Khai thác một số bài toán về dòng điện xoay chiều có RLC mắc nôi tiếp vào mạch điện xoay chiều

SỞ GIÁO DỤC & ÐÀO TẠO THANH HÓA
TRÝỜNG THPT ÐÀO DUY TỪ
***    ***

Sáng kiến kinh nghiệm:

“Khai thác một số bài tốn về mạch điện xoay chiều
có R,L,C mắc nối tiếp vào dạy học”

Giáo viên : LÊ THỊ KHÁNH NGỌC
Tổ :
VẬT LÍ


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý

Năm häc: 2011 - 2012
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cung
cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống tồn diện về
vật lý. Hệ thống kiến thức này phải thiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp và đặc
biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý hiện đại.
Hoạt động giải bài tập vật lý vừa giúp học sinh nắm vững các kiến thức vật lý
vừa phát triển tư duy vật lý và năng lực sáng tạo. Bài tập vật lý là phương tiện
dạy học được sử dụng ở mọi giai đoạn của quá trình dạy học.
Hệ thống bài tập có sẵn trong các sách tham khảo rất nhiều, song làm thế nào
để phát triển tư duy vật lý và năng lực sáng tạo, qua đó làm cho bộ mơn trở nên
lơi cuốn, hấp dẫn các em hơn đó là điều băn khoăn của khơng ít giáo viên .
Để đạt được mục đích trên thì giáo viên khơng chỉ đơn thuần là hướng dẫn các
em giải bài tập có sẵn trong sách giáo khoa, sách tham khảo mà phải biết khai
thác các bài tập này, từ đó tạo ra các bài tập mới, tạo ra các tình huống mới hoặc

mở rộng bài tập gốc phù hợp với thực tiễn. Trong quá trình dạy học giáo viên
nên biết lựa chọn bài tập phù hợp với đối tượng và biết phát triển bài toán để học
sinh hiểu và nắm được kiến thức mà chương trình yêu cầu.
Qua quá trình dạy học vật lý ở trường phổ thơng tơi nhận thấy phần mạch điện
xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp là phần có nội dung kiến thức rộng và sâu, có
nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt đây còn là phần quan trọng với số lượng
câu hỏi khá nhiều trong cấu trúc đề thi tốt nghiệp và đại học cao đẳng. Song với
hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì rất nhiều học sinh không coi trọng
việc rèn luyện giải các bài tập tự luận, các em học theo cách ghi nhớ một cách
máy móc mà khơng hiểu bản chất, do vậy khơng đạt kết quả cao trong các kỳ thi.
Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
2


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý
Với những lý do trên tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Khai thác một số bài
tốn về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối tiếp vào dạy học”.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Đề tài nhằm nghiên cứu hai vấn đề:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phần mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc
nối tiếp trong sách giáo khoa Vật lý 12- Nâng cao và các đề thi Đại học, cao đẳng.
- Khai thác một số bài tập phần dòng điện xoay chiều và cách sử dụng chúng
trong dạy học.

NỘI DUNG
A. Cơ sở lý thuyết
- Điện áp tức thời:
u = uL + uc + uR
- Điện áp hiệu dụng:

2
U=
U R + (U L − U C ) 2

L

C

A

R
B

- Tổng trở: Z = R 2 + ( Z L − Z C ) 2
- Độ lệch pha giữa u và i: tan ϕ =

Z L − ZC
R

+ Nếu ZL > ZC thì u sớm pha hơn i (mạch có tính cảm kháng).
+ Nếu ZL < ZC thì u muộn pha hơn i (mạch có tính dung kháng).
+ Nếu ZL = ZC thì u cùng pha với i.
- Định luật Ơm: I =

U
Z

* Lưu ý học sinh: U là hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch nào thì Z là tổng trở của
đoạn mạch đó.
- Cơng suất điện: P = UIcos ϕ

- Hệ số công suất: cos ϕ =

R
Z

- Công suất tỏa nhiệt trên R: PR = RI2.

