TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG
KHOA TỐN - TIN

HỒNG THỊ TUYẾT THANH

SỬ DỤNG DẤU HIỆU NHẬN BIẾT ĐỂ GIẢI
MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU
TRONG CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Sƣ phạm Vật lí

Phú Thọ, năm 2016


TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG
KHOA TỐN - TIN

HỒNG THỊ TUYẾT THANH

SỬ DỤNG DẤU HIỆU NHẬN BIẾT ĐỂ GIẢI
MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU
TRONG CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Sƣ phạm Vật lí

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN: ThS. NGUYỄN THỊ THANH VÂN

Phú Thọ, năm 2016

i
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt bốn năm học tập và rèn luyện dƣới giảng đƣờng trƣờng Đại
học Hùng Vƣơng, với lòng yêu nghề, sự tận tâm, hết lòng truyền đạt của thầy,
cơ tơi đã tích lũy đƣợc rất nhiều kiến thức cũng nhƣ các kỹ năng cần thiết cho
cuộc sống.
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cơ Nguyễn Thị Thanh
Vân, Giảng viên khoa Tốn - Tin, Trƣờng Đại học Hùng Vƣơng, ngƣời đã
trực tiếp hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện để tơi hồn thành khóa luận tốt
nghiệp này.
Tiếp theo, tôi xin gửi lời cảm ơn các thầy cơ khoa Tốn - Tin, Bộ mơn
Vật lí và các bạn trong lớp đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên và giúp đỡ tơi
trong suốt q trình thực hiện khóa luận.
Cuối cùng, tơi xin tỏ lịng biết ơn chân thành tới cha mẹ, gia đình những
ngƣời đã sinh thành, nuôi dƣỡng, tạo mọi điều kiện về vật chất lẫn tinh thần,
luôn ủng hộ và động viên tôi, là một điểm tựa vững chắc cho tôi học tập đến
ngày hôm nay.
Nguồn kiến thức vô tận và thời gian thực hiện khóa luận cịn hạn chế nên
trong q trình thực hiện sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót, tơi rất mong
nhận đƣợc những góp ý quý báu và chân thành của các thầy, cơ.
Việt Trì, ngày tháng

năm 2016

Sinh viên thực hiện

Hoàng Thị Tuyết Thanh



ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................. 1
2. Mục tiêu khóa luận....................................................................................................... 3
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................................. 3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................ 3
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 3
6. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn ........................................................................................ 4
7. Bố cục của khóa luận................................................................................................... 4
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............................ 5
1.1. Khái quát về chƣơng “Dịng điện xoay chiều” chƣơng trình vật lí 12 ........ 5
1.1.1. Vị trí và vai trị của chƣơng “Dịng điện xoay chiều” .................................. 5
1.1.2. Đặc điểm kiến thức của chƣơng Dòng điện xoay chiều .............................. 6
1.1.3. Mục tiêu dạy học chƣơng Dòng điện xoay chiều theo chuẩn kiến thức,
kỹ năng. ............................................................................................................................... 8
1.1.4. Nội dung dạy học chƣơng Dòng điện xoay chiều. ........................................ 9
1.1.5. Sơ đồ Cấu trúc lơgic chƣơng Dịng điện xoay chiều .................................. 18
1.2. Đánh giá cấu trúc bài tập phần Điện xoay chiều trong các đề thi .............. 19
1.2.1. Cấu trúc đề thi trắc nghiệm ............................................................................... 19
1.2.2. Các dạng bài tập Điện xoay chiều thƣờng gặp trong các đề thi Đại học,
Cao đẳng ............................................................................................................................ 19
1.3. Đánh giá khả năng giải bài tập Điện xoay chiều của HS Trung học phổ
thông ................................................................................................................................... 28
Chƣơng 2. SỬ DỤNG DẤU HIỆU NHẬN BIẾT ĐỂ GIẢI MỘT SỐ DẠNG
BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG CHƢƠNG TRÌNH ........................... 32
VẬT LÍ PHỔ THƠNG .................................................................................................. 32
2.1. Phân loại các dạng bài tập điện xoay chiều có dấu hiệu nhận biết ............. 32
2.2. Dấu hiện nhận biết trong giải bài tập về cộng hƣởng điện ........................... 32
2.2.1. Cơ sở lí thuyết về hiện tƣợng cộng hƣởng điện ........................................... 32



iii
2.2.2. Vận dung dấu hiện nhận biết vào giải bài tập cộng hƣởng ....................... 37
2.3. Dấu hiệu nhận biết trong giải bài tập hộp đen ................................................. 42
2.3.1. Khái quát về bài toán hộp đen .......................................................................... 42
2.3.2. Vận dụng dấu hiệu nhận biết vào giải bài tập hộp đen .............................. 44
2.4. Dấu hiệu nhận biết trong giải bài tập về cực trị dòng điện xoay chiều ..... 52
2.4.1. Dấu hiệu nhận biết trong giải bài tập cực trị của mạch RLC mắc nối
tiếp có R thay đổi ............................................................................................ 52
2.4.2. Dấu hiệu nhận biết trong giải bài tập về cực trị của mạch RLC mắc nối
tiếp có cuộn dây thuần cảm có L thay đổi
2.4.3. Dấu hiệu nhận biết trong giải bài tốn cực trị của mạch RLC mắc nối
tiếp có C thay đổi ............................................................................................................ 60
2.4.4. Dấu hiệu nhận biết trong giải bài tập cực trị của mạch RLC mắc nối
tiếp có R thay đổi  thay đổi........................................................................................ 63
2.4.5. Bài tập vận dụng dấu hiệu nhận biết vào giải bài tập cực trị của dòng
điện xoay chiều ................................................................................................................ 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 72
1. Kết luận ......................................................................................................................... 72
2. Kiến nghị ...................................................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 73


