Sáng kiến kinh nghiệm Phân loại và cách giải một số bài tập điện xoay chiều

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ 
BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU 
SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC 
I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN 
1. Họ và tên: Mai Thị Thu Huyền. 
2. Ngày tháng năm sinh: 26 – 08 -1976. 
3. Giới tính: Nữ 
4. Địa chỉ: 18/G2 – KPI- P. Long Bình Tân - TP. Biên Hòa – Tỉnh Đồng 
Nai. 
5. Điện thoại: CQ- 0613.834289 NR- 0613.834288 ĐTDĐ – 
0938.282846 
6. Fax: E-mail: huyenha76@yahoo.com.vn 
7. Chức vụ: Giáo viên 
8. Đơn vị công tác: THPT Nguyễn Hữu Cảnh – TP. Biên Hòa – Tỉnh Đồng 
Nai. 
II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO 
- Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân. 
- Năm nhận bằng: 1998. 
- Chuyên ngành đào tạo: Vật Lý 
III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC 
- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Vật Lý 
 Số năm có kinh nghiệm:13 năm 
- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây. 
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 
 Sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày càng đạt được những thành tựu to 
lớn, những kiến thức khoa học ngày càng sâu rộng hơn. Khoa học kỹ thuật 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. Vật lý là bộ môn khoa học cơ bản, 
làm cơ sở lý thuyết cho một số môn khoa học ứng dụng mới ngày nay. 
 Do có tính thực tiễn nên môn Vật Lý phổ thông là môn mang tính hấp 
dẫn. Tuy vậy, Vật Lý là một môn học khó vì cơ sở của nó là toán học. Bài tập 
của nó rất đa dạng và phong phú. Trong phân phối chương trình số tiết bài tập 
lại ít hơn số với nhu cầu cần củng cố kiến thức cho học sinh. Chính vì thế người 
giao viên phải đưa ra những phương pháp tốt nhất nhắm tạo ra cho học sinh 
niềm say mê yêu thích môn này. Việc phân loại và hướng dẫn cách giải là việc 
làm rất cần thiết. 
 Trong chương trình Vật lý 12, bài tập điện xoay chiều là đa dạng và khó. 
Qua những năm đứng lớp giảng dạy tôi nhận thấy học sinh thường rất lúng túng 
trong việc tìm cách giải bài tập. Xuất phát từ thực tiễn trên, qua kinh nghiệm 
giảng dạy tôi đã chọn đề tài: “ PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI 
TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU”. 
 Đề tài này giúp học sinh khắc sâu kiến thức lí thuyết qua một hệ thống bài 
tập và phương pháp giải chúng, giúp các em chủ động làm được các bài tập. 
II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI 
1. Cơ sở lý luận. 
Chủ đề 1: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU. 
 Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 
- 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: 
- Tần số góc: 2 f (đơn vị: rad/s) 
- Tần số của suất điện động cảm ứng trong khung bằng tần số quay của khung: 
2
f 
 (Đơn vị: Hz) 
- Chu kỳ quay của khung dây: 1 2T
f

 (đơn vị: s) 
- Biểu thức từ thông: coso t   ,với o NBS 
- Biểu thức suất điện động: ' sinoe E t  , Với ,B n   lúc t = 0 
 Hay cos ooe E t , với oE NBS (đơn vị: V) 
Dạng 2: VIẾT BIỂU THỨC CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP. 
- 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 L C L Cu i
R
Z Z U U
R U
 / /u i i 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. 
Dạng 3: CỘNG HƯỞNG ĐIỆN 
 Khi có hiện tượng cộng hưởng điện thì: 
 ZL = ZC hay 
1 1L
C LC
 

