Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (246.01 KB, 20 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
sáng tạo, làm cho con ngời linh hoạt hơn, năng động hơn trong cuộc sống
cũng nh trong công việc. Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc
trung học phổ thông là thực hiện đợc những mục tiêu giáo dục mà Bộ
Giáo dục và Đào tạo đã đề ra: Làm cho học sinh đạt dợc các yêu cầu sau:
- Nắm vững đợc kiến thức của bộ mơn.
- Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ mơn.
- Có hứng thú học tập bộ mơn.
- Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng hợp lý. đạt hiệu quả cao trong học
tập bộ mơn vật lý.
- Hình thành ở học sinh những kỹ năng t duy đặc trng của bộ môn.
Trong nội dung mơn Vật lý lớp 12, phần Dịng điện xoay chiều giữ
một vai trò quan trọng. Đợc sử dụng nhiều trong các kỳ thi, trong thực tế
đời sống cũng nh trong khoa học kỹ thuật. Việc học tập phần này đợc tập
trung vào việc vận dụng kiến thức để giải các bài tập về mạch điện xoay
chiều.
Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để học sinh có những kỹ năng giải
các bài tập về mạch điện xoay chiều một cách lơgíc, chặt chẽ, đặc biệt là
làm thế nào để học sinh dễ dàng xác định đợc phơng pháp giải của một
bài tập cụ thể. Bên cạnh đó hình thành cho học sinh cách trình bày một
bài giải một cách ngắn gọn, đầy đủ, định hớng và phát triển đợc t duy cho
học sinh.
Trong những năm giảng dạy bộ môn Vật lý ở bậc trung học phổ
thông, tôi nhận thấy: ở mỗi phần kiến thức đều có yêu cầu cao về vận
dụng kiến thức đã học đợc vào giải bài tập Vật lý. Vì vậy ỏ mỗi phần
ng-ời giáo viên cũng cần đa ra đợc những phơng án hớng dẫn học sinh vận
dụng kiến thức một cách tối u để học sinh có thể nhanh chóng tiếo thu và
vận dụng dễ dàng vào giải các bài tập cụ thể:
Theo nhận thức của cá nhân tôi, trong việc hớng dẫn học sinh giải
bài tập cần phải thực hiện đợc mt s ni dung sau:
- Phân loại các bài tập của phần theo hớng ít dạng nhất.
- Hỡnh thnh cỏch thức tiến hành t duy, huy động kiến thức và thứ tự các
thao tác cần tiến hành.
- Hình thành cho học sinh cách trình bày bài giải dặc trng của phần kiến
thức đó.
Sau đây tơi nêu những suy nghĩ của cá nhân tôi trong việc hớng
dẫn học sinh giải bài tập về phần dịng điện xoay chiều mà tơi đã áp dụng
trong những năm qua để đợc tham khảo, rút kinh nghiệm và bổ xung.
<b>Đối tợng nghiên cứu</b>
- KiÕn thøc: Phần dòng điện xoay chiều, và phơng pháp vận dụng kiến
thức trong việc giải các bài tập của phần nµy.
- Đối với học sinh trung bình, yếu: u cầu nắm vững kiến thức cơ bản,
phơng pháp giải và giải các bài tập đơn giản.
- §èi víi häc sinh khá, giỏi: Yêu cầu áp dụng phơng pháp giải vào bài
tập khó, có tính chất nâng cao, vận dụng kiến thức một cách tổng hợp.
<b>A/ Kiến thức cơ bản:</b>
<b>I/ Các khía niệm cơ bản:</b>
i: cờng độ dòng điện tức thời.
I0: Cờng độ dòng điện cực đại.
(t + ): Pha biến đổi của cờng dũng in.
: Tần số góc của dòng điện xoay chiÒu. = 2f
: pha ban đầu của cờng độ dịng điện.
2/ Cờng độ hiệu dụng <i>I</i>= <i>I</i>0
√2
HiƯu ®iƯn thÕ xoay chiỊu: u = U0sin(t + )
hiệu điện thế hiệu dụng: <i>U</i>=<i>U</i>0
√2
Số chỉ ampekế: cờng độ hiệu dụng.
Số chỉ vôn kế: hiệu điện thế hiệu dụng
3/ Khi mắc một đoạn mạch tiêu thụ điện năng vào một hiệu điện thế xoay
chiều u thì trong mạch có địng điện xoay chiều i.
u vµ i: cïng tần số
Biến thiên điều hoà lệch pha nhau
4/ Dòng điện xoay chiều trong các đoạn mạch cơ bản:
a/ Đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần: u cùng pha với i.
<i>I</i><sub>0</sub>=<i>U</i>0
<i>R</i> vµ <i>I</i>=
<i>U</i>
<i>R</i>
b/ Đoạn mạch chỉ có tụ điện: u trễ pha <i>π</i>
2 so víi i.
<i>I</i><sub>0</sub>=<i>U</i>0
<i>ZC</i>
vµ <i>I</i>=<i>U</i>
<i>Z<sub>C</sub></i> với <i>ZC</i>=
1
<i>C</i>
c/ Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm: u sím pha <i>π</i>
2 so víi i.
<i>I</i><sub>0</sub>=<i>U</i>0
<i>ZL</i>
vµ <i>I</i>=<i>U</i>
<i>Z<sub>L</sub></i> với ZL = L
d/ Đoạn mạch không phân nhánh RLC: Dòng điện tức thời có giá trị nh nhau
Víi tan<i>ϕ</i>=<i>ZL− ZC</i>
<i>R</i>
ZL > ZC tan > 0 > 0 u sím pha so víi i.
ZL < ZC tan < 0 < 0 u trƠ pha so víi i.
ZL = ZC tan = 0 = 0 u cïng pha so víi i. (Céng hëng)
Khi céng hëng: Tỉng trë Z nhá nhÊt vµ Z = R
Cờng độ hiệu dụng I lớn nhất và <i>I</i>=<i>U</i>
<i>R</i>
<i>I</i><sub>0</sub>=<i>U</i>0
<i>Z</i> vµ <i>I</i>=
<i>U</i>
<i>Z</i> víi <i>Z</i>=
2
+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2
5/ Công suất của dòng điện xoay chiều: P = UI cos
(: Độ lệch pha giữa u và i; cos: Hệ số công suất của mạch)
Đoạn mạch nối tiếp RLC: cos<i></i>=
<i>R</i>
<i>Z P</i>=UI cos<i></i>
<i> P</i>=<i>I</i>2<i>R</i>
Chú ý: Đoạn mạch nèi tiÕp uAC = uAB + uBC.
+ : §é lƯch pha giữa u và i: = pha(u) - pha(i)
+ Trong đoạn mạch có nhiều yếu tố cùng loại thì trở kháng loại đó bằng
tổng trở kháng
+ Trong đoạn mạch có các yếu tố cùng loại mắc song song cùng chỗ thì
trở kháng của yếu t ú l tr khỏng tng ng.
<b>II/ Phơng pháp giải bµi tËp VËt lý: 4 bíc</b>
Bớc 1: Tóm tắt đầu bài, đổi đơn vị, vẽ hình (nếu có)
Bớc 2: Phân tích đầu bài tìm cách giải.
Bớc 3: Thực hiện giải.
Bớc 4: Biện luận và đáp số.
