skkn PHÂN LOẠI và PHƯƠNG PHÁP GIẢI bài tâp CHƯƠNG DÒNG điện XOAY CHIỀU

36 717 0
skkn PHÂN LOẠI và PHƯƠNG PHÁP GIẢI bài tâp CHƯƠNG DÒNG điện XOAY CHIỀU

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Đơn vị Trường THPT Hồng Bàng Mã số: (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TÂP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Người thực hiện: Phạm Đình Dinh Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học môn: Tiếng Anh  - Lĩnh vực khác:  (Ghi rõ tên lĩnh vực) Có đính kèm: Các sản phẩm không thề in SKKN  Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác Năm học: 2012-2013 SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Phạm Dinh Dinh Ngày tháng năm sinh: 26/08/1978 Nam, nữ: Nam Địa chỉ: 63/1 Ngô Quyền, Khu 4, Thị Trấn Gia Ray, Xuân Lộc, Đồng Nai Điện thoại: (061)3740090(CQ)/ ĐTDĐ: 0987784436 Fax: Chức vụ: Tổ Phó chuyên môn Vật lý Đơn vị công tác: Trường THPT Hồng Bàng E-mail: phamdinhdinhhb@gmail.com II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Đại Học - Năm nhận bằng: 2002 - Chuyên ngành đào tạo: Vật lý III KINH NGHIỆM KHOA HỌC Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng Dạy Vật lý Số năm có kinh nghiệm: 11 năm ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TÂP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Dòng điện xoay chiều dao động điện từ cưỡng bức, đổi chiều liên tục trăm lần giây, làm từ trường sinh thay đổi theo Chính điều làm cho dòng điện xoay chiều có số tác dụng to lớn mà dòng điện chiều Do mà dòng điện xoay chiều ứng dụng rộng rãi thực tế sống Chương “Dòng điện xoay chiều” chương quan chương trình vật lý 12 Việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải tập định tính, tập định lượng chương học sinh thật không dễ dàng Chính vậy, đề tài : “Phân loại phương pháp giải tập dòng dieân xoay chiều” giúp học sinh có hệ thống tập, có phương pháp giải cụ thể dạng với hướng dẫn giải chi tiết bài, từ giúp học sinh hiểu rõ chương dòng điện xoay chiều Đồng thời thông qua việc giải tập, học sinh rèn luyện kĩ giải tập, phát triển tư sáng tạo lực tự làm việc thân B: THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI I: Thuận lợi: - Được tạo điều kiện BGH, tổ chuyện môn đồng nghiệp trường - Bản thân có kinh nghiệm năm giảng dạy vật lý 12 - Thư viện nhà trường có tương đối đầy đủ tài liệu tham khảo cho giáo viên - Thời gian học lớp nhiều nên giáo viên có thời gian dạy kỷ II: Khó khăn: - Học sinh nhà trường đa số HS trung bình, yếu, nên nắm bắt khả tư việc học vật lý nói chung chương điện xoay chiều nói riêng chậm - Thời gian cho em tự học nhà C: NỘI DUNG ĐỀ TÀI Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1 Phương pháp giải chung: Thông thường tập thuộc dạng yêu cầu ta tính từ thông, suất điện động cảm ứng xuất khung dây quay từ trường Ta sử dụng công thức sau để giải: ω = 2π no (đơn vị: rad/s) - Tần số góc: - Tần số suất điện động cảm ứng khung tần số quay khung: ω = no (Đơn vị: Hz) (Với no : số vòng quay giây) 2π 1 2π T= = = - Chu kỳ quay khung dây: (đơn vị: s) f no ω Φ = Φ o cos ( ωt + ϕ ) , với Φ o = NBS - Biểu thức từ thông: f = ' - Biểu thức suất điện động: e = −Φ = Eo sin ( ωt + ϕ ) , Với ϕ Hay - Vẽ đồ thị: e = Eo cos ( ωt + ϕo ) Đường sin: • có chu kì T = , với 2π ω ( ) lúc t = uur uu r = B, n Eo = ω NBS (đơn vị: V) • có biên độ Eo 1.2 Bài tập cách tạo dòng điện xoay chiều: Bài 1: Một khung dây có diện tích S = 60cm quay với vận tốc 20 vòng giây Khung đặt -2 từ trường B = khung vuông góc với đường cảm ứng từ, lúc t = r 2.10 T Trục quay ur 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 2: Một khung dây dẫn gồm N = 100 vòng quấn nối tiếp, diện tích vòng dây S = 60cm Khung -2 dây quay với tần số uu r 20 vòng/s, từ trường có cảm ứng từ B = 2.10 T Trục quay khung vuông 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 3: Một khung dây dẫn có N = 100 vòng dây quấn nối tiếp, vòng có diện tích S = 50cm u Khung u r dây đặt từ trường B = 0,5T Lúc t = 0, vectơ pháp tuyến khung dây hợp với B góc π Cho khung dây quay quanh trục ∆ (trục ∆ qua tâm song song với cạnh uu r khung) vuông góc với B với tần số 20 vòng/s Chứng tỏ khung xuất suất điện động cảm ϕ= ứng e tìm biểu thức e theo t Bài 4: -2 Khung uu r dây gồm N = 250 vòng quay từ trường có cảm ứng từ B = 2.10 2T Vectơ cảm ứng từ B vuông góc với trục quay khung Diện tích vòng dây S = 400cm Biên độ suất điện động cảm ứng khung Eo = 4π (V) ≈ 12,56 (V) ur 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 = c Xác định thời điểm suất điện động cảm ứng có giá trị e = s 40 Eo = 6,28 V Bài 5: Một lắc đơn gồm dây kim loại nhẹ có đầu I cố định, đầu treo cầu nhỏ C kim loại Chiều dài dây l = 1m a Kéo C khỏi vị trí cân góc α o = 0,1 rad buông cho C dao động tự Lập biểu thức tính góc α hợp dây treo phương thẳng đứng utheo u r thời gian t b Con lắc dao động từ trường có B vuông góc với mặt phẳng dao động lắc Cho B = 0,5T, chứng tỏ I C có hiệu điện u Lập biểu thức u theo thời gian t 1.3 Hướng dẫn giải giải: Bài 1: Tóm tắt: S = 