iv
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Diễn giải


HS

Học sinh

CĐ

Cao đẳng

GV

Giáo viên

THPT

Trung học phổ thông

SGK

Sách giáo khoa

TSĐH

Tuyển sinh đại học


v
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Bảng 1.1. Cấu trúc đề thi từ năm 2010 - 2014
Bảng 1.2. Cấu trúc đề thi THPT quốc gia năm 2015
Bảng 1.3. Đánh giá mức độ bài tập phần dòng điện xoay chiều



vi
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mạch điện chỉ có điện trở thuần
Hình 1.2. Giản đồ Fre - nen cho mạch chỉ có điện trở
Hình 1.3. Mạch chỉ có tụ điện
Hình 1.4. Giản đồ Fre - nen cho mạch chỉ có tụ điện
Hình 1.5. Mạch chỉ có cuộn cảm
Hình 1.6. Giản đồ Fre - nen cho mạch chỉ có cuộn cảm
Hình 1.7. Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp
Hình 1.8. Giản đồ Fre - nen với ZL > ZC
Hình 1.9. Giản đồ Fre - nen với ZL < ZC
Hình 1.10. Sơ đồ máy phát điện xoay chiều 3 pha
Hình 1.11. Sơ đồ cấu tạo máy biến áp
Hình 1.12. Sơ đồ cấu trúc lơgic chƣơng Dịng điện xoay chiều
Hình 2.1. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp
Hình 2.2. Đƣờng cong cộng hƣởng của mạch R,L, C
Hình 2.3. Đồ thị sự phụ thuộc của Z vào f
Hình 2.4. Mạch R, L, C có L thay đổi
Hình 2.4. Mạch R, L, C có C thay đổi
Hình 2.5. Mạch có các phần tử R, C mắc nối tiếp với hộp đen X
Hình 2.6. Mạch có các phần tử R, L mắc nối tiếp với hộp đen X
Hình 2.7. Mạch R, L, C mắc nối tiếp có R thay đổi
Hình 2.8. Mạch RLC mắc nối tiếp có L thay đổi
Hình 2.9. Mạch RLC mắc nối tiếp có C thay đổi


1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong chƣơng trình giáo dục phổ thơng, Vật lí là mơn học khó và trừu
tƣợng với lƣợng kiến thức phong phú thuộc các lĩnh vực cơ học, nhiệt học,
điện học, quang học,.... Trong mỗi một phần kiến thức đó các dạng bài tập
(bài tập định lƣợng) cũng rất đa dạng. Việc giải những dạng bài tập luyện tập
thì phần lớn học sinh (HS) chỉ cần áp dụng một số công thức đơn giản là có
thể làm đƣợc. Nhƣng đối với những bài tập tổng hợp thì địi hỏi HS cần phải
có sự phân tích thấu đáo đầu bài nhận ra những dấu hiệu quen thuộc để định
hình các cơng thức cần sử dụng thì mới có thể giải đƣợc.
Hiện nay, để xét tốt nghiệp trung học phổ thơng Vật lí là mơn thi tự chọn
còn để xét vào các trƣờng Đại học và Cao đẳng bắt đầu từ năm 2015 thì Vật lí
là mơn thuộc các tổ hợp nhƣ là A00 (Tốn học, Vật lí và Hóa học) và A01
(Tốn học, Vật lí và Tiếng Anh). Với hình thức thi là trắc nghiệm khách quan
thì yêu cầu về việc nhận dạng để giải nhanh và tối ƣu các câu trắc nghiệm
(nhất là các câu trắc nghiệm định lƣợng) là rất cần thiết để HS có thể đạt kết
quả cao trong các kì thi.
Mặc dù nội dung trong các đề thi mơn Vật lí bao qt tồn bộ chƣơng
trình vật lí lớp 12 gồm các phần Dao động cơ học, sóng cơ học, dao động điện
từ,,... nhƣng số các câu hỏi rơi vào phần điện xoay chiếm tỉ trọng khá lớn
khoảng 20% - 24% tổng số các các câu hỏi trong một đề thi. Ví dụ nhƣ đối
với đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng năm 2013 phần kiến thức thuộc
chƣơng dòng điện xoay chiều chiếm 24% và năm 2012 tỉ lệ đó là 22 %. Mức
độ các câu hỏi cũng từ dễ đến khó. Khơng những thế, phần điện xoay chiều
cũng chiếm nhiều câu hỏi mang tính phân loại cao trong đề thi. Từ đó cho
thấy ý nghĩa của việc giải nhanh, thành thạo, kĩ năng giải các bài tập điện
xoay chiều đối với HS để có thể đạt điểm cao là một yếu tố rất quan trọng.
Trên thực tế, điện xoay chiều là một phần khơng dễ với HS. Các dạng
tốn phần điện xoay chiều cũng rất đa dạng kèm theo các phƣơng pháp giải
cũng phức tạp. Thêm vào đó, ngồi những dạng bài cơ bản trong đề thi chính



