Sáng kiến kinh nghiệm Các phương pháp giải bài toán cực trị trong mạch điện xoay chiều

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT HOẰNG HOÁ 4

















SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM


CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN CỰC TRỊ

TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU


[

Người thực hiện : Nguyễn Văn Trào
Chức vụ : Giáo viên
Đơn vị công tác : Trường THPT Hoằng Hoá 4
SKKN thuộc lĩnh vực: Môn Vật Lý

THANH HÓA NĂM 2013


1
I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong các đề thi tốt nghiệp, thi đại học, thi học sinh giỏi thường có
các câu hỏi tìm giá trị cực trị của các đại lượng trong mạch điện xoay chiều
như: công suất, cường độ dòng điện, hiệu điện thế khi có sự biến thiên
của các phần tử trong mạch như: R, L, C hoặc tần số góc

. Gặp những bài
toán này học sinh thường lúng túng trong việc tìm cho mình một phương
pháp giải tốt nhất và hiệu quả nhất. Do đó mất thời gian và làm ảnh hưởng
đến thời gian làm các bài toán khác và kết quả không cao.
Qua thực tế giảng dạy ở trường THPT tôi thấy có một số phương
pháp cơ bản để giải các bài toán dạng này. Trong đề tài này tôi muốn giới
thiệu một số dạng bài toán cực trị trong mạch điện xoay chiều và phương
pháp giải để giúp các em học sinh có nhiều phương pháp để giải và lựa
chọn cho mình một phương pháp tối ưu nhất, nhanh, chính xác và đạt hiệu
quả cao nhất.

2
II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Qua tìm hiểu các đề thi, nghiên cứu các tài liệu tham khảo về mạch
điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, tôi thấy có một số dạng bài toán cực trị
thường gặp và có các phương pháp giải như sau:

DẠNG 1: BÀI TOÁN BIỆN LUẬN THEO R.
Tìm các giá trị cực đại của cường độ dòng điện, công suất và hiệu điện
thế trong mạch điện xoay chiều: R, L, C mắc nối tiếp khi R thay đổi,
trong đó U, L, C,


không đổi ( mạch điện như hình vẽ).

A R L C B


1.1. Tìm R để I
max
=?
Lập biểu thức tính cường độ dòng điện: Theo định luật ôm

I =
22
)(
cL
ZZR
U
Z
U



do U = Const nên I
max
khi Z
min
khi đó R ->0 => I
max
=
CL
ZZ
U


1.2. Tìm R để P
max
=?
Lập biểu thức công suất của mạch: P = I
2
R =
)1(

)(

22
2
2
2
cL
ZZR
RU
Z
RU



- Phương pháp đạo hàm:

Đạo hàm P theo R ta được:
P' = U
2

 
 
 
 
2
22
222
2
22
2222

)(
)(
)(
2)(
CL
CL
CL
CL
ZZR
RZZU
ZZR
RUZZR






P' = 0 => R = /Z
L
- Z
C
/ khảo
sát biến thiên của P theo R.

R 0
/Z
L
- Z
C

/

+


P' + 0 -
P

0
Pmax
0

Ta thấy khi R =
/Z
L
- Z
C
/ thì P = Pmax => Pmax =
R
U
ZZ
U
CL
22
22




3

- Phương pháp dùng bất đẳng thức Côsi:
Từ (1) => P =
2
2
( )
L C
U
Z Z
R
R


=> Rmax khi R +
R
ZZ
CL
2
)(

min
Do Rvà
R
ZZ
CL
2
)(

là những số dương nên theo bất đẳng thức côsi ta có:
R +
R

ZZ
CL
2
)(


2/Z
L
- Z
C
/. Dấu "=" xảy ra khi: R = /Z
L
- Z
C
/
Vậy với R = /Z
L
- Z
C
/ thì: Pmax =
R
U
ZZ
U
CL
22
22


.

Nhận xét
: Trong 2 phương pháp trên ta có thể thấy dùng phương pháp bất
đẳng thức côsi dễ hiểu hơn, nhanh hơn và không bị nhầm lẫn so với phương
pháp đạo hàm.

1.3. Tìm R để U
R
; U
L
; U
C
đạt giá trị cực đại?
a.Tìm R để U
Rmax
= ?
Lập biểu thức tính U
R
ta có: U
R
= I.R =
2
222
)(
1
)(
.
R
ZZ
U
ZZR

RU
CLCL





=> U
Rmax
khi mẫu số nhỏ nhất, khi đó R
->  và U
Rmax
= U.
b.Tìm R để U
Lmax
= ?
Lập biểu thức tính U
L
ta có: U
L
= I.Z
L
=
2 2
.
( )
L
L C
U Z
R Z Z 

=> U
Lmax
khi mẫu số nhỏ nhất, khi đó R
= 0 và
U
Lmax
=
.
| |
L
L C
U Z
Z Z


c.
Tìm R để U
Cmax
= ?
Lập biểu thức tính U
C
ta có: U
C
= I.Z
C
=
2 2
.
( )

