phương pháp giải các dạng bài dòng điện xoay chiều

Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI
Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh

Mã số:
Chuyên đề :
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN
ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN.
Người thực hiện: NGUYỄN TRƯỜNG SƠN

Lĩnh vực nghiên cứu:
Quản lý giáo dục: 
Phương pháp dạy học bộ môn : 
Phương pháp giáo dục: 
Lĩnh vực khác: 

Có đính kèm:
 Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác

Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH -trang 1-
Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Năm học: 2008-2009
SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. THÔNG TIN CHUNGVỀ CÁ NHÂN:
1. Họ và tên : Nguyễn Trường Sơn .
2. Ngày tháng năm sinh: 06 tháng 4 năm 1958
3. Nam, nữ: Nam
4. Địa chỉ: 22/F6 – Khu phố I - Phường Long Bình Tân – Thành phố Biên Hoà -

Tỉnh Đồng Nai
5. Điện thoại: CQ: 0613.834289; (NR) 0613.834666; ĐTDĐ:0903124832.
6. Chức vụ: Tổ trưởng tổ Vật lý.
7. Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh- Biên Hoà- Tỉnh Đồng Nai.

II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO:
- Học vị: Đại học.
- Chuyên ngành đào tạo: Vật lý.
III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC
* Năm 2004: giải nhì thi đồ dùng dạy học do Sở giáo dục đào tạo tổ
chức, đề tài: “Thí nghiệm sóng dừng trên dây.”
* Năm 2005: chuyên đề “ Tìm cực trị bằng bất đẳng thức Bunhiacopxki”
* Năm 2006: chuyên đề “ bài toán mạch cầu trở”
cùng thực hiện với Nguyễn Thùy Dương tổ Vật lý.
* Năm 2007: chuyên đề “ bài toán mạch đèn” cùng tổ Vật lý.
* Năm 2008: chuyên đề “phương pháp đồ thị giải bài toán vật lý”.
* Năm 2009 chuyên đề “cách giải các dạng bài toán mạch điện xoay
chiều, thiết bị điện , dao động và sóng điện từ “
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH -trang 2-
Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
A- PHẦN MỞ ĐẦU :
I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Theo thời gian, sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày càng đạt được những thành
tựu to lớn; những kiến thức khoa học ngày càng sâu và rộng hơn. Khoa học kỹ
thuật đã có những tác động quan trọng góp phần làm thay đổi bộ mặt của xã hội
loài người, nhất là những ngành khoa học kỹ thuật cao.
Cũng như các môn khoa học khác, Vật lý học là bộ môn khoa học cơ bản, làm
cơ sở lý thuyết cho một số môn khoa học ứng dụng mới ngày nay. Sự phát triển
của Vật lý học dẫn tới sự xuất hiện nhiều ngành kỹ thuật mới: Kỹ thuật điện, kỹ

thuật điện tử, tự động hoá và điều khiển học, công nghệ thông tin…
Do có tính thực tiễn, nên bộ môn Vật lý ở các trường phổ thông là môn học
mang tính hấp dẫn. Tuy vậy, Vật lý là một môn học khó vì cơ sở của nó là toán
học. Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú. Trong phân phối chương trình số tiết
bài tâp lại hơi ít so với nhu cầu cần củng cố kiến thức cho học sinh. Chính vì thế,
người giáo viên phải làm thế nào để tìm ra phương pháp tốt nhất nhằm tạo cho học
sinh niềm say mê yêu thích môn học này. Giúp học sinh việc phân loại các dạng
bài tập và hướng dẫn cách giải là rất cần thiết. Việc làm này rất có lợi cho học sinh
trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải và
từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự.
Trong yêu cầu về đổi mới giáo dục về việc đánh giá học sinh bằng phương
pháp trắc nghiệm khách quan thì khi học sinh nắm được dạng bài và phương pháp
giải sẽ giúp cho học sinh nhanh chóng trả được bài .
Chúng ta đã biết rằng trong chương trình Vật lý lớp 12, bài tập về điện xoay
chiều là phức tạp và khó. Qua những năm đứng lớp tôi nhận thấy học sinh thường
rất lúng túng trong việc tìm cách giải các dạng bài tập toán này. Xuất phát từ thực
trạng trên, qua kinh nghiệm giảng dạy, tôi đã chọn đề tài: “CÁCH GIẢI CÁC
DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN “.
Đề tài này nhằm giúp học sinh khắc sâu những kiến thức lí thuyết , có một hệ
thống bài tập và phương pháp giải chúng, giúp các em có thể nắm được cách giải
và từ đó chủ động vận dụng các phương pháp này trong khi làm bài tập. Từ đó hoc
sinh có thêm kỹ năng về cách giải các bài tập Vật lí, cũng như giúp các em học
sinh có thể nhanh chóng giải các bài toán trắc nghiệm về bài tập điện xoay chiều
phong phú và đa dạng .
II. THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH -trang 3-
Tóm tắt :
Chuyên đề đưa ra phân loại và cách giải các dạng
bài toán về mạch điện xoay chiều và thiết bị điện.
Chuyên đề :

“CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN
VỀ ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
TÀI.
Chúng ta đã biết rằng Bộ môn Vật lí bao gồm một hệ thống lí thuyết và bài tập
đa dạng và phong phú. Theo phân phối chương trìnhVật lý lớp 12 bài tập về điện
xoay chiều là rất phức tạp và khó , số tiết bài tâp lại hơi ít so với nhu cầu cần nắm
kiến thức cho học sinh. Qua những năm đứng lớp tôi nhận thấy học sinh thường rất
lúng túng trong việc tìm cách giải các dạng bài tập toán này.
Và trong yêu cầu về đổi mới đánh giá học sinh bằng phương pháp trắc nghiệm
khách quan thì khi học sinh nắm được dạng bài và phương pháp giải sẽ giúp các
em nhanh chóng trả được bài .
Xuất phát từ thực trạng trên, cùng một số kinh nghiệm giảng dạy, tôi đã chọn đề
tài: “CÁC CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU,THIẾT BỊ
ĐIỆN , DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ”.
Hiện tại cũng có nhiều sách tham khảo cũng đã trình bày về vấn đề này ở các
góc độ khác nhau . Ở chuyên đề này trình bày việc phân loại các dạng bài tập và
hướng dẫn cách giải có tính hệ thống với những chú ý giúp các em nắm sâu sắc các
vấn đề liên quan. Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm
được các dạng bài tập nắm được phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng
tìm tòi lời giải mới cho các bài tương tự.
B –PHẠM VI ÁP DỤNG VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG CỦA
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM:
1. Phạm vi áp dụng: A. Chương trình Vật lý lớp 12
Chương V: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
B. Chương trình Công nghệ lớp 12
2. Giới hạn nội dung: Chuyên đề đặt ra yêu cầu phân loại các dạng bài tâp, đưa
ra lời giải cho từng dạng bài tập đó và đưa ra những hướng vận dụng phương pháp
và phát triển hướng tìm tòi khác .

Phân loại dang bài tập :
Dạng I : Suất điện động xoay chiều.
Dạng II : Đoạn mạch RLC không phân nhánh .
Dạng III : Các thiết bị điện.
C . NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
Dang bài I : SUẤT ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU.

Chủ Đề : Cách tạo ra dòng điện xoay chiều (khung quay đều trong từ trường
đều ): Xác định suất điện động cảm ứng xoay chiều e(t) ⇒ suy ra biểu thức
i(t) và u(t) ?
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH -trang 4-
Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Phương pháp: Cho khung dây dẫn quay đều trong từ trường đều.
+Tìm biểu thức từ thông
( )
t
Φ
nhờ :
α
cosNBS
=Φ
đặt
NBS
=Φ
0

với
( )
000

cos);(
αωαωα
+Φ=Φ⇒+==
ttnB



+Tìm biểu thức suất điện động
'
)(
Φ−=
Φ−
=
dt
d
te
đưa về dạng
0 0
cos( )e E t
ω α ϕ
= + +