<b>III/ Phân dạng bài tập </b>
Thực hiện giảng dạy bài tập về mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp,
tôi nhận thấy việc phân dạng các bài tập trong một chơng, một phần kiến
Việc phân dạng các bài tốn: Theo kinh nghiệm của cá nhân tơi, nên thực
hiện phân loại theo cách giải của từng nhóm bài tập, Thực hiện phân
dạng sao cho số dạng là ít nhất có thể để học sinh nắm đợc và dễ dàng
nhận ra các dạng bài đó ở một bài tập cụ thể, hoặc ở trong một bài toán
tổng hợp. Việc phân dạng nên thực hiện theo hớng các dạng bài là đơn vị
của bài toán tỏng hợp. Tôi đã thực hiện việc phân loại theo cách trên và
vận dụng trong các năm qua và nhận thấy việc tiếp thu kiến thức và vận
dụng kiến thức trong học tập đợc thuận lơi, dễ dàng hơn, giáo viên đạt
hiệu quả cao trong giảng dạy.
Theo suy nghĩ của tôi. Các bài tập về dòng điện xoay chiều nên chia
thành 4 dạng nh sau:
Dng1: Vit biểu thức của dòng điện và hiệu điện thế.
Dạng 2: Vẽ giản đồ véctơ cho một đoạn mạch.
D¹ng 3: TÝnh các yếu tố của đoạn mạch.
Dạng 4: Biện luận theo các yếu tố của đoạn mạch. (Theo R, L, C, )
<b>B/ Thực hiện phơng pháp giải trong các bài toán cơ </b>
<b>bản.</b>
Dạng 1: Viết biểu thức của dòng điện và hiệu điện thế.
Có 2 trờng hợp:
<i><b>Trờng hợp 1:</b></i> Biết biểu thức của hiệu điện thế viết biểu thức của dòng
điện, hoặc biết biểu thức của dòng điện viết biểu thức của hiệu điện thế.
<b>Ph</b>
<b> ơng pháp giải:</b> 4 bớc.
Bớc 1: Chọn đoạn mạch
Bc 2: Xỏc nh giá trị cực đại.
Bớc 3: Xác định độ lệch pha giữa u và i.
Bớc 4: Xác định pha của đại lợng yêu cầu và viết biểu thức.
Chú ý:
+ Việc tính các giá trị cực đại dựa vào cách cho của đầu bài: Tính từ các
giá trị hiệu dụng, tính bằng định luật Ơm, hiệu điện thế cực đại có thể
tính bằng giản đồ vectơ
+ Việc tính độ lệch pha giữa hiệu điện thế và dịng điện ở một đoạn mạch
có thể tính bằng cơng thức
DÊu cña <i>ϕ</i>lÊy theodÊu cña tan<i>ϕ</i>
+ Việc xác định pha của đại lợng yêu cầu có thể thực hiện nhờ biểu thức:
Pha(u) – Pha(i) = hoặc Pha(u) – Pha(u) = Độ lệch pha giữa hai hiệu
điện thế. Cũng có thể sử dụng sự sớm hay trễ của u so với i để xác định
+ Để thuận lợi cho việc giải bài tốn, nên tính trớc ZL, ZC trc.
<i><b>Trờng hợp 2:</b></i> Biết biểu thức của hiệu điện thế ở các đoạn mạch viết biểu
thức của hiệu điện thế ở đoạn mạch lớn hơn.
<b>Ph</b>
<b> ng phỏp giải:</b> Vận dụng cách tổng hợp dao động điều hoà. (Có thể
dùng biến đổi lợng giác hoặc vẽ giản vect)
<b>Ví dụ 1:</b> Cho đoạn mạch nh hình vẽ
Biết <i>u</i>AB=60√2 sin100<i>πt V</i>
<i>R</i>=15<i>Ω; L</i>= 1
4<i>π</i> <i>H ;C</i>=
10<i>−</i>3
<i>π</i> <i>F</i>
H·y viÕt biểu thức của dòng điện trong mạch?
Giải
õy l bi toỏn viết biể thức của cờng độ dòng điện. Hớng dẫn học sinh
giải theo các bớc nh đã nêu.
Trong bài đã cho uAB nên phải căn cứ vào đoạn mạch AB vit biu thc
của dòng điện trong mạch.
vic giải bài toán đợc thuận lợi nên hớng dẫn học sinh tính trớc các
giá trị của ZL, ZC.
Hớng dẫn học sinh tìm cách tính độ lệch pha giữa u và i, cách xác định
pha của i bằng sử dụng sự sớm hay trễ pha của u so với i.
Bài giải cụ thể nh sau:
ZL = L = 25();
<i>ZC</i>=<i><sub>C</sub></i>1 =10(<i></i>)
Đoạn mạch AB: RLC
Tổng trở của đoạn mạch <i>Z</i>=
Dịng điện cực đại: <i>I</i><sub>0</sub>=<i>U</i>0
<i>Z</i> =4(<i>A</i>)
§é lƯch pha giữa u và i: tan<i>ϕ</i>=<i>ZL− ZC</i>
<i>R</i> =1<i>→ϕ</i>=
<i>π</i>
4
> 0 u sím pha h¬n i pha(i) = pha(u) -
pha(<i>i</i>)=100<i>πt −π</i>
4
VËy biĨu thøc cđa i lµ:
<i>i</i>=4 sin
4
<b>Ví dụ 2: </b>Cho đoạn mạch nh hình vẽ:
AB đợc mắc vào 1 hiệu điện thế cx thì thấy: <i>u</i><sub>AM</sub>=120√2 sin
3
R L C
A B
R C L
<i>R</i>=40<i>Ω ;L</i>= 1
10<i>π</i> <i>H ;C</i>=
10<i>−</i>3
4<i>π</i> <i>F</i>cho tan 37
0
=3
4
a/ HÃy viết biểu thức của dòng điện
trong mạch?
b/ HÃy viết biểu thức của hiệu điện thế
giữa 2 đầu đoạn mạch AB?
Giải
Trong bi toỏn ny ó bit biu thức của hiệu điện thế ở đoạn mạch AM,
để viết biểu thức của dòng điện trong mạch phải căn cứ vào đoạn mạch
AM. Vì đây là đoạn mạch khơng phân nhánh nên biểu thức dịng điện
trong đoạn mạch AM cũng là biểu thức dòng điện trong đoạn mạch AB.