Đề tài: “Khai thác một số bài tốn về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
3


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý

- Giản đồ véc tơ:

→

UL

→

UL
→

U LC
→

UC

→

U

→

U

→

UC
→

U LC
→

UR

→

UR

(Tổng hợp vectơ theo quy tắc hình bình hành) (Tổng hợp vectơ theo quy tắc
đa giác)
- Cộng hưởng điện:
+ Điều kiện có cộng hưởng điện: ZL = ZC.
+ Đặc điểm của đoạn mạch khi có cộng hưởng điện:
. Zmin = R
. UL = UC
. U = UR

. Imax = U/R = UR /R
. u và i cùng pha
. Pmax = UImax = U2/R (cos ϕ = 1)
B. Khai thác một số bài tập về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối tiếp
và vận dụng vào dạy học
C
R
Bài tập 1.1:
B
A
(Bài tập 1 trang 173 – sách Vật lý 12 -NC)
Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ:
tụ điện có điện dung C = 61,3 µ F,
điện trở thuần R có giá trị thay đổi được. Đặt vào 2 đầu đoạn mạch hiệu điện
thế có phương trình: u = 120cos100 πt V.
1. Điều chỉnh cho biến trở có giá trị R1 = 30 Ω.
a. Tính tổng trở của đoạn mạch.
b. Viết biểu thức cường độ tức thời trong đoạn mạch.
Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
4


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý
2. Cần điều chỉnh cho điện trở của biến trở đến giá trị nào để cơng suất trên
biến trở đạt cực đại? Tính giá trị cực đại đó.
* Định hướng cho học sinh:
- Áp dụng cơng thức nào để tính Z?(mạch điện khơng có L thì ZL = ?)
- Muốn viết biểu thức của i thì cần biết những đại lượng nào?
- So sánh pha của u và i ?

- Lập biểu thức tính P theo R.
- Dùng toán học khảo sát P theo R.
( Lời giải sách giáo khoa trình bày rõ).
* Khai thác thêm bài toán:
Bài tập 1.2: Tương tự bài 1.1. u cầu tìm cơng suất tiêu thụ cực đại trên biến
trở khi mạch có thêm cuộn cảm thuần mắc nối tiếp có L =
* Định hướng cho học sinh:
- Viết biểu thức P theo R ?
- Dùng toán học khảo sát P theo R ?
Giải: Khảo sát P theo R:

1
H . Khi đó R = ?
π

U2
U 2R
U2
2
2
P = I .R = 2
=
(Z − Z C ) =
R + (Z L − Z C ) 2
y
R+ L
R

Pmax khi ymin , theo bất đẳng thức Cauchy: ymin khi R = Z L − Z C
U

(3.1)

2

Vậy: Pmax = 2 Z − Z
L
C
Thay số: Pmax = 75W và R = 48 Ω

(3.2)
.

Bài tập 1.3: Tương tự bài 1.2. u cầu tìm cơng suất tiêu thụ cực đại của đoạn
mạch khi cuộn dây có điện trở r = 5 Ω. Khi đó R = ?
* Định hướng cho học sinh :
- Khi cuộn dây có r thì điện trở thuần của đoạn mạch tính như thế nào ?
- Biểu thức tính P ?
- Dùng tốn học khảo sát P theo R ?
Giải:
U2
U 2 (R + r)
U2
P = I2.(R+r) =
=
(Z L − Z C ) 2 =
( R + r ) 2 + (Z L − Z C ) 2
y
R+r+
R+r

Pmax khi ymin , theo bất đẳng thức Cauchy: ymin khi R = Z L − Z C - r

(3.3)
Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
5


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý
Thay số ta được : Pmax = 75W và R = 43 Ω.
Bài tập 1.4: Tương tự bài 1.2. u cầu tìm cơng suất tiêu thụ cực đại trên bến
trở khi cuộn dây có điện trở r = 5 Ω. Khi đó R = ?
* Định hướng cho học sinh :
- Biểu thức tính PR ?
- Dùng toán học khảo sát P theo R ?
Giải:
U2
U R
U2
2
2
2
PR = I .R =
=
=
(Z − Z C ) + r
( R + r ) 2 + (Z L − Z C ) 2
y + 2r
R+ L
+ 2r

