biệt kỳ thi TN THPT TSĐH tới 1.3 Cơ sở thực tiễn Trong thực tế khái niệm công suất điện xoay chiều phổ biến gần gũi với đời sống ngày Nhưng vào nghiên cứu có q nhiều vấn đề phức tạp đối với học sinh Yêu cầu đề thi học phải hiểu sâu đơn vị kiến thức mà phải phân biệt dạng bài tập, cơng thức, phương trình có kỹ tốn học xác, nhanh gọn Với kinh nghiệm giảng dạy thân, thấy cần phải giúp em có kỹ phân biệt tượng, định dạng tập để áp dụng cơng thức đồng thời giải tốn câu hỏi lý thuyết nhanh gọn, hiệu Do đó, đề tài tơi nhằm mục đích hệ thống kiến thức lý thuyết, đưa số công thức thu gọn định hướng việc giải nhanh gọn câu hỏi trắc nghiệm theo yêu cầu thời gian đề thi Tuy nhiên việc áp dụng đề tài phải phụ thuộc vào phương pháp học tập kỹ học sinh phương pháp giảng dạy người thầy giáo Tôi hy vọng em tiếp nhận vận dụng đề tài cách có hiệu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu - Đề tài áp dụng cho học sinh ban nâng cao - Học sinh lớp 12 ôn thi tốt nghiệp thi tuyển sinh đại học cao đẳng 1.4.2 Phạm vị nghiên cứu -Trang 4- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dòng điên xoay chiêu – vật lý 12 -Thời gian nghiên cứu: năm học 2008-2009 tại trường THPT Ông Ích Khiêm và năm học 2009-2010 tại trường THPT Thanh Khê - Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu phần “công suất của dòng điện xoay chiều” 1.5 Phương pháp nghiên cứu - Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài - Trình bày sở lý thuyết công suất của dòng điện xoay chiều - Phương pháp giải nhanh dạng tập cơng śt Có ví dụ minh hoạ cho dạng tập - Đưa tập áp dụng dạng để học sinh luyện tập - Kiểm tra tiếp thu học sinh đề ôn luyện - Đánh giá, đưa điều chỉnh phương pháp cho phù hợp đối tượng học sinh 1.6 Ý nghĩa khoa học của đề tài - Đề tài góp phần định hướng làm bài tập trắc nghiệm cho học sinh học phần dòng điện xoay chiều - Đề xuất kinh nghiệm vận dụng các công thức thu gọn có thể làm cho nhiều phần khác, chương khác, lớp khác - Đề tài có thể xem một tư liệu tham khảo cho giáo viên việc đổi mới phương pháp giảng dạy -Trang 5- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 PHẦN HAI NỘI DUNG ĐỀ TÀI Nội dung đề tài gồm phần: - PHẦN I: Hệ thống lý thuyết phần công suất của dòng điện xoay chiều - Trong phần này chỉ nêu ngắn gọn các biểu thức đã có sách giáo khoa, sau đó chứng minh và đưa một số công thức biến đổi ở dạng khác, các công thức thu gọn, định hướng phương pháp giải của một số dạng tập nhằm giúp các em học sinh tránh được nhầm lẫn và vận dụng nhanh làm bài trắc nghiệm - PHẦN II: Định hướng phương pháp giải của một số dạng tập Phần này đưa một số bài toán được hệ thống từ dễ đến khó, và theo thứ tự các công thức đã chứng minh phần lý thuyết Một số bài toán có lời giải chi tiết 2.1 Hệ thống lý thuyết phần công suất của dòng điện xoay chiều 2.1.1 Công suất, hệ số công suất Công suất tức thời: P = UIcosϕ + UIcos(2ωt + ϕ) Cơng suất trung bình: P = UIcosϕ = RI2 Trong các bài tập ta tính công suất theo biểu thức P = UI cos ϕ với cos ϕ = (1) (2) R Z (3) Ta có thể biến đổi ở các dạng khác U2 P = RI = U R