Hớng dẫn học sinh giải bài toán tơng tự vớ d 1
Bài giải cụ thể nh sau:
Ta có: ZL = L = 10();
<i>ZC</i>=
1
<i>C</i>=40(<i></i>)
a/ Xét đoạn mạch AM: RC
Tng tr ca on mch <i>Z</i><sub>AM</sub>=
<i>Z</i> =3(<i>A</i>)
§é lƯch pha giữa u và i: AM tan<i>ϕ</i><sub>AM</sub>=
<i>− Z<sub>C</sub></i>
<i>R</i> =<i>−</i>1<i>→ϕ</i>AM=<i>−</i>
<i>π</i>
4
Pha(uAM) – pha(i) = AM pha(i) = pha(u) - AM
pha(<i>i</i>)=100<i>πt −π</i>
3+
<i>π</i>
4=100<i>πt −</i>
<i>π</i>
12
VËy biểu thức của i là:
<i>i</i>=3 sin
12
b/ Xét đoạn mạch AB: RLC
Tổng trở của đoạn mạch
<i>ZC ZC</i>2
<i>R</i>2+
<i>Z</i>=
Hiu in thế cực đại: U0 = I0Z = 150 (V)
§é lƯch pha giữa u và i: tan<i>ϕ</i>=<i>ZL− ZC</i>
<i>R</i> =<i>−</i>
3
4<i>→ϕ</i>=<i>−</i>
37<i>π</i>
180
Pha(u) – pha(i) = pha(u) = pha(i) +
pha(<i>u</i>)=100<i>πt −</i> <i>π</i>
12 <i>−</i>
37<i>π</i>
180 =100<i>πt −</i>
13<i>π</i>
45
VËy biĨu thøc cđa uAB lµ: <i>u</i>=150 sin
45
<b>Ví dụ 3:</b> Cho một đoạn mạch nối tiếp MNP đợc mắc vào một hiệu điện
thÕ xoay chiỊu th× thÊy:
<i>u</i>MN=40√3 sin(100<i>π</i>.<i>t</i>)<i>V</i> vµ <i>u</i>NB=40 sin
<i>π</i>
2
Đây là bài toán về viết biểu thức của hiệu điện thế trên một đoạn mạch
tr-ờng hợp 2. Hớng dẫn học sinh chọn căn cứ để giải bài tốn là:
Trong đoạn mạch nối tiếp có dòng điện xoay chiều vẫn đợc sử dụng:
uMP = uMN + uNP. (hiệu điện thế tức thời)
Nh vËy <i>u</i><sub>MP</sub>=40<sub>√</sub>3 sin(100<i>π</i>.<i>t</i>)+40 sin
2
dùng biến đổi lợng giác hoặc vẽ giản đồ vectơ để tìm biểu thức của uMP
Lêi gi¶i của bài toán nh sau:
Ta có uMP = uMN + uNP <i>u</i>MP=40√3 sin(100<i>π</i>.<i>t</i>)+40 sin
<i>π</i>
2
<i>u</i><sub>MP</sub>=40 cot<i>π</i>
6. sin(100<i>π</i>.<i>t</i>)+40 cos(100<i>π</i>.<i>t</i>)
<i>u</i><sub>MP</sub>=40
sin(100<i>π</i>.<i>t</i>). cos<i>π</i>
6+cos(100<i>π</i>.<i>t</i>).sin
<i>π</i>
6
sin<i>π</i>
6
<i>u</i>MP=80 sin
Cũng có thể dùng cách vẽ giản đồ vectơ nh sau:
VÏ vect¬ UNP biĨu diƠn uNP.
VÏ vect¬ UMP = UMN + UNP.
Vect¬ UMP biĨu diƠn uMP.
uMP = UMPsin(100t + )
Tõ hình ta thấy:
<i>U</i><sub>MP</sub>=
<i>U</i><sub>NM</sub>2 +<i>U</i><sub>NP</sub>2 =80(<i>V</i>)Và tan<i></i>=<i>U</i>NP
<i>U</i>MN
= 1
3<i></i>=
<i></i>
6
<i>I</i><sub>0</sub>=<i>U</i>0 AM
<i>Z</i> =3(<i>A</i>)
Vậy biểu thức của hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch MP là:
<i>u</i><sub>MP</sub>=80 sin
6
Bớc 2: Vẽ các vectơ biểu diễn i, uR, uL, uC có trong đoạn mạch.
Bc 3: Xác định cách cộng các vectơ liên quan.
Bớc 4: Từ giản đồ vectơ tính các đại lợng yêu cầu.
Giản đồ vectơ của một đoạn mạch có tác dụng: Giúp tính đợc hiệu điện
thế hiệu dụng ở một đoạn mạch, độ lệch pha giữa hiệu điện thế và dòng
điện ở một đoạn mạch, độ lệch pha giữa hiệu điện thế ở các đoạn mạch.
(Độ lệch pha giữa 2 đại lợng dao động điều hoà đợc biểu diễn bằng góc
hợp bởi 2 vectơ biểu diễn 2 đại lợng tơng ứng)
UNP
UM
P
UM
N
Có 2 cách vẽ giản vect:
Cách 1: Vẽ theo quy tắc hình bình hành: Biểu diễn các vectơ biểu diễn
sinh thun li hn trong vic t duy giải bài tốn bằng giản đồ vectơ vì đã
có sẵn các vectơ cần cộng.
Cách 2: Vẽ theo quy tắc đặt liên tiếp các vectơ: Cách này cần biết trớc
cách cộng các vectơ rồi vẽ các vectơ biểu diễn các hiệu điện thế uR, uL, uC
theo thứ tự đã xác định đợc nên học sinh gặp khó khăn hơn trong t duy,
nhng hình vẽ đơn giản hơn.
Tơi thờng hớng dẫn học sinh theo cách 1 và giới thiệu cách thứ 2 để học
sinh tự lựa chọn trong những trờng hợp cụ thể.
Chó ý:
+ Việc vẽ giản đồ vectơ (Đặc biệt là cách cộng các vectơ) cần hết sức
linh hoạt trong t duy nên cần hớng dẫn học sinh cách phân tích từ bài
tốn cụ thể để tìm ra yêu cầu của giản đồ vectơ rồi từ các đại lợng đã cho
hoặc cần tìm để vẽ đợc giản đồ vectơ hợp lý và thuận lợi nhất cho việc
giải ở từng bài toán cụ thể.
+ Trong quá trình vẽ giản đồ vectơ cần phân tích để xác định trong bài
tốn là UL lớn hơn hay nhỏ hơn UC để vẽ đúng đợc trờng hợp giản đồ
vectơ của bài. Trờng hợp không thể xác định đợc UL lớn hơn hay nhỏ hơn
UC thì vẽ một trờng hợp và biện luận các trờng hợp có thể của giản đồ
vect¬
<b>VÝ dơ 1:</b> Cho mạch điện nh hình vẽ:
Cỏc vụn k cú in trở rất lớn. A và B
đợc mắc vào hiệu điện thế xoay
chiỊu cã biĨu thøc:
<i>u</i>AB=90√2 sin(100<i>π</i>.<i>t</i>)<i>V</i> .
Thì thấy vôn kế V1 chỉ 120V, vôn kế
V2 chØ 150V.
a/ Hãy tính độ lệch pha giữa hiệu điện
thế uAB và dòng điện trong mạch.
b/ H·y tính các hiệu điện thế uR, uL, uC.
Giải
Trong bi toỏn này ta cha biết trở kháng của các yếu tố có trong đoạn
mạch hoặc các hiệu điện thế trên các yếu tố đó, nên khơng thể dùng cơng
thức để tính độ lệch pha giữa uAB và i, Cần hớng dẫn học sinh phát hiện đợc
có thể tính đợc uAB và i bằng giản đồ vectơ, và hớng dẫn học sinh tìm hiểu
cách vẽ giản đồ vectơ cho đoạn mạch này trờng hợp của giản đồ vectơ là UL
lớn hơn hay nhỏ hơn UC và hớng dẫn học sinh từ giản đồ vectơ phát hiện đợc
cách tính các đại lợng mà đầu bài yêu cầu.