C
L C
U Z
R Z Z 

=> U
Cmax
khi mẫu số nhỏ nhất, khi đó R
= 0 và
U
Cmax
=
.
| |
C
L C
U Z
Z Z


Nhận xét
:

Do
U
Rmax
= U nên không xãy ra trường hợp U
R
> U, còn
U

Lmax
và

U
Cmax
có thể lớn hơn U khi giải các bài toán trắc nghiệm chúng ta cần chú ý.
1.4. Tìm R để U
RL
, U
RC
, U
LC
đạt cực đại:

4
a. Tìm R để U
RL
đạt cực đại:
Ta có: U
RL
= I.Z
RL
=
2 2
2
R
.
( )
L
RL

L C
U Z
U
Z
Z
R Z Z


 
=> U
RL
=
22
2
R
2
1
L
CLC
Z
ZZZ
U




Để U
RLmax
thì mẫu số nhỏ nhất. Ta thấy để mẫu số nhỏ nhất khi R ->  khi đó
U

RLmax
= U.
b. Tìm R để U
RC
đạt cực đại:
Ta có U
RC
= I.Z
RC
=
2 2
2 2
R
.
( )
C
RC
L C
U Z
U
Z
Z
R Z Z


 
=
22
2
R

2
1
C
CLL
Z
ZZZ
U




=> U
RCmax
= U khi R -> 
c. Tìm R để U
LC
đạt cực đại:
Ta có U
LC
=

I.Z
LC
=
22
2
L
)(
)(Z
CL

C
ZZR
ZU


; U
Lcmax
khi R -> 0 => U
LCmax
= U.

Ví dụ1: Cho mạch điện như hình vẽ:

A R L C B


Hiệu điện thế ở hai đầu mạch điện u
AB
= 100
2
cos 100

t (V). Cho cuộn
dây thuần cảm có độ tự cảm L =

2
(H); tụ điện có điện dung C =

4
10

(F), R
thay đổi được.Tìm R để công suất tiêu thụ trên mạch cực đại, tính Pmax=?
*Phương pháp đạo hàm:
Ta có công suất P = I
2
R =
22
2
)(
CL
ZZR
RU

;
U = 100(v); Z
L
= 200(); Z
C
= 100()
=> P =
222
22222
)(
22
2
)100(
2.100)100(100
'
100
.100




 R
RR
P
R
R
R

=> P' = 0 => 100
2
(100
2
- R
2
) = 0 => R = 100().
Ta thấy khi R = 100() thì P' = 0 và đổi dấu từ dương sang âm.

5
Do đó Pmax khi R = 100() và P
max
=
2
100
100100
100.100
22
2



= 50(W)
* Phương pháp dùng bất đẳng thức Côsi:
Ta có: P =
R
R
2
2
100
100

. Theo Côsi ta có: R +
100.2
100
2

R

Dấu "=" khi R
2
= 100
2
=> R = 100() (loại nghiệm R = -100 <0 )
=> P
max
= 100
2
/1.200 = 50 (W).

Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ:

A R R
0,
L C B

U
AB
= 100
2
cos 100

t (v) cuộn dây có độ tự cảm L =

4.1
(H) và điện trở
trong R
0
= 30 (), tụ điện có điện dung C =

4
10
(F)
a. Tìm R để công suất của mạch đạt cực đại. Tìm giá trị cực đại đó ?
b. Tìm R để công suất trên R cực đại. Tìm giá trị cực đại đó ?

Bài giải:
*Phương pháp dùng BĐT Côsi:
a. Công suất tiêu thụ của mạch: P = I
2
(R+R

0
) =
 
2
2
0
0
2
)(
)(
CL
ZZRR
RRU



=> P =
A
U
RR
ZZ
RR
U
CL
2
0
2
0
2
)(

)(




Do U = Const nên P
max
khi Amin theo bất
đẳng thức côsi ta có: A = (R + R
0
) +
0
2
)(
RR
ZZ
CL


 2 / Z
L
- Z
C
/
=> Amin = 2 / Z
L
- Z
C
/ = 2 (140 - 100) = 80().
Dấu "=" khi R + R

0
= / Z
L
- Z
C
/ = (140 - 100) = 40() => R = 40 - R
0
=
10() khi đó P
max
=
min
2
A
U
=
2
100
125( )
80
W



6
Chú ý: Khi cuộn dây có thêm điện trở thuần R
0
thì ta có thể đặt R
tđ
= R + R

0

rồi áp dụng BĐT Cô si . Khi đó công suất tiêu thụ của mạch đạt cực đại khi
R
tđ
= R + R
0
= / Z
L
- Z
C
/ => R= / Z
L
- Z
C
/- R
0
. Nếu R
0
> / Z
L
- Z
C
/
thì do R không âm nên ta có kết quả là khi R= 0 thì công suất tiêu thụ trên
mạch đạt cực đại :
Pmax =
2
0
2 2

