báo cáo kết quả nghiên cứu ứng dụng sáng kiến hướng dẫn học sinh giải bài tập chương dòng điện xoay chiều dạng bài tìm giá trị cực đại của điện áp hiệu dụng khi thay đổi thông số l hoặc c hoặc f

MỤC LỤC
NỘI DUNG

TRANG

1. Lời giới thiệu

2

2. Tên sáng kiến

2

3. Tác giả sáng kiến

2

4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến

2

5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến

2

6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu

3

7. Mô tả nội dung của sáng kiến

4

Phần I: Các bước cơ bản khi giải bài tập Vật Lý

4

1.1. Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện Vật Lý

4

1.2. Phân tích hiện tượng Vật Lý

4

1.3. Xây dựng và lập luận

4

Phần II: Hướng dẫn học sinh giải bài tập dạng bài Tìm giá trị cực đại
của điện áp hiệu dụng khi thay đổi thông số L hoặc C
hoặc f
2.1. Phương pháp giải chung

4

2.2. Các bài tập mẫu về xác định giá trị cực đại Umax khi thay đổi L, hoặc
C, hoặc f

7

2.3. Hướng dẫn giải và giải các bài tập mẫu

8

Phần III: Bài tập tự luyện

29

8. Những thông tin cần được bảo mật

34

9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến

34

10. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng
sáng kiến theo ý kiến của tác giả

34

11. Danh sách tổ chức đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu

35

TÀI LIỆU THAM KHẢO

36

4

1


BÁO CÁO KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
1. Lời giới thiệu:
Chương Dòng điện xoay chiều theo SGK Vật lí 12 Nâng cao, nội dung
của chương được dạy trong 14 tiết (theo phân phối chương trình của Sở Giáo
dục và Đào tạo Vĩnh Phúc) trong đó dạy lý thuyết 9 tiết, dạy bài tập 3 tiết, dạy
thực hành 2 tiết. Trong cấu trúc đề thi THPT Quốc gia những năm gần đây,
chương Dòng điện xoay chiều có tổng 7 câu, trong đó có 2 câu nhận biết, 2 câu
thông hiểu, 3 câu vận dụng cao. Qua giảng dạy nhiều năm tôi đánh giá kiến thức
ở chương này khó, liên hệ với thực tiễn cuộc sống nhiều, bản chất vật lí của hiện
tượng khó hình dung nên giáo viên khó dạy và học sinh gặp nhiều khó khăn
trong việc vận dụng giải bài tập. Trong đề thi THPT Quốc gia điểm dành cho
phần vận dụng cao thường ở chương này.
Xuất phát từ thực trạng về sự khó khăn trong việc tiếp thu kiến thức của
học sinh và tầm quan trọng của việc rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho học sinh,
nên tôi viết Sáng kiến kinh nghiệm này nhằm giúp học sinh có những hiểu biết
đầy đủ về phương pháp giải cụ thể dạng bài tập vật lý khó và hay gặp trong đề
thi THPT QG những năm gần đây đó là dạng bài: Tìm giá trị cực đại
của điện áp hiệu dụng khi thay đổi thông số L hoặc C
hoặc f
Các bài tập được trình bày trong SKKN này đều có phương pháp giải và
hướng dẫn giải cụ thể từ đó có thể giúp học sinh giải được các bài tập tương tự,
cuối sáng kiến có bài tập tự luyện nhằm giúp học sinh rèn luyện kĩ năng giải bài
tập, phát triển năng lực tự làm việc của học sinh.
2. Tên sáng kiến:
HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG DÒNG

ĐIỆN XOAY CHIỀU DẠNG BÀI TÌM GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA
ĐIỆN ÁP HIỆU DỤNG KHI THAY ĐỔI THÔNG SỐ L HOẶC C
HOẶC f
3. Tác giả sáng kiến:
- Họ và tên: Nguyễn Văn nam
- Địa chỉ: Trường THPT Trần Hưng Đạo, huyện Tam Dương, tỉnh
Vĩnh phúc.
- Số điện thoại: 0967056374 Email:
4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến:
2


Nguyễn Văn Nam
5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến:
Áp dụng vào dạy ôn thi THPT quốc gia cho học sinh lớp 12 ở các trường
THPT.
6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu:
Ngày 06 tháng 11 năm 2018 (năm học 2018 – 2019)

3


7. Mô tả nội dung của sáng kiến:
Phần I: Các bước cơ bản khi giải bài tập Vật Lý
1.1. Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện Vật Lý.
- Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ quan trọng, xác
định đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện.
- Dùng kí hiệu tóm tắt đề bài cho gì? Hỏi gì? Dùng hình vẽ mô tả lại tình
huống, minh họa nếu cần.
1.2. Phân tích hiện tượng Vật Lý.

