Sáng kiến kinh nghiệm: Kỹ thuật 4 cột cho bài toán truyền tải điện năng đi xa khi P = const

SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

MỤC LỤC
I. Sơ lược lý lịch tác giả

Trang 02

II. Tên sáng kiến

Trang 02

III. Lĩnh vực

Trang 02

IV- Mục đích yêu cầu của sáng kiến

Trang 02

1. Thực trạng ban đầu trước khi áp dụng sáng kiến

Trang 02

2. Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến

Trang 03

3. Nội dung sáng kiến

Trang 03

3.1. Cơ sở lý thyết cho bài toán truyền tải điện năng.

Trang 03

3.1.1 Công suất hao phí trên đường dây truyền tải

Trang 03

3.1.2. Phương án giảm công suất hao phí.

Trang 03

3.2. Kỹ thuật 4 cột cho bài toán truyền tải điện năng đi xa trong
trường hợp công suất nguồn phát không đổi (P = const)

Trang 04

3.2.1. Các dạng bài toán có thể áp dụng được phương pháp này

Trang 04

3.2.2. Các bài toán minh họa

Trang 05

V. Hiệu quả đạt được

Trang 12

VI. Mức độ ảnh hưởng

Trang 13

VII. Kết luận

Trang 13

Tài liệu tham khảo

Trang 14

Trang 1


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
An Giang, ngày 15 tháng 02 năm 2019
BÁO CÁO

Kết quả thực hiện sáng kiến, cải tiến, giải pháp kỹ thuật, quản lý, tác nghiệp, ứng
dụng tiến bộ kỹ thuật hoặc nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng

I. Sơ lược lý lịch tác giả:
- Họ và tên: ĐỖ LÊ QUỐC LẬP

Nam, nữ: NAM

- Ngày tháng năm sinh: 06/03/1989
- Nơi thường trú: Kiến An, Chợ Mới, An Giang
- Đơn vị công tác: Trường THPT Chu Văn An
- Chức vụ hiện nay: …………………………………..
- Lĩnh vực công tác: Giáo viên dạy lớp
II. Tên sáng kiến: KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG
ĐI XA KHI P = const
III. Lĩnh vực: Vật lí
IV- Mục đích yêu cầu của sáng kiến:
1. Thực trạng ban đầu trước khi áp dụng sáng kiến
Vật lí phổ thông có vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển tư duy học sinh.
Trong quá trình dạy học, các giáo viên luôn phải đặt ra mục đích chung lớn nhất đó là
giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, hình thành phương pháp, kỹ năng kỹ xảo giúp
học sinh nắm được kiến thức một cách thật gọn nhẹ nhưng đầy đủ.
Ở chương dòng điện xoay chiều là một chương quan trọng của chương trình vật lí 12 cũng
là một chương có khá nhiều kiến thức, công thức mà học sinh cần nắm. Trong chuyên đề
“Truyền tải điện năng đi xa”, hệ thống công thức khá khó nhớ, hệ thống số liệu trong một
bài toán khá nhiều và việc giải quyết một bài toán thường phải qua nhiều bước khiến học
sinh dễ bối rổi khi gặp các dạng toán này.

Trang 2


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

2. Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến
Trước sự khó khăn về mặt nắm kiến thức, quản lý số liệu khi làm bài tập của chuyên đề

“Truyền tải điện năng đi xa” cũng như muốn giải quyết áp lực thời gian trong các bài
kiểm tra, đặc biệt là bài thi của kỳ thi THPT Quốc gia, “KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI
TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const” phần nào giúp học sinh có cái
nhìn đơn giản hơn về dạng toán này, đồng thời giải quyết bài toán một cách nhanh gọn,
tiết kiệm thời gian hơn.
3. Nội dung sáng kiến (Tiến trình thực hiện, thời gian thực hiện, biện pháp tổ chức..)
3.1. Cơ sở lý thyết cho bài toán truyền tải điện năng.
3.1.1.Công suất hao phí trên đường dây truyền tải
+Công suất cần truyền tải điện năng P = UIcosφ (1)
Nhà
máy
điện