0
.
( )
L C
U R
R Z Z 
.

b. Công suất tiêu thụ trên R: P
R
= I
2
R =
2
2
Z
RU

=> P
R
=
2 2
2 2 2 2 2
0 0 0
( ) ( ) ( ) 2
L C L C
U R U R
R R Z Z R R Z Z RR

      

P
R
=
0
2
0
22
0
2
2
2
)(
RA
U
R
R
ZZR
R
U
CL













Do U, R
0
không đổi nên P
Rmax
khi Amin
Theo bất đẳng thức côsi ta có: A = R +
 
22
0
22
0
)(2
)(
CL
CL
ZZR
R
ZZR



Dấu "=" khi R =
22
0
)(
CL
ZZR 

=
22
4030 
= 50 => Amin = 2R =
100
=> P
Rmax
=
2 2 2 2
0 0
100 100
62,5(W)
min 2 2( ) 2(50 30) 160
U U
A R R R
   
  


DẠNG 2:

BÀI TOÁN BIỆN LUẬN THEO L
.
Tìm các giá trị cực đại của cường độ dòng điện và hiệu điện thế, công
suất trong m
ạch xoay chiều: R, L, C mắc nối tiếp khi L thay đổi, các đại
lượng U, R, C,


không đổi. (mạch điện như hình vẽ)

A R L C B


2.1. Tìm L để
Imax
, P
max
= ?
a.
Theo định luật ôm ta có: I =
22
)(
cL
ZZR
U
Z
U


.
Do U không đổi nên Imax khi mẫu số min.
Ta thấy mẫu số cực tiểu khi Z
L
- Z
C
= 0 => Z
L
= Z

C
=> L =
C
2
1



7
=> I
max
=
R
U
mạch xảy ra cộng hưởng điện.

b.
Ta có: P = I
2
R. Do R không đổi nên Pmax khi Imax theo trên L =
C
2
1


=> Pmax =
2
max
I
R=

R
U
R
R
U
2
2
2
. 


2.2. Tìm L để U
Lmax
;U
Rmax;
U
cmax
=?
a. Tìm L để U
Rmax
= ?
Lập biểu thức tính U
R
ta có: U
R
= I.R =
2 2
.
( )
L C

U R
R Z Z 
ta thấy U
Rmax
khi
Z
L
= Z
C
=> L =
C
2
1

=> U
Rmax
= U.
b. Tìm L để U
Lmax
=?
*
Phương pháp dùng đạo hàm
:

Ta có: U
L
= I.Z
L
=
.

L
U
Z
Z

=
22
)(
.
CL
L
ZZR
ZU

= U. f (Z
L)
(1)
Với f (Z
L
) =
22
)(
CL
L
ZZR
Z

đạo hàm theo Z
L
rút gọn ta được:

f' (Z
L
) =
 
2
/3
22
22
)(
CL
CLC
ZZR
ZZZR



ta có f' (Z
L
) = 0 => Z
L
=
C
C
Z
ZR
22

và đổi dấu từ dương sang âm.
=> fmax =
R

ZR
Z
Z
ZR
R
Z
ZR
C
C
C
C
C
C
22
2
22
2
22















; U
Lmax
= U.f
max
=
2 2
.
C
U R Z
R



* Phương pháp hình học: Giản đồ véc tơ như hình vẽ:

Theo định lý hàm số sin ta có:




sin
sin.U
U
Sin
U
Sin
U
L

L


U
C
0
U
U
L
U
R
U
RC

I








8
Ta thấy Sin  =
22
RC
R
U
C

ZR
R
U


do R, C không đổi nên sin

không đổi.
Mặt khác do U không đổi nên U
L
cực đại khi sin = 1 = >  = /2.=>
RC
U

và
U

vuông pha với nhau.
=> U
Lmax
=
R
ZRU
C
22
. 
Mặt khác ta có:
RC
L
U

U
Sin Sin
 

. Trong đó Sin =
RC
C
U
U

=>


Sin
U
L
2
C
U
RC
U
mà Sin  = 1 => U
L
=
2
C
U
RC
U
=> Z

L
=
2
C
Z
RC
Z
=> Z
L
=
C
C
Z
ZR
22


* Phương pháp dùng tam thức bậc 2:
Từ (1) ta có: U
L
=
22
)(
.
CL
L
ZZR
ZU

=

2
2
2
L
2
)(
Z
R
L
CL
Z
ZZ
U



U
L
=
)(
1
2
Z
R
2
L
22
L
L
CC

Zf
U
Z
ZZ
U



Với f(Z
L
) =
1
2
2
22


L
C
L
C
Z
Z
Z
ZR

Đặt X =
L
Z
1

= f(Z
L
) = f(x) = (R
2
+ Z
2
C
) X
2
- 2Z
C
X + 1. Ta thấy: f(x) là tam thức
bậc 2 có a = (R
2
+ Z
2
C
) > 0 => f(x) min khi X = -