I = R R (4) P = ZI cosϕ , P = cosϕ = U2R Z2 (5) UR U (6) Trong đó: I(A): cường độ dòng điện, U(V): điện áp; P(W): công suất, -Trang 6- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dòng điên xoay chiêu – vật lý 12 cosϕ: hệ số công suất, UR: điện áp hai đầu điện trở R, UR = IR 2.1.2 Ý nghĩa hệ số công suất cosϕ Hệ số công suất có giá trị từ đến Đoạn mạch không có điện trở R thì không tiêu thụ công suất Công suất hao phí đường dây tải rP Php = rI = 2 U cos ϕ (7) r (Ω) điện trở của đường dây tải Nếu hệ số cơng suất cosϕ nhỏ cơng suất hao phí đường dây tải Php lớn, người ta phải tìm cách nâng cao hệ số cơng suất Theo quy định nhà nước hệ số công suất cosϕ sở điện tối thiểu phải 0,85 Với điện áp U dụng cụ dùng điện tiêu thụ công suất P, tăng hệ số công suất cosϕ để giảm cường độ hiệu dụng I từ giảm được hao phí tỏa nhiệt dây 2.2 Định hướng phương pháp giải một số dạng tập 2.2.1 Bài toán bản: Cho các dữ kiện tìm công suất P Xác các đại lượng liên quan và tính công suất P theo các biểu thức (2), (3), (4) P = UI cos ϕ , cos ϕ = R , P=RI2 Z Câu 1: (TN THPT 1998 lần 2) Một đoạn mạch gồm điện trở R=40Ω, tụ điện có điện dung C=10−3/9π F, cuộn dây có độ tự cảm L=3/5π H điện trở không đáng kể mắc nối tiếp với Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch có biểu thức: u=120 sin100πt (V) Tính hệ số công suất công suất tiêu thụ đoạn mạch A 360W B 40W C 320 W -Trang 7- D 230,4W SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 HD: Tính ZL= 60Ω, ZC= 90Ω, Z= 50Ω, I=U/Z=120/50=2,4A ⇒ cos ϕ = R = 0,8 , P=UIcosϕ=230,4W Z Câu 2: Đặt điện áp u=20cos(100πt+π/2)(V) vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp Biết biểu thức cường độ dòng điện là i = 2cos(100πt+π/6)(A) Tính công suất tiêu thụ đoạn mạch A 20W B 40W C 10 W D 10W HD: U= 10 Ω, I = A, ϕ = ϕu − ϕi =π/3 ⇒ P=UIcosϕ=10W Câu 3: (ĐH2008) Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện RLC không phân nhánh π hiệu điện u = 220 cos ωt − ÷(V) cường độ dịng điện qua đoạn 2 π mạch có biểu thức i = 2 cos ωt − ÷(A) Công suất tiêu thụ đoạn mạch 4 A 440W HD: ϕ = ϕu − ϕi = − B 220 W C 440 W D 220W π ⇒ P = UI.cosϕ = 220 2W Câu 4: Đặt điện áp u=20cos100πt(V) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R=10Ω mắc nối tiếp với cuộn dây cảm L=0,1/π (H), tụ điện C=10−3/ 2π (F) Tính công suất tiêu thụ đoạn mạch A 20W B 10W C 10 W D 20 W HD: ZL= 10Ω, ZC= 20Ω, Z= 10 Ω, I = U/Z=1A ⇒ P=RI2=10W Câu 5: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có điện trở R0=5Ω độ tự cảm L= 35 10−2H mắc nối tiếp với điện trở R=30Ω π Điện áp hai đầu đoạn mạch u=70 cos100πt(V) Công suất tiêu thụ đoạn mạch A 35 W B 70W C 60W D 140W HD: ZL= 35Ω, Z = (R + R ) + Z2 = 35 Ω, I = U/Z=2A ⇒ P=(R+r)I2=70W L -Trang 8- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 2.2.2 Cho công suất P tìm L hoặc tìm C Cho công suất P và các đại lượng liên quan tìm L hoặc tìm C P = RI ⇔ P = R.U RU − R2 2 ⇒ ZL − ZC = R + (Z L − ZC ) P (8) Thay số xác định ZL hoặc ZC từ đó tìm L hoặc C Câu 6: Một đoạn mạch gồm điện trở R=20Ω, tụ điện có điện dung C=10−3/4π F, cuộn dây có độ tự