Lời giải cụ th nh sau:
Xét đoạn mạch AB: RLC
Ta có các hiệu ®iƯn thÕ hiƯu dơng
U = 90V, URL = 120V, UC = 150V
UL > UC ta có giản đồ vect:
Có UC2 = U2 + URL2
OUURL là tam giác vu«ng
=
tan<i>α</i>= <i>U</i>
<i>U</i><sub>đUL</sub>=
90
120=
3
4<i>→ α</i>=
37<i>π</i>
180
R, L C
A B
V
1 V2
UL
UC
U
UR I
URL
O
<i>ϕ</i>=37<i>π</i>
180
UL < UC < 0
<i>ϕ</i>=<i>−</i>37<i>π</i>
180
sin = 0,6 vµ cos = 0,8
Tõ h×nh: UL = URL. cos = 96 (V)
UR = URL. sin = 72 (V)
Dạng 3: Tính các yếu tố của đoạn mạch
õy l dạng bài tập đa dạng và phong phú nhất. Việc giải dạng bài tập
này đòi hỏi huy động kiến thức tổng hợp của cả chơng, và những dấu
hiệu chỉ có khi giải nhiều bài tập, nên cần sự t duy linh hoạt và vốn kiến
thức đầy đủ. Dạng bài tập này tạo điều kiện rất tốt trong việc phát triển t
duy cho học sinh. Đặc biệt, đối với những học sinh khá giỏi, có nhu cầu
tìm hiểu sâu thì dạng tốn này là điều kiện tốt để học sinh thể hiện.
Tính các yếu tố của on mch cú 2 cỏch gii:
<i><b>Cách 1: Lập hệ phơng tr×nh:</b></i>
+ Từ tổng trở và độ lệch pha giữa u và i ở các đoạn mạch, thiết lập hệ
ph-ơng trình liên hệ giữa các yếu tố của đoạn mạch.
+ Giải hệ phơng trình tìm ra các yếu yêu cầu.
<i><b>Cách 2: Tính các hiệu điện thế hiệu dụng tơng ứng:</b></i>
+ Từ điều kiện của đầu bài tính các hiệu điện thÕ UR, UL, UC vµ I
+ Thùc hiƯn tÝnh trë kháng của các yếu tố trong đoạn mạch.
<b>Chú ý:</b>
+ Cỏch 1 có thể vận dụng ở mọi trờng hợp, cịn cách 2 chỉ nên áp dụng
+ Nếu dịng điện xoay chiều có khơng đổi thì nên tính R, ZL, ZC rồi
míi tÝnh L, C.
+ Độ lệch pha giữa u và i ở các đoạn mạch có thể xác định bằng hiệu số
pha của u và của i hoặc bằng giản đồ vectơ.
+ Việc tính các hiệu điện thế UR, UL, UC có thể thực hiện bằng giản
vectơ hoặc bằng cách lập hệ phơng trình.
Dạng toán này có 2 trờng hợp:
<i><b>Trờng hợp 1:</b></i> Biết trớc các yếu tố có trong đoạn mạch.
<i><b>Trng hp 2: </b></i>Bin lun để tìm các yếu tố có trong đoạn mạch rối mi
tớnh.
<b>Ví dụ 1:</b> Cho đoạn mạch:
Cuộn dây thuần cảm, RA 0
<i>u</i>AB=150√2sin 100<i>πt V</i>
Khi K më th×: <i>i</i>=5 sin
4
Gi¶i
Đây là bài tốn tính các yếu tố của 1 đoạn mạch. Có dịng điện hiệu dụng
trong mạch có sự thay đổi do có sự thay đổi củacấu tạo đoạn mạch trong
2 lần xét (K đóng và K mở) nên hiệu điện thế hiệu dụng trên các yếu tố ở
R L C
A
E
K
các lần xét khác nhau. Cần phải hớng dẫn học sinh thấy đợc những dấu
hiệu này để chọn đúng cách giải. Vì khơng đổi Tính R, ZL, ZC.
Lời giải của bài ccủa bài nh sau:
Ta có: <i>U</i>0=1502<i>V U</i>=150<i>V</i> và<i></i>=100<i></i>rad/<i>s</i>
Khi K mở: đoạn mạch RLC
Tổng trở: <i>Z</i>=<i>U</i>0
<i>I</i>0
=30<sub></sub>2(<i></i>)
Mà<i>Z</i>=
<i>R</i>2+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub> Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2<i></i><i>R</i>2+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub> Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2=30<sub></sub>2(<i></i>)(1)Độ lệch pha giữa uAB và i: = pha(u) – pha(i) = - /4
Mµ tan<i>ϕ</i>=<i>ZL− ZC</i>
<i>R</i> <i>→</i>
<i>Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i>
<i>R</i> =<i>−</i>1(2)
Từ (1) và (2) đợc: R = 30() và ZL – ZC = - 30
Khi K đóng: đoạn mạch RL (Vì tụ điện bị nối tắt)
Tổng trở: <i>Z</i><sub>1</sub>=<i>U</i>
<i>I</i> =50(<i>Ω</i>)
Mµ<i>Z</i><sub>1</sub>=
2
+<i>Z<sub>L</sub></i>2=50(3)
ZL = 40() <i>→ Z<sub>L</sub></i>=<i>ωL → L</i>=
<i>Z<sub>L</sub></i>
<i>ω</i>=
2
5<i>π</i>(<i>H</i>)
ZL – ZC = - 30 ZC = 70()
Mà <i>ZC</i>=1
<i> C</i>=
1
<i></i>.<i>ZC</i>
=10
<i></i>3
7<i></i> (<i>F</i>)
<b>Ví dụ 2:</b> Cho đoạn mạch
cuộn dây thuần cảm có L = 3H
<i>u</i>AB=1202sin 100<i>t V</i> . Th× thÊy
uAN trƠ pha /3 so víi uAB vµ
uMB sím pha /3 so víi uAB.
H·y tìm R và C?
Giải
õy l bi toỏn tớnh cỏc yu tố của đoạn mạch có khơng đổi, song lại
cho độ lệch pha giữa u và u ở các đoạn mạch với nhau cần hớng dẫn
học sinh nhận biết đợc cách giải của bài: Dùng giản đồ vectơ tính UR, UL,
UC vµ tÝnh I råi míi tÝnh trở kháng và trị số của các yếu tố có trong đoạn
mạch.
Lời giải của bài nh sau:
Đoạn mạch AN: RC
Đoạn mạch MB: LC
on mch AB: RLC ta cú gin đồ vectơ:
Từ giản đồ vectơ ta thấy:
Chỉ có thể sảy ra trờng hợp
ZL > ZC vì độ lệch pha giữa
U và i ở một đoạn mạch không
quá 900
Từ hình: Độ lệch pha giữa uAN
và i là <i></i><sub>AN</sub>=<i></i>
6
Độ lệch pha giữa uAB và i là
R C L
A M N B
U
L
U
C
U
A
N <sub>U</sub>
R
I
U
O B UM
A
N
<i>ϕ</i>=<i>π</i>
6
UAN = U = UL = 120V
<i>UR</i>=<i>U</i>ANcos<i>ϕ</i>AN=60√3<i>V</i>
<i>U<sub>C</sub></i>=<i>U</i><sub>AN</sub>sin<i>ϕ</i><sub>AN</sub>=60<i>V</i>
mµ ZL = L = 300()
dòng điện hiệu dụng trong mạch: <i>I</i>=<i>UL</i>
<i>ZL</i>
=0,4(<i>A</i>)
<i>→ R</i>=<i>UR</i>
<i>I</i> =150√3(<i>Ω</i>)
<i>→ Z<sub>C</sub></i>=<i>UC</i>
<i>I</i> =150(<i>Ω</i>)
<i>ZC</i>=<i><sub>ωC</sub></i>1 <i>→ C</i>=<i><sub>ω</sub></i><sub>.</sub>1<i><sub>Z</sub></i>
<i>C</i>
=10
<i>−</i>4
15 (<i>F</i>)
Dạng 4: Biện luận theo các yếu tố của đoạn mạch
Dạng toán này có 4 trờng hợp
1/ BiÖn luËn theo R.