a
b
2
LC
C
ZZR
Z
1
22



=> Z
L
=
C
C
Z
ZR
22

=> f(
Z
L
)
min =
22
2
C
ZR
R

=> U
Lmax
=
R
ZRU
C
22


c. Tìm L để U
Cmax
= ?
Lập biểu thức tính U
C
ta có: U
C
= I.Z
C
=
2 2
.
( )
C
L C
U Z
R Z Z 
ta thấy U
Cmax
khi
Z
L
= Z
C
=> L =
C
2
1


=>
ax
.
C
Cm
U Z
U
R



2.3. Tìm L để U
RLmax;
U
Rcmax;
U
Lcmax
=?.

a. Tìm L để U
RLmax
=? . Theo định luật ôm ta có: U
RL
= I. Z
RL
=
Z
U
Z

RL


9
=> U
RL
=
22
22
)(
CL
L
ZZR
ZRU


=
)(1
ZR
2
1
2
L
2
2
L
CLC
Zf
U
ZZZ

U






Trong đó: f(Z
L
) =
2
L
2
2
ZR
2


CLC
ZZZ
(1) đạo hàm theo Z
L
.

Ta có: f'(Z
L
) =
22
L
2

22
L
2
)ZR(
)2(2)Z(2


CLCLC
ZZZZRZ


f' (Z
L
) = 0 =>

Z
2
L
- Z
L
Z
C
- R
2
= 0 ta có

= Z
2
C
+ 4R

2
> 0
=> Z
L1
=
2
4
22
RZZ
CC

(loại nghiệm âm) f' (Z
L
) triệt tiêu và đổi dấu từ âm
sang dương nên f (Z
L1
) min khi Z
L1
=
2
4
22
RZZ
CC


khi đó U
RLmax
=
min)(1

1L
Zf
U

với f (Z
L1
) theo (1) hoặc có thể thay Z
L1
vừa
tìm được ta có U
RLmax
=
2 2
1
2 2
1
( )
L
L C
U R Z
R Z Z



b. Tìm L để U
RCmax
= ?
Ta có : U
RC
=

2 2
2 2
.
( )
C
L C
U R Z
R Z Z

 
=> U
RCmax
khi Z
L
= Z
C
=> L =
C
2
1


=> U
RCmax
=
2 2
.
C
U R Z
R




c. Tìm L để U
LCmax
= ?
Ta có: U
LC
=
2
222
2
)(
1
)(
)(
CL
CL
CL
ZZ
R
U
ZZR
ZZU






U
LCmax
khi Z
L
->  => L - => U
LCmax
= U.
Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ: Trong đó U
AB
= 200
2
sin 100

t (V)
A R C L B


V

10
Cuộn dây thuần cảm có L thay đổi; R
V
= ; R = 50 (); C =

4
10
(F)
a. Khi L = L
1
thì P = P

max
. Tìm L
1
và P
max
?
b. Khi L = L
2
thì Uv
max
. Tìm L
2
v Uv
max
?

Bài giải:
a. Ta có: P = I
2
R =
 
2
2
2
CL
ZZR
RU

Do U, R = Const
=> P

max
khi Z
L1
= Z
C
= 100() => Z
L1
= 100() => L
1
=

1
(H)
=> P
max
=
50
100.2
50
)2100(
222

R
U
= 400(w)
b. Ta có U
V
= U
L
= I.Z

L
=
22
)(
.
CL
L
ZZR
ZU


U
L
=
)(
1
.2
22
L
L
C
C
Zf
U
Z
Z
ZR
U



f(Z
L
) = f(x) = (R
2
+ R
2
C
) x
2
- 2Z
C
.x + 1 .
Ta có : a = R
2

+ Z
2
C
> 0 => f(x) min khi x =
a
b
2


=>
)(
25,1
)(125
100

100501
2
22
22
2
22
2
HL
Z
ZR
Z
ZR
Z
Z
C
C
L
C
C
L









=> U

Vmax
=
2 2
100. 2.125 100. 2.125
100 10 ( )
25. 5
50 (125 100)
V
 
 

Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó U
AB
= 200
2
sin 100

t (v)

A M N B

L R C

Cuộng dây thuần cảm có L thay đổi ; R = 24 (); C =
)(
2
10
3
F




a. Tìm L = L
1
để U
ANmax
?
b. Tìm L = L
2
để U
MBmax
?