với
ωω
00
Φ==
NBSE
Hệ quả :-Tìm i(t) :giả sử mạch ngoài chỉ có R thì
( )
ti

R
e
i ⇒=
-Tìm u(t): thông thường khung dây có r = 0 nên :
erieu
≈−=
.
Vậy
( ) ( )
tetu
=
⇒ U
0
= E
0
và U = E .
Dạng bài II : ĐOẠN MẠCH R , L, C KHÔNG PHÂN NHÁNH.
Chủ đề 1: Các đặc trưng mạch RLC.
Phương pháp:
* Cảm kháng: Z
L
=ωL=2πfL; dung kháng : Z
C
=1/ωC =1/(2πfC);
Tổng trở :
22
)(
CL
ZZRZ
−+=

.
* Độ lệch pha hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch so với dòng điện là :
iu
i
u
φφφ
−=

tính theo
iu
CL
iu
R
ZZ
tg
//
ϕϕ
⇒
−
=





⇒=⇒=
⇒<⇒<
⇒>⇒>
ivoiphacunguZZ
ivoisophatreuZZ

ivoisophasomuZZ
i
u
i
u
i
u
CL
CL
CL
........0
.........0
..........0
ϕ
ϕ
ϕ
* Định luật Ôm:
d
d
NB
NB
AM
AM
C
C
L
LR
Z
U
Z

U
Z
U
Z
U
Z
U
R
U
Z
U
I
=======
* Hệ số công suất cos ϕ = R/Z .
Công suất tiêu thụ trên mạch : P = UIcosϕ = I
2
R
* Chú ý : +Các công thức trên đều áp dụng được cho đoạn nào đó trên mạch
AMNB như: AN, MB.
+Nếu đoạn mạch thiếu linh kiện nào đó thì ở công thức trên thay điện trở linh kiện
đó bằng không.
Trường hợp cuộn dây có điện trở thần đáng kể R
0
* Cuộn dây lúc này như một đoạn mạch mắc nối tiếp có tổng trở
2
2
Ld
ZRZ
+=
;

ta cũng có các công thức: I = U
d
/Z
d
; tg ϕ
d
= Z
L
/R
0
; cos ϕ
d
= R
0
/Z
d
;
P
d
= U
d
Icos ϕ
d
= I
2
R
0
.
* Các công thức của cả mạch lúc này viết thành :

22
0
)()(
CL
ZZRRZ
−++=
;
0
/
RR
ZZ
tg
CL
iu
+
−
=
ϕ
; cos ϕ = (R+R
0
)/Z ; P = I
2
(R+R
0
) .
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH -trang 5-

ω
x S x
’

Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*Chú ý:
- Khi áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch xoay chiều hai đại lượng cường độ
dòng điện và hiệu điện thế phải cùng loại: cùng giá trị hiệu dụng hoặc cùng giá trị
cực đại.
- Giản đồ véc tơ đối với đoạn mạch nối tiếp thường chọn pha dòng điện i làm gốc.
- Tổng trở của các đoạn mạch không cho phép cộng đại số (trừ trường hợp cùng
loại điện trở).
-Đại lượng u hay i không cho phép cộng đại số. Trừ khi các u cùng pha nhau hoặc
các i cùng pha nhau .
-Cần phân biệt cho được : giá trị cực đại khi có cộng huởng (I)
max
và giá trị biên
I
0
=I
2
-Khi tính toán phải nhớ đổi đơn vi về hệ SI như C(F); L(H). R(Ω ); Z(Ω ) ; I(A);
U(V) ; P(W); ϕ (rad).
-Tu điện C
’
ghép với tụ C:
+ Ghép nối tiếp
'
111
C
CC
b

+=
⇒ địên dung bộ tụ nhỏ đi C
b
< C, C
b
<C’
+Ghép song song :C
b
= C + C
’
⇒ điện dung bộ tụ tăng lên C
b
>C, C
b
>C’

