Tài liệu Skkn phân loại và phương pháp giải bài tâp chương dòng điện xoay chiều.

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Đơn vị Trường THPT Hồng Bàng Mã số: .................. (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TÂP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Người thực hiện: Phạm Đình Dinh Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học bộ môn: Tiếng Anh  - Lĩnh vực khác: ............................................  (Ghi rõ tên lĩnh vực) Có đính kèm: Các sản phẩm không thề hiện trong bản in SKKN  Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác Năm học: 2012-2013 SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN 1. Họ và tên: Phạm Dinh Dinh 2. Ngày tháng năm sinh: 26/08/1978 3. Nam, nữ: Nam 4. Địa chỉ: 63/1 Ngô Quyền, Khu 4, Thị Trấn Gia Ray, Xuân Lộc, Đồng Nai. 5. Điện thoại: (061)3740090(CQ)/ ĐTDĐ: 0987784436 6. Fax: 7. Chức vụ: Tổ Phó chuyên môn Vật lý 8. Đơn vị công tác: Trường THPT Hồng Bàng E-mail: [email protected] II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Đại Học - Năm nhận bằng: 2002 - Chuyên ngành đào tạo: Vật lý III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng Dạy Vật lý Số năm có kinh nghiệm: 11 năm ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TÂP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Dòng điện xoay chiều là một dao động điện từ cưỡng bức, đổi chiều liên tục hằng trăm lần trong một giây, làm từ trường do nó sinh ra cũng thay đổi theo. Chính điều đó đã làm cho dòng điện xoay chiều có một số tác dụng to lớn mà dòng điện một chiều không có. Do đó mà dòng điện xoay chiều được ứng dụng rộng rãi trong thực tế cuộc sống. Chương “Dòng điện xoay chiều” là một trong những chương quan trong của chương trình vật lý 12. Việc nắm vững kiến thức, vận dụng kiến thức để giải các bài tập định tính, bài tập định lượng của chương này đối với học sinh thật không dễ dàng. Chính vì vậy, đề tài : “Phân loại và phương pháp giải bài tập dòng dieân xoay chiều” sẽ giúp học sinh có một hệ thống bài tập, có phương pháp giải cụ thể của từng dạng với hướng dẫn giải chi tiết từng bài, từ đó giúp học sinh có thể hiểu rõ hơn về chương dòng điện xoay chiều. Đồng thời thông qua việc giải bài tập, học sinh có thể được rèn luyện về kĩ năng giải bài tập, phát triển tư duy sáng tạo và năng lực tự làm việc của bản thân. B: THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI I: Thuận lợi: - Được sự tạo điều kiện của BGH, tổ chuyện môn và các đồng nghiệp trong trường - Bản thân có kinh nghiệm 9 năm giảng dạy vật lý 12 - Thư viện nhà trường có tương đối đầy đủ các tài liệu tham khảo cho giáo viên - Thời gian học trên lớp nhiều nên giáo viên có thời gian dạy kỷ II: Khó khăn: - Học sinh nhà trường đa số là HS trung bình, yếu, kém nên nắm bắt và khả năng tư duy trong việc học vật lý nói chung và chương điện xoay chiều nói riêng là rất chậm - Thời gian cho các em tự học ở nhà ít C: NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1. Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1. Phương pháp giải chung: Thông thường bài tập thuộc dạng này yêu cầu ta tính từ thông, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây quay trong từ trường. Ta sử dụng các công thức sau để giải:   2 no - Tần số góc: (đơn vị: rad/s) - Tần số của suất điện động cảm ứng trong khung bằng tần số quay của khung: f    no 2 (Đơn vị: Hz) (Với no : số vòng quay trong mỗi giây) 1 1 2   f no  (đơn vị: s)    o cos  t    , với T - Chu kỳ quay của khung dây: - Biểu thức từ thông: - Biểu thức suất điện động: Hay e   '  Eo sin  t    e  Eo cos  t  o  , với  o  NBS uur uu r , Với   lúc t = 0   B, n Eo   NBS (đơn vị: V) - Vẽ đồ thị: Đường sin:  có chu kì T 2   có biên độ Eo. 1.2. Bài tập về cách tạo ra dòng điện xoay chiều: Bài 1: Một khung dây có diện tích S = 60cm 2 quay đều với vận tốc 20 vòng trong một giây. Khung đặt trong từ trường đều B r= 2.10-2T. Trục quay của khung vuông góc với các đường cảm ứng từ, lúc t = 0 ur pháp tuyến khung dây n có hướng của B . a. Viết biểu thức từ thông xuyên qua khung dây. b. Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây. Bài 2: Một khung dây dẫn gồm N = 100 vòng quấn nối tiếp, diện tích mỗi vòng dây là S = 60cm 2. Khung -2 dây quay đều với tần số uu r 20 vòng/s, trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10 T. Trục quay của khung vuông góc với B . a. Lập biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời. b. Vẽ đồ thị biểu diễn suất điện động cảm ứng tức thời theo thời gian. Bài 3: Một khung dây dẫn có N = 100 vòng dây quấn nối tiếp, mỗi vòng có diện tích S = 50cm 2.uKhung u r dây được đặt trong từ trường đều B = 0,5T. Lúc t = 0, vectơ pháp tuyến của khung dây hợp với B góc   3 . Cho khung dây quay đều quanh trục  (trục  đi qua tâm và song song với một cạnh của uu r khung) vuông góc với B với tần số 20 vòng/s. Chứng tỏ rằng trong khung xuất hiện suất điện động cảm ứng e và tìm biểu thức của e theo t. Bài 4: -2 Khung uu r dây gồm N = 250 vòng quay đều trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10 T. Vectơ cảm ứng từ B vuông góc với trục quay của khung. Diện tích của mỗi vòng dây là S = 400cm 2. Biên độ của suất điện động cảm ứng trong khung là Eo  4 (V)  12,56 (V). ur Chọn gốc thời gian (t = 0) lúc pháp tuyến của khung song song và cùng chiều với B . a. Viết biểu thức của suất điện động cảm ứng e theo t. b. Xác định giá trị của suất điện động cảm ứng ở thời điểm c. Xác định thời điểm suất điện động cảm ứng có giá trị t e 1 40 s. Eo  6,28 2 V. Bài 5: Một con lắc đơn gồm một dây kim loại nhẹ có đầu trên I cố định, đầu dưới treo quả cầu nhỏ C bằng kim loại. Chiều dài của dây là l = 1m. a. Kéo C ra khỏi vị trí cân bằng góc  o  0,1rad rồi buông cho C dao động tự do. Lập biểu thức  hợp bởi dây treo và phương thẳng đứng theo thời gian t. uu r b. Con lắc dao động trong từ trường đều có B vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc. tính góc Cho B = 0,5T, chứng tỏ giữa I và C có một hiệu điện thế u. Lập biểu thức của u theo thời gian t. 1.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: S = 60cm2 = 60.10-4m2 no= 20 vòng/s B = 2.10-2T a. Biểu thức ? b. Biểu thức e? Các mối liên hệ cần xác lập: - Áp dụng công thức tính tần số góc .    