11
Bài giải:
a. Ta có U
AN
= U
RL
=
22
22
)(
.
.
CL
L
RL

ZZR
ZRU
Z
ZU




U
AN
=
)(1
2
1
22
2
L
L
CLL
Zf
U
ZR
ZZZ
U





=> U

ANmax
khi f
min
. Theo mục (d)
=> f(Z
L
) min khi Z
L1
=
)(36
2
24.42020
2
4
22
22



 RZZ
CC

loại nghiệm âm.=> f
min
=
1872
1040
2
2
1

2
2




L
CLC
ZR
ZZZ

=> U
ANmax
=
120 1872
120 120 2,25 180( )
832
1 ( ) min 1040
1
1872
L
U
V
f Z
   



Hoặc U
ANmax

= U
RLmax
=
2 2
2 2
1
2 2 2 2
1
.
120. 24 36
180( )
( ) 24 (36 20)
L
L C
U R Z
V
R Z Z


 
   

b. Ta có: U
MB
= I.Z
MB
= I
Z
ZRU
ZR

C
C
22
22
. 

=
22
22
)(
.
CL
C
ZZR
ZRU



U
MBmax
khi Z
min
=> Z
L2
= Z
C
= 20() => L
2
=
)(

2,0
H


=> U
MBmax
=
2
2
2
2
24
20
11201 
R
Z
U
C
= 156,2(V)
DẠNG 3: BÀI TOÁN BIỆN LUẬN THEO C.
Tìm các giá trị cực đại của cường độ dòng điện, công suất và hiệu điện
thế trong mạch R, L, C mắc nối tiếp khi C thay đổi còn U, R, L,

không
đổi ( mạch điện như hình vẽ)

A R L C B

3.1. Tìm C để I
max

; P
max
=?
a. Tìm C để I
max
=?
Ta có: I =
22
)(
cL
ZZR
U
Z
U


=> I
max
=
R
U


12
Khi Z
L
= Z
C
= > C =
L

2
0
1


=>

trong mạch xảy ra cộng hưởng điện.
b
. Tìm C để P
max
=?

Ta có công suất tiêu thụ P = I
2
.R => P
max
= I
2
max
.R. =
R
U
2
khi C =
L
2
0
1


3.2. Tìm C để U
Rmax
;U
Lmax
; U
Cmax
=?
a. Tìm C để U
Rmax
= ?
Lập biểu thức tính U
R
ta có: U
R
= I.R =
2 2
.
( )
L C
U R
R Z Z 
ta thấy U
Rmax
khi
Z
L
= Z
C
=> C =

2
1
L

=> U
Rmax
= U.
b. Tìm C để U
Lmax
= ?
Lập biểu thức tính U
L
ta có: U
L
= I.Z
L
=
2 2
.
( )
L
L C
U Z
R Z Z 
ta thấy U
Lmax
khi
Z
L
= Z

C
=> C =
2
1
L

=>
ax
.
L
Lm
U Z
U
R


c. Tìm C để U
Cmax
=?
*Phương pháp dùng đạo hàm.
Ta có U
C
= I.Z
C
=
22
)(
cL
C
ZZR

UZ

= U. f (c); Đặt f(Zc) =
22
)(
cL
C
ZZR
Z


f'(Zc) =
   
22
/3
22
22
/3
22
22
)()(
2
CL
CLL
CL
LCCLL
ZZR
ZZZR
ZZR
ZZZZZR







f’ (Zc) = 0 => Z
C1
=
R
ZR
L
22

=> f’(Zc) triệt tiêu tại Z
C
và đổi dấu từ dương sang
âm nên đạt cực đại tại Z c => f(Z
Cmax
) =
R
ZR
L
22

=> U
Cmax
= U. f(Z
Cmax
)

U
Cmax
= U .
R
ZR
L
22

khi Zc =
L
L
Z
ZR
22


* Phương pháp hình học:
Vẽ giản đồ véc tơ:
Theo định lý hàm số sin ta có:



sin
sin.U
U
Sin
U
Sin
U

C
C


0
U
RL

U
L
U
R
U

I



U
C




13
Mà Sin  =
22
RL
R
U

L
ZR
R
U


= Const
=> U
Cmax
khi Sin  = 1 => B = /2 => U
Cmax
=
R
ZRU
L
22
. 

Mặt khác ta có:


Sin
U
C

Sin
RL
U
; sin =
RL

L
U
U
=> U
C
=
2
.
RL
L
U Sin
U


mà Sin  = 1 => U
C
=
2
L
U
RL
U
=> Z
C
=
L
L
Z
ZR
22


=> C =
222
LR
L



* Phương pháp dùng tam thức bậc 2:
Ta có : U
C
= I.Z
C
=
22
)(
.
CL
C
ZZR
ZU

=
1
Z2
Z
ZR
2
L
2

C
2
L
2


C
Z
U

U
C
=
)(
C
Zf
U
=> Ucmax khi f (Zc) min => f (Zc) =
1
2
Z
R
2
C
22


C
LL
Z

ZZ

Đặt X =
C
Z
1
=> f(x) = (R
2
+ Z
2
L
) X
2
- 2Z
L
X + 1 Ta có: a = R
2
+ Z
2
L
> 0
=> f(x) min khi X = -
a
b
2
=>
22
1
RZ
Z