2
thức các năm và đề thi thử của các trƣờng THPT cũng xuất hiện khá nhiều
dạng bài tập tổng hợp từ các dạng bài tập đã biết cách giải cũng gây khó khăn
cho học sinh. Vì vậy, giáo viên cần chỉ ra cho học sinh các dấu hiệu nhận biết
để giúp học sinh giải bài tập nhanh chóng và dễ dàng hơn.
Các dấu hiệu nhận biết dùng để giải một số dạng bài tập điện xoay chiều
đã đƣợc nghiên cứu trong luận văn “Nghiên cứu dạy học bài tập chương
Dòng điện xoay chiều Vật lí 12 trung học phổ thơng ban cơ bản theo lí thuyết
phát triển bài tập vật lí” của ThS. Lê Thị Huệ. Tuy trong tài liệu này tác giả
Lê Thị Huệ có đề cập về các dấu hiệu nhận biết để giải bài tập điện xoay
chiều nhƣng chủ yếu vẫn mang tính khái qt và cịn chƣa cụ thể, chƣa rõ
ràng. Ngoài ra, các dấu hiệu nhận biết dùng để giải một số dạng bài tập điện
xoay chiều cũng đƣợc đề cập trong sáng kiến kinh nghiệm “Dấu hiệu nhận
biết hiện tượng cộng hưởng trong mạch R, L, C mắc nối tiếp và vận dụng hệ
quả để giải bài tập” của tác giả Nguyễn Xuân Trƣờng. Nhƣng trong sáng
kiến kinh nghiệm này tác giả mới chỉ tập trung khai thác sâu hơn về các dấu
hiệu nhận biết hiện tƣợng cộng hƣởng còn những dấu hiệu nhận biết khác
chƣa đƣợc đề cập đến. Bên cạnh đó, mặc dù các tài liệu ôn thi tốt nghiệp
THPT, đại học, cao đẳng rất đa dạng và phong phú trong đó cũng có đƣa ra
rất nhiều các dạng bài tập Điện xoay chiều kèm theo phƣơng pháp giải nhƣng
các tài liệu chƣa chỉ ra đƣợc các dấu hiệu nhận biết cụ thể và kỹ năng giúp HS
nhận biết chúng. Các ví dụ đƣa ra chỉ kèm lời giải đơn thuần chứ chƣa tập
trung phân tích đƣợc cho HS vì sao lại sử dụng những kiến thức đó.
Với tất cả các lí do trên, tôi mạnh dạn chọn đề tài “SỬ DỤNG DẤU
HIỆU NHẬN BIẾT ĐỂ GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ĐIỆN XOAY
CHIỀU TRONG CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG” để nghiên
cứu. Hi vọng thông qua việc thực hiện đề tài, bản thân tôi sẽ thu đƣợc những
kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc giảng dạy sau này. Và sản phẩm
của đề tài sẽ là tài liệu bổ ích cho sinh viên sƣ phạm Vật lí và học sinh Trung

học phổ thơng tham khảo để cụ thể hóa hơn nữa phƣơng pháp giải bài tập
Điện xoay chiều.


3
2. Mục tiêu khóa luận
Chỉ ra một số dấu hiệu nhận biết để áp dụng giải bài tập Điện xoay chiều
trong chƣơng trình Vật lí lớp 12.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
+ Tìm hiểu nội dung chƣơng “Dịng điện xoay chiều” chƣơng trình sách
giáo khoa Vật lí 12 cơ bản, nâng cao.
+ Phân tích cấu trúc các bài tập Điện xoay chiều trong đề thi.
+ Tìm hiểu khả năng sử dụng các dấu hiệu nhận biết để giải các bài tập
phần Điện xoay chiều của học sinh THPT.
+ Đƣa ra một số dấu hiệu nhận biết để giải bài tập Điện xoay chiều, liệt
kê các dạng bài tập Điện xoay chiều.
+ Hệ thống một số bài tập điển hình có áp dụng các dấu hiệu giải.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
 Phƣơng pháp nghiên cứu lí luận: Đọc và nghiên cứu tài liệu có liên
quan đến nội dung chƣơng trình Vật lí, bài tập Vật lí lớp 12 phần Điện xoay
chiều để liệt kê nội dung chính và các dạng bài tập điển hình.
 Phƣơng pháp tổng kết kinh nghiệm: Qua việc nghiên cứu, tham khảo
tài liệu, giáo trình, từ kinh nghiệm và phỏng vấn trực tiếp các giáo viên giảng
dạy lâu năm rút ra kinh nghiệm cho bản thân để áp dụng vào khóa luận.
 Phƣơng pháp lấy ý kiến chuyên gia: Lấy ý kiến của giảng viên trực
tiếp hƣớng dẫn, các giảng viên khác, giáo viên dạy mơn Vật lí ở trƣờng trung
học phổ thơng để hồn thiện về mặt nội dung và hình thức của khóa luận.
 Phƣơng pháp điều tra: Tìm hiểu về khả năng sử dụng các dấu hiệu
nhận biết để giải các bài tập phần Điện xoay chiều của học sinh THPT thông
qua việc soạn bảng hệ thống câu hỏi và lấy ý kiến của học sinh và giáo viên

tại trƣờng THPT Tam Nông.
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
 Phạm vi nghiên cứu: Bài tập phần Điện xoay chiều Vật lí lớp 12.