2/ BiÖn luËn theo L.
3/ BiƯn ln theo C.
4/ BiƯn ln theo .
Ph¬ng pháp giải loại này là sử dụng bài toán cơ bản. Các bài toán cụ thể
chỉ khác nhau về số nên hớng dẫn học sinh giải bài toán cơ bản và vận
dụng cho các bài toán khác.
tỡm sự phụ thuộc của một đại lợng vào một đại lợng khác thì ta cần
tìm cách lập biểu thức của đại lợng cần biện luận vào đại lợng biến thiên
rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm cỏch bin lun.
<i><b>1/ Biện luận theo R</b></i>
<b>Bài toán cơ b¶n</b>
Cho đoạn mạch RLC có L và C khơng đổi đợc mắc vào 1 hiệu điện thế
xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng U và tần số f không đổi. R là một
biển trở.
a/ Xác định R để cơng suất của mạch lớn nhất. Tính cơng suất lớn nhất P0
đó.
b/ Chøng minh r»ng víi mét c«ng st P < P0 thì có 2 giá trị của R vµ 2
giá trị đó thoả mãn R1.R2 = (ZL – ZC)2.
c/ Xác định R để hiệu điện thế hiệu dụng trên R đạt cực đại. Tìm giá trị
ln nht ú.
Giải
Bài toán này có 3 câu ứng với 3 trờng hợp có thể hỏi khi điện trở thuần R
biến thiên. Mỗi cách hỏi này có một cách giải riêng. Cần phải hớng dẫn
cho học sinh cách giải của mỗi trờng hợp và ghi nhớ.
i vi cõu a: ta cần tìm sự phụ thuộc của cơng suất P của mạch vào điện
trở thuần R rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm ra cách xác định giá
trị lớn nhất của P khi R biến thiên.
Đối với câu c: ta cần tìm sự phơ thc cđa hiƯu ®iƯn thÕ hiƯu dơng UR
vào điện trở thuần R rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm ra cách xác
định giá trị ln nht ca UR khi R bin thiờn.
Bài toán biƯn ln cã thĨ sư dơng kiÕn thøc to¸n häc bằng nhiều cách.
Sau đây là cách tôi cho là dễ nhất.
Lời giải cụ thể của bài nh sau.
Đoạn mạch RLC:
Tổng trở: <i>Z</i>=
<i>R</i>2+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub> Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2Dòng điện hiệu dụng: <i>I</i>=<i>U</i>
<i>Z</i> =
<i>U</i>
+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub> Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2
a/ Công suất của đoạn mạch: <i>P</i>=UI cos<i></i>=<i>I</i>2<i>R</i>= <i>U</i>
2
<i>R</i>
<i>R</i>2+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2
<i>→ P</i>= <i>U</i>
2
<i>R</i>+(<i>ZL− ZC</i>)
2
<i>R</i>
Ta cã R > 0 nªn <i><sub>R</sub></i><sub>+</sub>(<i>ZL− ZC</i>)
2
<i>R</i> <i>≥</i>2<i>ZL− ZC</i>
Tõ biĨu thøc cđa P ta thÊy Pmax khi <i>R</i>+(<i>ZL− ZC</i>)
2
<i>R</i> nhá nhÊt
<i><sub>R</sub></i><sub>=</sub>(<i>ZL− ZC</i>)
2
<i>R</i> <i>→ R</i>=<i>ZL− ZC</i>
Khi đó cơng suất của mạch <i>P</i>0= <i>U</i>
2
2<i>ZL ZC</i>
b/ Công suất của đoạn mạch: <i>P</i>=UI cos<i></i>=<i>I</i>2<i>R</i>= <i>U</i>
2<i><sub>R</sub></i>
<i>R</i>2
+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2
<i>→ P</i>.<i>R</i>2<i><sub>− U</sub></i>2<i><sub>R</sub></i>
+<i>P</i>.<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2=0 (1)
<i>Δ</i>=<i>U</i>4<i>− P</i>2.<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2=
2
4(<i>ZL− ZC</i>)
2<i>−</i>4<i>P</i>
2
2
<i>→ Δ</i>=4(<i>ZL− ZC</i>)
2
(<i>P</i>0
2
<i>− P</i>2<sub>)</sub>
P < P0 > 0 Phơng trình bậc 2 (1) có 2 nghiệm riêng biệt là 2 giá
trị của R là R1 và R2 với cùng 1 giá trị của P.
R1.R2 = (ZL – ZC)2 (®pcm)
c/ hiƯu ®iƯn thÕ hiƯu dơng trªn R: <i>UR</i>=<i>I</i>.<i>R</i>=
UR
= <i>U</i>
2
<i>R</i>2
Tõ biĨu thøc ta thÊy: UR lín nhÊt <i>↔</i>(
<i>Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2
<i>R</i>2 <i>↔</i> R lín nhÊt.
Ta cã 2 trêng hỵp:
NÕu cho giíi hạn của R thì lấy giá trị lớn nhất của R vµ tÝnh
Nếu khơng cho giới hạn của R thì coi nh R biến thiên vơ hạn. Khi đó UR
lín nhÊt khi R vµ UR = U
<i><b>2/ Biện luận theo L</b></i>
<b>Bài toán cơ bản</b>
Cho đoạn mạch RLC có R và C khơng đổi đợc mắc vào 1 hiệu điện thế
xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng U và tần số f không đổi. Cuộn dây
thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi đợc.
a/ Xác định L để dòng điện hiệu dụng trong mạch và công suất của mạch
lớn nhất. Tính UL và UC khi đó.
b/ Xác định L để hiệu điện thế hiệu dụng trên L đạt cực đại. Tìm giá trị
lớn nhất đó.
Gi¶i
Bài tốn này có 2 câu ứng với 2 trờng hợp có thể hỏi khi cuộn dây thuần
cảm có độ tự cảm biến thiên. Mỗi cách hỏi này có một cách giải riêng.
Cần phải hớng dẫn cho học sinh cách giải của mỗi trờng hợp và ghi nhớ.
Đối với câu a: ta cần tìm sự phụ thuộc của dịng điện hiệu dụng I và công
suất P của mạch vào độ tự cảm L rồi dùng các kiến thức toán học để tìm
ra cách xác định giá trị lớn nhất của I v P khi L bin thiờn.
Đối với câu b: Tìm sự phụ thuộc của hiệu điện thế hiệu dụng UL vµo ZL
rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm ra cách xác định giá trị lớn nhất
của UL khi L biến thiên.
Có 2 cách để thực hiện tìm sự phụ thuộc của hiệu điện thế hiệu dụng UL
vào ZL là dùng tam thức bậc 2 hoặc dùng giản đồ vectơ.