R
2

P max khi R =

(Z L − Z C ) 2 + r 2

(3.4)

Khi đó PRmax = 67,5 và R ≈ 48,3 Ω.
*. Nhận xét:
- Dạng bài tập này đa số học sinh dựa vào các tài liệu tham khảo nhớ các cơng
thức (3.1) đến (3.4) rồi áp dụng vào tính ra đáp số, nhất là khi đang áp dụng hình
thức thi trắc nghiệm. Do vây các em không hiểu bản chất bài tốn, rất dễ nhầm lẫn
khi vào phịng thi.
- Trong q trình giảng dạy chúng ta khơng nên cho sẵn các công thức (3.1)
đến (3.4) mà nên từ bài tập này học sinh tìm ra và giáo viên nhấn mạnh thêm để cho
các em phân biệt công suất tiêu thụ của đoạn mạch, công suất tiêu thụ trên điện
trở thuần R khi đoạn mạch có cuộn dây thuần cảm và cuộn dây không thuần
cảm.
*. Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể củng cố cho bài “Cơng suất của
dịng điện xoay chiều. Hệ số cơng suất”, hoặc dùng trong tiết bài tập của chương V,
hoặc trong giờ tự chọn, hoặc trong các buổi học thêm,…
C
L, r
* Bài tập luyện :
R
Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ:
B
A

1
Cuộn dây có độ tự cảm L =
H,
−4

2π

10
F , điện trở thuần có R thay đổi. Đặt vào 2 đầu đoạn mạch
2π
hiệu điện thế có phương trình: u = 200 2 cos100 πt V, thay đổi R đến giá trị R x thì

tụ điện có C =

cơng suất tỏa nhiệt trên Rx là 123,6W. Tìm Rx ? Nhận xét ?
Bài tập 2.1 (ĐH Quốc gia Hà Nội 1998)
Cho đoạn mạch như hình vẽ:
Cuộn dây có độ tự cảm L,
L

V

C

R

M
B
A
N

Đề tài: “Khai thác một số bài tốn về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
6


Sáng kiến kinh nghiệm mơn Vật lý
điện trở thuần có giá trị R,
tụ điện có điện dung C.
Đặt vào 2 đầu A, B hiệu điện thế xoay chiều có f = 50Hz. Hiệu điện thế 2 đầu
đoạn mạch MN đo được là: UMN = 90V (RV ≈ ∞), khi đó uAM lệch pha 1500 và uAN
lệch pha 300 so với uMN, đồng thời UAM = UAM = UNB.
1. Cuộn dây có điện trở thuần khơng? Vì sao?
2. Tìm hiệu điện thế hiệu dụng tại 2 đầu A, B của đoạn mạch?
(Yêu cầu giải theo phương pháp đại số).
* Định hướng cho học sinh :
- Từ giả thiết về độ lệch pha giữa u AM và uMN, suy ra được điều gì?(cuộn dây có
thuần cảm khơng?)
- Tìm mối quan hệ giữa các giá trị hiệu điện thế hiệu dụng: UL, Ur , UC, UAB.
Giải:
1. Nếu cuộn dây khơng có r thì uAM ngược pha uMN, trái với giả thiết.
Vậy cuộn dây có r ≠ 0.
π
⇒ UL = 3 Ur
(1.1)
3
ϕ AN = - π ⇒ U - U =
(1.2)
3 Ur
C
L

3
U
Từ (1.1) và (1.2) ta được: UL = C = 45V, Ur = 15 3 V, UR = 30 3 V.
2
ϕ AM =

2. Từ giả thiết ta có:

Từ đó tính được UAB = 90V.
Bài tập 2.2:Tương tự bài 2.1 nhưng yêu cầu giải theo giản đồ véc tơ.
* Định hướng cho học sinh:
- Từ giả thiết vẽ giản đồ véc tơ ?
- Từ giản đồ véc tơ xác định xem cuộn dây có r hay khơng ?(nếu cuộn dây
khơng có r thì

→

U AM

và U

và UC ?