 hay 2 1LC 
 Khi đó 
min
max
min
0
Z R
U UI
Z R
 Áp dụng hiện tượng cộng hưởng điện để tìm L, C, f khi: 
- Số chỉ ampe kế cực đại. 
 - Cường độ dòng điện và điện áp đồng pha ( 0 ). 
 - Hệ số công suất cực đại, công suất tiêu thụ cực đại. 
 - Để mạch có cộng hưởng điện. 
 Nếu đề bài yêu cầu mắc thêm tụ điện C’ với C và tìm cách mắc thì chú ý so sánh Ctđ 
với C trong mạch: 
- Ctđ > C : phải mắc thêm C’ song song với C 
- Ctđ < C : phải mắc thêm C’ nối tiếp với C. 
Dạng 4: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN KHI BIẾT HAI ĐOẠN MẠCH CÓ 
ĐIỆN ÁP CÙNG PHA, VUÔNG PHA. 
 - Điện áp hai đoạn mạch 1 và 2 ở trên cùng một mạch điện vuông pha nhau: 
1 2tan .tan 1 
- Nếu = 0o (hai điện áp đồng pha) thì 1 2 1 2tan tan 
- Áp dụng công thức tan L CZ Z
R
 . 
Dạng 5: CÔNG SUẤT CỦA ĐOẠN MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP 
+ Công thức: 2cosP UI RI ,với cos R
Z
+ Công suất cực đại (Pmax) khi U không đổi: 
2
2
22
L C
RUP RI
R Z Z
+ R không đổi ; L, hoặc C, hoặc f thay đổi: 
P đạt giá trị lớn nhất (Pmax) khi mẫu số đạt giá trị nhỏ nhất. Điều này xảy ra khi trong 
mạch có cộng hưởng điện ZL = ZC: 
 maxP L CZ Z 
2
max
UP
R
+ R thay đổi ; L, C, và f không thay đổi: 
2
2
L C
UP
Z Z
R
R
 Pmax 
 2L CZ ZR
R
 min 
 Dùng bất đẳng thức Cô-si, áp dụng cho hai số không âm: 
2
22L C L C
Z Z
R Z Z
R
 Nên 
 2L CZ ZR
R
min 
 2L CZ ZR
R
 L CR Z Z 
2
max 2
UP
R
+ Khảo sát sự thay đổi của P: 
- Lấy đạo hàm của P theo đại lượng thay đổi. 
- Lập bảng biến thiên. 
- Vẽ đồ thị. 
Dạng 6: XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA ĐIỆN ÁP HIỆU DỤNG KHI 
THAY ĐỔI L, HOẶC C, HOẶC f. 
 Tìm L để ULmax: 
 Phương pháp dùng công cụ đạo hàm: 
 Lập biểu thức dưới dạng 
22 2 2
2
1 12 1
L
L L
L C C C
L L
UZ U UU IZ
yR Z Z R Z Z
Z Z
Đặt: 
1
L
x
Z
 ; 2 2 2 2 1C Cy R Z x Z x 
Để ULmax thì ymin 2 2 2 2 1C Cy R Z x Z x ; 2 2' 2 2 0C Cy x R Z Z 
Vậy: 
2 2
C
L
C
R ZZ
Z
 Phương pháp giản đồ Fre-nen: 
 Từ giản đồ Fre-nen, ta có: R L CU U U U 
    
Đặt 1 R CU U U 
   
, với 2 21 1 CU IZ I R Z . 
 Áp dụng định lý hàm số sin, ta có: sin
sin sin sin
L
L
U U UU 
 
 Vì U không đổi và 
2 2
1
sin R
C
U R const
U R Z
 nên UL = ULmax khi 
sin đạt cực đại hay sin = 1. 
 Khi đó 
2 2
max
C
L
U R Z
U
R
 Khi sin  = 1 
2
 , ta có: 
2 2 2
1 1 1
1 1
cos C C CL
L L C C
U U Z Z Z R ZZ
U U Z Z Z Z
Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại ở hai đầu cuộn dây có điện trở thuần r thì lập biểu thức 
d
UU
y
 và dùng đạo hàm, lập bảng biến thiên để tìm ymin , Udmax và giá trị của L. 
 Tìm C để UCmax: 
 Lập biểu thức dưới dạng: 
22 2 2
2
1 12 1
C
C C
L C L L
C C
UZ U UU IZ
yR Z Z R Z Z
Z Z
I
CU
 
U
 
LU
 
RU
 
1U
 


 Tương tự như trên, dùng ba phương pháp: đạo hàm, tam thức bậc hai, và 
giản đồ Fre-nen để giải. 
 Ta có kết quả: 
2 2
max
L
C
U R Z
U
R
 và 
2 2
L
C
L
R ZZ
Z
 Chú ý: Nếu tìm điện áp cực đại ở hai đầu đoạn mạch nhỏ gồm R nối tiếp 
C thì lập biểu thức RC
UU
y
 và dùng đạo hàm, lập bảng biến thiên để tìm ymin. 
 Xác định giá trị cực đại ULmax, và UCmax khi tần số f thay đổi: 
 Lập biểu thức: 
2
22
2 2 4 2 2
1 1 11 . 2 1
L
L L
UZ U UU IZ
yLRR L L C C LC
  