cảm L điện trở không đáng kể mắc nối tiếp với Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch có biểu thức: u=40 sin100πt (V) Biết công suất tiêu thụ đoạn mạch là 16W Tìm L HD: Tính được ZC= 40Ω, theo (8) ZL − ZC = RU − R Thay số |ZL − ZC| =40 P ⇒ ZL=80Ω ⇒ L = 0,4/π (H) 2.2.3 Đoạn mạch RLC có R thay đổi 2.2.3.1 Tìm R để Pmax U2 R.U A P= P = RI ⇔ P = (ZL - ZC ) 2 ⇔ R + (Z L − ZC ) R+ R R L C B N M Để Pmax thì mẫu số phải nhỏ nhất, mẫu số là tổng có hai số hạng mà tích của chúng là hằng số R ( Z L − ZC ) = ( ZL − ZC ) =const Theo hệ quả bất R Z −Z đẳng thức Côsi ta suy tổng này nhỏ nhất R = ( L C ) R ⇒ R = ( ZL − ZC ) hay R=|ZL− ZC| (9) U π R , cosϕ= = , ϕ=± R Z U2 U2 P = = , max Z − Z 2R L C Z=R 2, I= (10) Pmax Khi đó: (11) Câu 7: (ĐH2008) Đoạn mạch điện xoay chiều gồm biến trở R, cuộn dây cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp Biết hiệu -Trang 9- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dòng điên xoay chiêu – vật lý 12 điện hiệu dụng hai đầu đoạn mạch U, cảm kháng Z L, dung kháng ZC (với ZC ≠ ZL) tần số dịng điện mạch khơng đổi Thay đổi R đến giá trị R0 cơng suất tiêu thụ đoạn mạch đạt giá trị cực đại Pm, B Pm = A R0 = ZL + ZC U2 Z2 C Pm = L D R = ZL − ZC R0 ZC HD: Theo (9) chọn D π Câu 8: Cho đoạn mạch xoay chiều gồm biến trở R, cuộn cảm L= H tụ điện C= 10 −3 F mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay 4π chiều u=120 cos100πt(V) Điện trở biến trở phải có giá trị để cơng suất mạch đạt giá trị cực đại? A R=120Ω B R=60Ω C R=400Ω D R=60Ω HD: ZL= 100Ω, ZC= 40Ω, theo (9) R=|ZL− ZC| = 60 Ω Chọn B π Câu 9: Cho đoạn mạch xoay chiều gồm biến trở R, cuộn cảm L= H 10 −3 tụ điện C= F mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay 4π chiều u=120 cos100πt(V) Điều chỉnh giá trị của biến trở để công suất mạch đạt giá trị cực đại Giá trị cực đại công suất bao nhiêu? A Pmax=60W B Pmax=120W C Pmax=180W D Pmax=1200W HD: ZL= 100Ω, ZC= 40Ω, theo (11) Pmax = U2 = 60W Z L − ZC Câu 10: 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 thì công suất mạch đạt giá trị cực đại Giá trị cực đại công suất bao nhiêu? A Pmax=55W B Pmax=110W C Pmax=220W D Pmax=110 W HD: Theo (11) Pmax = U2 = 110W 2R -Trang 10- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dòng điên xoay chiêu – vật lý 12 Câu 11: 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 điện áp xoay chiều ổn định hai đầu đoạn mạch AB có biểu thức: uAB=200cos100πt (V) Khi R=100Ω thì thấy mạch tiêu thụ công suất cực đại Xác định cường độ dòng điện mạch lúc này? A 2A B A C 2 A D HD: Theo (10) I = U = R 2 A 2 A Câu 12: 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 R để mạch tiêu thụ công suất cực đại Xác định góc lệch pha của điện áp và cường độ dòng điện mạch? A π π B C D HD: Theo (10) ϕ = ± π chọn B Câu 13: 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=60Ω thì mạch tiêu thụ công suất cực đại Xác định tổng trở của mạch lúc này? A 30 Ω B 120Ω C 60Ω D 60 Ω HD: Theo (10) Z = R =60 Ω 2.2.3.2 Tìm R để mạch có cơng suất P P = RI ⇔ P = ⇔ R2 − R.U R + ( Z L − Z C )2 U2 R + ( Z L − ZC ) = P Vậy R