R/2
Uphát

R/2
P = I2R
U = IR

Pphát = P
Uphát = U

Nơi
tiêu
thụ
Ptt = Pphát Utt = Uphát -

P
U

Trong đó P là công suất phát từ nhà máy, U là điện áp hiệu dụng ở hai cực của máy phát,
I là cường độ dòng điện trên dây dẫn truyền tải, cosφ là hệ số công suất (thường cosφ =
1).
+Đặt P = I2R là công suất hao phí trên đường dây,
P
(1)  I =
 P =
Ucos

2

 P 
P2 R
R



U 2 cos2 
 U cos  

với R là điện trở đường dây.
Vậy: Nếu tăng điện áp nơi phát lên n lần thì công suất hao phí giảm đi n2 lần.
3.1.2.Phương án giảm công suất hao phí.
- Phương án 1 : Giảm R.
ℓ
+Do R =  nên để giảm R thì cần phải tăng tiết diện S của dây dẫn. Phương án này
S
không khả thi do tốn kém kinh tế.
- Phương án 2 : Tăng U.

Trang 3


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

+Bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp U trước khi truyền tải đi thì công suất tỏa
nhiệt trên đường dây sẽ được hạn chế. Phương án này khả thi hơn vì ít tốn kém, và thường
được sử dụng trong thực tế.
Chú ý:
ℓ
* Công thức tính điện trở của dây dẫn R =  . Trong đó  (Ω.m) là điện trở suất của dây
S
dẫn, ℓ là chiều dài dây, S là tiết diện của dây dẫn.
* Công suất tỏa nhiệt cũng chính là công suất hao phí trên đường dây, phần công suất hữu
ích sử dụng được là Pcó ích = P - P = P 

P2
R
U cos 2

Từ đó hiệu suất của quá trình truyền tải điện năng là H =

Pcó ích
P



P  P
P

 1
P
P

* Sơ đồ truyền tải điện năng thông thường (với cosφ = 1)

Nhà
máy
phát
điện

Trạm tăng áp
(MBA lý
P ~ 0
tưởng)

U, I, P

- Công suất P

Trạm hạ
áp

- Công
suất P’

P ~ 0

Nơi tiêu
thụ

- Công
suất P’

3.2. Kỹ thuật 4 cột cho bài toán truyền tải điện năng đi xa trong trường hợp
công suất nguồn phát không đổi (P = const)
3.2.1. Các dạng bài toán có thể áp dụng được phương pháp này
- Bài toán nói đến sự thay đổi của hiệu điện thế U truyền tải và công suất tại nơi tiêu thụ
P’
- Tuy nhiên ta không thể bỏ qua đối tượng quan trọng nhất của bài toán này là công suất
2

 P 
P2 R
hao phí P= 
R


U 2 cos2 
 U cos  

- Điều kiện bài toán là công suất nguồn phát không đổi (P=const)
=> Ta được 4 đổi tượng của bài toán, sẽ được biểu diễn trên một bảng gồm 4 cột, số dòng
sẽ tương ứng với số lượng tình huống thay đổi trong bài toán.
Trang 4


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

3.2.2. Các bài toán minh họa

Bài 1. Điện năng từ một trạm phát điện được đưa đến một khu tái định cư bằng
đường dây truyền tải một pha. Cho biết, nếu điện áp tại đầu truyền đi tăng từ U lên 2U
thì số hộ dân được trạm cung cấp đủ điện năng từ 120 lên 144. Cho rằng chí tính hao phí
trên đường dây, công suất tiêu thụ của các hộ dân như nhau, công suất của trạm phát
không đổi và hệ số công suất trong các trường hợp đều bằng nhau. Nếu điện áp truyền đi
là 4U thì trạm phát này cung cấp điện năng đủ cho
A. 168 hộ dân

B. 150 hộ dân

C. 504 hộ dân

D. 192 hộ dân

CÁCH GIẢI THÔNG THƯỜNG

CÁCH GIẢI KHI DÙNG KỸ THUẬT 4 CỘT
Với phương pháp này, ta cần chuẩn hóa một số đại lượng như sau:
- Công suất toàn phần P tương ứng với tổng số hộ dân được cung cấp đủ điện theo lý
thuyết