- 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.
1.3. Xây dựng và 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.
Phần II: Hướng dẫn học sinh giải bài tập dạng bài Tìm giá trị cực
đại của điện áp hiệu dụng khi thay đổi thông số L hoặc C
hoặc f
2.1. Phương pháp giải chung:
* Tìm L để ULmax:
Phương pháp dùng công cụ đạo hàm:
Lập biểu thức dưới dạng

Để ULmax thì ymin.
Dùng công cụ đạo hàm khảo sát trực tiếp hàm số:

4


Phương pháp dùng tam thức bậc hai:
Lập biểu thức dưới dạng





Với

Đặt
,



,

ULmax khi ymin. Tam thức bậc hai y đạt cực tiểu khi

0) hay

,

(vì a >

.




Phương pháp giản đồ Fre-nen:

5


6



Từ giản đồ Fre-nen, ta có:



với
.
Áp dụng định lý hàm số sin, ta có:



Vì U không đổi và

Đặt

,

khi



Khi đó



Khi

nên UL = ULmax

đạt cực đại hay

=1

= 1.

, ta có:

Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại ở hai đầu cuộn dây có điện trở thuần r thì

lập biểu thức
và giá trị của L.

và dùng đạo hàm, lập bảng biến thiên để tìm y min , Udmax

* Tìm C để UCmax:






Lập biểu thức dưới dạng:

Tương tự như trên, dùng ba phương pháp: đạo hàm, tam thức bậc hai, và
giản đồ Fre-nen để giải.

Ta có kết quả:

và

7


Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại ở hai đầu đoạn mạch nhỏ gồm R nối tiếp



C thì lập biểu thức

và dùng đạo hàm, lập bảng biến thiên để tìm ymin.

* Xác định giá trị cực đại ULmax, và UCmax khi tần số f thay đổi:
Lập biểu thức:



Đặt


Đặt


,
Lập biểu thức:

,

,

,
,
,
Dùng tam thức bậc hai của ẩn phụ x để tìm giá trị cực tiểu của y, cuối
cùng có chung kết quả:

(với điều kiện
)
 Các trường hợp linh hoạt sử dụng các công thức hoặc vẽ giản đồ Frenen để giải toán.
2.2. Các bài tập mẫu về xác định giá trị cực đại U max khi thay đổi L,
hoặc C, hoặc f.
,

Bài 1.
Cho mạch điện như hình vẽ. Điện áp giữa hai đầu AB ổn định có biểu
thức

(V). Cuộn dây thuần cảm kháng có độ tự cảm L thay đổi

8


được, điện trở R = 100Ω, tụ điện có điện dung

(F). Xác định L sao cho điện áp đo được giữa
hai điểm M và B đạt giá trị cực đại, tính hệ số công suất của mạch điện khi đó.
Bài 2.
Mạch điện như hình vẽ. Cuộn dây thuần cảm
có độ tự cảm L = 0,318H, R = 100Ω, tụ C là tụ xoay.

Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch có biểu thức
(V).
a. Tìm C để điện áp giữa hai đầu bản tụ đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực
đại đó.
b. Tìm C để điện áp hai đầu MB đạt cực đại, tính giá trị cực đại đó.
Bài 3.
Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ. Đặt vào
hai đầu đoạn mạch AB một điện áp
(

thay đổi được). Khi

Cho

H và

thì UR = 100V ;

(V)
V;P=

W.

UL > UC. Tính UL và chứng tỏ đó là giá trị cực đại của UL.

2.3. Hướng dẫn giải và giải các bài tập mẫu.
Bài 1:
Tóm tắt:
(V)
L thay đổi

R = 100Ω

F
L = ? để UMBmax.
9


cosϕ = ?
Các mối liên hệ cần xác lập:

- Áp dụng công thức tính dung kháng
Cách 1: Dùng phương pháp đạo hàm

Đặt

(với

)

- UMBmax khi ymin
- Khảo sát hàm số

⇒

Bảng biến thiên:

⇒ ymin khi

hay

- Áp dụng công thức tính hệ số công suất
10


Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai

Đặt

Với

;

;

- UMBmax khi ymin

- Vì a > 0 nên tam thức bậc hai y đạt cực tiểu khi

hay

- Áp dụng công thức tính hệ số công suất của mạch:

Cách 3: Phương pháp dùng giản đồ Fre-nen
- Vẽ giản đồ Fre-nen.

11


12

-

. Đặt

-

- Đặt

.

- Áp dụng định lý hàm số sin:
- Vì U và sinα có giá trị không đổi nên để U Lmax khi sinβ cực đại hay

rad ⇒ giá trị ϕ ⇒ hệ số công suất cosϕ , ZL và L.
Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:
Cách 1: Dùng phương pháp đạo hàm
Hoạt động của giáo viên
- Biểu thức tính dung kháng.

Hoạt động của học sinh

- Hãy lập biểu thức tính điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây
theo định Ohm và khai triển nó.
-

- Dựa vào biểu thức (1), UMBmax khi
nào?

(1)

- UMBmax khi mẫu số min
- Đặt

(với

)
13


- Các bước để khảo sát một hàm số - Các bước để khảo sát hàm số y theo
y theo x là gì?
x là:
+ Lấy đạo hàm y’ theo x.
+ Xét cực trị khi y’ = 0.
+ Lập bảng biến thiên.
- Yêu cầu học sinh khảo sát hàm số
y.
-

Bảng biến thiên:

- ymin khi nào? Từ đó tính ZL và L?

- ymin khi

Hay

- Biểu thức tính hệ số công suất.

Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai
Hoạt động của giáo viên
- Biểu thức tính dung kháng.

Hoạt động của học sinh

- Hãy lập biểu thức tính điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây
theo định Ohm và khai triển nó.
-

- Dựa vào biểu thức (1), UMBmax khi

(1)
14


nào?

- UMBmax khi mẫu số min

- Đặt

(với
;
;
)
- Tam thức bậc hai y đạt cực tiểu khi - Vì hệ số góc
> 0, nên
tam thức bậc hai y đạt cực tiểu khi
nào?

(2)

- Thay số vào biểu thức (2) ⇒ ZL và
L.
- Biểu thức tính hệ số công suất.
Cách 3: Phương pháp dùng giản đồ Fre-nen
Hoạt động của giáo viên
- Hãy viết biểu thức điện áp hiệu
dụng toàn mạch dưới dạng vectơ.

Hoạt động của học sinh

- Đặt
.
- Vẽ giản đồ Fre-nen.

15


Vì
- Theo định lý hàm số sin, ta có:

- ULmax khi

cực đại hay

-

-

16


17


Bài giải:
Cách 1: Phương pháp đạo hàm

Dung kháng:

Ta có:

Đặt

(với

)

UMBmax khi ymin.
Khảo sát hàm số y:
Ta có:

Bảng biến thiên:

⇒ ymin khi

hay

H

18


Hệ số công suất:

Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai

Dung kháng:

Ta có:

Đặt

Với

;

;

UMBmax khi ymin

Vì

> 0 nên tam thức bậc hai đạt cực tiểu khi

hay

H
Hệ số công suất:

19


Cách 3: Phương pháp dùng giản đồ Fre-nen.
Dung kháng:

20


21


Đặt
Ta có:

rad

Vì

rad
Xét tam giác OPQ và đặt

.

Theo định lý hàm số sin, ta có:

Vì U và sinα không đổi nên ULmax khi sinβ cực đại hay sinβ = 1

Vì

rad.

Hệ số công suất:

Mặt khác, ta có:

H
22


Bài 2:
Tóm tắt:
R = 100Ω
L = 0,318H
C thay đổi
(V)
a. C = ? để UCmax.
Tính UCmax = ?
b. C = ? để UMBmax .
Tính UMBmax.
Các mối liên hệ cần xác lập:
- Biểu thức tính cảm kháng:
♦ Tìm C để UCmax:
Cách 1: Phương pháp đạo hàm

- Ta có:

- Đặt

(với

)

- UCmax khi ymin.
- Khảo sát hàm số
Lấy đạo hàm y’ theo x:

23


Bảng biến thiên:

⇒ ymin khi

hay

Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai.

- Ta có:

- Đặt

(với

;

;

)

- UCmax khi ymin. Vì hàm số y có hệ số góc a > 0, nên y đạt cực tiểu khi

hay

24


25