SKKN Định hướng trả lời nhanh các bài tập trắc nghiệm phần công suất của dòng điện xoay chiều

Nội dung text: SKKN Định hướng trả lời nhanh các bài tập trắc nghiệm phần công suất của dòng điện xoay chiều

1. MỤC LỤC PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Lý do chọn đề tài 2 1.2. Cơ sở lý luận 2 1.3. Cơ sở thực tiễn 3 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu 3 1.4.2. Phạm vị nghiên cứu 3 1.5. Phương pháp nghiên cứu 4 PHẦN II NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1. Hệ thống lý thuyết phần công suất của dòng điện xoay chiều 5 2.1.1. Công suất, hệ số công suất 5 2.1.2. Ý nghĩa của hệ số công suất cos 6 2.2. Định hướng phương pháp giải một số dạng bài tập 6 2.2.1. Bài toán cơ bản: Cho các dữ kiện tìm công suất P 6 2.2.2. Cho công suất P tìm L hoặc tìm C 7 2.2.3. Đoạn mạch RLC có R thay đổi 8 2.2.3.1. Tìm R để Pmax 8 2.2.3.2. Tìm R để mạch có công suất P 10 2.2.3.3. Biết hai giá trị của điện trở là R1 và R2 mạch có cùng công suất P, tìm công suất P đó 11 2.2.3.4. Mạch có RLC cuộn dây có điện trở trong R0 (R, L, R0, C) 12 2.2.4. Khi mạch có cộng hưởng 13 Hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC 13 2.2.4.1. Bài toán tính công suất khi mạch có cộng hưởng 14 2.2.4.2. Đoạn mạch RLC có C thay đổi. Tìm C để mạch có công suất cực đại 15 2.2.4.3. Đoạn mạch RLC có L thay đổi. Tìm L để mạch có công suất cực đại 15 2.2.4.4. Mạch RLC có  thay đổi 16 2.2.5. Bài toán: Với hai giá trị của cuộn cảm L1 và L2 mạch có cùng công suất. Tìm L để Pmax 16 2.2.6. Bài toán: Với hai giá trị của tụ điện C1 và C2 mạch có cùng công suất. Tìm C để Pmax. 17 TÓM TẮT KẾT QUẢ 18 KẾT QỦA NGHIÊN CỨU 20 PHẦN III: KẾT LUẬN 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 -Trang 1-
2. PHẦN MỘT ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Lý do chọn đề tài 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. Trên tinh thần đó, nhằm giúp các em có một cái nhìn tổng quát, hệ thống hóa các kiến thức đã học và vận dụng kiến thức đó một cách linh hoạt trong các dạng bài tập trắc nghiệm theo sự định hướng của Bộ giáo dục, tôi đưa ra đề tài: ĐỊNH HƯỚNG TRẢ LỜI NHANH CÁC BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM PHẦN CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU. Mặt khác số lượng tiết bài tập theo phân phối chương trình trong chương Dòng điện xoay chiều không nhiều lắm, chỉ có 3 tiết, trong đó phần bài tập công suất của dòng điện xoay chiều chỉ có 1 tiết, giáo viên không thể tải hết các dạng bài tập theo yêu cầu của chương trình và cấu trúc đề thi TN THPT và TSĐH của Bộ giáo dục. Do đó tôi viết đề tài này nhằm giúp các em có thể định hướng nhanh về phương pháp giải một số dạng bài tập thường gặp trong phần Công suất của dòng điện xoay chiều nhằm mang lại hiệu quả cao trong quá trình học tập và làm bài thi trong các kỳ thi của các em. 1.2. Cơ sở lý luận Công suất của dòng điện xoay chiều là phần kiến thức khó về lý thuyết và phong phú về các dạng bài tập. Việc phân loại bài tập và nắm được hết các dạng bài tập cơ bản và nâng cao theo yêu cầu của chương trình là một việc không phải học sinh nào cũng thực hiện được. Để giải quyết được vấn đề đó -Trang 2-
