Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN
- 1 -
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đối với các em học sinh lớp 10, 11 việc học và làm bài tập môn Vật Lý chủ yếu là các câu
hỏi và bài tập tự luận. Khi chuyển lên lớp 12 các bài tập, các câu hỏi chủ yếu là trắc nghiệm, đặc
biệt trong các bài kiểm tra, các bài thi là 100% các câu hỏi trắc nghiệm. Phương pháp giải và tư
duy về bài tập trắc nghiệm khác với bài tập tự luận đòi hỏi trong thời gian ngắn học sinh phải đưa
ra được kết quả nhanh. Trên cơ sở đó người giáo viên phải tìm ra được phương pháp phù hợp, xây
dựng được các công thức vận dụng cho kết quả nhanh là rất cần thiết trong việc hướng dẫn học
sinh lớp 12 làm các bài tập trắc nghiệm.
Với suy nghĩ như vậy và bằng những kinh nghiệm giảng dạy môn Vật Lý lớp 12 trong nhiều năm
qua, sau đây tôi xin đưa ra một phương pháp giúp các em học sinh làm các bài tập trắc nghiệm về
mạch RLC mắc nối tiếp qua việc nghiên cứu đề tài “XÂY DỰNG CÔNG THỨC GIẢI BÀI
TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU THEO HƯỚNG ĐỔI MỚI PHƯƠNG PHÁP”

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN
- 2 -
tập nghiêm túc, có tư duy sáng tạo về những vấn đề mới nảy sinh để tìm ra hướng giải quyết phù
hợp.
Mạch điện xoay chiều RLC mắc tiếp trong chương trình lớp 12 Vật Lí THPT là một mảng kiến
thức quan trọng và khó học đối với mọi đối tượng học sinh. Việc giải bài tập của học sinh đối với
các bài tập về mạch điện xoay chiều RLC là tương đối khó khăn vì loại bài tập này có rất nhiều
dạng câu hỏi, hơn nữa đối với các câu hỏi bài tập trắc nghiệm đòi hỏi học sinh phải có phương
pháp làm ngắn gọn cho kết quả nhanh vì vậy ta cần phải trang bị cho các em học sinh những kiến
thức, công thức cơ bản nhất để các em giải quyết các bài tập đơn giản, từ đó hướng dẫn các em
biết cách liên hệ, kết hợp các bài toán đơn giản để giải quyết một bài toán khó hơn. III. CƠ SỞ THỰC TIỄN

Trong năm học 2014-2015 vừa qua tôi được giao nhiệm vụ giảng dạy hai lớp 12 là 12A1 và
12A5, trong đó lớp 12A5 là lớp có nhiều học sinh yếu kém, các em gặp rất nhiều khó khăn trong
việc giải các bài tập về mạch điện xoay chiều, đặc biệt là các bài toán có các thông số R,L,C, (f)
biến thiên. Với thực trạng trên tôi trình bày phương pháp và tiến hành nghiên cứu đề tài “XÂY
DỰNG CÔNG THỨC GIẢI BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU THEO HƯỚNG ĐỔI MỚI
PHƯƠNG PHÁP” tại lớp 12A5.


( dựa vào đường tròn)
- Điện lượng chuyển qua mạch trong thời gian
2 1
t t t  
:
0
0 i i
I
i I cos( t ) q cos( t )
2

         
2 1
q q q  

2. Xác định cảm kháng, dung kháng, tổng trở.
2
L
Z L fL
 
  : Dòng điện có tần số càng lớn Z
L
càng lớn càng khó đi qua cuộn cảm.
Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN








  



Nếu trên mạch có nhiều cuộn dây nối tiếp
1 2
1 2

L L L
Z Z Z L L L
      

Nếu trên mạch có nhiều tụ điện nối tiếp
1 2
2
1
1 1 1

C C C
Z Z Z
C C C
      


U
I
Z Z Z Z R
    

NỘI DUNG 3: XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT
2 2 2
2 2 2 2
0 0
U
( ) os = os os os
2
        
R r
I
U U U
P R r I RI rI UIc c I Zc c
R r Z
   

2
R
P RI

là công suất trên điện trở thuần R,
2
r
P rI

là công suất trên cuộn dây.

L C L C
R
L C L C
R r
Z Z U U
r
R U
Z Z U U
r
R r U U


sin =
Z
 

L C L C
Z Z U U
U

hoặc
R
, 0
Z
os =
R+r
, 0
Z

 


osc

chỉ cho biết độ lớn của

nên không cho biết u sớm hay trễ pha hơn i, độ lớn của

phụ thuộc vào L,C,R,r,



tan

,
sin

còn cho biết dấu của

nên cho biết u sớm hay trễ pha hơn i, dấu của

phụ thuộc vào L,C,

không phụ thuộc vào R,r.
0


thì u sớm , i trễ.