4
 Đối tƣợng nghiên cứu: Dấu hiệu nhận biết để giải một số dạng bài tập
Điện xoay chiều.
6. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn
- Về mặt lý luận: Khóa luận đã nhấn mạnh, vạch rõ những dấu hiệu đặc
thù của một số dạng bài toán Điện xoay chiều trong chƣơng trình vật lí lớp
12, phân tích đƣợc những dấu hiệu đó thơng qua hệ thống ví dụ cụ thể.
- Về mặt thực tiễn: Kết quả của khóa luận có thể là tài liệu tham khảo tốt
cho HS ôn thi tốt nghiệp, đại học và cao đẳng, đồng thời cũng là tài liệu tham
khảo hữu ích cho sinh viên sƣ phạm vật lí.
7. Bố cục của khóa luận
Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, khóa luận đƣợc chia
thành các chƣơng:
Chƣơng 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài
Chƣơng 2: Sử dụng dấu hiệu nhận biết để giải một số dạng bài tập Điện
xoay chiều trong chƣơng trình Vật lí phổ thơng


5
NỘI DUNG
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Khái quát về chƣơng “Dòng điện xoay chiều” chƣơng trình vật lí 12
1.1.1. Vị trí và vai trò của chương “Dòng điện xoay chiều”
Chƣơng “Dòng điện xoay chiều” có vai trị rất quan trọng trong chƣơng
trình Vật lí phổ thơng. Các ứng dụng của điện xoay chiều trong cuộc sống rất

đa dạng và phong phú. Khi hiểu rõ đƣợc các kiến thức về điện xoay chiều thì
HS mới giải thích đƣợc một số hiện tƣợng, q trình vật lí diễn ra xung quanh
ta. Ngồi ra các em cịn có thể vận dụng kiến thức của điện xoay chiều phục
vụ cuộc sống.
Chƣơng trình Vật lí 12 chƣơng trình chuẩn gồm: dao động cơ, sóng cơ,
dịng điện xoay chiều, dao động và sóng điện từ, sóng ánh sáng, lƣợng tử ánh
sáng, hạt nhân nguyên tử, từ vi mô đến vĩ mơ. Với tổng số tiết là 70 tiết.
Trong đó lí thuyết chiếm 43 tiết, thực hành chiếm 6 tiết, bài tập chiếm 17 tiết,
kiểm tra chiếm 4 tiết. Chƣơng trình Vật lí 12 nâng cao gồm các chƣơng: Động
lực học vật rắn, dao động cơ, sóng cơ, dịng điện xoay chiều, dao động và
sóng điện từ, sóng ánh sáng, lƣợng tử ánh sáng, sơ lƣợc về thuyết tƣơng đối
hẹp, hạt nhân nguyên tử, từ vi mô đến vĩ mô. Với tổng số tiết là 105 tiết.
Trong đó gồm: 69 tiết lí thuyết, 8 tiết thực hành, 22 tiết bài tập, 6 tiết kiểm tra.
Số tiết trong chƣơng trình nâng cao nhiều hơn so với chƣơng trình chuẩn.
Kiến thức ở chƣơng trình nâng cao Vật lí 12 đƣợc mở rộng hơn chƣơng trình
chuẩn bởi 2 nội dung của 2 chƣơng Động lực học vật rắn và sơ lƣợc về thuyết
tƣơng đối hẹp.
Chƣơng “Dòng điện xoay chiều” thuộc chƣơng 3 của vật lí 12 chƣơng
trình chuẩn đƣợc đặt sau chƣơng “Dao động cơ học” và thuộc chƣơng 5 của
Vật lí 12 chƣơng trình nâng cao, đặt sau chƣơng “Dao động cơ” và chƣơng
“Sóng cơ” và sau khi học xong dịng điện khơng đổi lớp 11. Việc sắp xếp
này là hợp lí, thuận tiện cho giáo viên và đảm bảo đƣợc việc tận dụng tối đa
những tri thức về dao động cơ học để khảo sát dao động điện. Đó là những
kiến thức nền tảng để HS có thể học chƣơng “Dịng điện xoay chiều”.


6
Mặt khác so với các phần kiến thức còn lại thì số tiết phân bố cho
chƣơng “Dịng điện xoay chiều” trong chƣơng trình là khá nhiều, chiếm 14
tiết. Bao gồm 8 tiết lí thuyết, 2 tiết thực hành và 4 tiết bài tập (chiếm 23,5 %