là nghiệm của phương trình (12), là phương trình bậc hai, -Trang 11- (12) SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 học sinh dễ dàng giải phương trình (như bấm máy tính) để được kết quả Câu 14: Cho doạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây cảm kháng có độ 10-4 tự cảm L= π H, tụ điện có điện dung C= 2π F, R điện trở thay đổi Đặt hiệu điện xoay chiều ổn định hai đầu đoạn mạch AB có biểu thức: uAB=200cos100πt (V) Xác định R để mạch tiêu thụ công suất 80W A 50Ω, 200Ω B 100Ω, 400Ω C 50Ω, 200Ω D 50Ω, 200Ω HD: Tính ZL= 100Ω, ZC= 200Ω, theo (12) R − U2 R + ( Z L − ZC ) = P ⇒ R=50Ω và R=200Ω Chọn C 2.2.3.3 Biết hai giá trị điện trở là R1 R2 mạch có cơng suất P, tìm công suất P đó Biết hai giá trị điện trở là R1 R2 mạch có công suất P Theo (12) ta có: R − U2 R + ( Z L − ZC ) = P A R L C B M R1 R2 hai nghiệm phương trình Theo định lí Viét N i với đố phương trình bậc hai, ta có: R1 + R = (13) 2 U , R 1R = ( Z L − Z C ) P Với giá trị điện trở là R1 R2 mạch có công suất P Tính R0 để mạch có công suất cực đại Pmax theo R1 R2 Với giá trị của điện trở là R0 mạch có công suất cực đại Pmax, theo (9) thì R0 = |ZL − ZC| Với giá trị điện trở là R R2 mạch có cơng suất P, theo (13) R1R = ( ZL − ZC ) suy ra: (14) R = R 1R Câu 15: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R thay đổi Đặt điện áp xoay chiều ổn định hai đầu đoạn mạch có U=100V, f=50Hz Điều chỉnh R thì -Trang 12- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 thấy có hai giá trị 30Ω và 20Ω mạch tiêu thụ cùng một công suất P Xác định P lúc này? A 4W B 100W C 400W D 200W HD: Theo (13) ⇒ P=U2/(R1+R2)=200W Câu 16: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R thay đổi Đặt điện áp xoay chiều ổn định hai đầu đoạn mạch có giá trị hiệu dụng U, tần số f Điều chỉnh R thì thấy có hai giá trị 60Ω và 30Ω mạch tiêu thụ cùng một công suất P=40W Xác định U lúc này? A 60V B 40V C 30V D 100V HD: Theo (13) ⇒ U2=P(R1+R2)=3600 ⇒ U=60V Câu 17: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C, R thay đổi Đặt điện áp xoay chiều ổn định hai đầu đoạn mạch có giá trị hiệu dụng U, tần số f Điều chỉnh R thì thấy có hai giá trị 40Ω và 90Ω mạch tiêu thụ cùng một công suất Xác định R0 để mạch tiêu thụ công suất cực đại? A 60Ω B 65Ω C 130Ω D 98,5Ω HD: Theo (14) R = R1R ⇒R0=60Ω 2.2.3.4 Mạch có RLC cuộn dây có điện trở R0 (R, L, R0, C) - Tìm R để cơng suất tồn mạch cực đại Pmax: theo (9) (15) R+R0=|ZL− ZC|, R=|ZL− ZC| − R0 Pmax = U2 U2 Pmax = , ZL − ZC 2(R + R ) A L, R R M - Tìm R để cơng suất R cực đại PRmax C B N (16) (17) R2=R02+(ZL− ZC)2 Câu 18: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có điện trở -4 10 0,8 R0=20Ω độ tự cảm L= π H, tụ điện C= 2π F và điện trở R thay đổi -Trang 13- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 được mắc nối tiếp Điện áp hai đầu đoạn mạch ổn định Để mạch tiêu thụ công suất cực đại thì R phải có giá trị nào sau đây? A 100 Ω B 120 Ω C 60 Ω D 80 Ω HD: Tính ZL= 80Ω, ZC= 200Ω, theo (15) R=|ZL− ZC| − R0 = 100Ω Chọn A Câu 19: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có điện trở −3 10 0,8 R0=30Ω độ tự cảm L= π H, tụ điện C= 4π F và điện trở R thay đổi được mắc nối tiếp Điện áp hai đầu đoạn mạch ổn định Để công suất tiêu thụ R cực đại thì R phải có giá trị nào sau đây? A 100 Ω B 120 Ω C 50 Ω D 80 Ω HD: ZL= 80Ω, ZC= 40Ω, theo (17): R2=R02+(ZL− ZC)2 =2500 ⇒ R=50 Ω 2.2.4 Khi mạch có cộng hưởng Hiện tượng cộng hưởng mạch RLC Nếu giữ nguyên giá trị điện áp hiệu dụng U hai đầu đoạn mạch thay đổi tần số góc ω (hoặc thay đổi f, L, C) đến giá trị cho ωL = (hay ZL=ZC) có tượng đặc biệt xảy mạch: I đạt giá ωC trị cực đại, gọi tượng cộng hưởng điện Điều kiện xảy tượng cộng hưởng mạch RLC nối tiếp: ZL=ZC; ω L = ; ω= ωC LC A R L M C B N (18) Lúc mạch có cộng hưởng thì: Tởng trở Z = Zmin = R; UR = URmax = U (19) Cường độ dòng điện I = I max = U R (20) Công suất của mạch có cộng hưởng đạt giá trị cực đại P = Pmax = U2 R (21) Mạch có cộng hưởng điện áp pha với cường độ dòng điện, -Trang 14- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 nghĩa là: ϕ=0; ϕu=ϕi ; cosϕ=1 Điện áp giữa hai điểm M, B chứa L và C đạt cực tiểu (22) ULCmin = (23) Lưu ý: L C mắc liên tiếp 2.2.4.1 Bài toán tính công suất mạch có cộng hưởng Câu 20: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: R=20 Ω, cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C thay đổi Đặt điện áp xoay chiều ổn định hai đầu đoạn mạch AB có biểu thức: uAB=20cos100πt (V) Điều chỉnh C để mạch tiêu thụ công suất cực đại Tính công suất mạch lúc này? HD: Theo (21) P=U2/R = 100W Lưu ý: Bài toán áp dụng (20) rất dễ nhầm với (10); (21) rất dễ nhầm với (11) Câu 21: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L thay đổi được, tụ điện có điện dung C, R = 50 Ω Đặt hai đầu mạch điện áp xoay chiều ổn định u=50 cos100πt (V) Điều chỉnh L để điện áp giữa hai điểm M và B nhỏ nhất Tính công suất tiêu thụ của mạch lúc này? HD: UMBmin=ULCmin=0 theo (18) và (20) mạch có A R L M cộng hưởng P=Pmax=U2/R=50W C B N Bài toán xác định hệ số công suất mạch có cộng hưởng Câu 22: (ĐH2008) Đoạn mạch điện xoay chiều không phân nhánh gồm cuộn dây có độ tự cảm L, điện trở R tụ điện có điện dung C Khi dịng điện có tần số góc chạy qua đoạn mạch hệ số cơng suất đoạn LC mạch A phụ thuộc điện trở đoạn mạch B C phụ thuộc tổng trở đoạn mạch D HD: Pmax mạch có cộng hưởng, theo (22) chọn D -Trang 15- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 Câu 23: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: R khơng đởi, cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C thay đổi Đặt điện áp xoay chiều ổn định hai đầu đoạn mạch AB có biểu thức: uAB=U0cosωt Điều chỉnh C để mạch tiêu thụ công suất cực đại Xác định hệ số công suất của mạch lúc này? A B π C D HD: Pmax mạch có cộng hưởng, theo (19) ϕ=0; cosϕ=1 chọn A 2.2.4.2 Đoạn mạch RLC có C thay đổi Tìm C để mạch có cơng suất cực đại Pmax mạch có cộng hưởng Theo phương trình (15) ta suy C= ω2 L A R L M C B (24) N Câu 24: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L=0,1/π (H), tụ điện có điện dung C thay đổi được, R điện trở Đặt hai đầu mạch điện áp xoay chiều ổn định có f=50Hz Xác định giá trị C để mạch tiêu thụ công suất cực đại A 0,5/π (H) B 0,5.