3. học sinh phải biết tổng hợp kiến thức giữa các phần với nhau và phải biết mối quan hệ logic giữa các đơn vị kiến thức với nhau. Ngoài ra còn phải có một kiến thức toán học nhất định. Với đề tài này tôi hy vọng các em học sinh lớp 12 nói chung và đặc biệt là các em học chương trình nâng cao sẽ nắm bắt nhanh vấn đề và sử dụng thiết thực trong quá trình học tập và đặc biệt là trong 2 kỳ thi TN THPT và TSĐH sắp tới. 1.3. Cơ sở thực tiễn Trong thực tế khái niệm công suất điện xoay chiều rất phổ biến và gần gũi với đời sống hằng ngày. Nhưng đi vào nghiên cứu nó thì có quá nhiều vấn đề phức tạp đối với học sinh. Yêu cầu của đề thi là học không những phải hiểu sâu từng đơn vị kiến thức mà còn phải phân biệt các dạng bài tập, các công thức, các phương trình cơ bản và có kỹ năng toán học chính xác, nhanh gọn. Với kinh nghiệm giảng dạy của bản thân, tôi thấy cần phải giúp các em có một kỹ năng phân biệt hiện tượng, định dạng bài tập để áp dụng đúng công thức đồng thời giải quyết bài toán hoặc các câu hỏi lý thuyết nhanh gọn, hiệu quả. Do đó, đề tài của tôi nhằm mục đích hệ thống kiến thức lý thuyết, đưa ra một số công thức thu gọn và định hướng việc giải quyết nhanh gọn một câu hỏi trắc nghiệm theo yêu cầu về thời gian của đề thi. Tuy nhiên việc áp dụng đề tài vẫn phải phụ thuộc vào phương pháp học tập và kỹ năng của từng học sinh và phương pháp giảng dạy của người thầy giáo. Tôi hy vọng các em sẽ tiếp nhận và vận dụng đề tài này một cách có hiệu quả. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu - Đề tài được áp dụng cho học sinh ban cơ bản và nâng cao. - Học sinh lớp 12 ôn thi tốt nghiệp và thi tuyển sinh đại học cao đẳng 1.4.2. Phạm vị nghiên cứu -Thời gian nghiên cứu: trong năm học 2008-2009 tại trường THPT Ông Ích Khiêm và năm học 2009-2010 tại trường THPT Thanh Khê. -Trang 3-
4. - 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 cơ sở lý thuyết về công suất của dòng điện xoay chiều. - Phương pháp giải nhanh các dạng bài tập về công suất. Có các ví dụ minh hoạ cho từng dạng bài tập. - Đưa ra các bài tập áp dụng trong từng dạng để học sinh luyện tập. - Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các đề ôn luyện. - Đánh giá, đưa ra sự điều chỉnh phương pháp cho phù hợp từng 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 như một tư liệu tham khảo cho giáo viên trong việc đổi mới phương pháp giảng dạy. -Trang 4-
5. PHẦN HAI NỘI DUNG ĐỀ TÀI Nội dung đề tài gồm 2 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 trong sách giáo khoa, sau đó chứng minh và đưa ra một số công thức biến đổi ở dạng khác, các công thức thu gọn, định hướng phương pháp giải của một số dạng bài tập nhằm giúp các em học sinh tránh được nhầm lẫn và vận dụng nhanh khi làm bài trắc nghiệm. - PHẦN II: Định hướng phương pháp giải của một số dạng bài tập Phần này đưa ra một số bài toán được hệ thống từ dễ đến khó, và theo thứ tự các công thức đã chứng minh trong 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 = UIcos + UIcos(2t + ) (1) Công suất trung bình: P = UIcos = RI2. Trong các bài tập ta tính công suất theo biểu thức P UIcos (2) R với cos (3) Z Ta có thể biến đổi ở các dạng khác U2 P RI2 U I R (4) R R 2 2 U R P ZI .cos , P (5) Z2 U cos = R (6) U Trong đó: I(A): cường độ dòng điện, U(V): điện áp; P(W): công suất, -Trang 5-