bài tập tồn chƣơng trình vật lí lớp 12). Điều đó cho thấy rằng kiến thức về
“Dòng điện xoay chiều” là hết sức quan trọng, là một trong những phần kiến
thức trọng tâm trong chƣơng trình Vật lí 12.
Vì thế khi giảng dạy chƣơng này giáo viên cần phải tổ chức cho học sinh
biết liên hệ tới nội dung liên quan ở các bài học khác, không nên độc lập tách
rời nội dung của các tiết dạy và phải làm cho các em hiểu đƣợc những ứng
dụng của phần kiến thức này trong kĩ thuật và trong đời sống. Điều này góp
phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh.
1.1.2. Đặc điểm kiến thức của chương Dòng điện xoay chiều
Kiến thức của chƣơng này là sự kế thừa và kết hợp những kiến thức cơ
bản của “Dao động cơ học” và “Dịng điện khơng đổi”. Nội dung kiến thức
của chƣơng khá trừu tƣợng bởi lẽ các đại lƣợng Vật lí nhƣ cƣờng độ dịng
điện và điện áp là những đại lƣợng biến đổi một cách liên tục theo thời gian
nên khó xác định đƣợc giá trị của chúng tại một thời điểm. Ngoài ra, việc tính
tốn các giá trị cƣờng độ dịng điện hiệu dụng I, điện áp hiệu dụng U và các
giá trị “điện trở” (điện trở thuần, cảm kháng, dung kháng) trong các mạch
mắc nối tiếp, mắc song song, mắc hỗn hợp khơng đơn giản nhƣ trong trƣờng
hợp dịng điện khơng đổi. Để tiếp thu tốt những kiến thức chƣơng “Dòng điện
xoay chiều” và giải bài tập phần này đòi hỏi HS phải có những hiểu biết cơ
bản về dao động cơ học, đặc biệt là dao động điều hòa. Bên cạnh đó HS cần
ơn tập lại một số kiến thức liên quan đến dịng điện khơng đổi mà điển hình là
cƣờng độ dịng điện, điện áp và cơng suất, …
Trong chƣơng trình Vật lí 12 chƣơng trình chuẩn, phần “Dịng điện xoay
chiều” đƣợc mở đầu bằng việc trình bày đại cƣơng về dòng điện xoay chiều
(khái niệm dòng điện xoay chiều, nguyên tắc cơ bản để tạo ra dòng điện xoay
chiều, các giá trị hiệu dụng). Sau đó đến các đặc tính của mạch điện chỉ có
điện trở thuần R, chỉ có cuộn dây thuần cảm L, chỉ có tụ điện. Tiếp theo đến


7

khảo sát những đặc tính của dịng điện xoay chiều trong đoạn mạch nối tiếp
RLC. Cơng suất của dịng điện xoay chiều lại đƣợc trình bày nhƣ là một phần
bổ sung hồn chỉnh cho những lí thuyết cơ bản về điện xoay chiều. Những
kiến thức cơ bản về máy phát điện xoay chiều, động cơ không đồng bộ, máy
biến áp và sự truyền tải điện năng đƣợc trình bày sau cùng nhằm nhấn mạnh
vai trò quan trọng của các máy điện trong thực tế.
Bài tập trong chƣơng “Dòng điện xoay chiều” khá đa dạng và phong
phú. Nếu nhƣ chƣơng “Dao động cơ học” có khoảng 5 dạng bài tập cơ bản,
chƣơng “Sóng cơ và sóng âm” có khoảng 5 dạng bài tập cơ bản, chƣơng “Dao
động điện từ” có khoảng 4 dạng bài tập cơ bản…Thì chƣơng “Dịng điện
xoay chiều” có đến 7 dạng bài tập cơ bản [6]. So sánh số lƣợng và các dạng
bài tập của các chƣơng khác nhau trong chƣơng trình vật lí 12, số bài tập ở
chƣơng “Dòng điện xoay chiều” chiếm nhiều hơn cả. Tuy kiến thức chƣơng
“Dịng điện xoay chiều” có tính trừu tƣợng cao nhƣng những nó lại hết sức
gần gũi, sát với thực tế đời sống, có nhiều ứng dụng trong khoa học - kỹ thuật
và mang lại những hỗ trợ tích cực cho cuộc sống nhƣ: chế tạo động cơ điện,
máy phát điện. Khi dạy chƣơng này, bên cạnh việc hƣớng dẫn các em tiếp thu
kiến thức thật tốt thì mặt khác ln có biện pháp kích thích hứng thú học tập,
luôn gắn bài học với thực tiễn cuộc sống xung quanh. Từ đó hình thành cho
các em kĩ năng tƣ duy, năng lực sáng tạo, phƣơng pháp và kĩ thuật khoa học
đáp ứng đƣợc những yêu cầu của cuộc sống hiện tại và tƣơng lai.
Kiến thức vật lí của chƣơng dịng điện xoay chiều chƣơng trình nâng cao
có thể chia thành 3 phần chính: Đại cƣơng về dịng điện xoay chiều, các máy
điện và truyền tải điện năng đi xa. Phần Đại cƣơng về dòng điện xoay chiều
nghiên cứu về dòng điện xoay chiều trong các loại đoạn mạch: chỉ có điện trở
thuần, chỉ có cuộn cảm, chỉ có tụ điện, đoạn mạch có RLC mắc nối tiếp. Sự
lệch pha giữa dòng điện và điện áp hai đầu đoạn mạch, tổng trở, công suất
tiêu thụ của đoạn mạch theo phƣơng pháp giản đồ véctơ và định luật Ôm cho
từng đoạn mạch. Hiện tƣợng cộng hƣởng điện trong đoạn mạch R, L, C mắc
nối tiếp.