π (H) C 0,5 (H) D … (H) 2.2.4.3 Đoạn mạch RLC có L thay đổi Tìm L để mạch có cơng śt cực đại Pmax mạch có cộng hưởng Theo phương trình (15) ta suy L= ω2 C A R L M C N B (25) Câu 25: Cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: cuộn dây cảm kháng có độ tự cảm L thay đổi được, tụ điện có điện dung C =10−3/5π (F), R điện trở Đặt hai đầu mạch điện áp xoay chiều ổn định có f=50Hz Xác định giá trị L để mạch tiêu thụ công suất cực đại A 0,5/π (H) B 5/π (H) C 0,5π (H) D (H) HD: ZL = ZC=50 Ω ⇒ L=0,5/π (H) Chọn câu A -Trang 16- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 2.2.4.4 Mạch RLC có ω thay đổi + Tìm ω để mạch có cơng śt cực đại Pmax: Với ω = ω0 thì công suất toàn mạch Pmax mạch có cộng hưởng Theo phương trình (15) LC ω0 = + Với ω = ω1 ω = ω2 cơng śt P có giá trị P1=P2 ⇒ I1=I2 ⇒ Z1=Z2 ⇒ |ZL1 −ZC1| = | ZL2 − ZC2| ⇒ ZL1 −ZC1 = ZC2 − ZL2 (27) ⇒ ZL1 + ZL2 = ZC1 + ZC2 ⇒ ω1.ω2 = (28) Liên hệ giữa ω1, ω2, ω0 ω0 = ω1ω2 ⇒ f = LC f1 f Câu 26: (ĐH 2009) Đặt điện áp xoay chiều u = U0cosωt có U0 khơng đổi ω thay đổi vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Thay đổi ω cường độ dịng điện hiệu dụng mạch ω = ω1 cường độ dòng điện hiệu dụng mạch ω = ω2 Hệ thức là: A ω1 + ω2 = 2 B ω1.ω2 = C ω1 + ω2 = D ω1.ω2 = LC LC LC LC HD: Áp dụng (27) chọn D 2.2.5 Bài toán: Với hai giá trị của cuộn cảm L và L2 mạch có cùng công suất Tìm L để Pmax Với hai giá trị của cuộn cảm L1 và L2 mạch có cùng công suất P1=P2 ⇒ Z1=Z2 ⇒ |ZL1 −ZC| = | ZL2 − ZC| ⇒ ZC = ZL1 + ZL2 (29) Với L mạch có công suất cực đại theo (18) ZL = ZC suy ZL = ZL1 + ZL2 L +L , L= 2 (30) Câu 27: Đặt điện áp xoay chiều u = U0cosωt vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Giá trị L thay đổi được Khi hệ số tự cảm có giá trị L = 6mH và L2 = 8mH thì công suất tiêu thụ mạch Giá trị của L để công suất cực đại là: A 14mH B 7mH C 2mH D 10mH HD: Theo (30) chọn B -Trang 17- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 2.2.6 Bài toán: Với hai giá trị của tụ điện C1 và C2 mạch có cùng công suất Tìm C để Pmax Với hai giá trị của tụ điện C1 và C2 mạch có cùng công suất Z +Z (31) P1=P2 ⇒ Z1=Z2 ⇒ |ZL1 −ZC| = | ZL2 − ZC| ⇒ ZL = C1 C2 Với điện dung của tụ điện C mạch có công suất cực đại Theo (18) ZL = ZC kết hợp với (31) suy 2C1.C2 Z + ZC2 + ZC = C1 , = , C= C C1 C C1 + C 2 (32) Câu 28: Đặt điện áp xoay chiều u = U0cosωt vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Điện dung C của tụ điện thay đổi được Với hai giá trị của điện dung C1 = 3µF và C2 = 4µF mạch có cùng cơng śt Tìm C để mạch có cơng śt cực đại Pmax A C=7µF B 1µF C µF D 3,43µF 2C C HD: Theo (32) C = C + C = 3,43µF Chọn D Câu 29: Đặt điện áp xoay chiều u = U 0cos100πt (V) vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Điện dung C của tụ điện thay đổi được Với hai giá trị của dung kháng ZC1 = 300 Ω và ZC2 = 100 Ω mạch có cùng công suất Tìm cảm kháng của cuộn cảm lúc này A 400Ω B 100 10 Ω C 75Ω D 200Ω HD: Theo (31) ZL = ZC1 + ZC2 = 200Ω Chọn D Chú ý: Các bài toán xét một đại lượng thay đổi, các đại lượng