Z
L
L
C


=>
Z
C
=
L
22
Z
R
L
Z
=> C =
222
LR
L



=>fmin =
22
2
R
R
L
Z

=> U
Cmax
=
minf
U

=> U
Cmax
=
R
ZRU
L
22


3.3. Tìm C để U
RCmax
; U
RLmax
; U
LCmax
=?
a. Tìm C để U
RLmax
= ?
Ta có : U
RL
= I.Z
RL
=

2 2
2 2
.
( )
L
L C
U R Z
R Z Z

 
=> U
RLmax
khi Z
L
= Z
C
=> C =
2
1
L


=> U
RLmax
=
2 2
.
L
U R Z
R



b. Tìm C để U
RCmax
=?

14
T acó: U
RC
= I. Z
RC
=
22
22
)(
CL
C
ZZR
ZRU


=
)(1
ZR
2
1
C
2
2
C

CLL
Zf
U
ZZZ
U






Đặt f(Z
C
) =
2
C
2
2
ZR
2


CLL
ZZZ
(1) để U
RCmax
thì f (Z
C
) min.
Ta có: f'(Z

C
) =
22
C
2
22
C
2
)ZR(
)2(2)Z(2


CLLCL
ZZZZRZ

f'(Z
C
) =
22
C
2
22
22
C
2
22
)ZR(
)(2
)ZR(
422






RZZZZZZZZZZRZ
CLCLCLCLCLL

f'(Z
C
) = 0 =>

Z
2
C
- Z
L
Z
C
- R
2
= 0
Z
C1
=
2
4
22
RZZ
LL


(loại nghiệm
Z
C2
< 0
) Ta thấy f' (x) triệt tiêu và đổi dấu
từ âm sang dương nên f (Z
C
) min tại Z
C1
.

=> U
RCmax
=
min)(1
C
Zf
U

với f (Z
C
) theo (1)
Hoặc U
RCmax
=
2 2
1
2 2
1

( )
C
L C
U R Z
R Z Z

 

c. Tìm C để U
LCmax
:
Ta có U
LC
= I. Z
LC
=
2
222
2
)(
1
)(
)(
CL
CL
CL
ZZ
R
U
ZZR

ZZU





Ta thấy để U
LCmax
khi
2
2
)(
CL
ZZ
R

-> 0 => Z
C
->  => C -> 0 .Vậy khi C -> 0 Khi đó U
LCmax
= U.
Ví dụ 1: Cho mạch điện R, L, C mắc nối tiếp như hình vẽ. C thay đổi
A R L C B

Có : u=120
2
sin 100

t(V); R =240() cuộn dây thuần cảm có L=


2,3
(H)
a. Tìm C để I, P cực đại. Tính I
max
, P
max
= ?
b. Tìm C để U
Cmax
. Tính U
Cmax
?

15

Bài giải:
a. *Ta có: I =
Z
U
=> I
max
khi Z
min
=> Z
L
= Z
C
=> Z
C
= 320

=> C =
)(10.
2,3
1
4
F


=> I
max
=
)(5,0
240
120
A
R
U


* Công suất tiêu thụ: P = I
2
. R => P
max
= I
2
max
.R = 0,5
2
. 240 = 60 (W)
Kết luận: Vậy C =

)(10.
2,3
1
4
F


thì I
max
= 0,5(A); P
max
= 60(W)
b. Ta có : U
C
= I.Z
C
=
22
)(
.
CL
C
ZZR
ZU

theo lý thuyết ta có:
U
Cmax
=
R

ZR
L
22

khi Z
C
=
L
L
Z
ZR
22

=
320
320240
22

= 320 + 180 = 500()
=> C =
4
10.
5
1


(F) khi đó U
Cmax
= 200(V).

Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ
Trong đó U
AB
= 60
2
sin 100

t (V), Tụ điện có điện dung C thay đổi

A R C L B

Điện trở R = 10
)(3 
; cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L =
)(
5
1
H


a. Tìm C để U
RCmax
.Tìm U
RCmax
= ?
b. Tìm C để U
LCmax,
U
RLmax
= ?