60cm2 = 60.10-4m2 no= 20 vòng/s B = 2.10-2T a Biểu thức Φ? b Biểu thức e? Các mối liên hệ cần xác lập: - Áp dụng công thức tính tần số góc ω - Biểu thức từ thông Φ xuyên qua khung dây có dạng: Φ = Φ o cos ( ωt + ϕ ) ⇒ cần tìm Φo, ω, ϕ ur uu r - Vectơ pháp tuyến khung n trùng với B lúc t = ⇒ ϕ = - Có Φo, ω, ϕ ⇒ viết biểu thức từ thông Φ - Tìm Eo = ωΦo ⇒ viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất khung Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh ur uu r ur r - Chọn gốc thời gian thời điểm n trùng B ⇒ ϕ có - ϕ = B, n = giá trị bao nhiêu? - Dạng biểu thức từ thông gởi qua khung dây? - Φ = Φ o cos ( ωt + ϕ ) - Từ biểu thức bên, tìm đại lượng chưa biết - Có Φo, ω, ϕ ⇒ biểu thức từ thông ( ) - Biểu thức suất điện động cảm ứng xuất - Φo = NBS khung dây có dạng nào? ω = 2π no - Hãy xác định biên độ suất điện động cảm ứng Eo - Có Eo ⇒ biểu thức suất điện động cảm ứng e - E = Eo cos ( ωt + ϕ ) - Eo = ωΦo Bài giải: 1 = = 0,05 (s) no 20 Tần số góc: ω = 2π no = 2π 20 = 40π (rad/s) Φ o = NBS = 1.2.10−2.60.10−4 = 12.10−5 (Wb) Vậy Φ = 12.10−5 cos 40π t (Wb) b Eo = ωΦ o = 40π 12.10−5 = 1,5.10−2 (V) a Chu kì: T= Vậy E = 1,5.10−2 sin 40π t (V) Bài 2: Tóm tắt: N = 100 vòng S = 60cm2 = 60.10-4m2 no = 20 vòng/s B = 2.10-2T a Biểu thức e = ? b Vẽ đồ thị biểu diễn e theo t Các mối liên hệ cần xác lập: r Hay π E = 1,5.10−2 cos  40π t − ÷(V) ur  ( ur r 2 ) - Chọn gốc thời gian thời điểm n trùng B ⇒ ϕ = B, n = - Áp dụng công thức tính tần số góc ω, suất điện động cảm ứng cực đại Eo ⇒ biểu thức e - Đồ thị có sạng hình sin qua gốc tọa độ O, có chu kì T, biên độ Eo Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh r - Chọn gốc thời gian thời điểm n trùng ur biểu thức suất điện động tức thời - e = Eo sin ( ωt + ϕ ) = Eo sin ωt B ur r ϕ = B, n = ( có dạng nào? ) - Để tìm ω, Eo , ta áp dụng công thức để - ω = 2π no tính? Eo = ωNBS - Đồ thị biểu diễn e theo t đường biểu - Để vẽ đồ thị cần có chu kì T suất điện động diễn có dạng hình sin Vậy để vẽ đồ thị cực đại Eo cần có yếu tố nào? Chu kì : T = no Bài giải: 1 = = 0,05 s no 20 Tần số góc: ω = 2π no = 2π 20 = 40π (rad/s) a Chu kì: T= Biên độ suất điện động: E o = ωNBS = 40 π 100.2.10-2.60.10-4 ≈ 1,5V ( r ur ) Chọn gốc thời gian lúc n, B = ⇒ ϕ = Biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời: e = Eo sin ωt = 1,5sin 40π t (V) π  Hay e = Eo cos ωt = 1,5cos  40π 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: Tóm tắt: N = 100 vòng S = 50cm2 = 50.10-4m2 B = 0,5T t=0→ϕ = π no = 20 vòng/s Chứng tỏ khung xuất suất điện động cảm ứng e, biểu thức e = ? Các mối liên hệ cần xác lập: ur - Khung dây quay quanh trục ∆ vuông góc với cảm ứng từ B từ thông qua diện tích S khung dây biến thiên Theo định luật cảm ứng điện từ, khung dây xuất suất điện động xoay chiều biến đổi theo thời gian - Tìm ω, Eo ⇒ biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Điều kiện để xuất suất điện động - Từ thông qua khung dây biến thiên cảm ứng khung dây gì? - Khi khung dây quay quanh trục ∆ ur vuông góc với cảm ứng từ B nguyên - Khi ur khung dây quay từ trường đềur có cảm ứng nhân làm cho từ thông qua khung từ B góc tạo vectơ pháp tuyến n khung ur dây biến thiên? dây B thay đổi → từ thông qua khung dây biến - Để viết biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e ta phải tìm Eo, ω - Áp dụng công thức để tính Eo, ω? thiên → khung dây xuất suất điện động cảm ứng - ω = 2π no Eo = ωNBS Bài giải: ur Khung dây quay quanh trục ∆ vuông góc với cảm ứng từ B góc hợp vectơ pháp tuyến r ur 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 ω = 2π no = 2π 20 = 40π (rad/s) Tần số góc: Biên độ suất điện động : Eo = ω NBS = 40π 100.0,5.50.10−4 ≈ 31,42 (V) r ur π Chọn gốc thời gian lúc n, B = ( ) Biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời: Bài 4: π π   e = 31,42sin  40π t + ÷ (V) Hay e = 31,42cos  40π t − ÷(V) 3 6   Tóm tắt: N = 250 vòng B = 2.10-2T S = 400cm2 = 400.10-4m2 Eo = 4π (V) ≈ 12,56V a biểu thức e ? s,e=? 40 E c e = o = 6,28 V , t = ? b t = Các mối liên hệ cần xác lập: r ur - Chọn gốc thời gian t = lúc pháp tuyến n khung song song chiều với B ⇒ ϕ = - Tìm ω ⇒ biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e theo t - Có t thay vào biểu thức e ⇒ giá trị e - Thay giá trị e = Eo = 6,28 V vào biểu thức e ⇒ thời điểm t Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên - Đề chưa cho ω cho Eo Làm để tìm ω? r - Chọn gốc thời gian t = lúc pháp tuyến n ur khung song song chiều với B ⇒ điều gì? - Có ω, Eo ta viết biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e - Giá trị suất điện động cảm ứng e thời Hoạt động học sinh Eo NBS ω= ur r ϕ = B, n = ( ) s tính cách nào? - Thay t vào biểu thức suất điện động cảm 40 ứng tức thời e ⇒ giá trị e Eo - Khi e = t nhiêu, tính E nào? - Thay e = o vào biểu thức e ⇒ t điểm t = Bài giải: a Tần số góc : ω= Eo 4π = = 20π (rad/s) NBS 250.2.10−2.400.10−4 Biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời: π  e = 12,56sin 20π t (V) hay e = 12,56cos  20π t − ÷ (V) 2    b Tại t = s e = 12,56sin  20π ÷ = 12,56 V 40  40  E c e = o = 6,28 V ⇒ 6,28 = 12,56sin 20π t π ⇔ sin20π t = 0,5 = sin π  + k 2π ⇔ 20π t =   5π + k 2π  k  + 120 10 ( s ) ⇒t =  + k ( s)  24 10 Bài 5: Tóm tắt: l = 1m g = 9,8 m/s2 a α o = 0,1 rad Biểu thức tính góc α theo thời gian t ? b B = 0,5T Chứng tỏ I C có điện áp u Biểu thức u theo thời gian t ? Các vấn đề cần xác lập: - Chọn gốc thời gian t = lúc lắc lệch khỏi vị trí cân góc α o = 0,1 rad - Biểu thức tính góc α theo thời gian t có dạng: α = α o sin ( ωt + ϕ ) ⇒ phải tìm ω , ϕ ⇒ biểu thức tính góc α - Đề không cho g, ta hiểu g = 9,8 m/s2 ur - Con lắc đơn dao động từ trường có B vuông góc với mặt phẳng dao động lắc ⇒ theo định luật cảm ứng điện từ, lắc có suất điện động cảm ứng ⇒ hai đầu I, C lắc có hiệu điện u - Biểu thức u theo t biểu thức e theo t ⇒ tìm Eo, ϕ Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên - Chọn gốc thời gian lúc lắc lệch khỏi vị trí cân góc α o = 0,1 rad - Viết phương trình dao động lắc đơn - Để viết phương trình dao động lắc đơn, ta cần tìm ω , ϕ - ω tính công thức nào? - Với cách chọn gốc thời gian ta điều gì? - Hoạt động học sinh α = α o sin ( ωt + ϕ ) g l ω= ur - Tại t = α = α o Thay vào phương trình dao động lắc → ta tìm ϕ - Con lắc dao động từ trường có B vuông góc với mặt phẳng dao động lắc có xuất suất điện động cảm ứng không? Vì sao? - Khi lắc dao động từ trường ur có B vuông góc với mặt phẳng dao động lắc, từ thông qua diện tích S (của mặt phẳng dao động lắc) biến thiên diện tích S thay đổi trình - Trong lắc xuất suất điện động, có nghĩa lắc dao động ⇒ lắc xuất hai đầu lắc tồn hiệu điện u r suất điện động cảm ứng - Do n ( vectơ pháp tuyến mặt phẳng dao động quét lắc) song song chiều với ur B ⇒ϕ = ? ur r - Biểu thức u theo t viết có dạng nào? ϕ = B, n = - Ta có Eo = ω NBS Để tìm Eo ta phải tìm S - Ta thấy hình vẽ, mặt phẳng dao động quét lắc có dạng hình quạt Do S diện tích hình quạt Diện tích hình quạt tính - Vì mạch IC hở nên: u = e = Eo sin ωt nào? ( ) αo l - S= - Có S ⇒ Eo ⇒ Biểu thức u theo t α r α ol = 2 Bài giải: g 9,8 = ≈ π (rad/s) l Phương trình dao động lắc có dạng: α = α o sin ( ωt + ϕ ) Chọn gốc thời gian t = lúc lắc lệch khỏi vị trí cân góc α o = 0,1 rad ⇒ t = α = α o π ⇒ α o = α o sin ϕ ⇒ sin ϕ = ⇒ ϕ = rad π  Vậy α = 0,1sin  π t + ÷ (rad) 2  ur b Con lắc dao động từ trường có B vuông góc với mặt phẳng dao động lắc ⇒ diện tích S mặt phẳng dao động quét lắc thay đổi theo thời gian t ⇒ từ thông qua diện tích S biến thiên ⇒ lắc xuất suất điện động cảm ứng, suy hai đầu I C a Tần số góc: ω= lắc có hiệu điện u r ur r ur Do vectơ pháp tuyến n mặt phẳng dao động quét lắc trùng B ⇒ ϕ = n, B = Vì mạch IC hở nên biểu thức u theo t có dạng : u = e = Eo sin ωt Với α ol S= ( ) ( Diện tích hình quạt) α l 0,1.1 o ⇒ Eo = ω NBS = ω NB = π 1.0,5 = 0,079 (V) 2 Vậy u = e = 0,079sin π t (V) Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 2.1 Phương pháp giải chung: - Xác định giá trị cực đại cường độ dòng điện Io điện áp cực đại Uo - Xác định góc lệch pha ϕ u i: tan ϕ = ϕ = ϕu − ϕi ⇒ ϕu ϕi Z L − ZC U L − U C = R UR - Biết biểu thức điện áp đoạn mạch suy biểu thức cường độ dòng điện đoạn mạch ngược lại ♦ Trường hợp biết biểu thức cường độ dòng điện tức thời: i = I o cos ( ωt + ϕi ) biểu thức điện áp có dạng: u = U o cos ( ωt + ϕu ) = U o cos ( ωt + ϕi + ϕ ) ♦ Trường hợp biết biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch: u = U o cos ( ωt + ϕu ) biểu thức cường độ dòng điện tức thời có dạng: i = I o cos ( ωt + ϕu − ϕ ) Chú ý: Cũng tính độ lệch pha biên độ hay giá trị hiệu dụng giản đồ Fre-nen 2.2 Bài tập viết biểu thức cường độ dòng điện điện áp: Bài 1: Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 40Ω, cuộn cảm có hệ số tự cảm 0,8 2.10−4 H tụ điện có điện dung C = F mắc nối tiếp Biết dòng điện qua mạch có π π dạng i = 3cos100π t (A) L= a Tính cảm kháng cuộn cảm, dung kháng tụ điện tổng trở toàn mạch b Viết biểu thức điện áp tức thời hai đầu điện trở, hai đầu cuộn cảm, hai đầu tụ điện, hai đầu mạch điện Bài 2: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 80Ω, cuộn dây cảm có độ tự cảm L = 64mH tụ điện có điện dung C = 40 µ F mắc nối tiếp a Tính tổng trở đoạn mạch Biết tần số dòng điện f = 50Hz b Đoạn mạch đặt vào điện áp xoay chiều có biểu thức u = 282cos314t (V) Lập biểu thức cường độ tức thời dòng điện đoạn mạch Bài 3: Cho mạch điện hình vẽ Biết L = 10−3 H, C = F 10π 4π đèn ghi (40V- 40W) Đặt vào điểm A N hiệu điện u AN = 120 cos100π t (V) Các dụng cụ đo không làm ảnh hưởng đến mạch điện a Tìm số dụng cụ đo b Viết biểu thức cường độ dòng điện điện áp toàn mạch Bài 4: Sơ đồ mạch điện có dạng hình vẽ, điện trở R = 40Ω, cuộn cảm L = 10−3 H, tụ điện C = F Điện áp u AF = 120cos100π t 10π 7π (V) Hãy lập biểu thức của: a Cường độ dòng điện qua mạch b Điện áp hai đầu mạch AB Bài 5: Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ, R = 100Ω, L độ tự cảm cuộn dây cảm, 10−4 C= F, RA ≈ Điện áp u AB = 50 cos100π t (V) 3π Khi K đóng hay K mở, số ampe kế không đổi a Tính