8
Ngồi những dạng bài tập giống nhƣ chƣơng trình cơ bản thì chƣơng
trình nâng cao vật lí 12 khai thác thêm một số dạng bài tập tổng hợp và làm rõ
hơn, nâng cao hơn các dạng bài tập về máy điện, động cơ điện.
1.1.3. Mục tiêu dạy học chương Dòng điện xoay chiều theo chuẩn kiến
thức, kỹ năng.
Mục tiêu dạy học chƣơng “Dịng điện xoay chiều” Vật lí 12 THPT theo
chuẩn kiến thức kỹ năng là:
Kiến thức
- Viết đƣợc biểu thức của cƣờng độ dòng điện và điện áp tức thời.
- Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức tính giá trị hiệu dụng
của cƣờng độ dịng điện và của điện áp xoay chiều.
- Viết đƣợc công thức tính dung kháng, cảm kháng và tổng trở của đoạn
mạch có R, L, C mắc nối tiếp và nêu đƣợc đơn vị đo các đại lƣợng này.
- Viết đƣợc hệ thức của định luật Ôm đối với các đoạn mạch xoay chiều
thuần điện trở, thuần cảm kháng, thuần dung kháng và đối với đoạn mạch
RLC nối tiếp.
- Nêu đƣợc độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp tức thời đối với các
đoạn mạch xoay chiều thuần điện trở, thuần cảm kháng, thuần dung kháng và
chứng minh đƣợc các độ lệch pha này.
- Viết đƣợc cơng thức tính độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp tức
thời đối với các đoạn mạch RLC nối tiếp và nêu đƣợc trong trƣờng hợp nào
thì dịng điện trễ pha, sớm pha so với điện áp.
- Viết đƣợc cơng thức tính cơng suất và hệ số công suất của đoạn mạch
RLC nối tiếp.
- Nêu đƣợc lí do tại sao phải tăng hệ số công suất ở nơi tiêu thụ điện.
- Nêu đƣợc điều kiện và các đặc điểm của hiện tƣợng cộng hƣởng điện
đối với đoạn mạch RLC nối tiếp.

- Nêu đƣợc hệ thống điện ba pha là gì. Trình bày đƣợc nguyên tắc hoạt
động và cấu tạo của các máy phát điện, động cơ điện xoay chiều ba pha, máy
biến áp.


9
Kĩ năng
- Vận dụng đƣợc các cơng thức tính cảm kháng, dung kháng và điện kháng.
- Vẽ đƣợc giản đồ Fre-nen cho đoạn mạch nối tiếp RLC.
- Giải đƣợc các bài tập về đoạn mạch RLC nối tiếp.
- Giải thích đƣợc nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều,
động cơ điện xoay chiều ba pha và máy biến áp.
- Vẽ đƣợc đồ thị biểu diễn hệ thống dòng điện ba pha, sơ đồ biểu diễn
cách mắc hình sao và cách mắc hình tam giác đối với hệ thống dòng điện
ba pha.
- Giải đƣợc các bài tập về máy biến áp lí tƣởng.
- Tiến hành các thí nghiệm để khảo sát đoạn mạch RLC nối tiếp.
Thái độ
- Học sinh có hứng thú học tập vật lí, u thích tìm tịi khoa học, có thái
độ khách quan trung thực, tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, tích cực tìm
hiểu thực tế về vấn đề vừa học.
- Có ý thức vận dụng những hiểu biết về dòng điện xoay chiều vào đời
sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập.
1.1.4. Nội dung dạy học chương Dòng điện xoay chiều.
Nội dung dạy học chƣơng “Dòng điện xoay chiều” gồm các kiến thức cơ
bản sau:
a) Khái niệm dòng điện xoay chiều
Dòng điện xoay chiều là dịng điện có cƣờng độ biến thiên tuần hoàn với
thời gian theo quy luật hàm sin hoặc cos của thời gian:
i  I0cos  ωt  φ 


(1.1)

Trong đó: i là giá trị tức thời của cƣờng độ dòng điện tại thời điểm t,
I0 > 0 là giá trị cực đại của i, gọi là biên độ của dịng điện, ω > 0 là tần số
góc, ωt  φ là pha của i tại thời điểm t, φ là pha ban đầu.
Biểu thức của điện áp tức thời cũng có dạng:
u  U0cos  ωt  φu 

(1.2)


10
Trong đó, u là giá trị tức thời của điện áp tại thời điểm t, U 0 là biên độ
của điện áp, ω là tần số góc, ωt  φ u là pha của u tại thời điểm t, φ u là pha
ban đầu của điện áp.
Cường độ hiệu dụng của dịng điện xoay chiều là đại lƣợng có giá trị
bằng cƣờng độ của một dịng điện khơng đổi, sao cho khi đi qua cùng một
điện trở R thì cơng suất tiêu thụ trong R bởi dịng điện khơng đổi ấy bằng
cơng suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dịng điện xoay chiều nói trên.
Điện áp hiệu dụng đƣợc định nghĩa tƣơng tự. Giá trị hiệu dụng của đại
lƣợng xoay chiều bằng giá trị cực đại của đại lƣợng chia cho

2.

b) Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều
Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều là dựa vào hiện tƣợng cảm ứng
điện từ. Cho khung dây dẫn phẳng có diện tích S gồm N vịng dây quay đều
với tốc độ góc ω quanh 1 trục vng góc với các đƣờng sức từ của một từ
trƣờng đều có cảm ứng từ B . Khi đó trong khung dây sẽ xuất hiện một suất

điện động cảm ứng:

e  E0  t  0 

(1.3)

Trong đó e là suất điện động cảm ứng trong khung dây, E 0 là biên độ của
suất điện động.
Đó là suất điện động xoay chiều dạng hình sin, thƣờng gọi tắt là suất
điện động xoay chiều.
Nối hai đầu khung dây trên với một đoạn mạch tiêu thụ điện thì hai đầu
đoạn mạch sẽ có điện áp xoay chiều u  U0cos(ωt  φ1 ) và trong đoạn mạch có
dịng điện xoay chiều: i  I0 cos(t  2 )
c) Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần
Đặt vào hai đầu điện trở R một hiệu điện thế xoay chiều có dạng:
u  U0cosωt .
R

