bài tập về sự truyền tải điện năng

CHUYÊN ĐỀ: SỰ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA - MÁY BIẾN ÁP
VẬT LÍ 12 ( 1 tiết)
Người thực hiện: Lê Thị Thía- Tổ toán lý, Trường THPT Nguyên Bình.
I. Xác định vấn đề cần giải quyết của chuyên đề
Người ta sử dụng điện năng ở khắp mọi nơi, nhưng chỉ sản xuất điện năng trên
quy mô lớn, ở một vài địa điểm. Điện năng phải được tiêu thụ ngay khi sản xuất ra. Vì
vậy luôn luôn có nhu cầu truyển tải điện năng với số lượng lớn, đi xa tới hàng trăm,
hàng nghìn kilômet. Điện trở trên dây là R, một phần điện năng biến thành nhiệt năng
tỏa vào khí quyển. Vậy làm thế nào để giảm công suất hao phí do toả nhiệt trên đường
dây?
II. Nội dung kiến thức cần xây dựng trong chuyên đề
1. Bài toán truyền tải điện năng đi xa
- Công suất phát từ nhà máy: Pphát = UphátI
dụng trên đường dây.

trong đó I là cường độ dòng điện hiệu

- Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây:

Php = RI 2 = R

2
Pphá
t

U

2
phát

2

= Pphá
t

R
2
U phá
t

→ Muốn giảm Php ta có 2 cách
Cách 1: Giảm R bằng cách tăng tiết diện S (tốn kém, không khả thi, ít được sử dụng)
Cách 2: Tăng Uphát trước khi truyền tải bằng cách sử dụng máy biến áp.
2. Máy biến áp
a.Định nghĩa: Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) mà
không ảnh hưởng đến tần số của dòng điện.
b.Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp:
* Cấu tạo: (Sgk)

U1

D1

D2

U2

1


* Nguyên tắc hoạt động
- Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Nó gây ra sự biến thiên từ thông

trong hai cuộn.
- Gọi từ thông này là:

Φ = Φ0cosωt

- Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp:
Φ1 = N1Φ0cosωt
Φ2 = N2Φ0cosωt
- Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2: e2 = −

dΦ
= N 2ωΦ m sinωt
dt

Vậy: nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
3, Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp
*Công thức biến đổi điện áp:

N2
N2
>
1:
máy
tăng
áp;
< 1: máy hạ áp.
N1
N1

N2 U2

=
N1 U1
U

I

N

*Công thức biến đổi cường độ dòng điện. U2 = I 1 = N2
1
2
1
U

I

N

* Công thức tổng quát: U2 = I 1 = N2
1
2
1
Phương pháp sử dụng trong quá trình tổ chức dạy học. Dạy học theo hướng hoạt
động nhóm và sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu (SGKVL12)
nhằm bồi dưỡng được nhiều năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt môn Vật lí
III. Mục tiêu dạy học
1. Kiến thức
- Giải thích được vì sao có sự hao phí điện năng trên đường dây tải điện.
- Viết được biểu thức của điện năng hao phí trên đường dây tải điện, từ đó suy ra những
giải pháp giảm điện năng hao phí trên đường dây tải điện, trong đó tăng áp là biện pháp

triệt để và hiệu quả nhất.
- Nêu được công suất hao phí trên đường dây tải điện tỉ lệ nghịch với bình phương của
điện áp hiệu dụng đặt vào hai đầu dây dẫn.
- Phát biểu được định nghĩa, nêu được cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy biến áp.
- Nêu được điện áp hiệu dụng ở hai đầu các cuộn dây máy biến áp tỉ lệ thuận với số
vòng dây của mỗi cuộn.
- Nêu được một số ứng dụng của máy biến áp.
2


2. Kĩ năng
-Lập được công thức tính công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây tải điện:
- Giải thích được nguyên tắc hoạt động của máy biến áp
U1

N1

- Vận dụng được công thức U = N .
2
2
- Vận dụng giải được bài tập trong SGK
3. Thái độ
+ Hứng thú học tập, tích cực chủ động chiếm lĩnh kiến thức
+ Có tinh thần học tập hợp tác
4. Định hướng các năng lực hình thành
+ Năng lực sử dụng kiến thức.
+ Năng lực phương pháp.
+Năng lực trao đổi thông tin