độ tự cảm L cuộn dây số không đổi ampe kế b Lập biểu thức cường độ dòng điện tức thời mạch K đóng K mở 2.3 Hướng dẫn giải giải: Bài 1: Tóm tắt: R = 40Ω 0,8 H π 2.10−4 F C= π i = 3cos100π t (A) L= a ZL = ? , ZC = ? , Z = ? b uR = ? , uL = ? , uC = ?, u = ? kháng tụ điện - So sánh ZL với ZC, ta rút kết luận pha i u? ZC = ωC - Nếu ZL > ZC ⇒ UL > UC ⇒ i trễ pha so với u Nếu ZL < ZC ⇒ UL < UC ⇒ i sớm pha so với u - Thay tụ điện C tụ điện C’, biểu - Z = C' thức tính dung kháng tụ điện C’ gì? ωC ' - Để mạch xảy cộng hưởng điện cần - Để mạch xảy cộng hưởng điện điều kiện gì? ωL = (*) ω C ' - Từ (*) ⇒ C’? Bài giải: a Tần số góc: ω = 2π f = 2π 50 = 100π (rad/s) Cảm kháng: Z L = ω L = 100π 0,1 = 10π (Ω) 1 104 (F) = = ωC 100π 10−6 π ZC > ZL ⇒ UL < UC ⇒ i biến thiên sớm pha so với u Dung kháng: Z C = b Thay tụ điện C tụ điện C’, để mạch xảy cộng hưởng điện ωL = 1 ⇒C'= = = 1,01.10−4 F ωC ' ω L ( 100π ) 0,1 Bài 4: Tóm tắt: u AB = 120 cos100π t (V) R = 24Ω H 5π 10−2 F C1 = 2π L= a Z = ? , UV = ? b Ghép thêm C2 với C1 cho UVmax Hỏi cách ghép, C2 = ? , UV = ? Các mối liên hệ cần xác lập: ♦ Áp dụng công thức tính tổng trở Z ♦ Vôn kế đo điện áp hiệu dụng cuộn dây ⇒ số vôn kế điện áp UL : UV = UL ♦ U L = IZ L Vì ZL số nên để số vôn kế lớn ULmax ⇔ Imax ⇔ ZL = ZCtđ ♦ So sánh giá trị ZCtđ ZC1 ⇒ cách ghép C2 với C1: - Nếu ZCtđ > ZC1 ⇒ điện dung tương đương Ctđ < C1 ⇒ C2 ghép nối tiếp với C1 - Nếu ZCtđ < ZC1 ⇒ điện dung tương đương Ctđ > C1 ⇒ C2 ghép song song với C1 Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh a - Tính cảm kháng, dung kháng, tổng trở = 2Ω - Z L = ω L = 20Ω , Z C1 = mạch điện ωC Z = R + ( Z L − Z C ) = 30Ω - Vôn kế đo điện áp đoạn mạch nào? - Vôn kế đo điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây - Số vôn kế tính nào? b - Theo biểu thức (1), ZL số nên cảm để vôn kế có số lớn cần điều kiện - UV = U L = IZ L (1) gì? - UVmax mạch có cộng hưởng điện: - Suy cách ghép tụ điện C2? Tính C2 I max = U AB R - Khi có cộng hưởng điện thì: ZCtđ = ZL = 20Ω > ZC1 ⇒ Ctđ < C1 ⇒ phải mắc C2 nối tiếp với C1 ZC = ZC1 + ZC2 ⇔ 20 = + ZC2 - Số vôn kế lúc tính nào? ⇒ Z C ⇒ C2 = ω Z C2 - UV max = U L max = I max Z L = Bài giải: = 20Ω 5π 1 Z C1 = = = 2Ω Dung kháng : 10−2 ωC1 100π 2π a Cảm kháng : Z L = ω L = 100π Tổng trở mạch: Z = R + ( Z L − Z C ) = 242 + ( 20 − ) = 30Ω Số vôn kế: UV = U L = IZ L = b Ta có: UV = U L = IZ L U AB 120 Z L = 20 = 80 V Z 30 ZL số, để UVmax Imax ⇔ ZCtđ = ZL = 20Ω > Z C1 ⇒ phải ghép tụ điện C2 nối tiếp với tụ điện C1 Z C = Z C1 + ZC2 ⇒ Z C2 = Z C − Z C1 = 20 − = 18Ω 1 10−2 = = ⇒ Điện dung C2 = F ω Z C2 100π 18 18π Số vôn kế lúc là: UV max = U L max = I max Z L = Bài 5: Tóm tắt: U AB 120.20 Z L = = 100 V R 24 u = 100 cos100π t (V) 2,5 L= H π Ro = R = 100Ω cos ϕ = 0,8 a u sớm pha i Tính Co = ? b Để Pmax, mắc thêm C1 Xác định cách mắc C1 = ? Các mối liên hệ cần xác lập: ♦ Tìm cảm kháng ZL ♦ Đề cho hệ số công suất cos ϕ = 0,8 ⇔ R + Ro ( R + Ro ) ( + Z L − Z Co ) = 0,8 ⇒ Z ⇒ C Co o U AB Z L R Chú ý: (Z L − Z Co ) = Z L − Z Co Dựa vào kiện điện áp u sớm pha dòng điện i nên Z L > ZCo ⇒ Z L − Z Co = Z L − Z Co ♦ Mắc tụ điện C1 với Co có điện dung tương đương C Do P = ( R + Ro ) I nên để Pmax Imax ⇒ mạch xảy cộng hưởng điện: ZC = ZL ♦ So sánh ZCo với ZC: Nếu ZC > ZCo ⇒ điện dung tương đương C < Co ⇒ mắc tụ điện C1 nối tiếp tụ điện Co Nếu ZC < ZCo ⇒ điện dung tương đương C > Co ⇒ mắc tụ điện C1 song song với tụ điện Co Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh a - Tính cảm kháng cuộn cảm 2,5 = 250Ω - Đề cho hệ số công suất cos ϕ = 0,8 - Z L = ω L = 100π π Áp dụng biểu thức hệ số công suất, - cos ϕ = 0,8 rút mối liên hệ đại lượng R, R + Ro Ro, ZL, ZCo ? ⇔ = 0,8 ( R + Ro ) ( + Z L − Z Co ) ( ) 2 ⇔ ( R + Ro ) = 0,64 ( R + Ro ) + Z L − Z Co    - Đề cho điện áp u sớm pha dòng điện i, từ (*) suy điều gì? b - Mắc tụ điện C1 với Co - Biểu thức tính công suất tiêu thụ mạch? - Vì (R + Ro) số nên để Pmax cần điều kiện gì? - Hãy suy luận cách mắc tụ điện C vào mạch (gợi ý: so sánh ZC với ZCo) tìm giá trị C1? ( ⇔ 0,36 ( R + Ro ) = 0,64 Z L − Z Co ⇒ Z L − Z Co = 0,75 ( R + Ro ) - u sớm pha i ⇒ ZL > ZCo ⇒ Z L − Z Co = Z L − Z Co ⇔ cos ϕ = 0,8 R + Ro ( R + Ro ) ⇒ Co = ω Z Co - P = I2(R+Ro) - Để Pmax Imax ⇒ ZC = ZL = 250Ω , mạch xảy cộng hưởng điện - So sánh ZCo với ZC: + Nếu ZC < ZCo ⇒ điện dung tương đương C > C o ⇒ mắc tụ điện C1 song song với tụ điện Co + Nếu ZC > ZCo ⇒ điện dung tương đương C < Co ⇒ mắc tụ điện C1 nối tiếp tụ điện Co ( 2,5 = 250Ω π + Z L − Z Co (*) ⇒ Z Co = Z L − 0,75 ( R + Ro ) Bài giải: Theo bài: - Z L − Z Co = 0,75 ( R + Ro ) * Có cách mắc tụ điện ⇒ ZC1 ⇒ C1 = a Cảm kháng: Z L = ω L = 100π ) ) = 0,8 ω Z C1 ( ) 2 ⇔ ( R + Ro ) = 0,64 ( R + Ro ) + Z L − Z Co    ( ⇔ 0,36 ( R + Ro ) = 0,64 Z L − Z Co ⇒ Z L − ZCo = 0,75 ( R + Ro ) ) Vì điện áp u sớm pha dòng điện i nên ZL > ZCo ⇒ Z L − Z Co = 0,75 ( R + Ro ) ⇒ Z Co = Z L − 0,75 ( R + Ro ) = 250 − 0,75 ( 100 + 100 ) = 100Ω ⇒ Co = 1 10 −4 = = (F) ω Z Co 100π 100 π b Vì P = I2(R+Ro) nên để Pmax Imax ⇒ Z L = Z C ( cộng hưởng điện) ⇒ Z C = Z L = 250Ω , ZCo = 100Ω Ta có ZC > ZCo ⇒ C < Co ⇒ C1 mắc nối tiếp với Co 1 ⇒ = + C Co C1 ⇒ Z C = Z Co + Z C1 ⇒ Z C1 = ZC − Z Co = 250 − 100 = 150Ω 1 10−3 C1 = = = (F) ω Z C1 100π 150 15π Dạng 4: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN KHI BIẾT HAI ĐOẠN MẠCH CÓ ĐIỆN ÁP CÙNG PHA, VUÔNG PHA 4.1 Phương pháp giải chung: ♦ Điện áp hai đoạn mạch mạch điện lệch pha góc α : ϕ1 − ϕ2 = ±α , nếu: π (hai điện áp vuông pha nhau), ta dùng công thức:  π tan ϕ1 = tan  ϕ2 ± ÷ = − cot ϕ2 = − ⇒ tan ϕ1.tan ϕ2 = −1 2 tan ϕ2   Nếu α = 0o (hai điện áp đồng pha) ϕ1 = ϕ2 ⇒ tan ϕ1 = tan ϕ2 Z − ZC ♦ Áp dụng công thức tan ϕ = L , thay giá trị tương ứng từ hai đoạn mạch biết vào tanϕ1 R  Nếu α =± tanϕ2 4.2 Bài tập hai đoạn mạch có điện áp cùng pha, vuông pha Bài 1: Cho mạch điện xoay chiều hình R1 = 4Ω, C1 = 10−2 F , R2 = 100Ω , L = H , f = 50Ω Tìm π 8π điện dung C2, biết điện áp uAE uEB đồng pha Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ UAN = 150V, UMB = 200V, uAN uMB vuông pha với nhau, cường độ dòng điện tức thời mạch có biểu thức i = I o cos100π t (A) Biết cuộn dây cảm Hãy viết biểu thức uAB Bài 3: Hai cuộn dây (R 1, L1) (R2, L2) mắc nối tiếp vào mạng xoay chiều Tìm mối liên hệ R 1, L1, R2, L2 để tổng trở đoạn mạch Z = Z1 + Z2 với Z1 Z2 tổng trở cuộn dây Bài 4: Cho vào mạch điện hình bên dòng điện xoay chiều có cường độ i = I o cos100π t (A) Khi uMB uAN vuông pha   nhau, u MB = 100 cos 100π t + π ÷(V) Hãy viết biểu thức 3 uAN tìm hệ số công suất mạch MN 4.3 Hướng dẫn giải giải: Bài 1: Tóm tắt: R1 = 4Ω C1 = 10−2 F 8π R2 = 100Ω H π f = 50 Hz L= uAE uEB pha C2 = ? Các mối liên hệ cần xác lập: * Áp dụng biểu thức tính ZL , ZC1 * ϕu AE = ϕi + ϕ AE , ϕuEB = ϕi + ϕ EB Vì uAE đồng pha uEB nên ⇒ tan ϕ AE = tan ϕ EB * Thế giá trị vào tan ϕ AE tan ϕ EB , ta tìm ZC2 ⇒ C2 ϕu AE = ϕuEB ⇒ ϕ AE = ϕ EB Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Tính cảm kháng ZL dung kháng ZC1 tụ - Z L = ω L = 2π f L điện C1 1 Z C1 = = ωC1 2π f C1 - Độ lệch pha ϕ u i đoạn mạch AE EB tính nào? - Điều kiện đề bài: điện áp uAE uEB đồng pha, ta suy điều mối liên hệ ϕ AE ϕ EB ? - Từ mối liên hệ này, tính điện dung C2? - ϕ AE = ϕuAE − ϕi ; ϕ EB = ϕuEB − ϕi ϕu AE = ϕuEB ⇒ ϕ AE = ϕ EB ϕ AE = ϕ EB ⇒ tan ϕ AE = tan ϕ EB Z C Z L − Z C2 ⇔− = R1 R2 R ⇔ − ZC1 = Z L − ZC2 R1 R ⇒ Z C2 = Z L + Z C1 R1 1 ⇒ C2 = = ω Z C2 2π f Z C2 Bài giải: ϕ AE = ϕuAE − ϕi Vì uAE uEB đồng pha nên ; ϕu AE ϕ EB = ϕuEB − ϕi = ϕuEB ⇒ ϕ AE = ϕ EB ⇒ tan ϕ AE = tan ϕ EB ⇔− Z C1 R1 = Z L − Z C2 ⇒ Z C2 = Z L + Z C1 R2 100 ⇒ Z C2 = 100 + = 300Ω 1 10−4 ⇒ C2 = = = 2π f ZC2 2π 50.300 3π R2 R1 (F) Bài 2: Tóm tắt: UAN = 150V UMB = 200V uAN vuông pha uMB i = I o cos100π t (A) Biểu thức uAB = ? Các mối liên hệ cần xác lập: • U AN = U R2 + U C2 U MB = U R2 + U L2 (1) (2) • uAN vuông pha với uMB, nên ϕ MB − ϕ AN = (với ϕMB > 0, ϕAN < 0) • Từ suy tan ϕ MB tan ϕ AN = −1 π π ⇒ ϕ MB = ϕ AN + 2 (3) • Từ biểu thức (1), (2), (3) ta viết biểu thức uAB Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Đoạn mạch AN gồm phần tử điện - Đoạn mạch AN gồm có tụ điện C điện trở R nào? Biểu thức tính UAN = ? 2 (1) U AN = U R + U C - Đoạn mạch MB gồm phần tử điện - Đoạn mạch MB gồm có điện trở R cuộn cảm L nào? Biểu thức tính UMB = ? (2) U MB = U R2 + U L2 ϕ > , ϕ AN < - Theo bài, độ lệch pha ϕ MB , ϕ AN có giá trị - MB dương hay âm? - uAN vuông pha với uMB nên ta suy điều - Vì uAN vuông pha uMB nên π π gì? ϕ MB − ϕ AN = ⇒ ϕ MB = + ϕ AN - Từ (1), (2), (3) ta tìm UL, UC, UR - Biểu thức uAB có dạng nào? - Yêu cầu học sinh tìm UAB ϕ π  ⇒ tan ϕ MB = tan  + ϕ AN ÷ = − cot ϕ AN 2  ⇔ tan ϕ MB = − ⇒ tan ϕ MB tan ϕ AN = −1 tan ϕ AN U U ⇒ L C = ⇒ U R2 = U L U C (3) UR UR - u AB = U oAB cos ( 100π t + ϕ ) (V) - U AB = U R2 + ( U L − U C ) = 139 V tan ϕ = U L − UC ⇒ ϕ = 0,53 rad UR Bài giải: Ta có: U AN = U R2 + U C2 = 150 V (1) U MB = U R2 + U L2 = 200 V (2) Vì uAN uMB vuông pha nên: π π (Với ϕ MB > , ϕ AN < ) ⇒ ϕ MB = + ϕ AN 2 π  ⇒ tan ϕ MB = tan  + ϕ AN ÷ = − cot ϕ AN 2  ⇔ tan ϕ MB = − ⇒ tan ϕ MB tan ϕ AN = −1 tan ϕ AN U U ⇒ L C = ⇒ U R2 = U L U C (3) UR UR ϕ MB − ϕ AN = Từ (1), (2) (3), ta suy : UL = 160V , UC = 90V, UR = 120V Ta có : U AB = U R2 + ( U L − U C ) = 1202 + ( 160 − 90 ) = 139 V tan ϕ = U L − U C 160 − 90 = = ⇒ ϕ = 0,53 rad UR 120 12 Vậy u AB = 139 cos ( 100π t + 0,53) (V) Bài 3: Tóm tắt: Cho R1, L1, R2, L2 Z = Z1 + Z2 Tìm mối liên hệ R1, L1, R2, L2 Các mối liên hệ cần xác lập: • Hai cuộn dây (R1, L1), (R2, L2) mắc nối tiếp vào mạng điện xoay chiều có cường độ I o, Z = Z1 + Z2 ⇒ U o = U o1 + U o2 • Để cộng biên độ điện áp, thành phần u1 u2 phải đồng pha ⇒ ϕ1 = ϕ = ϕ ⇒ tan ϕ1 = tan ϕ2 ⇒ mối liên hệ R1, L1, R2, L2 Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Hai cuộn dây (R1, L1) (R2, L2) mắc nối tiếp vào mạng điện xoay chiều có biên độ dòng điện Io - Yêu cầu học sinh viết biểu thức điện áp - u = U cos ( ωt + ϕ ) (V) o1 thành phần u1, u2 biểu thức u toàn u2 = U o2 cos ( ωt + ϕ2 ) (V) mạch ⇒ u = u1 + u2 = U o cos ( ωt + ϕ ) (1) - Yêu cầu học sinh nêu biểu thức tính biên - Uo = Io.Z (2) độ điện áp Uo theo định luật Ohm - Tổng trở Z = Z1 + Z2, thay vào (2) ta có điều gì? - Từ (1) (3), ta thấy để cộng biên - Uo = IoZ = IoZ1 + IoZ2 ⇒ Uo = Uo1 + Uo2 (3) độ điện áp cần điều kiện gì? - Để cộng biên độ điện áp thành phần u1 u2 phải đồng pha ⇒ ϕ1 = ϕ = ϕ - Hãy tìm mối liên hệ R1, L1, R2, L2 - ϕ1 = ϕ ⇒ tan ϕ1 = tan ϕ2 ⇔ Z L1 = Z L2 R1 R2 L R ⇒ 1= L2 R2 ⇔ ω L1 ω L2 = R1 R2 Bài giải: Z = Z1 + Z2 ⇒ IoZ = IZ1 + IoZ2 ⇒ Uo = Uo1 + Uo2 Để cộng biên độ điện áp, thành phần u1 u2 phải đồng pha u1 = U o1 cos ( ωt + ϕ1 ) Vì (V) Ta có: Mà u2 = U o2 cos ( ωt + ϕ2 ) (V) ⇒ u = u1 + u2 = U o cos ( ωt + ϕ ) Uo = Uo1 + Uo2 ⇒ ϕ1 = ϕ = ϕ ZL ZL ω L ω L2 ⇒ tan ϕ1 = tan ϕ ⇔ = ⇔ = R1 R2 R1 R2 L R ⇒ 1= L2 R2 Bài 4: Tóm tắt: i = I o cos100π t (A) π  uMB = 100 cos 100π t + ÷ (V) 3  uMB uAN vuông pha Tìm biểu thức uAN cos ϕ MN = ? Các mối liên hệ cần xác lập: ϕi = nên ϕ MB = ϕuMB = π • Vì • ϕ MB − ϕ AN = • • Do uMB uAN vuông pha nên tan ϕ MB tan ϕ AN = −1 Tìm UR, UL, UC ⇒ UoAN ⇒ biểu thức uAN • Áp dụng công thức cos ϕ MN = π ⇒ ϕ AN R UR = ⇒ hệ số công suất cos ϕ MN Z U MN Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Đoạn mạch MB gồm phần tử điện - Đoạn mạch MB gồm cuộn dây (L, r) mắc nối tiếp nào? điện trở R π π - Theo đề bài, pha ban đầu ϕi = Tính - ϕ MB = ϕuMB − ϕi = − = ϕ MB = ? 3 - Yêu cầu học sinh vẽ giản đồ Fre -nen - Dựa vào giản đồ Fre-nen, tính UR, UL uuuu r U MB uur UL - uMB vuông pha uAN, ta suy điều gì? uuuur U MN ϕ MB ϕ MN uur UR O uur UC - Từ biểu thức (*), yêu cầu học sinh tìm UC uuuu r U AN - UR = UMBcosϕMB = 50V - Biểu thức uAN có dạng nào? - Yêu cầu học sinh tính r I U L = U R tan ϕ MB = 50 V ϕ AN - uMB uAN vuông pha nên π π ⇒ ϕ MB = ϕ AN + 2 π  ⇒ tan ϕ MB = tan  ϕ AN + ÷ = − cot ϕ AN 2  ⇒ tan ϕ MB tan ϕ AN = −1 (*) ϕ MB − ϕ AN = - Dựa vào giản đồ Fre-nen, tính UoAN - Có UoAN, ϕAN ⇒ biểu thức uAN - Biểu thức tính hệ số công suất cosϕ? - Thay số vào biểu thức cosϕ ⇒ hệ số công suất toàn mạch - (*) ⇔ U L −U C U2 = −1 ⇒ U C = R UR UR UL - u AN = U oAN cos ( 100π t + ϕ AN ) - π π π π = − = − rad UR 100 = = ⇒ U oAN = 100 cos ϕ AN 3 ϕ AN = ϕ MB − U AN R U R - cos ϕ = Z = U = Bài giải: Do pha ban đầu i nên (V) ϕ MB = ϕuMB − ϕi = UR U R2 + ( U L − U C ) π π − = rad 3 Dựa vào giản đồ vec-tơ, ta có giá trị hiệu dụng UL, UR, UC là: π = 50 (V) π = 50 tan = 50 (V) UR = UMBcosϕMB 100cos U L = U R tan ϕ MB Vì uMB ϕ MB − ϕ AN uAN vuông pha π π = ⇒ ϕ AN = − rad ⇒ tan ϕ MB tan ϕ AN = −1 uuuu r U MB uur UL nên ϕ MB O uur UC ϕ MN uur UR uuuur U MN r I uuuu r U AN ⇒ Ta có: U L −U C U2 502 50 = −1 ⇒ U C = R = = (V) UR UR U L 50 3 U AN = UR = cos ϕ AN Vậy biểu thức u AN = 100 Hệ số công suất toàn mạch: cos ϕ = 50 100 = ⇒ U oAN = 100  π (V) cos  − ÷  6 π  cos 100π t − ÷ (V) 6  R UR UR = = = 2 Z U U R + ( U L − UC ) 50 50   50 +  50 − ÷ 3  = Dạng 5: CÔNG SUẤT CỦA ĐOẠN MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP 5.1 Phương pháp giải chung:  Công thức: P = UI cos ϕ = RI với cos ϕ = ,  Công suất cực đại (Pmax) U không đổi: P = RI = R Z 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 = U R ♦ R thay đổi ; L, C, f không thay đổi: P= Pmax U2 ( Z − ZC ) R+ L R  Z L − ZC )  ( ⇔ R +  R   Dùng bất đẳng thức Cô-si, áp dụng cho hai số không âm: ( Z − ZC ) R+ L ≥2 ( Z L − ZC ) R  Z L − ZC )  ( Z − Z ( ) L C ⇒ R = Z L − ZC  ⇔ R = Nên  R + R   R ⇒ Pmax = U 2R  Khảo sát thay đổi P: − Lấy đạo hàm P theo đại lượng thay đổi − Lập bảng biến thiên − Vẽ đồ thị 5.2 Bài tập công suất đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp: Bài   Điện áp hai đầu đoạn mạch u = 120 cos 100π t −   mạch i = cos 100π t + π ÷ (V), cường độ dòng điện qua 4 π  ÷(A) Tính công suất đoạn mạch 12  Bài Cho mạch điện hình vẽ Cuộn dây 0,159H Tụ điện có điện dung C = cảm, có L = −4 10 F Điện trở π R = 50Ω Điện áp hai đầu đoạn mạch có biểu thức u AB = 100 cos 2π ft (V) Tần số dòng điện thay đổi Tìm f để công suất mạch đạt cực đại tính giá trị cực đại Bài 10−4 Cho mạch hình vẽ Tụ điện có điện dung C = F Điện trở R = 100Ω Điện π áp hai đầu đoạn mạch có biểu thức u = U cos100π t (V) Cuộn dây có độ tự cảm L thay đổi Điều chỉnh L = Lo công suất mạch cực đại 484W a Hãy tính Lo U b Viết biểu thức cường độ dòng điện mạch Bài 4: Cho mạch điện xoay chiều nối tiếp R, L, C Cuộn dây có L = H, tụ điện có điện dung C thay π đổi Điện áp hai đầu đoạn mạch u = 200cos100π t (V) Biết C = 0,159.10-4F cường độ dòng điện i mạch nhanh pha điện áp u hai đầu đoạn mạch góc π a Tìm biểu thức giá trị tức thời i b Tìm công suất P mạch Khi cho điện dung C tăng dần công suất P thay đổi nào? Bài 5: Cho mạch điện hình u AB = 80cos100π t (V), r = 15Ω, L = Điện áp H 5π a Điều chỉnh giá trị biến trở cho dòng điện hiệu dụng mạch 2A Tính giá trị biến trở điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây b Điều chỉnh biến trở R: - Tính R cho công suất tiêu thụ mạch cực đại Tính Pmax - Tính R cho công suất tiêu thụ R cực đại Tính PRmax 5.3 Hướng dẫn giải giải: Bài 1: Tóm