 Đặt 2 2
1a
L C
 , 2 2
2 1Lb R
C L
 , 1c , 2
1x

 2y ax bx c 
 Lập biểu thức: 
2
2 2 4 2 2 22 21 1
C C
U U UU IZ
yLL C C RC R L CC
  

 Đặt 2 2a L C , 2 2 2Lb C R
C
 , 1c , 2x  2y ax bx c 
 Dùng tam thức bậc hai của ẩn phụ x để tìm giá trị cực tiểu của y, cuối 
cùng có chung kết quả: 
 max max 2 2
2
4
L C
LUU U
R LC R C
2
1 2
2
oL LC R
C
 
 , 
221
2oC
L R
C
L

 (với điều kiện 22 L R
C
 ) 
 Các trường hợp linh hoạt sử dụng các công thức hoặc vẽ giản đồ Fre-nen 
để giải toán. 
Dạng 7: XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN R, L, C CHỨA TRONG HỘP ĐEN. 
 Vẽ giản đồ Fre-nen nếu cần thiết. 
 Dựa vào dữ kiện bài cho, độ lệch pha, vận dụng các quy luật của dòng điện 
xoay chiều, tính toán và suy luận để xác định được các phần tử chứa trong hộp kín đó. 
 Chú ý các trường hợp sau: 
 Nếu u và i cùng pha thì trong hộp đen có duy nhất một điện trở R hay có 
đủ ba phần tử điện R, L, C nhưng ZL = ZC. 
 Nếu u và i vuông pha nhau thì trong hộp đen không có điện trở thuần, có 
cuộn dây tự cảm L, có tụ điện C hoặc có cả hai. 
 Nếu u sớm pha hơn i một góc nhọn thì trong mạch có điện trở R và cuộn 
dây tự cảm L, hoặc cả ba phần tử điện R, L, C nhưng ZL > ZC. 
 Nếu u chậm pha hơn i một góc nhọn thì trong hộp đen có điện trở và tụ 
điện, hoặc có cả ba phần tử điện R, L, C nhưng ZC > ZL. 
 Các kiến thức dùng để tính toán định lượng: để giải bài toán về hộp đen ta 
phải vận dụng nhiều dạng bài tập đã trình bày ở trên, và dựa vào các công thức liên 
quan để tính giá trị các phần tử điện chứa trong hộp kín. 
Chủ đề 2: SẢN XUẤT – TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. 
 Dạng 1: MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. 
- Áp dụng các kết quả về máy phát điện xoay chiều một pha: 
 + Tại t = 0, ta có , 0n B 
  
 thì từ thông qua một vòng dây: 
  = BScost = o cost 
 + Suất điện động xoay chiều trong mỗi cuộn dây: 
 sin sino o
de N N t E t
dt
  

  . 
 + Tần số dòng điện: f = np. 
- Áp dụng các kết quả về dòng điện ba pha liên quan đến điện áp và cường độ dòng 
điện ứng với mỗi cách mắc: 
 + Mắc hình sao: 3d pU U ; d pI I 
 * Khi tải đối xứng thì : 1 2 3 0 0th thI I I I I 
    
. 
 * Vẽ giản đồ Fre-nen nếu cần thiết. 
 + Mắc hình tam giác: d pU U ; 3d pI I 
 Chú ý: khi mạch điện ngoài hở, dòng điện trong các cuộn dây của máy phát bằng 0. 
- Đối với động cơ điện ba pha, các bài toán thường liên quan đến công suất: 
 + Công suất tiêu thụ: 3 cos 3 cosp p d dP U I U I . 
 + Công suất hao phí do tỏa nhiệt: P = 3I2R (với R là điện trở thuần một cuộn dây 
của động cơ). 
 + Hiệu suất: i
PH
P
 (với Pi là công suất cơ học) 
Dạng 2: MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. 
- Áp dụng các công thức về biến thế liên quan đến điện áp, công suất, cường độ dòng 
điện: 
 + Hệ số biến áp: 1 1
2 2
U Nk
U N
 + Công suất vào (sơ cấp): 1 1 1 1 1 1cosP U I U I (xem 1cos 1 ). 
 Công suất ra (thứ cấp): 2 2 2 2 2 2cosP U I U I (xem 2cos 1 ). 
 + Hiệu suất: 2
1
.100%PH
P
 Nếu hiệu suất của máy biến áp là 100% thì P1 = P2 1 2
2 1
I U
I U
 . 
- Áp dụng các công thức về truyền tải điện năng: 
 + Độ giảm thế trên đường dây: U = Unơi đi - Unơi đến = IR. 
 + Công suất hao phí trên đường dây: P = Pnơi đi – Pnơi đến
2
2
2cos
PI R R
U 
 . 
 + Hiệu suất truyền tải điện năng: 
'
.100% .100%P P P
P P

 < 1 
2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài. 
1. Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 
Bài 1: Một khung dây có d