- Bảng mô tả các năng lực có thể phát triển trong chủ đề

Nhóm
năng
lực
Năng
lực sử
dụng
kiến
thức
vật lí

Năng lực thành phần

Mô tả mức độ thực hiện trong chủ đề

K1: Trình bày được kiến thức
về các hiện tượng, đại lượng,
định luật, nguyên lí vật lí cơ
bản, các phép đo, các hằng số
vật lí

- Nêu được các cách giảm hao phí điện
năng trên đường dây tải điện.
- Nêu được định nghĩa, cấu tạo và nguyên
tắc hoạt động của máy biến áp
- Biết được vị trí lắp đặt máy biến áp trên
đường dây tải điện
K2: Trình bày được mối quan
- Viết được biểu thức của Php
hệ giữa các kiến thức vật lí
- Viết được biểu thức của máy biến áp

liên hệ giữa U1, N1 và U2, N2 và I1,I2
K3: Sử dụng được kiến thức vật - Giải được bài tập về máy biến áp
lí để thực hiện các nhiệm vụ
- Giải được bài tập về công suất hao phí
học tập
trên đường dây tải điện
K4: Vận dụng (giải thích, dự
- Giải thích được sơ đồ truyền tải điện
đoán, tính toán, đề ra giải pháp, năng.
đánh giá giải pháp … ) kiến
- Ứng dụng máy biến áp để hàn điện, nấu
thức vật lí vào các tình huống
chảy kim loại...
thực tiễn
Năng
P1: Đặt ra những câu hỏi về
- Để giảm điện năng hao phí trong quá
lực về
một sự kiện vật lí
trình truyền tải điện năng cần dùng thiết
phương
bị nào?
pháp
+ Thiết bị đó có cấu tạo và nguyên tắc
hoạt động như thế nào?

3


P2: Thu thập, đánh giá, lựa

chọn và xử lí thông tin từ các
nguồn khác nhau để giải quyết
vấn đề trong học tập vật lí
P3: Vận dụng sự tương tự và
các mô hình để xây dựng kiến
thức vật lí
P4: Lựa chọn và sử dụng các
công cụ toán học phù hợp trong
học tập vật lí.
P5: Đề xuất được giả thuyết;
suy ra các hệ quả có thể kiểm
tra được.

Năng
lực
trao
đổi
thông
tin

- Thu thập, đánh giá , lựa chọn, xử lí
thông tin thông qua SGK,sách tham khảo,
báo chí, các thông tin khoa học trong đời
sống ... về các vấn đề liên quan truyền tải
điện năng, máy biến áp.
Vận dụng mô hình máy Biến áp trong thí
nghiệm để nghiên cứu phương án truyền
tải điện năng đi xa
Tích hợp với môn toán để tìm tỉ lệ tương
quan giữa U1, N1 và U2, N2 và I1,I2 .

Để xuất được phương án về tăng và giảm
điện áp

X1: trao đổi kiến thức và ứng dụng
vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và các
cách diễn tả đặc thù của vật lí
X2: Phân biệt được những mô tả
các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn
ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí
(chuyên ngành )
X3: lựa chọn, đánh giá được các
nguồn thông tin khác nhau,
X4: mô tả được cấu tạo và nguyên
tắc hoạt động của các thiết bị kĩ
thuật, công nghệ
X5: Ghi lại được các kết quả từ các
hoạt động học tập vật lí của mình
(nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí
nghiệm, làm việc nhóm… )
X6: trình bày các kết quả từ các
hoạt động học tập vật lí của mình
(nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí
nghiệm, làm việc nhóm… ) một
cách phù hợp
X7: thảo luận được kết quả công
việc của mình và những vấn đề liên

HS trao đổi kiến thức bằng ngôn ngữ
vật lí

Sử dụng các kiến thức vật lí như cuộn
sơ cấp, thứ cấp
So sánh, nhận xét kết quả nhóm mình
với nhóm khác và kết luận nêu ở SGK
Mô tả được cấu tạo, nguyên tắc hoạt
động của máy biến áp
Ghi chép được nội dung hoạt động
nhóm
Biểu diễn kết quả thí nghiệm dưới
dạng bảng biểu
Giải thích được số liệu, kết quả đo
được
Trình bày được kết quả hoạt động
nhóm dưới dạng hệ thống văn bản,
báo cáo thí nghiệm
Thảo luận đúng trọng tâm và đúng
ngôn ngữ vật lí để trao đổi thông tin
4