khác xem không đổi BÀI TẬP TỔNG HỢP Câu 30: (ĐH2009) 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 100Ω Khi điều chỉnh R hai giá trị R1 R2 công suất tiêu thụ đoạn mạch Biết điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện -Trang 18- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dòng điên xoay chiêu – vật lý 12 R=R1 hai lần điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện R = R2 Các giá trị R1 R2 là: A R1 = 50Ω, R2 = 100Ω B R1 = 40Ω, R2 = 250Ω C R1 = 50Ω, R2 = 200Ω D R1 = 25Ω R2 = 100Ω HD: Vì ZC không đổi đề cho UC1=2UC2 ⇒ I1=2I2 (*), Hai giá trị điện trở R1 và R2 mạch có cùng công suất 2 P1 = P2 ⇔ R1I1 = R I (**) Theo (13) ⇒ R1R = ZC = 1002 Từ (*) và (**) suy R2=4R1 thế vào R1R = ZC = 1002 ta được 4R12 = 1002 ⇒ R1=50 Ω và R2 = 200Ω Đáp án C Câu 31: Mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R cuộn dây thuần cảm kháng L Khi R=R0 mạch có cơng suất mạch đạt giá trị cực đại P max Nếu chỉ tăng giá trị điện trở lên R’=2R cơng suất mạch là: {các đại lượng khác (U, f, L) không đổi} A 2Pmax B Pmax/2 C 0,4Pmax D 0,8Pmax HD: Chọn câu D Khi Pmax thì R=R0=ZL, Pmax = U2 , 2R U 2U Khi R’=2R0 thì Z= R0 ⇒ I = 5.R ⇒ P = R’I2 = 5R 0 P Lập tỉ số: P = = 0,8 ⇒ P = 0,8Pmax max TÓM TẮT KẾT QUẢ Dạng toán Bài toán bản: bài toán thuận: Kết quả P = UI cos ϕ cos ϕ = cho các đại lượng tìm P Cho P tìm L hoặc tìm C P = RI2 Tìm R để Pmax R = |ZL− ZC| Z L − ZC = Pmax = U2 2R -Trang 19- Bổ sung RU − R2 P R Z SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 Cho P tìm R U2 R2 − Biết hai giá trị điện trở là R1 P R + ( ZL − ZC ) = U2 P R1 + R = P= R2 mạch có cơng suất P Với giá trị điện trở là R1 R2 mạch có cơng suất P Với giá trị của điện trở là R R = R1R mạch có cơng śt cực đại Pmax Mạch có RLC cuộn dây có điện trở R0 (R, L, R0, C) Tìm R để cơng suất toàn mạch cực đại Pmax Mạch có RLC cuộn dây có điện trở R0 (R, L, R0, C) Tìm R để cơng suất R cực Pmax = R+R0 = |ZL− ZC| U2 2R Pmax = U2 2(R + R ) R2=R02+(ZL− ZC)2 đại PRmax Thay đổi f (hay ω) hoặc L hoặc Khi mạch có cộng hưởng C để Pmax U2 R1 + R ZL=ZC; ω L = ωC P = Pmax = U2 R Với hai giá trị tần sớ ω = ω1 ω = ω2 cơng śt P có ω0 = ω1ω2 hay f = f1 f Pmax giá trị Với ω = ω0 thì Pmax Với hai giá trị của cuộn cảm L1 Z = ZL1 + ZL2 Z = ZL1 + ZL2 , L , C 2 và L2 mạch có cùng công suất Với L mạch có công suất cực L +L L= ZC = Pmax = U2 R đại Với hai giá trị của tụ điện C và Z = ZC1 + ZC2 L C2 mạch có cùng công suất Với điện dung của tụ điện C mạch có công suất cực đại U2 = R 2C1.C2 ZC1 + ZC2 , C= C1 + C 2 Pmax U2 = R KẾT QỦA NGHIÊN CỨU Các công thức quy tắc đưa đề tại phù hợp Tổ chun mơn kiểm định xác dễ vận dụng -Trang 20- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 Qua trình dạy học cho học sinh tiếp cận vận dụng trình học tập Các em tiến hành giải tập trắc nghiệm tham khảo thời gian quy định lớp 12A1, 12A2, 12A4 với kết cao Trên 70% đạt điểm trở lên Tôi cũng thử nghiệm các lớp chưa tiếp cận đề tài này thì kết quả thấp, học sinh hầu không làm kịp thời gian quy định, nhiều bài toán không giải được, một số bài toán giống thiếu dữ kiện