0


u
:
X/Y X Y
  
 

- Tìm điều kiện để
X
u
và
Y
u
lệch pha nhau một góc

:
X Y
X Y
tan tan
tan
1 tan tan
 

 




thay
X
tan

X


 Trường hợp X chỉ có một phần tử.

0
X


: X là R.

/ 2
X
 
 : X là cuộn dây thuần cảm.

/ 2
X
 
  : X là C.

0 / 2
X
 
  : X là cuộn dây không thuần cảm.
 Trường hợp X có từ 2 phần tử trở lên.

0
X


thì cuộn dây phải có điện trở r. NỘI DUNG 6: SỰ PHỤ THUỘC CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN TRÊN
MẠCH RLC VÀO CÁC THÔNG SỐ R,L,C,,f CỦA MẠCH KHI ĐẶT VÀO
HAI ĐẦU ĐOẠN MẠCH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU CÓ GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG
KHÔNG ĐỔI
 
u
u U 2cos t
   

* Bài toán cực trị: Là bài toán cho một thông số của mạch biến thiên tìm điều kiện để một đại
lượng điện trên mạch đạt cực đại hoặc cực tiểu.
* Bài toán cùng trị: Là bài toán cho một một thông số của mạch biến thiên thấy có hai giá trị của
thông số này làm cho một đại lượng điện trên mạch không đổi (có cùng giá trị) vì vậy ta gọi là bài
toán cùng trị.
1. TRƯỜNG HỢP 1 : I, P, cos,U
R
phụ thuộc vào L,C, hoặc f.
a,Cùng trị:I, P, cos,U
R
không đổi:
1 1 2 2
( )
L C L C
Z Z Z Z
    

+ Nếu L biến thiên:

1 1 1
L L
C C LC
      
    
 + Nếu f biến thiên :
2
1 2 0
2
1
4
f f f
LC

  

Hệ quả:
1 2
  

b,Cực trị: I, P, cos,U
R
cực đại: Z
L
= Z
C
hay 

R
  
RL RLm L
U
U U Z

-Nếu L biến thiên thì : + điện áp trên C cực đại:
ax
R
C
C Cm
Z U
U U 

+ điện áp trên đoạn mạch RC cực đại:
2 2
ax
R
R
  
RC RCm C
U
U U Zc,Liên hệ cùng trị và cực trị:
1 2 0
L L 2L
 
,

và C
2
thì điện áp trên tụ điện U
C
không đổi:
1 2
2 2
21 1
R
L
C C L
Z
Z Z Z
 


b,Cực trị:U
Cmax
khi
'
2 2
R
L
C
L
Z
Z
Z



 


c,Liên hệ cùng trị và cực trị:
'
C1 C2
C
1 1 2
Z Z Z
 

3. TRƯỜNG HỢP 3 :U
L
phụ thuộc vào L
a,Cùng trị:Hai giá trị là L
1
và L
2
thì điện áp trên cuộn dây U
L
không đổi:
1 2
2 2
2
1 1
R
C
L L C
Z
Z Z Z

RC
2 2
0 0RC
2 2 2
Lm RC
u
u
1
U U
U U U
ax

 




 


c,Liên hệ cùng trị và cực trị:
'
L1 L2
L
1 1 2
Z Z Z
 

4. TRƯỜNG HỢP 4 : P toàn mạch phụ thuộc vào R
Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

 

,
2 1
1 2
tan R
tan R



,
1 2
2

 
  
và
1 2
, 
luôn cùng dấu.
b,Cực trị:
2
0 ax
0
,
2
L C m
U
R Z Z P
R

( )( ) ( )
L C
U
R R r
P
R r R r Z Z

  



   


Hệ quả:
1 2
tan tan 1
 

,
2 1
1 2
tan R r
tan R r





,

1 2 0
( ) ( ) ( )
   
R r R r R r

5. TRƯỜNG HỢP 5 : P
R
trên R phụ thuộc vào R trong trường hợp cuộn dây không thuần cảm
r 0

a,Cùng trị: R
1
và R
2
thì P
R
không đổi:
2
1 2
2 2
1 2
2
( )
R
L C
U
R R r
P
R R r Z Z



 Liên hệ và so sánh giữa R
0
và
'
0
R
trong trường hợp
r 0
:
Với
0
R R
P toàn mạch cực đại, với
'
0
R R
P
R
cực đại thì
'
0 0
' 2 2 2
0 0
R R
R (R r) r