tắt: π  u = 120 cos 100π t − ÷(V) 4  π   i = cos 100π t + ÷(A) 12   P=? Các mối liên hệ cần xác lập:  Tìm điện áp U cường độ dòng điện I  Xác định độ lệch pha ϕ = ϕu − ϕi ⇒ hệ số công suất cos ϕ  Áp dụng công thức tính công suất P = UI cos ϕ Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Đề cho Uo Io Hãy tính điện áp hiệu dụng U U I -U = o , I = o cường độ dòng điện hiệu dụng I 2 - Hãy cho biết giá trị ϕu ϕi , xác định độ lệch pha ϕ π π - Theo đề bài: ϕu = − , ϕi = - Công suất đoạn mạch tính nào? - Thay số, suy giá trị công suất P 12 π π π ⇒ ϕ = ϕu − ϕi = − − = − 12 - Công suất P = UI cos ϕ Bài giải: U o 120 = = 120 (V) 2 I I= o = = (A) 2 π π π ⇒ ϕ = ϕu − ϕi = − − = − rad Độ lệch pha: 12 Ta có : U = Vậy công suất đoạn mạch là:  π P = UI cos ϕ = 120.3.cos  − ÷ = 180 (W)  3 Bài 2: Tóm tắt: L = 0,159H 10−4 C= π R = 50Ω u AB = 100 cos 2π ft (V) f thay đổi Tính f = ? để Pmax Tính Pmax Các mối liên hệ cần xác lập:  Công suất P = UI cos ϕ = U2 R Z2  Vì U R không thay đổi nên Pmax Zmin  Vì Z = R + ( Z L − Z C ) ⇒ Zmin ZL = ZC, tức mạch xảy tượng cộng 2 ω LC = ⇔ 4π f LC = 1 ⇒ Tần số f = 2π LC U2  Công suất cực đại mạch: Pmax = R hưởng điện: Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Biểu thức tính cường độ dòng điện hiệu U R , cos ϕ = dụng theo định luật Ohm biểu thức hệ - I = Z Z số công suất - Công suất mạch P = UI cos ϕ , thay hai biểu thức bên vào P biểu thức U2 công suất P viết lại nào? - P = UI cos ϕ = R - Theo đề bài, U R không đổi, P đạt giá Z trị cực đại nào? - Pmax Zmin Vì Z = R + ( Z L − Z C ) ⇒ Zmin ZL = ZC, - Từ lý luận đó, tính tần số f để công tức mạch xảy tượng cộng hưởng suất mạch đạt cực đại điện - Khi xảy cộng hưởng điện ω LC = ⇔ 4π f LC = - Tính giá trị cực đại công suất ⇒ Tần số f = 2π LC - Vì Zmin = R nên: Pmax = U2 U2 R = Z R Bài giải: U2 Công suất mạch: P = UI cos ϕ = R Z Vì U không đổi, R không đổi nên Pmax Zmin Ta có Z = R + ( Z L − Z C ) , nên Zmin ZL = ZC, tức mạch có cộng hưởng điện: 2 ω LC = ⇔ 4π f LC = 1 f = = 2π LC ⇒ Tần số 10−4 2π 0,519 π Công suất cực đại mạch: Pmax = U2 U2 U 1002 R = R = = = 200 (W) Z R2 R 50 Bài 3: Tóm tắt: C= 10−4 ,R = 100Ω; u = U cos100π t (V) π L thay đổi, L = Lo Pmax = 484W a Lo = ? , U = ? b biểu thức i = ? Các mối liên hệ cần xác lập:  Công suất P = UI cos ϕ = U2 R Z2  Vì U R không thay đổi nên Pmax Zmin = 70,7 (Hz)  Z= ( R + Z Lo − Z C ) , Zmin ZLo = ZC, mạch có tượng cộng hưởng điện: ω 2C U2  Công suất cực đại Pmax = ⇒ điện áp hiệu dụng U = Pmax R R ω LoC = ⇒ Lo =  Vì xảy tượng cộng hưởng điện nên i u đồng pha ⇒ ϕi = Uo ⇒ biểu thức cường độ dòng điện mạch R Tìm I o = Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Biểu thức tính cường độ dòng điện hiệu U R , cos ϕ = dụng theo định luật Ôm, công thức tính hệ - I = Z Z số công suất U - Thay hai biểu thức bên vào biểu thức P = UI cos ϕ = R công suất P = UIcosϕ P viết lại Z nào? - Vì U R không đổi nên P đạt giá trị cực đại Pmax nào? - Pmax Zmin ( Vì Z = R + Z Lo − Z C ) nên Zmin ZLo = ZC, tức mạch xảy tượng cộng hưởng điện - Khi mạch xảy cộng hưởng điện - Từ lý luận đó, tính hệ số tự cảm L o để công suất đạt giá trị cực đại ω LoC = ⇒ Lo = - Biểu thức công suất cực đại viết lại ωC nào? Từ đó, tính điện áp U hiệu U - Pmax = ⇒ U = Pmax R dụng R - Yêu cầu học sinh viết dạng biểu thức cường độ dòng điện mạch - Tính pha ban đầu i mạch - i = I o cos ( 100π t + ϕi ) xảy cộng hưởng điện, tính Io - Có Io ϕi ⇒ biểu thức i - Vì xảy cộng hưởng điện nên u i đồng pha ⇒ ϕ i = ϕu = Áp dụng định luật Ôm: I o = Uo R Bài giải: Io R Z U2 Suy công suất mạch: P = UI cos ϕ = R Z a Ta có: I= , cos ϕ = Vì U không đổi, R không đổi nên Pmax Zmin Ta có Z = ω LoC = 2 R + ( Z L − Z C ) , nên Zmin ZL = ZC, tức mạch có cộng hưởng điện: ⇒ Lo = = ω 2C ( 100π ) Công suất cực đại mạch: Pmax = U2 R −4 10 π = π (H) ⇒ U= Pmax R = 484.100 = 220 (V) b Vì xảy tượng cộng hưởng điện nên i u đồng pha ⇒ ϕi = U o 220 = = 3,11 (A) R 100 Vậy biểu thức i = 3,11cos100π t (A) Ta có: Io = D: KẾT QUẢ Sau phân loại nhóm tập phương pháp giải tập kết học sinh tiếp thu tốt biết vận dụng để làm tập tương tự ; học sinh yếu vận dụng làm tập dạng 1, dạng 2; học sinh trung bình trở lên vận dụng để giải tập dạng 3,4,5 Đặc biệt học sinh có học lực TB có giải số tập đề thi cao đẳng, đại học E: BÀI HỌC KINH NGHIỆM Để học sinh vận dụng làm toán diện xoay chiều nói riêng vật lý nói chung tiết tập, tiết ôn tập giáo viên cần tập trung vào số việc sau: + Học sinh phải nắm tượng, công thức vật lý + Phải có kiến thức toán + Khi làm tập phải hướng dẫn cho học sinh biết cách tóm tắt đề từ rút mối quan hệ đại lượng chưa biết đại lượng biết điều quan trọng + Tập cho học sinh đặt câu hỏi "Tại sao?" trước vấn đề, tình thuộc môn vật lý dù đơn giản để từ khơi gợi tính tò mò, đòi hỏi phải lý giải - học sinh tìm thấy hay, đẹp mà yêu thích + Cần rèn luyện cho em học sinh khả tư duy, khả phân tích vấn đề F: KẾT LUẬN Công việc giảng dạy vật lý trường mà có nhiều học sinh yếu khó khăn đòi hỏi giáo viên phải tìm tòi vân dụng phương pháp tốt để em học sinh trước hết thích môn vật lý từ say mê chịu khó luôn tích cực tư học làm tâp Chuyên đề “ phân loại phương pháp giải tập điện xoay chiều “ phần nhằm giải thưc trạng [...]