Bài giải:
a.U
RC
= I.Z
RC
=
22
22
)(
.
CL
C
ZZR
ZRU


Theo bài toán tổng quát:
U
RCmax
=
min)(1
C
Zf
U


Khi Z
C1
=
2

4
22
RZZ
LL


)(30
2
4020
2
10.3.42020
22







16
=> f(Z
C
) min =
22
2
22
2
3010.3
30.20.220
2






C
CLL
ZR
ZZZ
=> f(Z
C
) min =
3
2
12
8
12
124






> U
RCmax
=
. 3 60 3 ( )
2
1

3
U
U V
 


hoặc U
RCmax
=
2 2
1
2 2
1
( )
C
L C
U R Z
R Z Z

 
=
2 2
2 2
60 3.10 30
60 3( )
3.10 (20 30)
V


 

b.* U
LC
=
2
222
2
)(
1
)(
)(.
CL
CL
CL
ZZ
R
U
ZZR
ZZU





; U
LCmax
= U = 60(V) khi C->0
* Ta có: U
RLmax
=

22
222
)(
)(.
CL
L
ZZR
ZRU


; U
RLmax
=
22
L
ZR
R
U


Khi Z
C
= Z
L
= 20() => C =
20.100
1
.
1



C
Z

=
)(
2,0
10
4
F



khi đó U
RLmax
=
310
60

22
2010.3 
= 2
3.10 3 4 20. 21 ( )V
 

DẠNG 4: BÀI TOÁN BIỆN LUẬN THEO


Tìm các giá trị cực trị của cường độ dòng điện, công suất và hiệu điện thế
trong mạch xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp khi tần số góc thay đổi , các

đại lượng U, R, L, C không đổi .
1. Tìm

để I
max
=? I
min
= ? Pmax =?P
min
=?
a. Tìm

để I
max
=? I
min
= ?
* Ta có I =
2
2
.
1
R










C
L
U


Imax khi  L -
LC
C
1
0
1



;
Imax =
R
U
mạch có cộng hưởng điện
* Tìm  để Imin: Imin khi (L -
0)
1
2



C
hoặc  -> 

=> Imin = 0
b.Tìm

để Pmax =?P
min
=?

17
* Công suất tiêu thụ P = I
2
.R => Pmax = I
2
max.R =
LC
khi
R
U 1
2



* Pmin = 0 khi Imin = 0 =>







0

2. Tìm

để U
Rmax
, U
Rmin

Ta có: U
R
= IR =
22
)(
R
CL
ZZR
U


* U
Rmin
= 0 khi (Z
L
- Z
C
)
2
max

->  => /L -










0
/
1
C

* U
Rmax
=> (Z
L
- Z
C
)
2
= 0 => Z
L
- Z
C
=> 
0
=
LC

1
=> U
Rmax
= U
3. Tìm

để U
Cmax
, U
Cmin
:
* Ta có: U
C
= I.Z
C
=
22
C
)(
Z.
CL
ZZR
U

Ta có U
Cmin
= 0 khi Z
C
= 0 =>  -> 
* Mặt khác: U

C
=
222
C
2
Z.
CL
Z
C
L
ZR
U

=
2 2
2 2 2
2 2
1
.
2 1
U
L
C
L R
C C



 
 

 
 

U
C
=
1.)2(.
22422


CRLCCL
U
=
)(

f
U
; U
Cmax
khi f () min:

f
()
= L
2
C
2

4
- (2LC - R

2
C
2
) 
2
+ 1 (1) Có a = L
2
C
2
> 0
=> f() min khi 
2
=
a
b
2

=
22
22
2
2
CL
CRLC 
=> 
1
=
C
CRL
L 2

21
2


 =
2
1
2
R
C
L
L

với ĐK
C
L2
> R
2
Khi đó: U
Cmax
=
min)(

f
U
với f() min xác định theo (1)
4. Tìm

để U
Lmin

U
Lmax
= ?
Ta có: U
L
= I.Z
L
=
22
)(
Z.
CL
L
ZZR
U

=
222
2
Z.
LC
L
Z
C
L
ZR
U


* U

Lmin
= 0 khi Z
L
= 0 =>  = 0

18
* U
L
=
222
2
Z.
LC
L
ZR
C
L
Z
U








=
1
12

.
1
22
2
422









L
R
LCCL
U
=
)(

f
U
;
U
Lmax
khi f () min. Ta có f
()
=
1

12
.
1
22
2
422









L
R
LCCL
(1)
Ta có a =
22
1
CL
> 0 => f() min khi
2
1

=
a
b

2

=













22
2
2
1
.2
2
CL
L
R
LC

=>
2
1


=
22
.
2
2222
2
2
CR
LC
CL
L
R
LC








=> 
2
=
1
C
2
2
2

C
L R C


với điều kiện:
2
2
R
C
L

=> U
Lmax
=
min)(

f
U
với f() min xác định theo (1)
Nhận xét: Ta thấy khi

thay đổi nếu U
Rmax
khi

=

0
;U
Lmax

khi

=

1

U
Cmax
khi

=

2
ta luôn có

1
.

2
=

0
2


Ví dụ 1: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp.
U

= 100
3

sin  thay đổi. R = 100(); C =
4
10.
1


(F); L =

1
(H).
a. Xác định  để I
max
, P
max
= ?
b. Xác định  để U
Rmax
, U
Lmax
, U
Cmax
= ?