Trong bài tốn ta có không đổi, mà ZL tỷ lệ thuận với L nên ta có thể
thực hiện theo ZL cho các biểu thức đợc đơn giản.
ViƯc sư dơng kiÕn thøc to¸n học có thể thực hiện bằng nhiều cách. Sau
đây là cách tôi cho là dễ nhất.
Lời giải cụ thể của bài nh sau.
Đoạn mạch RLC:
Tổng trở: <i>Z</i>=
<i>R</i>2+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub> Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2Dòng ®iƯn hiƯu dơng: <i>I</i>=<i>U</i>
<i>Z</i> =
<i>U</i>
a/ Tõ biĨu thøc ta thÊy Imax Z nhá nhÊt
<i>↔ ZL− ZC</i>=0<i>→ ωL</i>=
1
<i>ωC→ L</i>=
1
<i></i>2<i><sub>C</sub></i> (Cộng hởng)
<i> I</i>max=
<i>U</i>
<i>R</i>
Công suất của mạch P = I2<sub>R</sub>
R khơng đổi <i>→ P</i>max<i>↔ I</i>Max<i>↔ L</i>=
1
<i>ω</i>2<i><sub>C</sub></i>
Khi đó <i>P</i>max=<i>U</i>
2
<i>R</i>
Khi có hiện tợng cộng hởng thì ZL = ZC nên:
<i>U<sub>L</sub></i>=<i>U<sub>C</sub></i>=<i>I</i><sub>max</sub>.<i>Z<sub>L</sub></i>=<i>I</i><sub>max</sub>.<i>Z<sub>C</sub></i>=<i>ZL</i>
<i>R</i> <i>U</i>=
<i>Z<sub>C</sub></i>
<i>R</i> <i>U</i>
Nếu ZL, ZC > R thì UL = UC > U
<i>UL</i>=<i>I</i>.<i>ZL</i>=
UZ<i><sub>L</sub></i>
+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2
= <i>U</i>
2
<i>Z</i>2<i><sub>L</sub></i>
<i>→UL</i>= <i>U</i>
<i>Z<sub>L</sub></i>2<i>−</i>2<i>ZC</i>.
1
<i>Z<sub>L</sub></i>+1
UL lín nhÊt <i>↔</i>(<i>R</i>
2
+<i>Z<sub>C</sub></i>2<sub>)</sub>. 1
<i>ZL</i>2
<i>−</i>2<i>Z<sub>C</sub></i>. 1
<i>Z<sub>L</sub></i>+1 nhá nhÊt
<i>↔</i> 1
<i>Z<sub>L</sub></i>=
<i>ZC</i>
<i>R</i>2+<i>Z<sub>C</sub></i>2 <i>→ ZL</i>=
<i>R</i>2+<i>ZC</i>2
<i>Z<sub>C</sub></i> <i>→ L</i>=
<i>ZL</i>
<i>ω</i>
Khi đó
<i>→U<sub>L</sub></i><sub>max</sub>= <i>U</i>
(<i>R</i>2
+<i>Z<sub>C</sub></i>2)2
<i>−</i>2<i>Z<sub>C</sub></i>. <i>ZC</i>
<i>R</i>2+<i>Z<sub>C</sub></i>2 +1
<i>→U<sub>L</sub></i><sub>max</sub>= <i>U</i>
2
(<i>R</i>2
+<i>Z<sub>C</sub></i>2)
=<i>U</i>
2
+<i>Z<sub>C</sub></i>2
<i>R</i>
Cách 2: Dùng giản đồ vectơ:
Đoan mạch RLC có ZL > ZC
Ta có giản đồ vectơ nh hình vẽ:
Từ hình ta có:
sin<i>α</i>= <i>UR</i>
<i>U</i>RC
=IR
<i>I</i>.
+<i>ZC</i>2
= <i>R</i>
.
+<i>ZC</i>2
khơng đổi.
OUURC:
<i>UL</i>
sin<i>β</i>=
<i>U</i>
sin<i>α</i>
<i>→U<sub>L</sub></i>=<i>U</i>sin<i>β</i>
sin<i>α</i>
VËy ULmax sin = 1 = 900
<i>→U<sub>L</sub></i><sub>max</sub>=<i>U</i>
2
+<i>Z<sub>C</sub></i>2
<i>R</i>
OUURC vuông tại O nên <i>U</i><sub>RC</sub>2 =<i>U<sub>L</sub></i>.<i>U<sub>C</sub> Z<sub>L</sub></i>=<i>R</i>
2
+<i>Z<sub>C</sub></i>2
<i>ZC</i>
<i><b>3/ Biện luận theo C</b></i>
<b>Bài toán cơ bản</b>
Cho on mch RLC cú R và L không đổi đợc mắc vào 1 hiệu điện thế
xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng U và tần số f không đổi. C là một
tụ điện có điện dung biến thiên (Tụ xoay).
a/ Xác định C để dịng điện hiệu dụng trong mạch và cơng suất của mạch
lớn nhất. Tính UL và UC khi đó.
b/ Xác định C để hiệu điện thế hiệu dụng trên tụ điện đạt cực đại. Tìm giá
trị lớn nhất ú.
Bài toán này có 2 câu ứng với 2 trờng hợp có thể hỏi khi điện dung của tụ
điện biến thiên. Mỗi cách hỏi này có một cách giải riêng. Cần phải hớng
dẫn cho học sinh cách giải của mỗi trờng hợp và ghi nhớ.
i vi câu a: ta cần tìm sự phụ thuộc của dịng điện hiệu dụng I và công
suất P của mạch vào điện dung C rồi dùng các kiến thức toán học để tìm
ra cách xác định giá trị lớn nhất ca I v P khi R bin thiờn.
Đối với câu b: Tìm sự phụ thuộc của hiệu điện thế hiệu dơng UC vµo ZC
rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm ra cách xác định giá trị lớn nhất
của UC khi L biến thiên.
Có 2 cách để thực hiện tìm sự phụ thuộc của hiệu điện thế hiệu dụng UC
vào ZC là dùng tam thức bậc 2 hoặc dùng giản đồ vectơ.
Trong bài toán ta có khơng đổi, mà ZC tỷ lệ nghịch với C nên ta có thể
thực hiện theo ZC cho các biểu thức đợc đơn giản.
ViƯc sư dơng kiÕn thøc to¸n häc cã thĨ thùc hiƯn b»ng nhiỊu c¸ch. Sau
đây là cách tôi cho là dễ nhất.
Lời giải cụ thể của bài nh sau.