  
 
với
2
L R
X
C 2
 

b,Cực trị:Để U
Cmax
thì
2
2
1
2
C
R X
LC L L
  

hay
2
R 2 ( )
L C L
Z Z Z
 
Khi đó
ax
2 2

U
L
không đổi
2 2 2 2
2 2
1 2
1 1
2 2
LC R C C X
   
 

b,Cực trị:Để U
Lmax
thì
2 2
2 1
2
L
LC R C CX
 


hay
2
R 2 ( )
C L C
Z Z Z
 
khi đó

R
không đổi
1 2
1
LC

 

b,Cực trị:
R Rmax
1
, U U
LC
  
 
: cộng hưởng
c,Liên hệ cùng trị và cực trị:
2
R 1 2

  

 Liên hệ và so sánh :
2
L C R
C R L
  
  



C
L
Z
Z

hay
2
2
1
LC
 

*Điều kiện 3:Để U
RC
không đổi và luôn bằng U khi R thay đổi thì
L C
Z 2Z

hay
2
LC 2



Liên hệ 3 điều kiện:
-Nếu điều chỉnh  thì
3
1 2
2
2

kiện 1, điều kiện 2, điều kiện 3.
10. TRƯỜNG HỢP 10 : U
RC
phụ thuộc C
Khi
''
0
C C
thỏa mãn
0 0
2 '' ''
R ( )
C C L
Z Z Z
 
thì
ax 0
''
U
m
RC C
U
Z
R


11. TRƯỜNG HỢP 11 : U
RL
phụ thuộc L
Khi



thì
LrCmin
0
U
U
r
R r




 Nếu r=0
Nếu
r 0

Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN
- 8 -
NỘI DUNG 7:
LIÊN HỆ GIỮA CÁC GIÁ TRỊ TỨC THỜI TRÊN
MẠCH RLC
1. Liên hệ giữa các điện áp tức thời với nhau.
2 2
2 2


R L C
u u u u  

Nếu L biến thiên để U
Lmax
thì
2 2
2 2
2
RC RC
0
2 2 2 2 2
0 0RC C
u u
u u
1 I
U U Z R Z
    


Nếu C biến thiên để U
Cmax
thì
2 2 2 2
2
RL RL
0
2 2 2 2 2
0 0RL L

    

0R
R
0
U
u
R
i I
 

Chú ý : Cần cảnh giác với các giá trị hiệu dụng.

NỘI DUNG 8:
MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG MỘT
PHA ĐI XA
1. Máy biến áp.
Công thức biến đổi diện áp
2 2
1 1
U N
U N


Công suất trên mạch sơ cấp và thứ cấp:
1 1 1 1 2 2 2 2
os , os
P U I c P U I c
 
 

*Sơ đồ lý thuyết: a, Các điện áp:
A
R
d

Thiết bị tiêu thụ
điện
B
U
Rd
U
TT
U
.
.
.
Máy
phát

TT
=U
các thiết bị điện
U
Rd
: Điện áp trên điện trở của dây dẫn (độ giảm áp trên đường dây) U
Rd
= R
d
I
(
2
 
d
l h
R
S S
 
)
*Giản đồ vecto:

*Liên hệ:
2 2 2
Rd TT Rd TT TT

TT TT TT
P U Ic
os
 : Là công suất nơi tiêu thụ, cũng là công suất có ích.
cos
TT
: là hệ số công suất nơi tiêu thụ điện.
*Liên hệ:
Rd TT
P P P
 
Nếu nơi phát điện có n máy phát ( n tổ máy) thì
0
P nP

Nếu nơi tiêu thụ điện có m thiết bị điện hoặc m hộ gia đình thì
TT 0TT
P mP

Nếu dây siêu dẫn hoặc máy phát điện đặt tại nơi tiêu thụ điện thì
Rd TT
P 0 P P
  
c, Tỉ lệ hao phí điện năng và hiệu suất truyền tải điện.
Hiệu suất:
d
TT
2 2
R P
P

U N
U N


Trong các công thức trên (mục 2) ta thay U=U
2
*Trên máy hạ áp:
'
2
U
=U
các thiết bị điện



TT
U


O
I


Rd
U


U



U

P
P
TT
.
.
.
.
.
.
.
.
'
2
U

U
1
' '
1 2
N N


Máy tăng áp
Máy hạ áp
Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN
- 10 -

x
là hệ số công suất động cơ
P
CH
: là công suất cơ học
P
Q
=R
X
I
2
: là công suất tỏa nhiệt trên động cơ
R
X
: là điện trở của động cơ
Hiệu suất động cơ
Q
CH
DC DC
P
P
H 1
P P
  

NỘI DUNG 10:
MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA
1. Biểu thức suất điện động của máy phát