cos  t     cần tìm  , , . o o - Biểu thức từ thông  xuyên qua khung dây có dạng: ur uu r - Vectơ pháp tuyến của khung n trùng với B lúc t = 0   = 0 - Có o, ,   viết được biểu thức từ thông . - Tìm Eo = o  viết được biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh ur uu r ur r - Chọn gốc thời gian ở thời điểm n trùng B   có   B, n  0 giá trị là bao nhiêu? - Dạng của biểu thức từ thông gởi qua khung dây? - Từ biểu thức bên, hãy tìm các đại lượng chưa biết.    o cos  t    - Có o, ,   biểu thức từ thông. - Biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây có dạng thế nào? - o = NBS - Hãy xác định biên độ của suất điện động cảm ứng Eo.   2 no - Có Eo  biểu thức suất điện động cảm ứng e .  -  E  Eo cos  t    - Eo = o. Bài giải: T a. Chu kì: Tần số góc: 1 1   0,05 no 20 (s).   2 no  2 .20  40 (rad/s).  o  NBS  1.2.102.60.104  12.105 (Wb) 5 Vậy   12.10 cos 40 t (Wb) 5 2 b. Eo   o  40 .12.10  1,5.10 (V) Vậy E  1,5.10 sin 40 t (V) 2 Bài 2: Tóm tắt: N = 100 vòng S = 60cm2 = 60.10-4m2 no = 20 vòng/s B = 2.10-2T a. Biểu thức e = ? b. Vẽ đồ thị biểu diễn e theo t. Các mối liên hệ cần xác lập: Hay  E  1,5.102 cos  40 t    2  (V) ur r r ur    B, n  0 - Chọn gốc thời gian tại thời điểm n trùng B   - Áp dụng công thức tính tần số góc , suất điện động cảm ứng cực đại Eo  biểu thức e. - Đồ thị có sạng hình sin qua gốc tọa độ O, có chu kì T, biên độ Eo. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh r n - Chọn gốc thời gian tại thời điểm trùng e  Eo sin  t     Eo sin t ur B thì biểu thức của suất điện động tức thời ur r có dạng như thế nào?   B, n  0 vì   - Để tìm , Eo , ta áp dụng công thức nào để tính? -   2 no - Đồ thị biểu diễn e theo t là đường biểu diễn có dạng hình sin. Vậy để vẽ đồ thị này Eo = NBS - Để vẽ đồ thị thì cần có chu kì T và suất điện động thì cần có những yếu tố nào? cực đại Eo. T Chu kì : Bài giải: T a. Chu kì: Tần số góc: 1 1   0,05 no 20 s.   2 no  2 20  40 (rad/s) Biên độ của suất điện động: Eo = NBS = 40  .100.2.10-2.60.10-4  1,5V r ur n, B  0    0 Chọn gốc thời gian lúc .   Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời: e  Eo sin t  1,5sin 40 t (V)   e  Eo cos t  1,5cos  40 t   2  (V).  Hay b. Đồ thị biểu diễn e theo t là đường hình sin: - Qua gốc tọa độ O. - Có chu kì T = 0,05s - Biên độ Eo = 1,5V. Bài 3: Tóm tắt: N = 100 vòng S = 50cm2 = 50.10-4m2 B = 0,5T t=0   3 1 no no = 20 vòng/s Chứng tỏ khung xuất hiện suất điện động cảm ứng e, biểu thức e = ? Các mối liên hệ cần xác lập: ur - Khung dây quay đều quanh trục  vuông góc với cảm ứng từ B thì từ thông qua diện tích S của khung dây biến thiên. Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây sẽ xuất hiện suất điện động xoay chiều biến đổi theo thời gian. - Tìm , Eo  biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Điều kiện để xuất hiện suất điện động - Từ thông qua khung dây biến thiên. cảm ứng trong khung dây là gì? - Khi khung dây quay quanh trục  ur - Khi khung dây quay trong từ trường đều có cảm ứng r ur vuông góc với cảm ứng từ B thì nguyên n B từ thì góc tạo bởi vectơ pháp tuyến của khung nhân nào đã làm cho từ thông qua khung ur dây biến thiên? dây và B thay đổi  từ thông qua khung dây biến thiên  trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm - Để viết được biểu thức suất điện động ứng. cảm ứng tức thời e thì ta phải tìm Eo, . - Áp dụng công thức nào để tính Eo, ? -   2 no Eo = NBS Bài giải: ur  Khung dây quay đều quanh trục vuông góc với cảm ứng từ B thì góc hợp bởi vectơ pháp tuyến r ur n của khung dây và B thay đổi  từ thông qua khung dây biến thiên  Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng. Tần số góc:   2 no  2 .20  40 (rad/s) Biên độ của suất điện động : Eo   NBS  40 .100.0,5.50.104  31,42 (V) r ur  n, B    3 Chọn gốc thời gian lúc Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời:     e  31,42sin  40 t   e  31,42cos  40 t   3  (V) Hay 6  (V)   Bài 4: Tóm tắt: N = 250 vòng B = 2.10-2T S = 400cm2 = 400.10-4m2 Eo = 4 (V)  12,56V a. biểu thức e ? b. t 1 40 s , e = ? c. Eo  6,28 2 V,t=? e Các mối liên hệ cần xác lập: r ur - Chọn gốc thời gian t = 0 lúc pháp tuyến n của khung song song và cùng chiều với B  - Tìm   biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e theo t. - Có t thay vào biểu thức e  - Thay giá trị e giá trị e. Eo  6,28 2 V vào biểu thức e  thời điểm t. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên - Đề bài chưa cho  và cho Eo. Làm thế nào để tìm ? Hoạt động của học sinh r n - Chọn gốc thời gian t = 0 lúc pháp tuyến của ur khung song song và cùng chiều với B  điều gì? - Có , Eo ta viết được biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e. - Giá trị của suất điện động cảm ứng e tại thời 1 40 s được tính bằng cách nào? t điểm - Khi e Eo 2 thì t bằng nhiêu, được tính như thế nào? Eo NBS  ur r   B, n  0  Bài giải: a. Tần số góc :   - Thay t vào biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e  giá trị của e. - Thay e Eo 2 vào biểu thức e  t. Eo 4   20 NBS 250.2.102.400.104 (rad/s) Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời:   e  12,56cos  20 t   2  (V). e  12,56sin 20 t (V) hay  b. Tại c. e   0. t 1   1 e  12,56sin  20 .   12,56 40   40 s thì V Eo  6,28 2 V  6,28  12,56sin 20 t  sin20 t  0,5  sin  6   6  k 2  20 t    5  k 2 6 k  1 120  10 ( s )  t  1  k (s)  24 10 Bài 5: Tóm tắt: l = 1m g = 9,8 m/s2 a.  o  0,1 rad Biểu thức tính góc  theo thời gian t ? b. B = 0,5T Chứng tỏ giữa I và C có điện áp u. Biểu thức u theo thời gian t ? Các vấn đề cần xác lập: - Chọn gốc thời gian t = 0 lúc con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng góc - Biểu thức tính góc  o  0,1 rad  theo thời gian t có dạng:    o sin  t     phải tìm  ,   biểu thức tính góc  . - Đề bài không cho g, ta hiểu g = 9,8 m/s2 ur - Con lắc đơn dao động trong từ trường đều có B vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc  theo định luật cảm ứng điện từ, con lắc sẽ có suất điện động cảm ứng  giữa hai đầu I, C của con lắc sẽ có một hiệu điện thế u. - Biểu thức của u theo t bằng biểu thức của e theo t  tìm Eo,  . Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên - Chọn gốc thời gian lúc con lắc lệch khỏi vị trí cân Hoạt động của học sinh bằng góc  o  0,1 rad. - Viết phương trình dao động của con lắc đơn. - Để viết phương trình dao động của con lắc đơn, ta cần tìm  ,  . -    o sin  t     được tính bằng công thức nào? - Với cách chọn gốc thời gian như trên thì ta được điều gì? - ur  g l - Tại t = 0 thì    o . Thay vào phương - Con lắc dao động trong từ trường đều có B vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc thì trình dao