quan dưới góc nhìn vật lí
với nhóm
X8: tham gia hoạt động nhóm trong Phân công công việc trong nhóm hợp
học tập vật lí
lí để đạt hiệu quả cao nhất
Năng
C1: Xác định được trình độ hiện có HS xác định được kiến thức đã có về
lực cá về kiến thức, kĩ năng , thái độ của
P, Php, R; dòng điện cảm ứng
thể

cá nhân trong học tập vật lí
C2: Lập kế hoạch và thực hiện
Lập kế hoạch và cố gắng thực hiện kế
được kế hoạch, điều chỉnh kế
hoạch
hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao
trình độ bản thân.
C3: chỉ ra được vai trò (cơ hội) và
Chỉ ra được vai trò của truyền tải điện
hạn chế của các quan điểm vật lí
năng và các hạn chế trong các phương
trong các trường hợp cụ thể trong
án nêu ra
môn Vật lí và ngoài môn Vật lí
C4: so sánh và đánh giá được So sánh, đánh giá được các giải pháp
dưới khía cạnh vật lí- các giải pháp khác nhau trong việc xây dựng
kĩ thuật khác nhau về mặt kinh tế,
phương án truyền tải điện năng đi xa
xã hội và môi trường
C5: sử dụng được kiến thức vật lí
Cảnh báo được nguy hiểm trên các
để đánh giá và cảnh báo mức độ an dây cao thế và trạm Biến thế, đặc biệt
toàn của thí nghiệm, của các vấn đề là khi có sét, mưa giông
trong cuộc sống và của các công
nghệ hiện đại
C6: nhận ra được ảnh hưởng vật lí Biết được tầm quan trọng của truyền
lên các mối quan hệ xã hội và lịch tải điện năng và máy biến áp đến đời
sử.
sống kinh tế xã hội hiện nay
IV. Tiến trình dạy học: Truyền tải điện năng đi xa máy biến áp

Hoạt động 1: Tìm hiểu truyền tải điện năng đi xa: (10 phút)
TT
1

Hoạt động

Nội dung
Chuyển giao nhiệm - Đọc sách giáo khoa phần I (trang 86) trả lời các câu
hỏi:
vụ
+Công thức tính công suất của máy phát điện ?
+Công thức tính công suất hao phí trên đường dây
truyền tải điện năng?
+ Nêu các cách làm giảm điện năng hao phí trên đường
dây tải điện?

2

Thực hiện nhiệm
vụ

Học sinh làm việc và thảo luận nhóm để trả lời các câu hỏi
HS trình bày kết quả hoạt động của nhóm

3

Báo cáo, thảo luận

- Giáo viên tổ chức cho học sinh các nhóm báo cáo
5

thảo luận về kết quả thu được
-Thảo luận từng câu hỏi trước lớp
- Một nhóm cử đại diện báo cáo trước lớp
- Các nhóm khác lắng nghe, đưa ra ý kiến thảo luận
- Giáo viên xác nhận ý kiến đứng từng câu hỏi
4

Kết luận nhận định

-GV Nhận xét kết quả làm việc của học sinh
-HS ghi nhận kiến thức
+Công suất phát từ nhà máy:Pphát = UphátI
+ Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây:
2

Php = RI = R

2
Pphá
t

U

2
phát

2
= Pphá

t

R
2
U phá
t

+ Các cách giảm Php :
Cách 1: Giảm R bằng cách tăng tiết diện S (tốn kém,
không khả thi, ít được sử dụng)
Cách 2: Tăng Uphát trước khi truyền tải bằng cách sử
dụng máy biến áp.
Hoạt động 2: Tìm hiểu máy biến áp(20 phút):
TT
1

Hoạt động

Nội dung
Chuyển giao nhiệm - HS đọc SGK phần II (trang 87,88,89 ), quan sát bảng
khảo sát đặc tính của máy biến áp (trang 88) và quan sát
vụ
các mô hình của máy biến áp để trả lời các câu hỏi sau:
+ Nêu định nghĩa, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của máy
biến áp?
+ Công thức biến đổi điện áp? Thế nào là máy tăng áp,
máy hạ áp?
+ Công thức biến đổi dòng điện?