Bài giải:
a. I =
Z
U
=
22
)(

CL
ZZR
U

để I
max
=> Z
L
= Z
C

=> 
0
=


100
10
.
1
11
4


LC
(rad/s). Khi đó P
max
= I
2
max

.R;
I
max

=
5,1
2.100
3.100

R
U
(A) => P
max
= 1,5 . 100 = 150 (W).
b. * U
Rmax
= U = 650
2
3.100
 (v) khi Z
L
= Z
C
=> 
0
=

100
1


LC
(rad/s)

19
* U
C
=
22
)(
.
CL
C
ZZR
ZU

theo bài toán tổng quát U
Cmax
khi:

1
=


2
1
.
1
2
R
CL

.



2.50
2
100
2
100
10
1
22
4


(rad/s)
Khi đó: Z
C1
=
)(2100
2
200
250
10
4

; Z
L1
= 
1

L = 50.
)(2.50.2 


=> U
Cmax
=
2100
2
200
650
3200.50
2.50100
2100.650
)(
.
22
11
2
1




CL
C
ZZR
ZU
(v)
* U

Lmax
khi: 
2
=
2
24
2
4
22
)10(
100
101
.2
2
2
2




 CRLC
100 2 .


(rad/s)
Ta có Z
C2 =
);(250
10
2100

11
4
2




C

Z
L2
= 
2
.L
100 2( ) 

Khi đó: U
Lmax
=
2100
2.50100
2100.650
)(
.
22
22
2
2





CL
L
ZZR
ZU
(V)
Nhận xét:
1. Phương pháp chung để giải bài tập khảo sát xét cực trị của dòng điện xoay
chiều là khảo sát hàm số: I(R); I(C); I(L); I(), dự vào biểu thức của định luật
ôm. Quá trình giải có thể tổng kết theo sơ đồ sau:

Định hướng
lập mối

tương quan
Áp dụng
định luật ôm
lập biểu thức

Khảo sát

sự phụ thuộc

Nhận xét và
lựa chọn kết
quả

2. Phương pháp chung để giải bài tập khảo sát xét cực trị của hiệu điện thế
theo các đại lượng biến thiên có thể tổng kết theo sơ đồ sau:

Phân tích

bài toán
xác định mối
tương quan

Dùng định luật
ôm để lập

biểu thức

Lựa chọn
phương pháp:
đạo, hàm, hình
học, côsin, tam
thức

Nhận xét và
lựa chọn kết
quả đúng

20
3. Phương pháp chung để giải bài tập xét cực trị của công suất và hệ số công
suất theo các đại lượng biến thiên có thể tổng kết theo sơ đồ sau:

Xác định
mối
tương
quan

Lập hệ
thức liên
hệ

Lựa chọn
phương
pháp giải
(đạo hàm, cô
sin )
Xét cực trị
theo
phương
pháp đã

lựa chọn

Nhận xét và
lựa chọn kết
quả

III- KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Trong đề tài này với khả năng có hạn và thời gian không cho phép, tôi
chỉ mạnh dạn trình bày một số phương pháp giải các bài toán cực trị và một số
ví dụ cụ thể áp dụng các phương pháp mà qua thực tế giảng dạy, tôi thấy khi
giới thiệu cho học sinh các em tự tin hơn, có định hướng và lựa chọn chính
xác phương pháp thích hợp để giải các bài toán cực trị trong mạch điện xoay
chiều, áp dụng tốt cả khi thi tự luận hoặc thi trắc nghiệm.
Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do kinh nghiệm giảng dạy còn hạn chế

nên tôi tin chắc rằng trong đề tài này sẽ còn có những thiếu sót. Tôi rất mong
được sự nhận xét và góp ý chân thành của các đồng chí đồng nghiệp và các
em học sinh để đề tài được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ


Thanh Hóa, ngày 10 tháng 05 năm 2013
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của
mình viết, không sao chép nội dung của
người khác.


Nguyễn Văn Trào



21
MỤC LỤC
Trang
I. Đặt vấn đề 1
II. Giải quyết vấn đề
- Dạng 1: Bài toán biện luận theo R 2
- Dạng 2: Bài toán biện luận theo L 6
- Dạng 3: Bài toán biện luận theo C 11
- Dạng 4: Bài toán biện luận theo

16
III.Kết luận và đề xuất 20

PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. 200 bài toán điện xoay chiều (Vũ Thanh Khiết).
2. Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi THPT tập 3 (Vũ Thanh Khiết).
3. Giải toán Vật lý 12 tập 2 (Bùi Quang Hân).
4. Một số phương pháp giải các bài toán vật lý sơ cấp (Vũ Thanh Khiết).
5. Phương pháp giải toán điện xoay chiều (Trịnh Quốc Thông).
6. Phân loại & Phương pháp giải nhanh Vật Lý 12 ( Lê Văn Thành).
7. Các đề thi tuyển sinh và thi học sinh giỏi các năm gần đây.