... như hình vẽ Biết R = 50Ω, L = 1 π H Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = 220 2 cos100π t (V) Biết tụ điện C có thể thay đổi được a Định C để điện áp đồng pha với cường độ dòng điện b Viết biểu thức dòng điện qua mạch Bài 2: Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ Biết R = 200Ω, 2 10−4 L = H, C = F Đặt vào hai đầu mạch điện một hiệu điện π π thế xoay chiều u = 100cos100π t (V) a Tính số chỉ... từ hai đoạn mạch đã biết vào tanϕ1 và R  Nếu α =± tanϕ2 4.2 Bài tập về hai đoạn mạch có điện áp cùng pha, vuông pha Bài 1: Cho mạch điện xoay chiều như hình R1 = 4Ω, C1 = 1 10−2 F , R2 = 100Ω , L = H , f = 50Ω Tìm π 8π điện dung C2, biết rằng điện áp uAE và uEB đồng pha Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ UAN = 150V, UMB = 200V, uAN và uMB vuông pha với nhau, cường độ dòng điện tức thời trong mạch... thức uAB Bài 3: Hai cuộn dây (R 1, L1) và (R2, L2) mắc nối tiếp vào mạng xoay chiều Tìm mối liên hệ giữa R 1, L1, R2, L2 để tổng trở đoạn mạch Z = Z1 + Z2 với Z1 và Z2 là tổng trở của mỗi cuộn dây Bài 4: Cho vào mạch điện hình bên một dòng điện xoay chiều có cường độ i = I o cos100π t (A) Khi đó uMB và uAN vuông pha   nhau, và u MB = 100 2 cos 100π t + π ÷(V) Hãy viết biểu thức 3 uAN và tìm hệ... thì tần số dòng điện phải bằng bao nhiêu? Tính số chỉ ampe kế lúc đó (Biết rằng dây nối và dụng cụ đo không làm ảnh hưởng đến mạch điện) Bài 3: Trong một đoạn mạch xoay chiều RLC nối tiếp, hệ số tự cảm của cuộn dây là L = 0,1H ; tụ điện có điện dung C = 1µF, tần số dòng điện là f = 50Hz a Hỏi dòng điện trong đoạn mạch sớm pha hay trễ pha so với điện áp ở hai đầu đoạn mạch ? b Cần phải thay tụ điện nói... thay tụ điện nói trên bởi một tụ điện có điện dung C’ bằng bao nhiêu để trên đoạn mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện? Bài 4: Cho mạch điện xoay chiều có u AB = 120 2 cos100π t (V) ổn định Điện trở R = 24Ω, cuộn thuần cảm L = 1 10−2 H, tụ điện C1 = F, vôn kế có điện trở 5π 2π rất lớn a Tìm tổng trở của mạch và số chỉ của vôn kế b Ghép thêm với tụ điện C1 một tụ điện có điện dung C2 sao cho vôn kế có... tụ điện có điện dung C 1 với tụ điện Co để có bộ tụ điện có điện dung C thích hợp Xác định cách mắc và giá trị của C1 3.3 Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: R = 50Ω 1 H π u = 220 2 cos100π t (V) L= a Định C để u và i đồng pha b Biểu thức i = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Để u và i đồng pha ( ϕ = 0 ) thì trong mạch xảy ra cộng hưởng điện ZL = ZC ⇒ giá trị C - Trong mạch xảy ra cộng hưởng điện. .. tòi vân dụng mọi phương pháp tốt nhất để các em học sinh trước hết là thích môn vật lý và từ đó say mê chịu khó luôn luôn tích cực tư duy khi học bài làm các bài tâp Chuyên đề “ phân loại và phương pháp giải bài tập điện xoay chiều “ là một phần nào đó nhằm giải quyết thưc trạng trên ... Tần số dòng điện thay đổi Tìm f để công suất của mạch đạt cực đại và tính giá trị cực đại đó Bài 3 10−4 Cho mạch như trên hình vẽ của bài 2 Tụ điện có điện dung C = F Điện trở R = 100Ω Điện π áp hai đầu đoạn mạch có biểu thức u = U 2 cos100π t (V) Cuộn dây có độ tự cảm L thay đổi Điều chỉnh L = Lo thì công suất của mạch cực đại và bằng 484W a Hãy tính Lo và U b Viết biểu thức cường độ dòng điện trong... hưởng điện: ⇒ Lo = 1 = ω 2C 1 ( 100π ) Công suất cực đại của mạch: Pmax = 2 U2 R −4 10 π = 1 π (H) ⇒ U= Pmax R = 484.100 = 220 (V) b Vì xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện nên i và u đồng pha ⇒ ϕi = 0 U o 220 2 = = 3,11 (A) R 100 Vậy biểu thức i = 3,11cos100π t (A) Ta có: Io = D: KẾT QUẢ Sau khi phân loại các nhóm bài tập và phương pháp giải các bài tập như trên kết quả là học sinh tiếp thu bài tốt hơn và. .. để làm các bài tập tương tự ; các học sinh yếu có thể vận dụng và làm được các bài tập dạng 1, dạng 2; các học sinh trung bình trở lên có thể vận dụng để giải được các bài tập dạng 3,4,5 Đặc biệt các học sinh có học lực TB khá có giải được một số bài tập trong các đề thi cao đẳng, đại học E: BÀI HỌC KINH NGHIỆM Để học sinh có thể vận dụng và làm được các bài toán diện xoay chiều nói riêng và vật lý ... kinh nghiệm: 11 năm ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TÂP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Dòng điện xoay chiều dao động điện từ cưỡng bức, đổi chiều liên tục trăm lần giây,... Chính điều làm cho dòng điện xoay chiều có số tác dụng to lớn mà dòng điện chiều Do mà dòng điện xoay chiều ứng dụng rộng rãi thực tế sống Chương Dòng điện xoay chiều chương quan chương trình vật... 2.2 Bài tập viết biểu thức cường độ dòng điện điện áp: Bài 1: Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 40Ω, cuộn cảm có hệ số tự cảm 0,8 2.10−4 H tụ điện có điện dung C = F mắc nối tiếp Biết dòng điện

Ngày đăng: 02/12/2015, 15:14

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan