Tài liệu Skkn phương pháp giải bài tập vật lý phần điện xoay chiều.

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT HỒNG BÀNG Mã số: ................................ (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU Người thực hiện: Phạm Đình Dinh Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục:…………………………. - Phương pháp dạy học bộ môn: vật lý  - Lĩnh vực khác: ............................................ (Ghi rõ tên lĩnh vực) Có đính kèm: Các sản phẩm không thể hiện trong bản in SKKN  Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác Năm học: 2014-2015 0 SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN 1. Họ và tên: Phạm Đình Dinh 2. Ngày tháng năm sinh: 26/08/1978 3. Nam, nữ: Nam 4. Địa chỉ: Trường THPT Hồng Bàng 5. Điện thoại cá nhân: 0987784436 6. Fax: Cơ quan: 0613741284 E-mail: [email protected] 7. Chức vụ: Giáo viên 8. Nhiệm vụ được giao: giảng dạy môn vật lý lớp 11A5, 12C1, 12C2,12C6, 12C11, Chủ nhiệm lớp 11A5, Tổ phó tổ lý-hoá 9. Đơn vị công tác: Trường THPT Hồng Bàng II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân - Năm nhận bằng: 2002 - Chuyên ngành đào tạo: Vật lý III.KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: giảng dạy môn Vật lý Số năm có kinh nghiệm: 13 - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có: + Soạn tiết dạy bài tập vật lý + Phương pháp giải bài tập chương dao động cơ + Một số lưu ý khi giải bài tập về phóng xạ 1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN ĐIỆN XOAY CHIỀU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú. Trong phân phối chương trình số tiết bài tâp lại ít so với nhu cầu cần củng cố kiến thức cho học sinh. Chính vì thế, người giáo viên phải làm thế nào để tìm ra phương pháp tốt nhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn học này. Giúp học sinh việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải là rất cần thiết. Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự. Rèn luyện năng lực tự suy nghĩ và truyền thụ kiến thức cho học sinh là vấn đề quan trọng trong dạy học nói chung và dạy học môn Vật lý nói riêng. Để việc dạy và học đạt kết quả cao thì người giáo viên phải biết phát huy tính tích cực của học sinh, chọn lựa phương thức tổ chức hoạt động, cách tác động phù hợp giúp học sinh vừa học tập, vừa phát triển nhận thức. Việc giải bài tập Vật lý không những nhằm mục đích giải toán, mà nó còn có ý nghĩa to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng tính toán, suy luận logic để giải quyết những vấn đề trong thực tế cuộc sống. Trong quá trình dạy học bài tập vật lý, vai trò tự học của học sinh là rất cần thiết. Để giúp học sinh khả năng tự học, người giáo viên phải biết lựa chọn bài tập sao cho phù hợp, sắp xếp chúng một cách có hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp và hướng dẫn cho học sinh cách giải để tìm ra được bản chất vật lý của bài toán vật lý. Thực tế cho thấy, nhiều giáo viên rất lúng túng không biết nên dạy bài tập vật lý như thế nào để đạt được hiệu quả cao nhất. Trong tiết dạy bài tập thông thường giáo viên chỉ bám sát bài tập sách giáo khoa, sách bài tập để ra bài tập cho học sinh hướng dẫn học sinh giải bài tập sao cho co kết quả rồi chuyển sang bài khác. Chính vỳ vậy mà học sinh học một cách thụ động , không phát huy được tính sáng tạo trong giải bài tập vật lý và khi áp dụng cũng không linh hoat. Bên cạnh đó học sinh còn thụ động trong việc học tập của mình, các em chỉ học xoay quanh nững gì mà giáo viên cung cấp chứ ít chủ động tìm tòi học tập điều mới điều mới Trong chương trình Vật lý lớp 12, bài tập về điện xoay chiều là phức tạp và khó. Qua những năm đứng lớp tôi nhận thấy học sinh thường rất lúng túng trong việc tìm cách giải các dạng bài tập toán này, đặc biệt do tôi công tác tại trường tư thục chất lượng đầu vào học sinh rất yếu, khả năng tiếp thu, khả năng suy luận lorích chậm, khả năng toán không cao, học sinh rất sợ bộ môn vật lý. Xuất phát từ thực trạng trên tôi luôn trăn trở làm sao để phọc sinh thích học vật lý, có thể biết cách giải bài tập, làm sao để học sinh có phương pháp giải bài tập và học tập một cách tích cực, tự giác 2 Giải pháp này nhằm giúp học sinh khắc sâu những kiến thức lí thuyết , có một hệ thống bài tập và phương pháp giải chúng, giúp các em có thể nắm được cách giải và từ đó chủ động vận dụng các phương pháp này trong khi làm bài tập. Từ đó hoc sinh có thêm kỹ năng về cách giải các bài tập Vật lí, cũng như giúp các em học sinh có thể nhanh chóng giải các bài toán về bài tập điện xoay chiều phong phú và đa dạng . II. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN: 1. Cơ sở lý luận - Tiết bài tập nằm trong hệ thống bài giảng được quy định rõ trong phân phối chương trình giảng dạy của từng khối lớp. Đó là những quy định pháp lí mà giáo viên phải thực hiện trong quá trình giảng dạy môn Vật lý trong nhà trường phổ thông. - Mỗi môn học có những mục tiêu riêng. Chương trình Vật lý có mục tiêu hoàn thiện cho học sinh kiến thức phổ thông, cơ bản ở trình độ tú tài về vật lý, cần thiết để đi vào các ngành khoa học, kỷ thuật và để sống trong một xã hội công nghiệp hiện đại, trong đó kỷ năng vận dụng kiến thức: giải thích hiện tượng, giải bài tập vật lý phổ thông là một trong những mục tiêu không thể thiếu đối với môn học. - Tiết bài tập nhằm giúp học sinh củng cố , khắc sâu kiến thức; qua đó hình thành sự hứng thú học tập môn Vật lý, tính tích cực học tập và nghiên cứu. 2. Cơ sở thực tiễn: - Trong các kỳ thi, môn Vật lý được tổ chức thi trắc nghiệm nên việc hình thành phương pháp giải cho từng loại đơn vị kiến thức là rất cần thiết - Thống kê chất lượng môn Vật lý còn thấp so với các môn học khác - Học sinh trường THPT Hồng Bàng là trường tư thục, nên việc tiếp cận bài tập, tư duy tự học khó có thể tự thực hiện được. - Một số giáo viên còn xem nhẹ tiết bài tập, chỉ giải vài bài tập ở Sách giáo khoa là xong. - Tiết bài tập rất khó dạy, ở chỗ không có một thiết kế nào cụ thể, tuỳ thuộc vào khả năng tiếp thu của học sinh, của chương trình. Nếu không xác định đúng mục tiêu rất dễ đi vào sự đơn điệu. - Thiết kế tiết dạy thường không có sự khái quát, kết luận về từng vấn đề, nên học sinh khó có thể nêu lên được phương pháp giải bài tập liên quan. - Đa số bài tập ở sách giáo khoa chỉ dừng lại ở mức độ củng cố, và còn thiếu so với lượng kiến thức đã nêu trong lý thuyết. Do đó dẫn đến tình trạng học sinh khá giỏi không thể phát huy được khả năng, học sinh ở mức độ trung bình trở xuống thì bế tắc khi gặp dạng bài tập khác. - Tiết bài tập trong phân phối chương trình còn ít. 3 - Kỷ năng vận dụng kiến thức Toán cho việc giải bài tập còn hạn chế đối với một bộ phận không nhỏ học sinh. - Trong bộ sách ban cơ bản, một số đơn vị kiến thức không trình bày nhưng lại cho bài tập trong sách bài tập, nếu giáo viên không chịu tìm hiểu thì học sinh không biết đâu mà giải khi gặp loại bài tập như vậy. - Hiện tại có nhiều sách tham khảo các tài liệu đã trình bày về vấn đề này ở các góc độ khác nhau . Ở giải pháp này trình bày việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải có tính hệ thống với những chú ý giúp các em nắm sâu sắc các vấn đề liên quan. Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập nắm được phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các bài tương tự. Giải pháp này chưa từng được áp dụng tại trường trung học phổ thông Hồng Bàng III. TỔ CHỨC THỰC HIỆN GIẢI PHÁP A. PHƯƠNG PHÁP CHUNG: Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải và sửa bài tập gặp không ít khó khăn vì học sinh thường không nắm vững lý thuyết và kĩ năng vận dụng kiến thức vật lý. Vì vậy các em giải một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được. Có nhiều nguyên nhân: - Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập vật lý. - Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tượng vật lý để đi đến bản chất vật lý. Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết. Nó không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch. Quá trình giải một bài tập vật lý thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lý, xác lập được những mối liên hệ cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lý vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho. Từ đó tính toán những mối liên hệ đã xác lập được để dẫn đến lời giải và kết luận chính xác. Sự nắm vững những mối liên hệ này sẽ giúp cho giáo viên định hướng phương pháp dạy bài tập một cách hiệu quả. Bài tập vật lý rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú. Vì vậy không thể chỉ ra được một phương pháp nào cụ thể mà có thể áp dụng để giải được tất cả bài tập. Từ sự phân tích như đã nêu ở trên, có thể vạch ra một dàn bài chung gồm các bước chính như sau: a. Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện - Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ quan trọng, xác định đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện. 4 - Dùng kí hiệu tóm tắt đề bài cho gì? Hỏi gì? Dùng hình vẽ mô tả lại tình huống, minh họa nếu cần. b. Phân tích hiện tượng - Nhận biết các dữ liệu đã cho trong đề bài có liên quan đến những kiến thức nào, khái niệm nào, hiện tượng nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật lý. - Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đề bài, mỗi giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào. Có như vậy học sinh mới hiểu rõ được bản chất của hiện tượng, tránh sự áp dụng máy móc công thức. c. Xây dựng lập luận Thực chất của bước này là tìm quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho. Đối chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm liên hệ với nhau như thế nào, qua công thức, định luật nào để xác lập mối liên hệ. Thành lập các phương trình nếu cần với chú ý có bao nhiêu ẩn số thì có bấy nhiêu phương trình. Đối với những bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng lập luận để giải: - Phương pháp phân tích: xuất phát từ ẩn số cần tìm, tìm ra mối liên hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định ở bước 2, diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số. Sau đó tiếp tục phát triển lập luận hoặc biến đổi công thức này theo các dữ kiện đã cho. Cuối cùng đi đến công thức sau cùng chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho. - Phương pháp tổng hợp: xuất phát từ dữ kiện đã cho của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi công thức diễn đạt mối quan hệ giữa các dữ kiện đã cho với các đại lượng khác để tiến dần đến công thức cuối cùng có chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho. - Đối với bài tập định tính: ta không cần tính toán nhiều mà chủ yếu sử dụng lập luận, suy luận logic dựa vào kiến thức vật lý để giải thích hoặc dự đoán hiện tượng xảy ra. - Đối với bài tập trắc nghiệm trách quan: cần nắm thật vững kiến thức trong sách giáo khoa, nếu không sẽ không nhận biết được trong các phương án để lựa chọn đâu là phương án đúng. Để làm tốt bài thi trắc nghiệm, ta nên chia quỹ thời gian phù hợp với thời gian làm bài, đọc lướt qua toàn bộ câu trắc nghiệm câu nào chắc chắn thì trả lời luôn, và theo nguyên tắc dễ làm trước, khó làm sau. Quay lại những câu chưa làm, đọc kĩ lại phần đề và gạch dưới những chữ quan trọng, và không nên dừng lại tìm lời giải cho một câu quá lâu. Cần lưu ý là không nên bỏ trống câu nào vì ta sẽ được xác suất ¼ số câu trả lời đúng trong số đó. d. Lựa chọn cách giải cho phù hợp e. Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận - Từ mối liên hệ cơ bản, lập luận giải để tìm ra kết quả. 5 - Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện đầu bài tập hoặc không phù hợp với thực tế. Việc biện luận này cũng là một cách để kiểm tra sự đúng đắn của quá trình lập luận. Đôi khi, nhờ sự biện luận này mà học sinh có thể tự phát hiện ra những sai lầm của quá trính lập luận, do sự vô lý của kết quả thu được. B. PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Chủ đề 1: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU - MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG PHÂN NHÁNH (MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP) 1. Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1. Phương pháp giải chung: Thông thường bài tập thuộc dạng này yêu cầu ta tính từ thông, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây quay trong từ trường. Ta sử dụng các công thức sau để giải:   2 no (đơn vị: rad/s) - Tần số góc: - Tần số của suất điện động cảm ứng trong khung bằng tần số quay của  f   no 2 khung: (Đơn vị: Hz) (Với no : số vòng quay trong mỗi giây) - Chu kỳ quay của khung dây: - Biểu thức suất điện động: - Vẽ đồ thị: 1 1 2   f no  (đơn vị: s)    o cos  t    , với  o  NBS - Biểu thức từ thông: Hay T e   '  Eo sin  t    e  Eo cos  t  o  Đường sin:  có chu kì uur uu r , Với   lúc t = 0   B, n , với Eo   NBS (đơn vị: V) T 2   có biên độ Eo. 1.2. Bài tập về cách tạo ra dòng điện xoay chiều: Bài 1:Một khung dây có diện tích S = 60cm 2 quay đều với vận tốc 20 vòng trong một giây. Khung đặt trong từ trường đều B = 2.10 -2T. Trục quayr của khung vuông góc với các đường cảm ứng từ, lúc t = 0 pháp tuyến khung dây n có hướng ur của B . a. Viết biểu thức từ thông xuyên qua khung dây. b. Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây. 6 Bài 2:Một khung dây dẫn gồm N = 100 vòng quấn nối tiếp, diện tích mỗi vòng dây là S = 60cm2. Khung dây quay đều với tần số 20 vòng/s, trong umột từ u r -2 trường đều có cảm ứng từ B = 2.10 T. Trục quay của khung vuông góc với B . a. Lập biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời. b. Vẽ đồ thị biểu diễn suất điện động cảm ứng tức thời theo thời gian. 1.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: S = 60cm2 = 60.10-4m2 no= 20 vòng/s B = 2.10-2T a. Biểu thức ? b. Biểu thức e? Các mối liên hệ cần xác lập: - Áp dụng công thức tính tần số góc . - Biểu thức từ thông  xuyên qua khung dây có dạng:    o cos  t     cần tìm  , , . o ur uu r - Vectơ pháp tuyến của khung n trùng với B lúc t = 0   = 0 - Có o, ,   viết được biểu thức từ thông . - Tìm Eo = o  viết được biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viênur Hoạt động của học sinh uu r ur r - Chọn gốc thời gian ở thời điểm n trùng B   B, n  0   có giá trị là bao nhiêu? - Dạng của biểu thức từ thông gởi qua khung -    o cos  t    dây? - Từ biểu thức bên, hãy tìm các đại lượng chưa biết. - o = NBS    2 no - Có o, ,  biểu thức từ thông. - Biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây có dạng thế nào? - Hãy xác định biên độ của suất điện động cảm - E  Eo cos  t    ứng Eo. - Có Eo  biểu thức suất điện động cảm ứng e - Eo = o. . Bài giải: 1 1 T   0,05 n 20 o a. Chu kì: (s).  7  Tần số góc:   2 no  2 .20  40 (rad/s).  o  NBS  1.2.102.60.104  12.105 (Wb) 5 Vậy   12.10 cos 40 t (Wb) 5 2 b. Eo   o  40 .12.10  1,5.10 (V) Vậy E  1,5.10 sin 40 t (V) 2  E  1,5.102 cos  40 t    Hay 2 (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: ur r r ur    B, n  0 - Chọn gốc thời gian tại thời điểm n trùng B   - Áp dụng công thức tính tần số góc , 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 của giáo viên Hoạt động của học sinh r - Chọn gốc thời gian tại thời điểm n ur e  Eo sin  t     Eo sin t trùng B thì biểu thức của suất điện ur r động tức thời có dạng như thế nào?   B, n  0 vì - Để tìm , Eo , ta áp dụng công thức -   2 no nào để tính? - Đồ thị biểu diễn e theo t là đường Eo = NBS biểu diễn có dạng hình sin. Vậy để vẽ - Để vẽ đồ thị thì cần có chu kì T và suất đồ thị này thì cần có những yếu tố nào? điện động cực đại Eo. 1 T no Chu kì :  Bài giải: 8  T a. Chu kì: 1 1   0,05 no 20 s. Tần số góc:   2 no  2 20  40 (rad/s) Biên độ của suất điện động: Eo = NBS = 40  .100.2.10-2.60.10-4  1,5V r ur n, B  0    0 Chọn gốc thời gian lúc .   Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời: e  Eo sin t  1,5sin 40 t (V)   e  Eo cos t  1,5cos  40 t   2  (V).  Hay b. Đồ thị biểu diễn e theo t là đường hình sin: - Qua gốc tọa độ O. - Có chu kì T = 0,05s - Biên độ Eo = 1,5V. 2. Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP. 2.1. Phương pháp giải chung: - Xác định giá trị cực đại của cường độ dòng điện Io hoặc điện áp cực đại Uo. Z  ZC U L  U C tan   L  R UR  - Xác định góc lệch pha giữa u và i:   u  i  u hoặc i - Biết biểu thức điện áp của đoạn mạch nào thì có thể suy ra biểu thức cường độ dòng điện trong đoạn mạch ấy và ngược lại.  Trường hợp biết biểu thức của cường độ dòng điện tức thời: i  I o cos  t  i  thì biểu thức điện áp có dạng: u  U o cos  t  u   U o cos  t  i     Trường hợp biết biểu thức điện áp giữa hai đầu của một đoạn mạch: 9 u  U o cos  t  u  . thì biểu thức của cường độ dòng điện tức thời có dạng: i  I o cos  t  u    Chú ý: Cũng có thể tính các độ lệch pha và các biên độ hay giá trị hiệu dụng bằng giản đồ Fre-nen. 2.2. Bài tập về viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp: Bài 1:Mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 40, một cuộn 0,8 2.104 L C  H và một tụ điện có điện dung  F thuần cảm có hệ số tự cảm mắc nối tiếp. Biết rằng dòng điện qua mạch có dạng i  3cos100 t (A). a. Tính cảm kháng của cuộn cảm, dung kháng của tụ điện và tổng trở toàn mạch. b. Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu điện trở, giữa hai đầu cuộn cảm, giữa hai đầu tụ điện, giữa hai đầu mạch điện. Bài 2:Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 80, một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 64mH và một tụ điện có điện dung C  40 F mắc nối tiếp. a. Tính tổng trở của đoạn mạch. Biết tần số của dòng điện f = 50Hz. b. Đoạn mạch được đặt vào điện áp xoay chiều có biểu thức u  282cos314t (V). Lập biểu thức cường độ tức thời của dòng điện trong đoạn mạch. Bài 3:Cho mạch điện như hình vẽ. Biết L 1 10 H, 103 C 4 F và đèn ghi (40V- 40W). Đặt vào 2 điểm A và N một hiệu điện thế u AN  120 2 cos100 t (V). Các dụng cụ đo không làm ảnh hưởng đến mạch điện. a. Tìm số chỉ của các dụng cụ đo. b. Viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp toàn mạch. Bài 4:Sơ đồ mạch điện có dạng như hình vẽ, điện trở 3 103 L C 10 H, tụ điện 7 F. R = 40, cuộn thuần cảm Điện áp u AF  120cos100 t (V). Hãy lập biểu thức của: 10 a. Cường độ dòng điện qua mạch. b. Điện áp hai đầu mạch AB. Bài 5:Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ, R = 100, L là độ tự cảm của cuộn dây thuần cảm, 104 C 3 F, RA  0. Điện áp u AB  50 2 cos100 t (V). Khi K đóng hay khi K mở, số chỉ của ampe kế không đổi. a. Tính độ tự cảm L của cuộn dây và số chỉ không đổi của ampe kế. b. Lập biểu thức của cường độ dòng điện tức thời trong mạch khi K đóng và khi K mở. 2.