2

Thực hiện nhiệm
vụ

HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Hoạt động nhóm thảo luận trả lời các câu hỏi

3

Báo cáo, thảo luận

- Giáo viên hướng dẫn báo cáo thảo luận
- Mỗi nhóm cử đại diện báo cáo trước lớp
HS trình bày kết quả hoạt động của nhóm
- Các nhóm khác lắng nghe, đưa ra ý kiến thảo luận
- Giáo viên xác nhận ý kiến đứng từng câu hỏi

4

Kết luận nhận định

-GV Nhận xét kết quả làm việc của học sinh
6


-HS ghi nhận kiến thức
* Định nghĩa: Máy biến áp là những thiết bị có khả năng
biến đổi điện áp (xoay chiều).
* Cấu tạo:
+Lõi biến áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với

nhau.
+ Cuộn nối với nguồn điện là cuộn sơ cấp.U1, N1 , I1.
+ Cuộn được nối với tải tiêu thụ điện năng là cuộn thứ
cấp. U2, N2 ,I2 .
*Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện
tượng cảm ứng điện từ.
N 2 U2
=
N1 U1

* Công thức biến đổi điện áp:
N

- N2 > 1: máy tăng áp.
1

N

- N2 < 1: máy hạ áp.
1
U

I

N

* Công thức biến đổi cường độ dòng điện: U2 = I 1 = N2
1
2
1

Hoạt động 3: Tìm hiểu về ứng dụng của máy biến áp.(5 phút)
TT

Hoạt động

Nội dung

1

Chuyển giao nhiệm HS nghiên cứu Sgk và những hiểu biết của mình để nêu
vụ
các ứng dụng của máy biến áp.

2

Thực hiện nhiệm
vụ

HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Hoạt động nhóm thảo luận trả lời các câu hỏi

3

Báo cáo, thảo luận

- Giáo viên hướng dẫn báo cáo thảo luận
- Mỗi nhóm cử đại diện báo cáo trước lớp
HS trình bày kết quả hoạt động của nhóm
- Các nhóm khác lắng nghe, đưa ra ý kiến thảo luận
- Giáo viên xác nhận ý kiến đứng từng câu hỏi

4

Kết luận nhận định

-GV Nhận xét kết quả làm việc của học sinh
-HS ghi nhận kiến thức
1. Truyền tải điện năng.
2. Nấu chảy kim loại, hàn điện.
7


3 .Qui định khoảng cách thẳng đứng của đường dây
điện cao áp trên không với đất:
Cấp điện áp của
Đi qua khu vực
DDK
dân cư
Đến 110kV
Khu vực đông dân
cư
Đến 220kV
Khu vực đông dân
cư
Đến 500kV
Khu vực đông dân
cư

Khoảng cách
pha- đất ( m)

7,0m
8,0m
14,0m

Hoạt động 4: Tổng kết bài học ( 10 phút)
TT

Hoạt động

Nội dung

1

Chuyển giao nhiệm -Tổ chức cuộc thi Ai trả lời nhanh nhất; Nêu thể lệ cuộc
vụ
thi
-Các câu hỏi được chiếu lần lượt
- Ai giơ tay trước có quyền trả lời, nếu trả lời đúng
được ghi điểm, nếu trả lời sai học sinh khác tiếp tục
được trả lời
- Trong vòng 1’ nếu không có câu trả lời đúng đáp án
được chiếu

2

Thực hiện nhiệm
vụ

3

Tổng kết cuộc thi

HS tham gia cuộc thi
- Giáo viên công bố kết quả cuộc thi
- Giao nhiệm vụ về nhà
- Ghi câu hỏi và bài tập về nhà.

- Ghi những chuẩn bị cho bài sau
4
Kết luận nhận định - Sau khi thực hiện thí nghiệm tìm tòi - nghiên cứu, các
câu trả lời dần dần được giải quyết, kiến thức được
hình thành, tuy nhiên vẫn chưa có hệ thống hoặc chưa
chuẩn xác một cách khoa học.
- GV có nhiệm vụ tóm tắt, kết luận và hệ thống lại để
học sinh ghi vào vở coi như là kiến thức của bài học
- Mở rộng: Cảnh báo nguy hiểm trên đường dây tải
điện cao áp khi trời mưa giông, sấm sét và khoảng cách
an toàn.
V. Kiểm tra, đánh giá trong quá trình dạy học
1. Hình thức kiểm tra, đánh giá: Kiểm tra sau bài dạy
2. Công cụ kiểm tra, đánh giá
8


a. Trắc nghiệm:
Câu 1: Hiện nay người ta thường dùng cách nào sau đây để làm giảm hao phí điện năng
trong quá trình truyền tải đi xa?
A. tăng tiết diện dây dẫn dùng để truyền tải
B. xây dựng nhà máy điện gần nơi tiêu thụ
C. dùng dây dẫn bằng vật liệus iêu dẫn