Chủ Đề 2: Đoạn mạch RLC:cho biết biểu thức cường độ dòng điện
i = I
0
cos ωt , viết biểu thức hiệu điện thế u(t).
Phương pháp:
Giả sử đã biết
0
cosi I t
ω
=
, tìm biểu thức hiệu điện thế:
0 /
cos( )
u i

u U t
ω ϕ
= +

+ Tìm
ZIU
00
=
trong đó
22
)(
CL
ZZRZ
−+=
+ Tìm
iu
i
u
φφφ
−=
nhờ :
iu
CL
iu
R
ZZ
tg
//
ϕϕ
⇒

−
=
… chú ý rằng:
/
| |
2
u i
π
ϕ
≤

Chú ý :
*Nếu biết
0
cos( )
i
i I t
ω ϕ
= +
thì
0 /
cos( )
u i u
u U t
ω ϕ ϕ
= + +

*Khi tính độ lệch pha u so với i là ϕ
u/i
nên dùng hàm tgϕ

u/i
như trên để suy ngay
được ϕ
u/i
cả về dấu và độ lớn, nếu dùng hàm cosϕ =R/Z để lấy nghiệm phải so
sánh Z
C
và Z
L
mới lấy được dấu của ϕ
u/i .
Chủ Đề 3: Đoạn mạch RLC: cho biểu thức hiệu điệu thế u(t) xác định biểu
thức i(t), suy ra biểu thức u
R
(t) , u
L
(t), u
C
(t), u
MN
(t).
Phương pháp:
+ Cho biểu thức hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch
0
cos( )u U t
ω
=

* Bước 1: Viết biểu thức i có dạng
0 /

cos( )
u i
i I t
ω ϕ
= −
;
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH -trang 6-
Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
với
Z
U
I
0
0
=
;
22
)(
CL
ZZRZ
−+=
và độ lệch pha là
i
u
φ
tính dựa
R
ZZ
tg

CL
−
=
u/i
φ
*Bước 2: Viết biểu thức hiệu điện thế như chủ đề 2:
u
R
cùng pha với i nên :
0 /
cos( )
R R u i
u U t
ω ϕ
= −
với U
0R
= I
0
R
u
L
sớm pha với i :
0 /
cos( )
2
L L u i
u U t
π
ω ϕ

= − +
với U
0L
= I
0
.Z
L
u
C
trễ pha với i :
0 /
cos( )
2
C C u i
u U t
π
ω ϕ
= − −
với U
C
=I
0
.Z
c
u
MN
lệch pha so với i là

i/u
MN

ϕ
thì
0 0 0
cos( ). .
u u
MN
i
i
MN MN MN MN
u U t voiU I Z
ω ϕ ϕ
= − + =
Chú ý Nếu biết
0
cos( )
u
u U t
ω ϕ
= +
thì
0 /
cos( )
u i u
i I t
ω ϕ ϕ
= − +

Chủ Đề 4: Trường hợp một phần tử điện(L hay C hay R) bị đoản mạch,
biết U tính I (ngược lại).
Phương pháp:

Nếu có 1 phần tử điện (thuộc mạch RLC) bị đoản mạch thì ta phải loại bỏ phần tử
đó nghĩa là trong các công thức nói trên ta phải cho điện trở tương ứng bằng 0.
Ví dụ trường hợp đoản mạch:
+Trường hợp 1 :
Hai đầu phần tử điện bị nối tắt với nhau :
Thí dụ (hình 1) : Cuộn L bị đoản mạch
0
=⇔
L
Z

Lúc đó :
22
C
ZRU
Z
U
I
+==

+Trường hợp 2:
Hai đầu của phần tử điện mắc song song khóa điện K (có R
K
=0) mà khóa điện
K bị đóng lại .
Thí dụ (hình 2): Khi K đóng ⇒ tụ C bị đoản mạch ⇒ Z
C
= 0 ,
Lúc đó
22