→

MN

như thế nào với nhau ? ) tìm mối quan hệ giữa UAB
H

Giải:
1. Từ giản đồ vec tơ ta thấy cuộn dây
phải có điện trở thuần r( vì uAM sớm pha hơn uR
π
một góc khác ).
2

2. Từ giản đồ vec tơ ta thấy:
∆ ODC = ∆ OKI (vì UAN = UR = UAM)
⇒ OC = OI,
Hay UAB = UC = 90V.

UL

O

UAM
Ur

UR

D
UAB

UAN

C
K

UC

Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
7


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý

I
*. Nhận xét:
- Khi giải bài này để có được ϕ AM =

π
π
và ϕ AN = - một số em đã biết vẽ giản
3
3

đồ vec tơ cho các đoạn mạch nhỏ rồi lại áp dụng công thức, không biết vận dụng
giản đồ véc tơ để giải ra kết quả.
- Thơng thường học sinh có thói quen giải bài tập theo phương pháp đại số. Bài
tập này vừa rèn luyện kỹ năng giải bài tập vừa rèn luyện tư duy khơng máy móc.
Đặc biệt học sinh nhận thấy ưu điểm của giản đồ vec tơ trong giải một số bài tập mà
trước đây mình ít quan tâm.
*. Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể dùng để củng cố tiết 1 của bài 28
hoặc ra về nhà sau khi học xong bài đó, hoặc dùng trong tiết bài tập của chương V,
hoặc trong giờ tự chọn,…
Bài tập 3.1: Cho đoạn mạch RLC nối tiếp, R, L hằng số, tụ điện có điện dung
C thay đổi được. Đặt vào 2 đầu đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều có tần số f,
giá trị hiệu dụng không đổi U. Tụ điện thay đổi điện dung đến giá C 1 thì UC max. Tìm

giá trị UC max ? Giải theo phương pháp đại số.
* Định hướng cho học sinh :
- Viết biểu thức tính UC theo ẩn C?
- Dùng toán học khảo sát UC theo C?
Giải:
- Lập biểu thức tính UC theo ẩn C:

UC =

U

U .Z C
R + (Z L − Z C )
2

2

=

R +Z
Z
=
− 2 L +1
2
ZC
ZC
2

2
L

U
y

Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
8


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý

2
1
R2 + ZL
UCmax khi ymin . Khảo sát y theo Z được ymin khi ZC =
,
ZL
C
U .Z RL
tìm được UC max=
R

Bài tập 3.2: Tương tự bài 3.1 nhưng giải theo giản đồ véc tơ
* Định hướng cho học sinh :
- Vẽ giản đồ véctơ.
- Góc hợp bởi 2 véc tơ nào ln khơng đổi? góc nào thay đổi.
- Dựa vào tốn học tìm UC theo U, sin α , sin β .
- Tìm điều kiện của góc β để UC max.
Giải:
- Vẽ giản đồ vec tơ:

Từ giản đồ vec tơ ta có:
U
U
U
= C ⇒ UC =
sin β
sin α sin β
sin α

Vậy UCmax khi sin β = 1 ⇒ UCmax =
U.U RL
U .Z RL
Hay UC max= U
=
.
R
R

ULR

α
U
sin α

UL

β
UR

UC

U

*. Nhận xét:
- Bài tốn cực trị thơng thường học sinh giải theo phương pháp đại số, như
vậy giáo viên đã trang bị thêm cho học sinh một cách nữa để khảo sát hiệu điện thế
đoạn mạch cực đại.
- Cần lưu ý học sinh khi dùng giản đồ vec tơ:
+ . Đối với loại bài toán này, ta vẽ giản đồ vec tơ rồi xác định xem góc α nào
khơng đổi, tính tan α .
+. Xét tam giác một cạnh biễu diễn giá trị cần tìm, trong đó có góc khơng đổi
đối diện cạnh khơng đổi, rồi áp dụng định luật hàm số sin sau đó biện luận.
- Sau bài này giáo viên yêu cầu học sinh :
+ Nhận xét độ lệch pha giữa u LR và u hai đầu đoạn mạch. (Đây là một nội
dung mà các đề thi hay khai thác ).
+ Tương tự với đoạn mạch R, L, C nối tiếp cho L thay đổi tìm ULmax và
rút ra nhận xét về độ lệch pha giữa uRC và u hai đầu đoạn mạch.

Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
9


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý
2
R2 + ZL
*.Hệ quả : Từ bài này suy ra Khi C thay đổi Uc max khi ZC =
ZL

*. GV đặt vấn đề sau khi giải quyết xong bài toán : Nếu cho R, L biến đổi thì

hệ quả trên có đúng khơng ?.
*. Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể dùng để ra về nhà sau khi học xong
bài 28, hoặc dùng trong tiết bài tập của chương V, hoặc trong giờ tự chọn,…
* Bài tập luyện :
Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ:
Cuộn dây có độ tự cảm L =

1
H,
2π

L

C

R

A

B

tụ điện là tụ xoay, điện trở thuần R = 100 Ω. Đặt vào 2 đầu đoạn mạch hiệu
điện thế có phương trình: u = 60 2 cos100 πt V. Hãy tìm C để UCR max ?
M
N
Bài tập 4 :
●
●
●
A

●
Cho mạch điện như hình vẽ:
B
A
Cuộn dây có độ tự cảm L,
L
C
●
đặt vào 2 đầu A, B hiệu điện thế xoay
chiều có giá trị hiệu dụng U khơng đổi
tần số f , hiệu điện thế giữa A, N và M, B
đo được lần lượt là: 160V và 56V, u MB lệch pha so với uAB góc α (với cos α =
-0,6), am pe kế chỉ 0,2 A(điện trở của ampe kế rất nhỏ). Tìm U? Viết biểu thức
cường độ dịng điện trong mạch, chọn pha ban đầu của uAB bằng 0.
* Giải:
UL
( Bài này có thể giải theo phương pháp đại số
hoặc giản đồ vec tơ )
Dùng giản đồ vec tơ:
α
- Nếu mạch khơng có điện trở thuần thì
uMB ngược pha so với uAB, trái với giả thiết.
U
Vây cuộn dây có điện trở R ≠ 0.
UR
- Từ giản đồ vec tơ ta có:
α
2
2
2

UL = U + UMB – 2U.UMB.cos α .
Thay số giải ta được: U = 120V.( chọn U > 0)
- Tính được: UC = 45V, UR = 33V
U MB
UC
U L −UC
= 3,48 ⇒ ϕ = 1,29 rad.
UR
Vậy i = 0,2 2 cos (100 π t - 1,29) A.

⇒ tan ϕ =

*. Nhận xét:
Đề tài: “Khai thác một số bài tốn về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
10


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý
- Khi giải bài này học sinh thường mắc sai lầm là không suy luận được đoạn
mạch có R vì bài ra khơng nhắc tới.( thiếu dữ kiện). Khi đó giáo viên cần nhấn
mạnh giả thiết cho uMB lệch pha so với uAB góc α (với cos α = -0,6 ), từ đó học sinh
thấy được bài ra còn ẩn dữ kiện và phải đi tìm dữ kiện thiếu để giải bài tốn.
- Đây là loại bài toán cho thiếu hoặc thừa dữ kiện, tính sáng tạo ở đây là học
sinh phải biết nhận ra sự thiếu hoặc thừa hoặc tính mâu thuẫn giữa các dữ kiện trong
đề ra. Với học sinh nào nhận ra sự khơng bình thường của bài tốn là em đó đã hiểu
lý thuyết.
- Như vậy với loại bài tập này không những rèn luyện kỹ năng giải bài tập mà
quan trọng hơn nó giúp học sinh nhớ tính chất của các loại đoạn mạch xoay chiều để
vận dụng vào làm các câu hỏi trắc nghiệm lý thuyết phần mạch điện xoay chiều.

*. Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể dùng để củng cố tiết 1 của bài 28
hoặc ra về nhà sau khi học xong bài đó, hoặc dùng trong tiết Bài tập của chương V,
hoặc trong giờ tự chọn,…
V1

Bài tập luyện:
L

Cho đoạn mạch như hình vẽ:
A
Cuộn dây có độ tự cảm L =
điện dung C =
πt +

V2

C

R
N

B

1
H, điện trở thuần có giá trị R = 20 Ω,tụ điện có
2π

10 −3
F. Đặt vào 2 đầu A, B hiệu điện thế xoay chiều: u = 120cos(100
2π

π
) thì vôn kế thứ 1 chỉ 60V, vôn kế thứ 2 chỉ 80V.( coi điện trở các vôn kế rất
6

lớn)
Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch và biểu thức hiệu điện thế giữa 2
điểm A, N?
* Nhận xét:
- Bài này đa số Học sinh mắc sai lầm: các em thấy cho U 1 và Z1 (hoặc U2 và
Z2) nên tính I theo một trong 2 đoạn mạch nhỏ mà khơng nhìn thấy sự khơng “bình
thường ” của bài tốn.
- GV gợi ý cho Học sinh tìm thấy sự vơ lý của giả thiết ( U 1 không thể nhỏ hơn
hoặc bằng U2).
- Yêu cầu Học sinh sửa lại đề cho phù hợp (sẽ có rất nhiều bài tốn mới được
đưa ra ).
Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
11


Sáng kiến kinh nghiệm mơn Vật lý
* Tính sáng tạo ở đây là học sinh phải nhận ra sự không “bình thường” của
bài tốn và đề xuất các cách điều chỉnh dữ kiện để được bài tốn thơng thường.
*. Gợi ý sử dụng: Bài này chúng ta có thể dùng để củng cố bài 28 hoặc ra về
nhà, hoặc dùng trong tiết Bài tập của chương V, hoặc trong giờ tự chọn,…

*. Sách giáo khoa Vật lý 12 – Nâng cao trong tiết “Bài tập về dòng điện xoay
chiều” đã đưa ra 1 bài toán hộp đen và giải theo phương pháp đại số. Đây là loại
bài tập đòi hỏi kiến thức tổng hợp, đa dạng trong cách giải, do vậy để khắc sâu hơn

về kiến thức của mạch có R, L, C nối tiếp thì chúng ta nên đưa vào dạng bài toán
này sao cho phù hợp với các đối tượng học sinh để có kết quả tốt. Dạng bài tốn
này có thể bao hàm được tất cả các dạng bài tốn của mạch có R, L, C nối tiếp. Sau
đây là một số ví dụ:
Bài tập 5.1
Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ:

A

C
A

X

B

X là một hộp đen chứa hoặc cuộn dây có điện trở, hoặc điện trở thuần hoặc tụ
điện. Biết uAB = 100 2 cos100 π t (V); am pe kế chỉ
(W), C =

2 (A), công suất tiêu thụ 100

10 −3
(F), i trễ pha hơn uAB. Xác định các phần tử của X và giá trị của
3π

chúng.
* Định hướng học sinh:
- Mach có điện trở thuần hay khơng?
- Giả thiết cho mạch có tụ điện và i muộn pha hơn u, suy ra mạch phải có linh

kiện gì? Vì sao?
Giải:
- Do mạch điện tiêu thụ điện năng nên mạch điện có r.

Đề tài: “Khai thác một số bài tốn về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
12


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý
- Do i trễ pha hơn uAB, mà mạch điện đã có tụ điện nên mạch phải có L.
Vậy hộp đen là một một cuộn dây có r ≠ 0.
P
100
= 50 ( Ω )
Ta có: P = I2r → r = I 2 =
2
2

( )

Mặc

ZL − ZC =

2

khác:

r

U2
AB

2

I

2

−r =

+

(ZL

100 2

( 2)

2

Giải ra: ZL = 80 (W) ⇒ L =

-

2

Z c)