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: R = 40 0,8 L  H C 2.104  F i  3cos100 t (A) a. ZL = ? , ZC = ? , Z = ? b. uR = ? , uL = ? , uC = ?, u = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Áp dụng công thức tính ZL, ZC, Z. - Tìm U0R, U0L, U0C, Uo và xác định góc lệch pha  tương ứng  Biểu thức uR, uL, uC, u. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của học sinh Hoạt động của học sinh - Cảm kháng, dung kháng, tổng trở của - Z L   L mạch được tính bằng biểu thức nào? 1 ZC  C - Biểu thức uR, uL, uC, u có dạng như thế 2 2 Z  R  Z  Z   L C nào? - uR  U oR cos t - Dựa vào các biểu thức bên, hãy tìm các đại lượng chưa biết. 11 uL  U oL cos  t   L  uC  U oC cos  t  C  u  U o cos  t    - UoR = IoR; UoL = IoZL; UoC = IoZC U = IoZ   L  2 uL nhanh pha hơn i uC chậm pha hơn i  C   Áp dụng biểu thức: Z  ZC tan   L   R Bài giải: a. Cảm kháng: Z L   L  100 . ZC  Dung kháng: 1  C 0,8  80  1  50 2.104 100 .  Z  R 2   Z L  Z C   402   80  50   50 2 Tổng trở: 2 b.  Vì uR cùng pha với i nên : uR  U oR cos100 t với UoR = IoR = 3.40 = 120V Vậy u  120cos100 t (V).    uL  U oL cos 100 t   2   Vì uL nhanh pha hơn i góc 2 nên: Với UoL = IoZL = 3.80 = 240V   uL  240cos 100 t   2  (V).  Vậy  Vì uC chậm pha hơn i góc  12    uC  U oC cos 100 t   2  2 nên:  2 Với UoC = IoZC = 3.50 = 150V   uC  150cos 100 t   2  (V).  Vậy Áp dụng công thức:   tan   37 o Z L  Z C 80  50 3   R 40 4   37  0,2 180 (rad).  biểu thức hiệu điện thế tức thời giữa hai đầu mạch điện: u  U o cos  100 t    Với Uo= IoZ = 3.50 = 150V Vậy u  150cos  100 t  0,2  (V). Bài 2: Tóm tắt: R = 80 L = 64mH = 64.10-3H C = 40F = 40.10-6F a. f = 50Hz Z=? b. u = 282 cos314t (V) Biểu thức i = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Tìm , ZL, ZC  tổng trở Z. - Áp dụng biểu thức tính độ lệch pha : tan   Z L  ZC R . - Tìm Io, i  u    biểu thức i. Chú ý các giá trị của  phải tính bằng đơn vị rad khi thay vào biểu thức. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên - Tìm  khi biết tần số f. Hoạt động của học sinh -   2 f - Biểu thức tính cảm kháng, dung kháng, tổng trở. - ZL  L - Dạng của biểu thức cường độ dòng điện tức thời i? 13 , ZC  1 C Z  R2   Z L  ZC  2 - Để viết được biểu thức i, ta phải tìm Io, i . - i  I o cos  314t  i  - Io được tính như thế nào? - Góc lệch pha  = ? - - Theo bài, u = ? Io  Uo Z tan   - Có  và u , vậy tìm i bằng cách nào? Z L  ZC   R - u  0 -   u   i Bài giải: a. Tần số góc:   2 f  2 .50  100 rad/s Cảm kháng: Dung kháng: Z L   L  100 .64.103  20 ZC  1 1   80 C 100 .40.106 Z  R 2   Z L  Z C   802   20  80   100 2 Tổng trở: 2 b. Cường độ dòng điện cực đại: U 282 Io  o   2,82 Z 100 A Độ lệch pha của hiệu điện thế so với cường độ dòng điện: Z  Z C 20  80 3 tan   L   o R 80 4   37  i  u      37o  37 180 rad 37   i  2,82cos  314t   180  (A)  Vậy Bài 3: Tóm tắt: 14 L 1 H 10 C 103 4 F Uđm = 40V , Pđm = 40W u AN  120 2 cos100 t (V) a. IA = ? , UV = ? b. i = ?, uAB = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Số chỉ của vôn kế chính bằng điện áp hiệu dụng U AN  U oAN 2 - Tính dung kháng, cảm kháng, điện trở của bóng đèn. - Tính tổng trở ZAN của đoạn mạch AN gồm tụ điện C và bóng đèn: Z AN  Rđ2  Z C2 - Số chỉ của ampe kế bằng cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch AN U I A  AN Z AN (vì các phần tử điện mắc nối tiếp) - Tìm Io và i  biểu thức i, với chú ý i  uAN   AN  0   AN   AN - Tìm uAB  i   AB , và tìm Uo  biểu thức uAB. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 2 a. - Viết biểu thức tính cảm kháng, U dm 1 Rd  ZC  dung kháng, điện trở của bóng đèn. Pdm Z   L C , - L , - Vôn kế đo điện áp của đoạn mạch nào? Từ đó, hãy tìm số chỉ của vôn - Vôn kế đo điện áp hiệu dụng của đoạn mạch AN  số chỉ của vôn kế chính là điện kế. áp hiệu dụng của đoạn AN: U U AN  oAN 2 - Cường độ dòng điện trong đoạn AN có bằng cường độ dòng điện - IAN = I vì mạch mắc nối tiếp. của toàn mạch không? Vì sao? - Vậy IAN có giá trị bằng bao nhiêu? - Suy ra số chỉ ampe kế IA = I = IAN. 15 b. - Biểu thức cường độ dòng điện U I AN  AN tức thời có dạng như thế nào? Z AN  - Như vậy ta cần tìm I và i . o - Io được tính thế nào? - Đoạn mạch AN gồm các phần tử điện nào? - Hãy tính độ lệch pha của điện áp so với cường độ dòng điện trong đoạn AN. - Viết biểu thức liên hệ góc lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện trong đoạn AN và tìm i . - Biểu thức điện áp tức thời toàn mạch có dạng như thế nào? - i  I o cos  100 t  i  (A) - Io  I 2 - Đoạn AN gồm một bóng đèn và tụ điện C. Z tan  AN  C Rd -  AN  uAN  i - Tính tổng trở của toàn mạch AB.  i  uAN   AN  0   AN   AN - Uo được xác định bằng cách nào? - Hãy tính độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện của đoạn u  U cos  100 t    o u (V) mạch AB, từ đó tìm u. Z AB  Rd2   Z L  Z C  - - Uo = I.ZAB Z  ZC tan  AB  L Rd - u   AB  i Bài giải: a. Cảm kháng: Z L   L  100 . ZC  1  C Dung kháng: Điện trở của bóng đèn: 1  10 10 1 103 100 . 4 Rđ   40 U đ2m 402   40 Pđm 40 16 2 Tổng trở đoạn mạch AN: Z AN  Rđ2  ZC2  402  402  40 2 U AN  Số chỉ của vôn kế: Số chỉ của ampe kế: U oAN 120 2   120 2 2 V IA  I  U AN 120 3    2,12 Z AN 40 2 2 A b. Biểu thức cường độ dòng điện có dạng: i  I o cos  100 t  i  (A) tan  AN  Ta có :  ZC 40    1      AN Rđ 40 4 i  uAN   AN   AN  Io  I 2  rad  4 rad 3 . 2 3 2 A   i  3cos 100 t   4  (A).  Vậy Biểu thức hiệu điện thế giữa hai điểm A, B có dạng: u AB  U o cos  100 t  u  (V) Tổng trở của đoạn mạch AB: Z AB  Rđ2   Z L  ZC   402   10  40   50 2 2  U o  I o Z AB  3.50  150 V tan  AB  Ta có: Z L  Z C 10  40 3   Rđ 40 4  u  i   AB    AB    37    4 180 20 rad 17 37 180 rad    u AB  150cos 100 t   20  (V)  Vậy Bài 4: Tóm tắt: R = 40 3 L 10 H 103 C 7 F u AF  120cos100 t (V) a. Biểu thức i = ? b. Biểu thức uAB = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Tìm góc lệch pha  AF giữa điện áp và cường độ dòng điện của đoạn mạch AF. - Tìm Io và i  biểu thức i. Với i  uAF   AF - Tìm góc lệch pha  AB giữa điện áp và cường độ dòng điện của toàn mạch. - Tìm Uo và u  biểu thức u, với u   AB  i . Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động động của giáo viên Hoạt động của học sinh a. -Tính tổng trở của đoạn mạch AF. Z AF  R 2  Z L2 - Biểu thức i có dạng như thế nào? - Giá trị của cường độ dòng điện cực i  I cos  100 t    o i đại Io toàn mạch được tính thế nào? - Hãy xác định góc lệch pha giữa U I o  oAF điện áp và cường độ dòng điện của Z AF đoạn mạch AF. - Suy ra giá trị của i ? b. – Tính tổng trở Z của toàn mạch. - Biểu thức u có dạng thế nào? - Áp dụng công thức Z tan  AF  L R 18 - Tương tự hãy tìm các đại lượng - i  uAF   AF  0   AF   AF chưa biết của biểu thức (*). - Z  R 2   Z L  ZC  2 - u  U o cos  100 t  u  (*) - Ta có: Uo = IoZ Áp dụng công thức Z  ZC tan   L   R  u   AB  i . Bài giải: 3 Z L   L  100 .  30 10  a. Cảm kháng: ZC  1  C Dung kháng: 1 103 100 . 7  70 2 2 2 2 Tổng trở của đoạn mạch AF: Z AF  R  Z L  40  30  50  Io  U oAF 120   2,4 Z AF 50 A Góc lệch pha  AF : Ta có: tan  AF  Z L 30   0,75   AF R 40 i  uAF   AF  0   AF   AF   37 180 rad 37 180 rad 37   i  2,4cos 100 t   180   (A) Vậy Z  402   30  70   40 2 2 b. Tổng trở của toàn mạch:  U o  I o Z  2,4.40 2  96 2 V 19