Đoạn mạch RLC:
Tổng trở: <i>Z</i>=
<i>R</i>2+<sub>(</sub><i>Z<sub>L</sub> Z<sub>C</sub></i><sub>)</sub>2Dòng điện hiệu dụng: <i>I</i>=<i>U</i>
<i>Z</i> =
<i>U</i>
a/ Từ biểu thøc ta thÊy Imax Z nhá nhÊt
<i>↔ ZL− ZC</i>=0<i>→ L</i>=
1
<i>CC</i>=
1
<i></i>2<i><sub>L</sub></i> (Cộng hởng)
<i> I</i>max=
<i>U</i>
<i>R</i>
Công suất của mạch P = I2<sub>R</sub>
R khơng đổi <i>→ P</i>max<i>↔ I</i>Max<i>↔C</i>=
1
<i>ω</i>2<i><sub>L</sub></i>
Khi đó <i>P</i>max=<i>U</i>
2
<i>R</i>
Khi có hiện tợng cộng hởng thì ZL = ZC nên:
<i>U<sub>L</sub></i>=<i>U<sub>C</sub></i>=<i>I</i><sub>max</sub>.<i>Z<sub>L</sub></i>=<i>I</i><sub>max</sub>.<i>Z<sub>C</sub></i>=<i>ZL</i>
<i>R</i> <i>U</i>=
<i>Z<sub>C</sub></i>
<i>R</i> <i>U</i>
Nếu ZL, ZC > R thì UL = UC > U
Vậy có thể tạo ra đợc hiệu điện thế hiệu dụng trên tụ điện hoặc cuộn dây
một hiệu điện thế hiệu dụng lớn hơn hiệu điện thế hiệu dụng của nguồn.
b/ Cách 1: Dùng tam thức bậc 2:
<i>U<sub>C</sub></i>=<i>I</i>.<i>Z<sub>C</sub></i>=UZ<i>C</i>
<i>U</i>
+(<i>ZL− ZC</i>)
2
<i>Z<sub>C</sub></i>2
<i>→U<sub>C</sub></i>= <i>U</i>
+<i>Z</i>2<i><sub>L</sub></i>). 1
<i>Z<sub>C</sub></i>2 <i>−</i>2<i>ZL</i>.
1
<i>Z<sub>C</sub></i>+1
UC lín nhÊt <i>↔</i>(<i>R</i>
2
+<i>Z</i>2<i><sub>L</sub></i><sub>)</sub>. 1
<i>ZC</i>
2 <i>−</i>2<i>ZL</i>.
1
<i>↔</i> 1
<i>Z<sub>C</sub></i>=
<i>ZL</i>
<i>R</i>2
+<i>Z</i>2<i><sub>L</sub>→ ZC</i>=
<i>R</i>2
+<i>ZL</i>2
<i>Z<sub>L</sub></i> <i>→C</i>=
1
ωZ<i><sub>C</sub></i>
Khi đó
<i>→U<sub>L</sub></i><sub>max</sub>= <i>U</i>
+<i>Z<sub>L</sub></i>2<sub>)</sub>.<i>Z<sub>L</sub></i>2
(<i>R</i>2+<i>Z</i>2<i><sub>L</sub></i>)2
<i>−</i>2<i>Z<sub>L</sub></i>. <i>ZL</i>
<i>R</i>2+<i>Z</i>2<i><sub>L</sub></i>+1
<i>→U<sub>L</sub></i><sub>max</sub>= <i>U</i>
2
(<i>R</i>2+<i>Z<sub>L</sub></i>2<sub>)</sub>
=<i>U</i>
2
+<i>Z</i>2<i><sub>L</sub></i>
<i>R</i>
Cách 2: Dùng giản đồ vectơ:
Đoan mạch RLC có ZC > ZL
Ta có giản đồ vectơ nh hình vẽ:
Từ hình ta có:
sin<i>α</i>=<i>UR</i>
<i>U</i>RL
=IR
<i>I</i>.
2=
<i>R</i>
.
2
khơng đổi.
OUURC:
<i>U<sub>C</sub></i>
sin<i>β</i>=
<i>U</i>
sin<i>α</i>
<i>→U<sub>C</sub></i>=<i>U</i>sin<i>β</i>
sin<i>α</i>
VËy ULmax sin = 1 = 900
<i>U<sub>C</sub></i><sub>max</sub>=<i>U</i>
2
+<i>Z<sub>L</sub></i>2
<i>R</i>
OUURC vuông tại O nên <i>U</i><sub>RC</sub>2 =<i>U<sub>L</sub></i>.<i>U<sub>C</sub> Z<sub>C</sub></i>=<i>R</i>
2
+<i>ZL</i>2
<i>Z<sub>L</sub></i>
<i><b>4/ Biện luận theo </b></i>
<b>Bài toán cơ bản</b>
Cho on mch RLC có cuộn dây thuần cảm và R, L, C không đổi, đợc
mắc vào 1 hiệu điện thế xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng U khơng
đổi và tần số f thay đổi đợc.
a/ Xác định để dịng điện hiệu dụng trong mạch và cơng suất của mạch
lớn nhất.
b/ Xác định để hiệu điện thế hiệu dụng trên R đạt cực đại. Tìm giá trị
lớn nhất đó.
c/ Xác định để hiệu điện thế hiệu dụng trên tụ điện đạt cực đại. Tìm giá
trị lớn nhất đó.
d/ Xác định để hiệu điện thế hiệu dụng trên cuộn dây đạt cực i. Tỡm
giỏ tr ln nht ú.
Giải
Bài toán này có 4 câu ứng với 4 trờng hợp có thể hỏi khi tần số của dòng
điện biến thiên. Mỗi cách hỏi này có một cách giải riêng. Cần phải hớng
dẫn cho học sinh cách giải của mỗi trờng hợp vµ ghi nhí.
Đối với câu a: ta cần tìm sự phụ thuộc của dịng điện hiệu dụng I và cơng
suất P của mạch vào tần số góc rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm
UC
UL
U
UR I
UR
L
O
Đối với câu b: Tìm sự phụ thuộc của hiệu điện thế hiệu dơng UR vµo
rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm ra cách xác định giá trị lớn nhất
của UR khi biến thiên.
§èi víi câu c: Tìm sự phụ thuộc của hiệu điện thế hiƯu dơng UC vµo
rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm ra cách xác định giá trị lớn nhất
của UC khi biến thiên.
§èi với câu d: Tìm sự phụ thuộc của hiệu điện thÕ hiƯu dơng UL vµo
rồi dùng các kiến thức tốn học để tìm ra cách xác định giá trị lớn nhất
của UL khi biến thiên.
ViƯc sư dơng kiÕn thøc to¸n häc cã thĨ thùc hiện bằng nhiều cách. Sau
đây là cách tôi cho là dễ nhất.
Lời giải cụ thể của bài nh sau.