D. tăng điện áp trước khi truyền tải điện năng đi xa
Câu 2.
Nhận xét nào sau đây về máy biến áp là không đúng ?
A. Máy biến áp có thể tăng điện áp.
B. Máy biến áp có thể giảm điện áp
C. Máy biến áp có thể thay đổi tần số dòng điện.
D. Máy biến áp có thể biến đổi cường độ dòng điện
Câu 3: Một máy biến thế có cuộn sơ cấp gồm N1=1000 vòng dây, mắc vào mạng điện
xoay chiều có hiệu điện thế U1 = 200V, khi đó hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp để
hở là U2 = 10V. Bỏ qua hao phí của máy biến thế thì số vòng dây cuộn thứ cấp là
A. 100 vòng

B. 50 vòng

C. 500 vòng

D. 25 vòng

Câu 4: Một máy biến thế có hiệu suất xấp xỉ bằng 100%, có số vòng dây cuộn sơ cấp
lớn hơn 10 lần số vòng dây cuộn thứ cấp. Máy biến thế này
A. làm tăng tần số dòng điện ở cuộn sơ cấp 10 lần.
B. là máy tăng thế.
C. làm giảm tần số dòng điện ở cuộn sơ cấp 10 lần.
D. là máy hạ thế.
b. Tự luận
Câu 1 ( Nhận biết- K1, K2, X2 ): Em hãy nêu định nghĩa, cấu tạo của máy biến áp?
Câu 2 ( Nhận biết - X1, C6)
: Máy biến áp được lắp đặt ở đâu trên đường dây tải điện?
Câu 3 (Nhận biết - K2, P5, C1): Công thức tính hao phí trên đường dây tải điện là gì?
Câu 4 (Nhận biết - K1, K4, P1, C4) : Phương án tốt nhất để giảm hao phí điện năng do tỏa nhiệt

trên đường dây tải điện là gì ?
Câu 5 (Thông hiểu - K1, X2, X4): Em hãy trình bày nguyên tắc hoạt động của máy biến áp ?
9


Câu 6 (Thông hiểu - K1, C1): Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp hàn?
Câu 7 ( Thông hiểu- C5) : Khi trời mưa giông, sấm sét ta có nên trú mưa gần đường dây cao thế
và trạm biến áp không? Vì sao?
Câu 8 ( Vận dụng thấp- K2, P5): Trên đường dây tải điện nếu dùng máy biến thế tăng
điện áp lên 100 lần thì công suất hao phí do tỏa nhiệt trên dường dây sẽ giảm đi bao
nhiêu lần?
Câu 9 ( Vận dụng thấp- K3, P5 ): Cuộn sơ cấp của máy biến thế có 500 vòng. Muốn tăng
hiệu điện thế lên 3 lần thì phải dùng cuộn thứ cấp có bao nhiêu vòng?
Câu 10 ( Vận dụng cao- K4, X4) : Có thể dùng máy biến thế để biến đổi điện áp của dòng
điện một chiều không đổi được không? Tại sao?
PHỤ LỤC
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

Đọc sách giáo khoa phần I (trang 86) thảo luận nhóm trả lời các câu
hỏi:
- Công thức tính công suất của máy phát điện ?
- Công thức tính công suất hao phí trên đường dây truyền tải điện năng?
- Nêu các cách làm giảm điện năng hao phí trên đường dây tải điện?
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2

HS đọc SGK phần II (trang 87,88,89 ), quan sát bảng khảo sát đặc tính
của máy biến áp (trang 88) và quan sát các mô hình của máy biến áp để trả
lời các câu hỏi sau:
- Nêu định nghĩa, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của máy biến áp?
- Công thức biến đổi điện áp? Thế nào là máy tăng áp, máy hạ áp?

- Công thức biến đổi dòng điện?
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 3

HS nghiên cứu Sgk và những hiểu biết của mình để nêu các ứng dụng
của máy biến áp.

10


11