=

U 2 AB
I2

⇒

− 50 2
ZL
80
4
=
=
(H).
ω 100π 5π

* Giáo viên phát triển thêm bài toán yêu cầu học sinh tự giải để kiểm tra:
Bài tập 5.2. Giải nhanh bài toán trên, nếu i cùng pha uAB.
Bài tập 5.3. Giải nhanh bài toán trên, nếu i muộn pha hơn uAB.
Bài tập 6.1:
Cho mạch điện như hình vẽ.
Tụ điện có C =

A

C

R

M

X

B

10 −3
(F), điện trở thuần R = 90Ω, X là một đoạn mạch gồm 2
9π

trong 3 phần tử điện trở thuần R 0, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L 0, tụ điện có
điện dung C0 mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu A, B một hiệu điện thế xoay chiều, có
giá trị hiệu dụng U AB khơng đổi, thì: uAM = 180
60

2 sin (100 π t -

π
) (V) và uMB =
2

2 sin (100 π t) (V)
Xác định các phần tử của X và giá trị của chúng. Giải theo phương pháp đại số
* Định hướng học sinh:
Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
13


Sáng kiến kinh nghiệm mơn Vật lý
- Tìm độ lệch pha giữa uAM và uMB?
- Từ đó suy ra hộp đen chứa gì?

Giải
Tìm độ lệch pha ϕ ' giữa hiệu điện thê của 2 đoạn mạch AM và MB:

π
π
| = . Vậy ra hộp đen gồm R0 và L0.
2
2
π
=− .
4

ϕ ' = | ϕU AM − ϕU MB | = | ϕ AM − ϕ MB | = | −

ZC
= 1 ⇒ ϕ AM
R
ZL
π
= ⇒ tgϕ MB = 0 = 1 ⇒ Z L0 = R0
4
R0

Mặt khác: tan ϕ AM = −
Từ đây suy ra ϕ MB

U 0 MB U 0 MB
60 2 .90 2
=
.Z AM =

= 30 2 Ω.
I0
U 0 AM
180 2
ZL
0,3
= R02 + Z 02 = R0 . 2 ⇒ R0 = 30Ω = Z L0 ⇒ L0 = 0 =
H.
ω
π

Ta lại có Z MB =
Z MB

Bài tập 6.2: Tương tự bài 6.1 nhưng giải theo giản đồ véc tơ.
- Từ giả thiết R = ZC = 90 Ω, ta có:
U AM
I= Z
=
AM

ULo

UMB

π
4

2 A.

- Từ giản đồ véc tơ ta thấy:

−

+. X phải chứa điện trở thuần R0 và

π
4

URo

UR

cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L
+. ULo = URo =

U AM
2

UC

= 30 2 Ω.

Suy ra: R0 = ZLo = 30 Ω ⇒ L0 =

UAM

0,3
H.
π

Bài tập luyện:
Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ hiệu điện thế giữa hai đầu AB là
Đề tài: “Khai thác một số bài tốn về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
14


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý
u = 100 2 cos (100πt) V
10 −4
F
Tụ điện có: C =
π

C

A

B

Hộp kín X chỉ chứa 1 phần tử (điện trở thuần R hoặc cuộn dây thuần cảm).
Dòng điện trong mạch sớm pha hơn π/3 so với hiệu điện thế giữa A - B.
a. Hỏi hợp X chứa điện trở hay cuộn cảm. Tính giá trị của nó.
b. Viết biểu thức của dịng điện tức thời trong mạch.
c. Mắc thêm vào mạch điện AB một điện trở thuần thì thấy cơng suất tiêu thụ
trên mạch đạt cực đại. Hỏi phải mắc điện trở đó như thế nào. Tính điện trở đó
Bài 2:
Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ: uAB = 100 2 cos100π t (V )
1. Khi K đóng: I = 2(A), uAB lệch pha so với i là

π
.
6 A

Xác định L, r
2. a. Khi K mở: I = 1(A), uAM lệch pha so với uMB là

L ,r

M

X

K

B

π
. Xác định công suất toả
2

nhiệt trên hộp kín X
b. Biết X gồm hai trong ba phần tử (R, L (thuần), C) mắc nối tiếp. Xác định
X và trị số của chúng.
C. Kiểm nghiệm:
Đề tài đã được thực hiện ở các lớp:
12C3, 12C4 ,12C5, 12C12 năm học 2009- 2010.
12B4, 12B6, 12B8, 12B10,12B11 năm học 2010- 2011
Kết quả :