0
e E c ( t )
os
  0 0 m
E NBS qN
ax
  
  trong đó q là số cuộn dây của phần ứng.
N
0
là số vòng dây trên một cuộn của phần ứng

m
BS 
ax

là từ thông cực đại qua một vòng dây của
phần ứng.
2 f 2 np   
trong đó n là tốc độ quay của rôto đơn vị là vòng/s
p là số cặp cực từ của phần cảm
2


X
U


U
AM


X


Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN
- 11 -
0
2 2
2 2
L C
E
NBS
I
1
2 R (Z Z )
2 R ( L )
C


ở trên
tử(tử là hằng số *** Khi n hoặc p biến thiên thì

biến thiên làm cho I và một số đại lượng điện khác trên mạch
thay đổi,

biến thiên luôn tỉ lệ với n hoặc p , vì vậy ta sẽ có một số bài toán khảo sát các đại
lượng điện trên mạch nối với máy phát điện theo

, theo p hoặc theo n. Cụ thể có các trường hợp
sau :
a. Trường hợp 1 : I, P, U
R
phụ thuộc vào , n, p.
( Tương tự U
L
phụ thuộc vào

của Dạng 6 Trường hợp 7 )
* Cực trị: I, P, U
R
cực đại:
0
2 2
2 1
2
LC R C CX

Nếu p biến thiên
2 2 2
1 2 0
1 1 2
p p p
 

b. Trường hợp 2 : U
C
phụ thuộc vào , n, p.
( Tương tự I, P, cos

,U
R
phụ thuộc vào

của Dạng 6 Trường hợp 1 )
* Cực trị: U
C
cực đại:
0
1
LC



* Cùng trị:U
C
không đổi :
1 2
khi

thay đổi).
Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN
- 12 -

V. KẾT QUẢ

Sau khi trình bày phương pháp tại lớp 12A5, ra các câu hỏi trắc nghiệm vận dụng phương
pháp tôi thấy phần lớn các em đã nhận ra được dạng bài tập, hiểu và biết cách vận dụng các công
thức, tính toán và chọn được đáp án khá nhanh.
Tiến hành kiểm tra 1 tiết bài tập về mạch RLC trong đó có nhiều câu hỏi liên quan đến bài
toán cùng trị và cực trị, hai lớp 12A1 và 12A5 làm cùng một đề kết quả thu được như sau:
* Lớp 12A1 : 57 hs làm bài có 54 hs đạt từ điểm 5 trở lên, chiếm 90,74%
* Lớp 12A5 : 52 hs làm bài có 49 hs đạt từ điểm 5 trở lên, chiếm 84,00% VI. KẾT LUẬN

Các câu hỏi trắc nghiệm tính toán nếu học sinh nhớ và biết cách vận dụng được các công thức thì
sẽ cho kết quả rất nhanh phù hợp với phương pháp làm bài trắc nghiệm. Để làm được điều đó đòi
hỏi người giáo viên phải giúp các em nhận dạng được bài tập và xây dựng hệ thống công thức.
Các dạng bài tập nằm trong nội dung nghiên cứu của đề tài là phức tạp và khó khăn đối với các
học sinh yếu kém, nhưng với phương pháp như đã trình bày thì các em đã biết cách vận dụng vào
Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN
- 13 -
để giải quyết các bài toán điều đó đã được thể hiện qua việc so sánh kết quả làm bài kiểm tra giữa
hai lớp 12A1 và 12A5.
Trên đây chỉ là một trong số rất nhiều các dạng bài tập ở các chuyên đề khác nhau trong hệ thống
bài tập Vật lý lớp 12 nói chung. Rất mong các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp đóng góp ý kiến
bổ sung để đề tài được hoàn chỉnh hơn, đồng thời xây dựng được nhiều phương pháp giải các dạng
bài tập trắc nghiệm khác nhau theo hướng đổi mới phương pháp để hướng dẫn cho các em học
sinh. Nghĩa Hưng, Tháng 5 năm 2015 Giáo Viên: Đặng Văn Thân


1.1000 BÀI TRẮC NGHIỆM TRỌNG TÂM VÀ ĐIỂN HÌNH VẬT LÍ 12
Tác giả: Dương Văn Cẩn( Chủ biên)
Nhà xuất bản: Nxb Đại học Sư Phạm

2. PHÂN LOẠI VÀ GIẢI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU – ÔN THI ĐẠI HỌC.
Tác giả: Nguyễn Đức Hiệp.
Nhà xuất bản: Nxb Đại học Quốc gia TPHCM

Xây dựng công thức giải bài toán điện xoay chiều theo hướng đổi mới phương pháp.

SÁNG KẾN KINH NGHIỆM GV:ĐẶNG VĂN THÂN
- 14 -