6. cos : hệ số công suất, UR: điện áp hai đầu điện trở R, UR = IR. 2.1.2. Ý nghĩa của hệ số công suất cos Hệ số công suất có giá trị từ 0 đến 1. Đoạn mạch không có điện trở R thì không tiêu thụ công suất. Công suất hao phí trên đường dây tải là 2 2 rP Php = rI = (7) U 2 cos 2 r () điện trở của đường dây tải. Nếu hệ số công suất cos nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây tải Php sẽ lớn, do đó người ta phải tìm cách nâng cao hệ số công suất. Theo quy định của nhà nước thì hệ số công suất cos trong các cơ sở điện năng tối thiểu phải bằng 0,85. Với cùng một điện áp U và dụng cụ dùng điện tiêu thụ một công suất P, tăng hệ số công suất cos để giảm cường độ hiệu dụng I từ đó giảm được hao phí vì tỏa nhiệt trên dây. 2.2. Định hướng phương pháp giải một số dạng bài tập 2.2.1. Bài toán cơ 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). R P UIcos , cos , P=RI2 Z Câu 1: (TN THPT 1998 lần 2) Một đoạn mạch gồm điện trở thuần R=40, tụ điện có điện dung C=10 3/9 F, cuộn dây có độ tự cảm L=3/5 H và điện trở thuần không đáng kể được mắc nối tiếp với nhau. Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch này có biểu thức: u=1202 sin100 t (V). Tính hệ số công suất và công suất tiêu thụ của đoạn mạch. A. 360W. B. 40W. C. 320 2 W. D. 230,4W. HD: Tính ZL= 60, ZC= 90, Z= 50, I=U/Z=120/50=2,4A -Trang 6-
7. R cos 0,8 , P=UIcos =230,4W. Z Câu 2: Đặt điện áp u=20cos(100 t+ /2)(V) vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp. Biết biểu thức cường độ dòng điện là i = 2cos(100 t+ /6)(A). Tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch. A. 20W. B. 40W. C. 10 2 W. D. 10W. HD: U= 10 2 , I = 2 A, = u i = /3 P=UIcos =10W. Câu 3: (ĐH2008) Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện RLC không phân nhánh một hiệu điện thế u 220 2 cos t (V) thì cường độ dòng điện qua đoạn 2 mạch có biểu thức là i 2 2 cos t (A). Công suất tiêu thụ của đoạn mạch 4 này là A. 440W. B. 220 2 W. C. 440 2 W. D. 220W. HD: P UI.cos 220 2W u i 4 Câu 4: Đặt điện áp u=20cos100 t(V) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R=10 mắc nối tiếp với một cuộn dây thuần cảm L=0,1/ (H), tụ điện C=10 3/ 2 (F). Tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch. A. 20W. B. 10W. C. 10 2 W. D. 20 2 W. 2 HD: ZL= 10, ZC= 20, Z= 10 2 , I = U/Z=1A P=RI =10W. Câu 5: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một cuộn dây có điện trở thuần 35 2 R0=5 và độ tự cảm L= .10 H mắc nối tiếp với điện trở thuần R=30. Điện áp hai đầu đoạn mạch là u=702 cos100 t(V). Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là A. 352 W. B. 70W. C. 60W. D. 140W. 2 2 2 HD: ZL= 35, Z (R R 0 ) ZL = 35 2 , I = U/Z=2A P=(R+r)I =70W. 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 -Trang 7-
8. R.U 2 RU2 P RI 2 P Z Z R 2 R2 (Z Z )2 L C P L C (8) Thay số xác định ZL hoặc ZC từ đó tìm L hoặc C. Câu 6: Một đoạn mạch gồm điện trở thuần R=20, tụ điện có điện dung C=10 3/4 F, cuộn dây có độ tự cảm L và điện trở thuần không đáng kể được mắc nối tiếp với nhau. Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch này có biểu thức: u=402 sin100 t (V). Biết công suất tiêu thụ của đoạn mạch là 16W. Tìm L. 2 RU 2 HD: Tính được ZC= 40, theo (8) Z Z R Thay số |ZL ZC| =40 L C P ZL=80 L = 0,4/ (H). 2.2.3. Đoạn mạch RLC có R thay đổi 2.2.3.1. Tìm R để Pmax R.U 2 U2 P RI 2 P P = A R L C B R2 (Z Z )2 (Z - Z )2 L C R + L C M N R Để Pmax thì mẫu số phải nhỏ nhất, mẫu số là tổng có hai số hạng mà tích 2 Z Z 2 của chúng là hằng số R L C Z Z =const. Theo hệ quả bất R L C Z Z 2 đẳng thức Côsi ta suy ra tổng này nhỏ nhất khi R L C R 2 2 R ZL ZC hay R=|ZL ZC| (9) U R 2 Khi đó: Z R 2 , I , cos = , (10) R 2 Z 2 4 U2 U2 Pmax , Pmax (11) 2R 2 ZL ZC Câu 7: (ĐH2008) Đoạn mạch điện xoay chiều gồm biến trở R, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp. Biết hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là U, cảm kháng Z L, dung kháng ZC -Trang 8-