Đoạn mạch RLC:
Tổng trở: <i>Z</i>=
<i>R</i>2+<i>C</i>
2
Dòng điện hiệu dụng: <i>I</i>=
<i>U</i>
<i>Z</i> =
<i>U</i>
<i>ωC</i>
2
a/ Tõ biÓu thøc ta thÊy Imax Z nhá nhÊt
<i>↔ Z<sub>L</sub>− Z<sub>C</sub></i>=0<i>→ ωL</i>= 1
<i>ωC→ω</i>=
1
√LC (Cộng hởng)
<i> I</i><sub>max</sub>=<i>U</i>
<i>R</i>
Công suất của mạch P = I2<sub>R</sub>
R khơng đổi <i>→ P</i><sub>max</sub><i>↔ I</i><sub>Max</sub><i>↔ ω</i>= 1
√LC
Khi đó <i>P</i>max=<i>U</i>
2
<i>R</i>
b/ Hiệu điện thế hiệu dụng trên R: UR = IR
R không đổi <i>→ R</i><sub>max</sub><i>↔ I</i><sub>Max</sub><i>↔ ω</i>= 1
√LC (Cộng hởng)
Khi đó URmax = U
c/ <i>UC</i>=<i>I</i>.<i>ZC</i>=
<i>U</i> 1
<i>ωC</i>
<i>ωC</i>
2=
<i>U</i>
+
<i>ωC</i>
2
<i>→U<sub>C</sub></i>= <i>U</i>
(2 LC<i>− R</i>2<i><sub>C</sub></i>2
).<i>ω</i>2
+1
UC lín nhÊt <i>↔ L</i>2<i>C</i>2<i>ω</i>4<i>−</i>(2 LC<i>− R</i>2<i>C</i>2).<i>ω</i>2+1 nhá nhÊt
<i>↔ ω</i>2
=2 LC<i>− R</i>
2<i><sub>C</sub></i>2
2<i>L</i>2<i>C</i>2 <i>→ ω</i>=
1
<i>L</i>
2<i>L− R</i>2<i><sub>C</sub></i>
2C Víi ®iỊu kiƯn 2L > R
2<sub>C </sub>
Khi đó <i>→UC</i>max=
2 UL
d/
<i>U<sub>L</sub></i>=<i>I</i>.<i>Z<sub>L</sub></i>= <i>UωL</i>
+
<i>ωC</i>
2=
<i>U</i>
<i>ωC</i>
2
<i>ω</i>2<i><sub>L</sub></i>2
<i>→UL</i>=
<i>U</i>
<i>L</i>2<i>C</i>2.
1
<i>ω</i>4<i>−</i>
2
LC <i>−</i>
<i>R</i>2
1
<i>ω</i>2+1
UL lín nhÊt <i>↔</i> 1
<i>L</i>2<i><sub>C</sub></i>2.
1
<i>ω</i>4<i>−</i>
2
LC <i>−</i>
<i>R</i>2
<i>L</i>2<i><sub>C</sub></i>2
1
<i>ω</i>2+1 nhá nhÊt
<i>↔</i> 1
<i>ω</i>2=
2 LC<i>− R</i>2<i>C</i>2
2 <i>→ ω</i>=
2
2LC<i>− R</i>2<i><sub>C</sub></i>2 Víi ®iỊu kiƯn 2L > R2C
Khi đó <i>UL</i>max=
2 UL
<i>R</i>
Dạng 5: Bài toán tổng hợp
Cỏc bài toán thực tế trong các tài liệu nâng cao, các bài toán đợc sử
dụng trong các bài kiểm tra đánh giá và các kỳ thi là tổng hợp của các
dạng trên. trong một bài có thể có 1, 2, 3, hoặc cả 4 dạng trên. Với cách
phân loại theo yêu cầu của bài toán nh trên, học sinh rất thuận lợi trong
việc nhận biết dạng bài trong bài toán tổng hợp. Trên cơ sở đó định hớng
đợc suy nghĩ và tự tin trong cách giải của bản thân.
<i><b>1/Kết quả thực hiện đề tài:</b></i>
Sau nhiều năm thực hiện đề tài này ở các lớp học sinh tại trờng THPT
Tiên Lữ. Tôi nhận thấy việc học tập bộ mơn Vật lý sơi nổi hơn và học
sinh có khả năng vận dụng kiến thức Vật lý nói chung và việc giải các
bài tốn về mạch điện xoay chiều khơng phân nhánh khá thuần thục.
Vì vậy kết quả học tập của học sinh lớp 12 của trờng đạt khá cao:
Học sinh lớp 12 tham gia thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh do Sở Giáo dục
Số học sinh lớp 12 thi đỗ Đại học và cao đẳng cao, góp phần đáng kể vào
việc duy trì trờng là một trong 4 trung tâm chất lợng cao của giáo dục
THPT của tỉnh.
<i><b>Thống kê kết quả triển khai đề tài qua cỏc nm hc:</b></i>
Năm học: 2003 2004
Ni dung thng kờ Lp chn Lp i tr
dạng bài
T lệ HS nhận biết và giải đợc các bài tốn
c¬ bản của chơng 100% 85%
Tỷ lệ HS vận dụng cách giải trên vào các bài
toán nâng cao 85% 60%
T l học sinh vận dụng đợc cách giải trên
trong ph¸t triĨn t duy Vật lý 50% 20%
Năm học: 2004 2005
Nội dung thống kê Lớp chọn Lớp đại trà
Tỷ lệ HS bit cỏch gii v nhn bit c cỏc
dạng bài 100% 100%
Tỷ lệ HS nhận biết và giải đợc các bi toỏn
cơ bản của chơng 100% 80%
Tỷ lệ HS vận dụng cách giải trên vào các bài
toán nâng cao 80% 62%
Tỷ lệ học sinh vận dụng đợc cách giải trên
trong phát triển t duy Vật lý 45% 22%
Năm học: 2005 – 2006
Nội dung thống kê Lớp chọn Lớp đại trà
Tỷ lệ HS biết cách giải và nhận biết đợc cỏc
dạng bài 100% 100%
T l HS nhn bit v gii c cỏc bi toỏn
cơ bản của chơng 100% 87%
Tỷ lệ HS vận dụng cách giải trên vào các bài
toán nâng cao 88% 62%
Tỷ lệ học sinh vận dụng đợc cách giải trên
trong ph¸t triĨn t duy VËt lý 55% 24%
Năm học: 2006 2007
Ni dung thng kờ Lp chn Lớp đại trà
Tỷ lệ HS biết cách giải và nhận bit c cỏc
dạng bài 100% 100%
T l HS nhn bit v gii c cỏc bi toỏn
cơ bản của chơng 100% 88%
Tỷ lệ HS vận dụng cách giải trên vào các bài
toán nâng cao 86% 65%
T l hc sinh vn dng đợc cách giải trên
trong ph¸t triĨn t duy VËt lý 60% 30%
<i><b>2/ Lêi b×nh: </b></i>
phải tìm tòi, suy nghĩ về nghiệp vụ s phạm, sáng tạo đợc ít nhiều trong
cơng việc của bản thân. Việc đó đã đóng góp rất nhiều cho sự nghiệp
giáo dục của tỉnh nhà và của đất nớc. Muốn đạt đợc thì cần phải có sự
n nghề, tâm huyết với bộ mơn đã chọn. Đặc biệt cần phải có sự lao
động bền bỉ, say sa để có thể làm nảy sinh những sáng tạo đáng kể cho
bản thân và có giá trị cho sự nghiệp giáo dục và đào tạo những thế hệ
mới là tơng lai của đát nớc.
<i><b>3/ Hớng phát triển của đề tài:</b></i>
+ Đề tài này đã tạo ra những định hớng cho sự nhận biết các dạng bài
toán và cung cấp cho ngời học những thao tác chính của việc suy nghĩ, t
duy trong việc giải của từng dạng bài toán cụ thể. Trong thời gian tới tôi
sẽ tiếp tục nghiên cứu để vận dụng cách hớng dẫn học sinh nh trên vào
các loại bài toán nâng cao, chuyên sâu, yêu cầu sự vận dụng kiến thức
phức tạp.
+ Trên đây là những suy nghĩ của cá nhân tơi về một vấn đề cụ thể, ít
nhiều cũng mang tính chủ quan và khơng thể tránh khỏi những sai sót.
Rất mong đợc sự đánh giá, góp ý của các đồng nghiệp.
<i><b> Tiªn Lữ,</b></i> ngày 15 tháng 05 năm 2007
Ngêi viÕt