Sau kiểm tra phạm vi lớp giảng dạy tại trường THPT Ông Ích Khiêm, kết thu sau: Lớp Từ điểm 12A1 trở lên 70% 12A2 12A4 Từ 6,5 → điểm Từ → 6,5 điểm Dưới điểm 20% 10% 0% 17% 30% 25% 28% 16% 27% 33% 24% Kết quả cho thấy lớp 12A1 đạt kết quả cao nhất là đối tượng học sinh lớp này chủ yếu là học sinh khá, điểm đầu vào lớp 10 cao các lớp còn lại và lớp 12A1 tiếp cận đề tài sớm các lớp khác nên có thời gian ôn tập nhiều Kết quả năm học 2008-2009 ở lớp 12A1 có học sinh đạt giải khuyến khích kì thi Học sinh giỏi Vật lí 12, 70% số học sinh đỗ đại học kì thi tuyển sinh đại học 2009, nhiều học sinh đạt điểm -Trang 21- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 PHẦN BA KẾT LUẬN ĐỊNH HƯỚNG TRẢ LỜI NHANH CÁC BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM PHẦN CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU phương pháp giúp em nắm kiến thức học phần dòng điện xoay chiều cách có hệ thống logic đồng thời định hướng phương pháp giải nhanh tập trắc nghiệm cũng tự luận Để đạt kết tốt phát huy tác dụng đề tài yêu cầu học sinh phải tập trung tiết giảng lớp giáo viên, phải say mê mơn học chịu khó trình học tập Một vấn đề cốt lõi khơng thể thiếu trình độ chun mơn, lương tâm trách nhiệm người thầy giáo Người thầy phải nhiệt tình tồn tâm, tồn ý với cơng việc dạy học tạo niềm tin cho học sinh công việc dạy học đạt “cộng hưởng” cao đạt kết tốt đẹp Đề tài có thể mở rộng cho các bài toán liên quan đến công suất các bài toán về cường độ dòng điện, bài toán về điện áp Những vấn đề đưa phương pháp để học tốt phần “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 Trong thực hiện đề tài chắc không tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý chia sẻ đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, ngày 28 tháng 11 năm 2009 Người viết Liên Quang Thịnh -Trang 22- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dòng điên xoay chiêu – vật lý 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Quang (2006), Vật lý 12, NXB GD - 2008 Vũ Thanh Khiết (2008), Vật lý 12 nâng cao, NXB GD - 2008 Vũ Thanh Khiết (2005), Vật lý 12, Sách giáo khoa thí điểm ban khoa học tự nhiên, NXB GD - 2005 Bùi Quang Hân (2008), Luyện thi trắc nghiệm Vật lý, NXBGD - 2008 Bộ giáo dục và đào tạo, Đề thi đại học môn Vật lí 2008 & 2009 Cấu trúc đề thi đại học 2009 NXB GD - 2009 Website: violet.vn; baigiang.edu.vn (Bài giảng.edu.vn); thuvienvatli.com (Thư viện vật lý.com); onthi.com (Ôn thi.com); violet.vn/thinh1003/, moon.vn; -Trang 23- ... 22- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần cơng suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Quang (2006), Vật lý 12, NXB GD - 2008 Vũ Thanh Khiết (2008), Vật lý 12. .. xoay chiều ổn định hai đầu đoạn mạch có U=100V, f=50Hz Điều chỉnh R thì -Trang 12- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dòng điên xoay chiêu – vật lý 12 thấy có... found -Trang 2- SKKN: Định hướng trả lời nhanh tập trắc nghiệm phần công suất dịng điên xoay chiêu – vật lý 12 PHẦN MỢT ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài Công suất của dòng điện xoay chiều