Trang 5


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

- Công suất tiêu thụ P’ tương ứng với số hộ dân được cung cấp đủ điện thực tế
- Công suất hao phí P tương ứng với số hộ không được cung cấp đủ điện do hao phí điện
năng
- Gọi x là công suất hao phí khi điện áp trên đường truyền là U, lúc này tại dòng đầu tiên

của cột P’ = 120. Công suất tại nguồn phát sẽ là P = P’ + P = 120 + x
Ta có bảng 4 cột như sau:
P (công suất

U (điện áp

P (công

P’ (công

nguồn phát)

trên đường

suất hao phí)

suất tiêu thụ)

(const)

dây)

120+x

U

x

120

- Trường hợp thứ hai khi điện áp trên đường dây là 2U, lúc này công suất hao phí sẽ là
P=

𝑥
4

(do P ~

Lưu ý: P ~

1
𝑈2

𝑥

). Công suất tại nguồn phát sẽ là P = P’ + P = 144 + 4

1
𝑈2

Bảng 4 cột lúc này sẽ là
P (const)

U

P

P’

(công suất

(điện áp trên

(công suất

(công suất

nguồn phát)

đường dây)

hao phí)

tiêu thụ)

120+x

U

x

120

2U

𝑥
4

144

144 +

𝑥
4

Trang 6


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

- Trường hợp thứ ba, khi điện áp trên đường dây là 4U, lúc này công suất hao phí sẽ là
P=

𝑥
16

.

Bảng 4 cột lúc này sẽ là
P (const)

U

P

P’

(công suất

(điện áp trên

(công suất

(công suất

nguồn phát)

đường dây)

hao phí)

tiêu thụ)

120+x

U

x

120

2U

𝑥
4

144

4U

𝑥
16

<
144 +

𝑥
4

tìm>>

- Do công suất nguồn phát không đổi; từ bảng trên ta được:
𝑥

120+x = 144 + => x = 32
4

Công suất hao phí ở trường hợp thứ ba: P=

𝑥
16

=2

Công suất nguồn phát P = 120 + 32 = 152
Vậy số hộ dân cần tìm ở trường hợp thứ ba tương ứng với P’ = P - P = 152 – 2 = 150 hộ
dân
Đáp án D
Bài 2. Điện năng được truyền đi xa với công suất không đổi P và hiệu điện thế U

= 4KV, hiệu suất trong quá trình truyền tải là 80%. Để hiệu suất trong quá trình truyền
tải đạt được 95% thì phải tăng hiệu điện thế lên đến giá trị
A. 8KV

B. 12KV

C. 4,5KV

D. 2KV

CÁCH GIẢI THÔNG THƯỜNG

Trang 7


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

𝑯𝟏 =

𝑷𝟏 −∆𝑷𝟏

=𝟏−

𝑷𝟏

∆𝑷𝟏
𝑷

=𝟏−

𝑷𝟏 𝑹
𝟐
𝑼𝟏 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝝋𝟏

=> 𝟏 − 𝑯 =

𝑷𝟏 𝑹
𝟐
𝑼𝟏 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝝋𝟏

(1)

=𝟏−

𝑷𝟐 𝑹
𝟐
𝑼𝟐 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝝋𝟐

=> 𝟏 − 𝑯 =

𝑷𝟐 𝑹
𝟐
𝑼𝟐 𝒄𝒐𝒔𝟐 𝝋𝟐

(2)

Tương tự

𝑯𝟐 =

Lấy

𝑷𝟐 −∆𝑷𝟐

(1)
(2)

=𝟏−

𝑷𝟐

ta được:

𝑈2
𝑈1

∆𝑷𝟐
𝑷

1−𝐻

= √1−𝐻1
2

Thay số ta được U2 = 8KV
Đáp án A
HƯỚNG DẪN GIẢI THEO KỸ THUẬT 4 CỘT
- Bài này nói đến hiệu suất nên ta chuẩn hóa cột P là 100 tương ứng với hiệu suất
100% tại nguồn phát
- Cột P’ được chuẩn hóa theo hiệu suất mà đề nói đến

- Ta có bảng như sau:
P (const)

U

P

P’

(công suất

(điện áp trên

(công suất

(công

nguồn phát)

đường dây)

hao phí)

suất tiêu
thụ)

Áp dụng: P ~

100

4KV

100 – 80 = 20

80

1000

<< Cần tìm>>

100 – 95 = 5

95

1
𝑈

2 để lập tỉ số:(

𝑈1 2
𝑈2

P

) = P2

ta được kết quả theo bảng sau:

1

Trang 8


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

P (const)

U

P

P’

(công suất

(điện áp

(công suất

(công suất

nguồn phát)

trên đường

hao phí)

tiêu thụ)

100 – 80 =

80

dây)
100

4KV

20
1000

8KV

100 – 95 = 5

95

Đáp án A

Bài 3. Bằng một đường dây truyền tải, điện năng từ một nhà máy phát điện có
công suất không đổi được đưa đến một xưởng sản xuất. Nếu tại nhà máy điện, dùng máy
biến áp có tỉ số vòng dây của cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp là 5 thì tại nơi sử dụng sẽ đủ
cung cấp cho 80 máy hoạt động. Nếu dùng máy biến áp có tỉ số vòng dây của cuộn thứ
cấp và cuộn sơ cấp là 10 thì tại nơi sử dụng cung cấp điện năng cho 95 máy hoạt động.
Nếu đặt xưởng sản xuất tại nhà máy điện thì cung cấp đủ điện năng tiêu thụ cho bao
nhiêu máy?
A. 90

B. 100

C. 115

D. 105

HƯỚNG DẪN GIẢI THEO KỸ THUẬT 4 CỘT
- Chuẩn hóa đại lượng P và P’ tương ứng là số máy hoạt động theo lý thuyết và theo
tính toán thực tế
- Khi đặt xưởng sản xuất tại nhà máy điện thì công suất hao phí coi như bằng 0
- Ta có bảng như sau

Trang 9


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

P (const)

U

P

P’

(công suất

(điện áp trên

(công suất

(công suất tiêu

nguồn phát)

đường dây)

hao phí)

thụ)

80+x

5U

x

80

10U

𝑥
4

95

U

0

<<Cần tìm>>

95 +

𝑥
4

P = P’

Do công suất nguồn phát không đổi, ta được: 80+x = 95 +

𝑥
4

=> x = 20

=> P = 80 + 20 = 100 máy
Vậy số máy hoạt động được khi xưởng sản xuất đặt tại nhà máy phát điện là 100 máy.
Đáp án B
Bài 4. Bằng đường dây truyền tải một pha, điện năng từ một nhà máy điện nhỏ
được đưa đến một khu tái định cư. Các kỹ sư tính toán được rằng, nếu tăng điện áp từ U
lên 3U thì số hộ dân được nhà máy cung cấp đủ điện năng tăng từ 25 lên 225. Biết rằng
chỉ có hao phí trên đường dây là đáng kể, các hộ dân tiêu thụ điện năng như nhau. Nếu
điện áp truyền đi là 5U thì nhà máy cung cấp đủ cho
A. 241 hộ dân

B. 265 hộ dân

C. 313 hộ dân

D. 205 hộ dân

HƯỚNG DẪN GIẢI THEO KỸ THUẬT 4 CỘT
- Chuẩn hóa đại lượng P và P’ tương ứng là số hộ dân được cung cấp đủ điện theo
lý thuyết và theo tính toán thực tế
- Ta có bảng như sau:

Trang 10


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

P (const)

U

P

P’

(công suất

(điện áp trên

(công suất

(công suất tiêu

nguồn phát)

đường dây)

hao phí)

thụ)

25+x

U

x

25

3U

𝑥
9

225

5U

𝑥
25

<<Cần tìm>>

225 +

𝑥
9

Do công suất nguồn phát không đổi, ta được: 25+x = 225 +
P = 250 => P’ = 250 –

225
25

𝑥
9

=> x = 225

= 241 hộ dân

P (const)

U

P

P’

(công suất

(điện áp

(công suất

(công suất tiêu

nguồn phát)

trên đường

hao phí)

thụ)

U

x

25

3U

𝑥
9

225

5U

𝑥
25

dây)
25+x
225 +

𝑥
9

25 + 225 = 250

250 –

225
25

= 241

Đáp án A

Trang 11


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

Bài 5 (Trích câu 37 – đề minh họa THPT QG 2019). Điện năng được truyền từ nhà máy
điện đến nơi tiêu thụ bằng đường dây tải điện một pha. Để giảm hao phí trên đường dây
người ta tăng điện áp ở nơi truyền đi bằng máy tăng áp lí tưởng có tỉ sô giữa số vòng dây
của cuộn thứ cấp và số vòng dây của cuộn sơ cấp là k. Biết công suất của nhà máy điện
không đổi,điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn sơ câp không đôi,hệ sô công suât của mạch
điện băng 1. Khi k = 10 thì công suất hao phí trên đường dây bằng 10% công suất ở nơi
tiêu thụ. Để công suât hao phí trên đường dây bằng 5% công suất ở nơi tiêu thụ thì k phải
có giá trị là
A. 19,1.