động của con lắc  ta tìm được  có xuất hiện suất điện động cảm ứng không? Vì . sao? - Khi con lắc dao động trong từ trường đều ur có B vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc, thì từ thông qua diện tích S (của - Trong con lắc xuất hiện suất điện động, có nghĩa mặt phẳng dao động của con lắc) biến thiên do diện tích S thay đổi trong quá trình con là giữa hai đầu con lắc tồn tại một hiệu điện thế u. r lắc dao động  trong con lắc xuất hiện - Do n ( vectơ pháp tuyến của mặt phẳng dao động suất điện động cảm ứng. quét bởi con lắc) luôn song song và cùng chiều với ur B   =? ur r - Biểu thức u theo t được viết có dạng thế nào?   B, n  0 - Ta có Eo =  NBS . Để tìm Eo thì ta phải tìm S. - Ta thấy như hình vẽ, mặt phẳng dao động quét bởi con lắc có dạng hình quạt. Do đó S chính là diện tích hình quạt. Diện tích hình quạt được tính như thế nào? - Vì mạch IC hở nên: u  e  Eo sin t   o l - Có S  Eo   r 2  ol 2 S  2 2 - Biểu thức u theo t. Bài giải:  a. Tần số góc: g 9,8   l 1 (rad/s) Phương trình dao động của con lắc có dạng:    o sin  t    Chọn gốc thời gian t = 0 lúc con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng góc  o  0,1 rad.  tại t = 0 thì    o   sin   1      o   o sin  2 rad     0,1sin  t   2  (rad).  Vậy ur b. Con lắc dao động trong từ trường đều có B vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc  diện tích S của mặt phẳng dao động quét bởi con lắc thay đổi theo thời gian t  từ thông qua diện tích S biến thiên  trong con lắc xuất hiện suất điện động cảm ứng, suy ra giữa hai đầu I và C của con lắc có một hiệu điện thế u. r ur r ur    n, B  0 Do vectơ pháp tuyến n của mặt phẳng dao động quét bởi con lắc trùng B .   Vì mạch IC hở nên biểu thức của u theo t có dạng : u  e  Eo sin t S Với  Vậy  ol 2 2 ( Diện tích hình quạt)  ol 2 0,1.1 Eo   NBS   NB   .1.0,5.  0,079 2 2 (V) u  e  0,079sin  t (V). 2. Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP. 2.1. Phương pháp giải chung: - Xác định giá trị cực đại của cường độ dòng điện Io hoặc điện áp cực đại Uo. - Xác định góc lệch pha  giữa u và i: tan   Z L  ZC U L  U C  R UR   u  i  u hoặc i - Biết biểu thức điện áp của đoạn mạch nào thì có thể suy ra biểu thức cường độ dòng điện trong đoạn mạch ấy và ngược lại.  Trường hợp biết biểu thức của cường độ dòng điện tức thời: i  I o cos  t  i  thì biểu thức điện áp có dạng: u  U o cos  t  u   U o cos  t  i     Trường hợp biết biểu thức điện áp giữa hai đầu của một đoạn mạch: u  U o cos  t  u  . thì biểu thức của cường độ dòng điện tức thời có dạng: i  I o cos  t  u    Chú ý: Cũng có thể tính các độ lệch pha và các biên độ hay giá trị hiệu dụng bằng giản đồ Fre-nen. 2.2. Bài tập về viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp: Bài 1: Mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 40, một cuộn thuần cảm có hệ số tự cảm 0,8 2.104 L C  H và một tụ điện có điện dung  F mắc nối tiếp. Biết rằng dòng điện qua mạch có dạng i  3cos100 t (A). a. Tính cảm kháng của cuộn cảm, dung kháng của tụ điện và tổng trở toàn mạch. b. Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu điện trở, giữa hai đầu cuộn cảm, giữa hai đầu tụ điện, giữa hai đầu mạch điện. Bài 2: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 80, một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 64mH và một tụ điện có điện dung C  40  F mắc nối tiếp. a. Tính tổng trở của đoạn mạch. Biết tần số của dòng điện f = 50Hz. b. Đoạn mạch được đặt vào điện áp xoay chiều có biểu thức u  282cos314t (V). Lập biểu thức cường độ tức thời của dòng điện trong đoạn mạch. Bài 3: 1 103 L C 10 H, 4 F và Cho mạch điện như hình vẽ. Biết đèn ghi (40V- 40W). Đặt vào 2 điểm A và N một hiệu điện thế u AN  120 2 cos100 t (V). Các dụng cụ đo không làm ảnh hưởng đến mạch điện. a. Tìm số chỉ của các dụng cụ đo. b. Viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp toàn mạch. Bài 4: Sơ đồ mạch điện có dạng như hình vẽ, điện trở R = 40, cuộn thuần cảm L 3 103 C 10 H, tụ điện 7 F. Điện áp u AF  120cos100 t (V). Hãy lập biểu thức của: a. Cường độ dòng điện qua mạch. b. Điện áp hai đầu mạch AB. Bài 5: Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ, R = 100, L là độ 104 C 3 F, RA  0. Điện áp tự cảm của cuộn dây thuần cảm, u AB  50 2 cos100 t (V). Khi K đóng hay khi K mở, số chỉ của ampe kế không đổi. a. Tính độ tự cảm L của cuộn dây và số chỉ không đổi của ampe kế. b. Lập biểu thức của cường độ dòng điện tức thời trong mạch khi K đóng và khi K mở. 2.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: R = 40 L 0,8  H 2.104 C  F i  3cos100 t (A) a. ZL = ? , ZC = ? , Z = ? b. uR = ? , uL = ? , uC = ?, u = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Áp dụng công thức tính ZL, ZC, Z. - Tìm U0R, U0L, U0C, Uo và xác định góc lệch pha  tương ứng  Biểu thức uR, uL, uC, u. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của học sinh Hoạt động của học sinh - Cảm kháng, dung kháng, tổng trở của - ZL  L mạch được tính bằng biểu thức nào? ZC  - Biểu thức uR, uL, uC, u có dạng như thế nào? - Dựa vào các biểu thức bên, hãy tìm các đại lượng chưa biết. 1 C Z  R 2   Z L  ZC  2 - u R  U oR cos t uL  U oL cos  t   L  uC  U oC cos  t  C  u  U o cos  t    - UoR = IoR ; UoL = IoZL ; UoC = IoZC U = IoZ  L  uL nhanh pha hơn i uC chậm pha hơn i  C   Áp dụng biểu thức: tan   Z L  ZC   R Bài giải: a. Cảm kháng: Z L   L  100 . ZC  Dung kháng: 1  C 0,8  80  1  50 2.104 100 .  Z  R 2   Z L  Z C   402   80  50   50 2 Tổng trở: 2 b.  Vì uR cùng pha với i nên : u R  U oR cos100 t với UoR = IoR = 3.40 = 120V Vậy u  120cos100 t (V).    uL  U oL cos 100 t   2   Vì uL nhanh pha hơn i góc 2 nên: Với UoL = IoZL = 3.80 = 240V  2  2   uL  240cos 100 t   2  (V).  Vậy    uC  U oC cos 100 t   2   Vì uC chậm pha hơn i góc 2 nên:  Với UoC = IoZC = 3.50 = 150V   uC  150cos 100 t   2  (V).  Vậy Áp dụng công thức:   tan   37 o Z L  Z C 80  50 3   R 40 4   37  0,2 180 (rad).  biểu thức hiệu điện thế tức thời giữa hai đầu mạch điện: u  U o cos  100 t    Với Uo= IoZ = 3.50 = 150V Vậy u  150cos  100 t  0,2  (V). Bài 2: Tóm tắt: R = 80 L = 64mH = 64.10-3H C = 40F = 40.10-6F a. f = 50Hz Z=? b. u = 282 cos314t (V) Biểu thức i = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Tìm , ZL, ZC  tổng trở Z. - Áp dụng biểu thức tính độ lệch pha : - Tìm Io, tan   Z L  ZC R . i  u    biểu thức i. Chú ý các giá trị của  phải tính bằng đơn vị rad khi thay vào biểu thức. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên - Tìm  khi biết tần số f. - Biểu thức tính cảm kháng, dung kháng, tổng trở. - Dạng của biểu thức cường độ dòng điện tức thời i? -   2 f - ZL  L Hoạt động của học sinh , ZC  1 C Z  R 2   Z L  ZC  2 - Để viết được biểu thức i, ta phải tìm Io, i . - i  I o cos  314t  i  - Io được tính như thế nào? - Góc lệch pha  = ? - - Theo bài, u = ? - Có  và u , vậy tìm i bằng cách nào? Bài giải: Io  Uo Z tan   - u  0 -   u   i   2 f  2 .50  100 rad/s a. Tần số góc: Z L   L  100 .64.103  20 Cảm kháng: Dung kháng: ZC  1 1   80 C 100 .40.106 Z  R 2   Z L  Z C   802   20  80   100 2 Tổng trở: Z L  ZC   R 2 b. Cường độ dòng điện cực đại: Io  U o 282   2,82 Z 100 A Độ lệch pha của hiệu điện thế so với cường độ dòng điện: tan   Z L  Z C 20  80 3   R 80 4    i  u      37o  37 180 rad 37   i  2,82cos  314t   180  (A)  Vậy Bài 3: Tóm tắt: L 1 H 10 103 C 4 F Uđm = 40V , Pđm = 40W 37o u AN  120 2 cos100 t (V) a. IA = ? , UV = ? b. i = ?, uAB = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Số chỉ của vôn kế chính bằng điện áp hiệu dụng U AN  U oAN 2 - Tính dung kháng, cảm kháng, điện trở của bóng đèn. - Tính tổng trở ZAN của đoạn mạch AN gồm tụ điện C và bóng đèn: Z AN  Rđ2  Z C2 - Số chỉ của ampe kế bằng cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch AN (vì các phần tử điện mắc nối IA  tiếp) - Tìm Io và - Tìm U AN Z AN i  biểu thức i, với chú ý i  uAN   AN  0   AN   AN uAB  i   AB , và tìm Uo  biểu thức uAB. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên a. - Viết biểu thức tính cảm kháng, dung kháng, điện trở của bóng đèn. Hoạt động của học sinh 2 U dm 1 Rd  ZC  Pdm Z   L  C L , , - Vôn kế đo điện áp của đoạn mạch nào? Từ đó, hãy tìm số chỉ của vôn kế. - Vôn kế đo điện áp hiệu dụng của đoạn mạch AN  số chỉ của vôn kế chính là điện áp hiệu dụng của đoạn AN: U AN  U oAN 2 - Cường độ dòng điện trong đoạn AN có bằng cường độ dòng điện của toàn mạch không? Vì sao? - IAN = I vì mạch mắc nối tiếp. - Vậy IAN có giá trị bằng bao nhiêu? - Suy ra số chỉ ampe kế IA = I = IAN. U I AN  AN b. - Biểu thức cường độ dòng điện tức thời Z AN có dạng như thế nào? - Như vậy ta cần tìm Io và i .  o i  (A) - Io được tính thế nào? - Đoạn mạch AN gồm các phần tử điện nào? - Hãy tính độ lệch pha của điện áp so với cường độ dòng điện trong đoạn AN. - Viết biểu thức liên hệ góc lệch pha giữa - I o  I 2 điện áp và cường độ dòng điện trong đoạn - Đoạn AN gồm một bóng đèn và tụ điện C. AN và tìm i . Z - Biểu thức điện áp tức thời toàn mạch có dạng như thế nào? - Tính tổng trở của toàn mạch AB. - Uo được xác định bằng cách nào? - Hãy tính độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện của đoạn mạch AB, từ i  I cos 100 t   tan  AN  C Rd  AN  uAN  i  i  uAN   AN  0   AN   AN đó tìm u. - u  U o cos  100 t  u  (V) - Z AB  Rd2   Z L  Z C  - Uo = I.ZAB tan  AB  - 2 Z L  ZC Rd u   AB  i Bài giải: a. Cảm kháng: Z L   L  100 . ZC  1  C Dung kháng: 1  10 10 1 103 100 . 4  40 U đ2m 402 Rđ    40 P 40 đm Điện trở của bóng đèn: Tổng trở đoạn mạch AN: Số chỉ của vôn kế: Z AN  Rđ2  ZC2  402  402  40 2 U AN  U oAN 120 2   120 2 2 V IA  I  Số chỉ của ampe kế: U AN 120 3    2,12 Z AN 40 2 2 A b. Biểu thức cường độ dòng điện có dạng: i  I o cos  100 t  i  (A) tan  AN  Ta có :  ZC 40    1      AN Rđ 40 4 i  uAN   AN   AN  Io  I 2  3 . 2 3 2 A  4 rad rad   i  3cos 100 t   4  (A).  Vậy Biểu thức hiệu điện thế giữa hai điểm A, B có dạng: u AB  U o cos  100 t  u  (V) Tổng trở của đoạn mạch AB: Z AB  Rđ2   Z L  ZC   402   10  40   50 2 2  U o  I o Z AB  3.50  150 V tan  AB  Ta có: Z L  Z C 10  40 3   Rđ 40 4  u  i   AB    AB   37 180 rad  37    4 180 20 rad    u AB  150cos 100 t   20  (V)  Vậy Bài 4: Tóm tắt: R = 40 L 3 10 H 103 C 7 F u AF  120cos100 t (V) a. Biểu thức i = ? b. Biểu thức uAB = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Tìm góc lệch pha - Tìm Io và  AF giữa điện áp và cường độ dòng điện của đoạn mạch AF. i  biểu thức i. Với i  uAF   AF - Tìm góc lệch pha - Tìm Uo và  AB giữa điện áp và cường độ dòng điện của toàn mạch. u  biểu thức u, với u   AB  i . Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động động của giáo viên a. -Tính tổng trở của đoạn mạch AF. Hoạt động của học sinh - - Biểu thức i có dạng như thế nào? Z AF  R 2  Z L2 - Giá trị của cường độ dòng điện cực đại I o i  I o cos  100 t  i  toàn mạch được tính thế nào? - Hãy xác định góc lệch pha giữa điện áp U và cường độ dòng điện của đoạn mạch AF. I o  oAF Z AF - Suy ra giá trị của i ? b. – Tính tổng trở Z của toàn mạch. - Áp dụng công thức tan  AF  - Biểu thức u có dạng thế nào? - Tương tự hãy tìm các đại lượng chưa biết của biểu thức (*). ZL R - i  uAF   AF  0   AF   AF - Z  R 2   Z L  ZC  - u  U o cos  100 t  u  2 - Ta có: Uo = IoZ Áp dụng công thức tan    Z L  ZC   R u   AB  i . Bài giải: a. Cảm kháng: Z L   L  100 . ZC  Dung kháng: 1  C 1 103 100 . 7 Tổng trở của đoạn mạch AF:  Io  Góc lệch pha Ta có: 3  30 10  70 Z AF  R 2  Z L2  402  302  50 U oAF 120   2,4 Z AF 50 A  AF : tan  AF  Z L 30   0,75   AF R 40 i  uAF   AF  0   AF   AF   37   i  2,4cos 100 t   180  (A)  Vậy 37 180 rad 37 180 rad (*) Z  402   30  70   40 2 2 b. Tổng trở của toàn mạch:  U o  I o Z  2,4.40 2  96 2 V Ta có: tan  AB  Z L  Z C 30  70    1   AB   R 40 4 rad  u   AB  i    37 41   4 180 90 rad 41   u  96 2 cos 100 t   90  (V)  Vậy Bài 5: Tóm tắt: R = 100 104 C 3 F RA  0 u AB  50 2cos100 t (V) a. L = ? IA = ? b. Biểu thức i = ? khi K mở, K đóng. Các mối liên hệ cần xác lập: - Khi K mở hay khi K đóng thì biểu thức uAB và số chỉ ampe kế không đổi nên  mở bằng khi K đóng. Từ mối liên hệ này, ta tìm được giá trị của độ tự cảm L. - Tìm tổng trở Z khi K đóng và U  I A  Id  số chỉ của ampe kế - Tìm độ lệch pha  khi K mở, khi K đóng  tổng trở Z khi K U Zd . i khi K mở, K đóng với chú ý : i  u   , tìm Io  biểu thức cường độ dòng điện i khi K mở, K đóng. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh a.- Theo bài, biểu thức uAB và số chỉ của - Tổng trở Z khi K đóng và khi K mở bằng nhau: ampe kế không đổi ta suy ra được điều gì? - Hãy lập biểu thức mối liên hệ giữa Z m và Z m  Z d Zd, từ đó hãy tính giá trị của L. Z m  Z d  R 2   Z L  Z C   R 2  Z C2 2  - Do số chỉ của ampe kế không đổi khi K đóng cũng như khi K mở nên để tính toán nhanh chóng, ta chọn tìm số chỉ của ampe kế khi K đóng. Khi K đóng thì dòng điện trong mạch chạy như thế nào?  Z L  ZC  2  Z C2  Z L  ZC  ZC  Z L  2ZC    Z L  Z C   Z C  Z L  0 (Loại)