100% học sinh tích cực hoạt động trong các tiết học.
85% học sinh khá và giỏi vận dụng đúng kiến thức khi khai thác các bài tập
khác.
90% học sinh trung bình và trung bình khá nắm vững các kiến thức trọng tâm
phần dòng điện xoay chiều, vận dụng giải được các bài tập cơ bản phần này.
Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
15


Sáng kiến kinh nghiệm môn Vật lý
Đặc biệt khi giải bài tập trắc nghiệm các em làm nhanh hơn và ít sai sót vì
nhầm lẫn hoặc hiểu sai đề.
III. KẾT LUẬN
Bài tập vật lý là một phần không thể thiếu trong q trình giảng dạy bộ
mơn vật lý ở trường phổ thơng. Nó là phương tiện để nghiên cứu tài liệu mới, để ôn
tập, để rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức và bồi dưỡng phương pháp
nghiên cứu khoa học. Bài tập vật lý là phương tiện để giúp học sinh rèn luyện tính
sáng tạo, thích khám phá tìm tịi cái mới, tinh thần chịu khó và đặc biệt giúp các em
có được thế giới quan khoa học và chủ nghĩa duy vật biện chứng.
Để bài tập vật lý thực hiện đúng mục đích của nó thì việc đưa giáo viên tìm
tịi, khai thác các bài tập trong sách giáo khoa, sách tham khảo sao cho phù hợp với
đối tượng học sinh để tạo được hứng thú cao độ, kích thích lịng ham hiểu biết, trí tị
mị, phát huy tính tích cực, độc lập cuả học sinh nhằm nâng cao hiệu quả dạy học.
Trong đề tài này tơi chỉ mới chọn lọc, tìm tịi khai thác một số bài tập phần
mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp và đã áp dụng vào quá trình giảng dạy
trong 2 năm học: 2009 – 2010 và 2010 – 2011. Tôi đã áp dụng cho các đối tượng
học sinh khác nhau và thấy rằng các em rất hứng thú trong việc giáo viên đưa ra các
bài tập trên. Qua đó các tiết bài tập có hiệu quả cao hơn, các em có kiến thức chắc
chắn hơn và vận dụng để giải các bài tập cơ bản và các bài khó hơn.

KIẾN NGHỊ:
Các tiết lí thuyết vật lý thường có phương pháp chung và có hướng dẫn của
sách giáo viên. Riêng các tiết bài tập thì khơng có hướng dẫn cụ thể, do đó mỗi
giáo giáo trình bày theo một cách. Do vậy trong các buổi sinh hoạt tổ nhóm hằng
tuần, hoặc chuyên đề cần thảo luận nghiêm túc về phương pháp dạy và khai thác các
bài tập của các tiết bài tập cụ thể để tìm ra phương pháp hiệu quả . Đồng thời qua đó
tạo ra cho giáo viên động thái ln tìm tịi, tự học và học tập lẫn nhau, đặc biệt là
các giáo viên trẻ .
Tuy nhiên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót cần sự trao đổi, bổ sung.
Mong hội đồng khoa học, các thầy cơ giáo góp ý, xây dựng để có thể hồn
thiện và có hiệu quả sử dụng cao hơn .
Tôi xin chân thành cảm ơn
Thanh Hóa, ngày 15 tháng 05 năm 2012
Ngời viết đề tài:
ti: Khai thỏc mt số bài tốn về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
16


Sỏng kin kinh nghim mụn Vt lý

Lê Thị Khánh Ngọc
Bố cơc cđa s¸ng kiÕn

I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
II. MỤC CH NGHIấN CU
Nội dung
A. Cơ sở lý thuyết
B. Các biện ph¸p tỉ chøc thùc hiƯn
C. Kiểm nghiệm:

III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Đề tài: “Khai thác một số bài toán về mạch điện xoay chiều có R,L,C mắc nối
tiếp vào dạy học”
17