B. 13,8.

C. 15,0.

D. 5,0.

HƯỚNG DẪN GIẢI THEO KỸ THUẬT 4 CỘT
- Theo đề ta được: P1  0.1P1 ' ; P2  0.05P2 ' ; U1 = 10U; U2 = kU
- Ta có bảng như sau:
P

P’

P (const)

U

P

10U

P  10P1 

P
11

10P1

P

k.U

P  10P2 

P
21

20 P2

<< Cần tìm>>
Áp dụng: P ~

1

𝑈

𝑈

𝑈2

2

để lập tỉ số:( 1 ) =
2

P2
P1

ta được kết quả k = 13,8

Đáp án B

V. Hiệu quả đạt được:
Những điểm khác biệt trước và sau khi áp dụng sáng kiến:
- Sang kiến giúp rút ngắn được thời gian giải bài tập về truyền tải điện năng –
một vấn đề lớn đối với hình thức thi trắc nghiệm
- Giúp học sinh quản lý số liệu bài toán chặt hơn, tránh được những bước giải
lan man
- Có thế áp dụng để giải các bài toán trắc nghiệm kể cả trình bày theo kiểu tự
luận.
Lợi ích thu được khi sáng kiến áp dụng: Sáng kiến giúp việc nhìn nhận bài toán về
vấn đề “Truyền tải điện năng” trở nên đơn giản hơn, giải quyết bài toán không phải nhớ
Trang 12


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

quá nhiều công thức cũng không phải qua nhiều bước rườm rà. Hầu hết học sinh được
tiếp cận phương pháp của sáng kiến này đều giải được các bài tương tự.
VI. Mức độ ảnh hưởng: Khả năng áp dụng giải pháp: Sáng kiến có thể áp dụng rộng rãi
trên tất cả các đối tượng học sinh lớp 12 đã được học qua kiến thức về truyền tải điện
năng.
VII. Kết luận
Hiện nay trong các đề thi, đặc biệt là đề thi THPT quốc gia, các bài tập vật lí chiếm
một ưu thế, nó đòi hỏi người học phải có cách nhìn nhận bài toán, kĩ năng xử lý bài toán
một cách chuyên nghiệp. Do đó việc hướng dẫn học sinh phân loại nắm vững phương
pháp và làm tốt các bài tập là việc cần thiết với giáo viên trên con đường rút ngắn giữa
học sinh và trường đại học. “KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN
NĂNG ĐI XA KHI P = const” tuy chỉ là một sáng kiến nhỏ nhưng phần nào giúp học
sinh có cái nhìn đơn giản hơn về bài toán truyền tải điện năng đi xa cũng như giải bài toán
được nhanh, gọn hơn, tiết kiệm nhiều thời gian hơn. Trong tương lai, tôi sẽ mở rộng đề
tài nhằm hướng tới các cách giải tổng quát hơn, áp dụng được nhiều dạng bài tập hơn cho

chuyên đề “Truyền tải điện năng đi xa”
Tôi cam đoan những nội dung báo cáo là đúng sự thật.

Xác nhận của đơn vị áp dụng sáng kiến

Người viết sáng kiến

Đỗ Lê Quốc Lập

Trang 13


SKKN - KỸ THUẬT 4 CỘT CHO BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA KHI P = const

TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Thầy Vũ Ngọc Anh (2018) . Tài liệu ôn thi THPT QG 2018 <
/>- Nguyễn Khắc Thu - Trần Đình Chiến - Ngô Thị Nhật - Nguyễn Ngọc Anh - Nguyễn
Xuân - Trần Đình Vũ - Lê Vân Anh (2014). Tài liệu ôn thi THPT quốc gia môn vật lí,
nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội

Trang 14