/
L
ZRUZUI
+==
Chủ Đề 5: Tính độ lệch pha giữa hiệu điệu thế u
1
và u
2
của hai đoạn mạch .
Cách vận dụng .
Phương pháp đại số :
Cách 1 :+Tính độ lệch pha theo :
i
u
i
u
u
u
21
2
1
φ
φφ
−=

+Tìm độ lệch pha
i/u
1
φ
,

i/u
2
φ
nhờ :
i
u
CL
R
ZZ
tg
1
11
1
1
i
u
φ
φ
⇒
−
=
và
i
u
CL
R
ZZ
tg
2
22

2
φφ
2
i
u
⇒
−
=
Cách 2 : Tính
2
1
u/
u
ϕ
trực tiếp công thức :
iuiu
iuiu
iuiuuu
tgtg
tgtg
tgtg
//
//
///
21
21
2121
1
)(
ϕϕ

ϕϕ
ϕϕϕ
+
−
=−=
Phương pháp giản đồ vectơ : Độ lệch pha
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH -trang 7-
Hình 2: K đóng





R L
C
R L C
Hình 1:
Chuyên đề :” CÁCH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN”.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

( ) ( ) ( )
=∠−∠=∠=
2121
;;;φ
2
1
UIUIUU
u
u


iuiu //
21
φφ
−
Vận dụng : Nếu đã biết
2
1
u
u
φ
và đã biết 5 trong 6 thông số của mạch điện ta tính
được thông số còn lại.
Thí dụ: biết
2
1
φ
u
u
và tính được
i
u
1
φ

i
u
2
φ

áp dụng công thức

2
2
/
2
22
2
φ CZ
R
ZZ
tg
C
CL
iu
⇒⇒
−
=
Chú ý: Trường hợp hiệu điện thế u
1
và u
2
vuông pha nhau thì

1
//
21
−=
iuiu
tgtg
ϕϕ
Chủ đề 6: Đoạn mạch RLC: biết các hiệu điện thế hiệu dụng U

R
;U
L
;U
C
.
Tìm U

và ϕ
u/i
của đoạn mạch.
Phương pháp:
Cách 1 : Áp dụng công thức định luật Om:U=IZ

( )
22
2
2
)(
CLRCL
UUUZZRIU
−+=−+=⇔

Và
i
u
R
CLCL
U
UU

IR
ZZI
tg
φ
⇒
−
=
−
=
)(
φ
i
u
Cách 2: dùng giản đồ vectơ
Hiệu điện thế tức thời :
CLRCLR
UUUUuuuu

++=⇔++=
Vẽ giản đồ vectơ hiệu điện thế theo giá trị hiệu dụng .
Từ giản đồ vectơ ⇒
( )
22
CLR
UUUU
−+=
và

i
u

R
CLCL
U
UU
IR
ZZI
tg
φ
⇒
−
=
−
=
)(
φ
i
u

Chủ Đề 7: Cuôn dây (R,L) nối tiếp tụ C, biết các
Hiệu điện thế hiệu dụng U
d,
, U
C
.
Tìm U , ϕ
u/ i
của mạch .
Phương pháp: Dùng giản đồ vectơ :
Hiệu điện thế : u
AB

=u
d
+ u
C
⇒ giản đồ véc tơ
Cd
UUU

+=
(1)
Cách 1: Tính U
L
, U
R
theo U
R
=U
d
cosϕ
d ;
U
L
=U
d
sinϕ
d
Từ giản đồ vectơ
( )
22
CLR

UUUU
−+=
và
i
u
R
CL
U
UU
tg φφ
i
u
⇒
−
=
Cách 2: Tính theo hình học của giản đồ :
Xét ∆ OAC với góc ∠ OAC = π/2-ϕ
d

Theo định lí hàm số cos:
Người thực hiện : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN trường THPH NGUYỄN HỮU CẢNH -trang 8-
(R,L) C

U
d
U
C
y

C


ϕ
d
ϕ
O



O x




O

O ϕ
IU
U
UU
R
LC



.............
..........
(R,L) C

U
d
U
C
y



C


ϕ
d
ϕ
O



O x




O