Hình 1.1. Mạch điện chỉ có điện trở thuần


11
Định luật Ơm đối mạch đƣợc viết dƣới dạng:
I

U
R

(1.4)


Trong đó: I, U lần lƣợt là cƣờng độ dòng điện và điện áp hiệu dụng.
Dịng điện trong mạch có dạng:
i  I0cosωt

Trong đó: I 0 =

(1.5)
U0
R

- Mối quan hệ về pha giữa i và u:
Gọi φ là góc lệch pha giữa cƣờng độ dòng điện và điện áp tức thời. Đối
với mạch chỉ có điện trở φ= 0.
- Giản đồ Fre - nen:


i


u

Hình 1.2. Giản đồ Fre - nen cho mạch chỉ có điện trở
thuầnđiện xoay chiều chỉ có tụ điện
d) Mạch
Đặt vào hai đầu tụ điện một hiệu điện thế xoay chiều có dạng:

π

u  U 0cos  ωt   .
2



(1.6)
C

Hình 1.3. Mạch chỉ có tụ điện
Dịng điện trong mạch có dạng: i  I0cosωt.
- Định luật Ơm nhƣ đối mạch đƣợc viết dƣới dạng:

I

U
ZC

với ZC 

(1.7)

1
Cω

Trong đó: ZC là dung kháng của tụ điện.


12
- Mối quan hệ về pha giữa u và i: Điện áp hai đầu tụ điện trễ pha

π
so
2


với cƣờng độ dòng điện tức thời trong mạch.
- Giản đồ Fre - nen của mạch:


i


u
Hình 1.4. Giản đồ Fre - nen đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện
e) Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm
Đặt vào hai đầu cuộn cảm một hiệu điện thế xoay chiều có dạng:

π

u  U 0cos ωt  
2

L

Hình 1.5. Mạch điện chỉ gồm cuộn cảm
Dịng điện trong mạch có dạng: i=I0cosωt.
- Định luật Ơm nhƣ đối mạch đƣợc viết dƣới dạng:

I=

U
ZL

(1.8)


với ZL =Lω
Trong đó: ZL là cảm kháng của cuộn cảm, U0 là điện áp lớn nhất đặt vào
hai đầu cuộn cảm.
- Mối quan hệ về pha giữa u và i: Điện áp hai đầu cuộn cảm nhanh pha

π
so với cƣờng độ dòng điện tức thời trong mạch.
2
- Giản đồ Fre - nen của mạch:


13


u

i

Hình 1.6. Giản đồ Fre - nen cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm
f) Mạch điện xoay chiều ghép nối tiếp
Đặt vào hai đầu điện trở một hiệu điện thế xoay chiều có dạng:

u  U0cos  ωt  φu .
R

A

L


C
B

Hình 1.7. Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp
Dịng điện trong mạch có dạng: i=I0cos  ωt+φi .
- Cơng thức tính tổng trở Z của mạch R, L, C nối tiếp:
Z  R 2   Z L - ZC 

2

(1.9)

Trong đó: Z là tổng trở của mạch; Z L và ZC lần lƣợt là cảm kháng và
dung kháng của mạch.
- Định luật Ơm cho đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp:
I

U
Z

- Độ lệch pha φ giữa điện áp và dòng điện:

tanφ =

U L -UC ZL -ZC
=
UR
R

Nếu ZL > ZC; φ>0 thì u sớm pha so với i.

Nếu ZL < ZC; φ<0 thì u sớm pha so với i.
Nếu ZL =ZC thì φ=0 thì u cùng pha với i.
- Giản đồ Fre - nen cho đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp:

(1.10)


14
UL

UL

U LC

0

U

0

I



U LC

UR

UC


Hình 1.8. Giản đồ Fre - nen với
ZL > ZC

φ

UR

I

U

UC

Hình 1.9. Giản đồ Fre - nen với
ZL < ZC

g) Cơng suất của dịng điện xoay chiều. Hệ số công suất.
Hệ số công suất:
U R
cosφ= R =
U Z

(1.11)

Công suất trung bình:
P  U.I.cosφ.

Cơng suất hao phí trên đƣờng dây tải điện:
P2
1

2
Php  r.I  r. 2 . 2
U cos φ

(1.12)

(1.13)

Trong đó, P là cơng suất tiêu thụ, U là điện áp hiệu dụng từ nhà máy, r là
điện trở của dây tải điện. Với cùng một công suất tiêu thụ, nếu hệ số cơng suất
nhỏ thì cơng suất hao phí trên đƣờng dây lớn. Vì vậy, để khắc phục điều này,
ở các nơi tiêu thụ điện năng, phải bố trí các mạch điện sao cho hệ số cơng suất
lớn. Hệ số này đƣợc nhà nƣớc quy định phải bằng 0,85.
h) Cộng hưởng điện.
Trong mạch R, L, C ghép nối tiếp, hiện tƣợng cộng hƣởng điện xảy ra khi:
1
ω
(hay ZL = ZC). Khi đó: Zmin = R, Imax, Pmax.
LC
Hiện tượng cộng hưởng điện có những đặc điểm sau:


15
+ Tổng trở của đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu: Zmin = R, lúc đó cƣờng độ
U
dịng điện hiệu dụng trong mạch đạt giá trị cực đại: I max  .
R
+ Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch biến đổi cùng pha với cƣờng độ
dòng điện.
+ Điện áp tức thời giữa hai bản tụ điện và điện áp tức thời giữa hai đầu

cuộn cảm có biên độ bằng nhau nhƣng ngƣợc pha nên triệt tiêu nhau. Điện áp
giữa hai đầu điện trở bằng điện áp hai đầu đoạn mạch.
+ Công suất của mạch đạt giá trị lớn nhất Pmax .
i) Máy phát điện xoay chiều.

Hình 1.10. Sơ đồ máy phát điện xoay chiều 3 pha
Mỗi máy phát điện xoay chiều kiểu cảm ứng đều có hai bộ phận chính:
phần cảm nhằm tạo ra từ trƣờng đƣợc cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu hoặc
nam châm điện), phần ứng gồm các cuộn dây mà trong đó có dịng điện cảm
ứng. Bộ phận đứng yên gọi là stato, bộ phận quay gọi là rơto.
Máy phát điện xoay chiều có rơto là phần cảm (nam châm vĩnh cửu hoặc
nam châm điện) có p cặp cực, stato là phần ứng (các cuộn dây).
Máy phát điện xoay chiều dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ. Khi rơto
quay với tốc độ n (vịng/s) thì từ thông qua mỗi cuộn dây của stato biến thiên
tuần hoàn với tần số f = n.p. Kết quả là trong các cuộn dây xuất hiện suất điện
động xoay chiều hình sin cùng tần số:

e-

d
dt

- Máy phát điện xoay chiều bao gồm: một pha, ba pha.

(1.14)


16
k) Động cơ không đồng bộ ba pha.
Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện không đồng bộ ba pha dựa trên

hiện tƣợng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trƣờng quay.
Một khung dây dẫn đặt trong từ trƣờng quay, thì khung sẽ quay theo từ
trƣờng đó với tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ quay của từ trƣờng. Động cơ hoạt
động theo nguyên tắc này đƣợc gọi là động cơ không đồng bộ
Khi khung dây dẫn đặt trong từ trƣờng quay thì từ thơng qua khung dây
biến thiên, trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Từ trƣờng tác dụng
một ngẫu lực lên khung dây làm khung dây quay. Theo định luật Len - xơ,
chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung phải có tác dụng làm quay
khung theo chiều từ trƣờng quay để chống lại sự biến thiên từ thông của từ
trƣờng qua khung dây. Kết quả là khung quay nhanh dần đuổi theo tốc độ
quay của từ trƣờng
l) Máy biến áp
- Định nghĩa: Máy biến áp là thiết bị có khả năng biến đổi điện áp
xoay chiều.

Hình 1.11. Sơ đồ Cấu tạo máy biến áp
- Cấu tạo: Gồm 2 cuộn dây dẫn (cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp) có số vịng
khác nhau, quấn cách điện trên một lõi chung bằng sắt kĩ thuật điện (gồm nhiều
lá sắt mỏng có pha silic ghép cách điện với nhau). Một trong hai cuộn dây đƣợc
nối với nguồn điện xoay chiều đƣợc gọi là cuộn sơ cấp, có N1 vịng dây. Cuộn
thứ hai đƣợc nối với tải tiêu thụ, gọi là cuộn thứ cấp, có N2 vòng dây.


17
- Nguyên tắc hoạt động:
Dựa vào hiện tƣợng cảm ứng điện từ. Nguồn phát điện tạo nên 1 điện áp
xoay chiều tần số ở hai đầu cuộn sơ cấp. Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ
cấp gây ra biến thiên từ thông trong hai cuộn. Do cấu tạo của máy biến áp, có
lõi bằng chất sắt từ nên hầu nhƣ mọi đƣờng sức từ do dòng điện ở cuộn sơ cấp
gây ra đều đi qua cuộn sơ cấp. Kết quả là trong cuộn thứ cấp có sự biến thiên

từ thơng, do đó xuất hiện một suất điện động cảm ứng. Khi máy biến áp làm
việc, trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện xoay chiều cùng tần số với dòng
điện ở cuộn sơ cấp.
* Hoạt động:
Nối 2 đầu cuộn sơ cấp vào mạng điện xoay chiều. Dòng xoay chiều chạy
trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên trong hai cuộn, làm xuất hiện
trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều. Nếu mạch thứ cấp kín thì
có dịng điện chạy trong cuộn thứ cấp.
- Cơng thức máy biến áp:

U 2 I1 N 2
= =
U1 I 2 N1

(1.15)

Trong đó: U1 ; U2 lần lƣợt là điện áp cuộn sơ cấp và thứ cấp.
I1, I2 lần lƣợt là cƣờng độ dòng điện qua cuộn sơ cấp và thứ cấp.
N1, N2 lần lƣợt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
- Công suất của của cuộn sơ cấp và thứ cấp nếu bỏ qua điện năng hao phí
của máy biến thế:
P1  P2  U1.I1  U 2 .I 2

(1.16)

- Hiệu suất của máy biến áp:

H

P1

.
P2

(1.17)

m) Truyền tải điện.
Trong quá trình truyền tải, do trên đƣờng dây có điện trở tổng cộng là r
nên nó sẽ gây ra một cơng suất hao phí do tỏa nhiệt:

P12
ΔPhp  r.I  r. 2 .
U1
2

(1.18)