Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng phương pháp 4 cột, 5 cột để giải nhanh bài toán truyền tải điện năng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sáng kiến "Sử dụng phương pháp 4 cột, 5 cột để giải nhanh bài toán truyền tải điện năng" được hoàn thành với mục tiêu nhằm cung cấp cho học sinh phương pháp giải mới cho bài toán truyền tải điện năng đó là phương pháp chia cột để làm đơn giản bài toán truyền tải điện năng tạo điều kiệntiếp cận nhiều đối tượng học sinh hơn nữa còn tiết thời gian trong quá trình thi THPT Quốc Gia và thi Học Sinh Giỏi theo hình thức trắc nghiệm sắp tới sẽ áp dụng tại tỉnh Thanh Hóa.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng phương pháp 4 cột, 5 cột để giải nhanh bài toán truyền tải điện năng

MỤC LỤC. 1. MỞ ĐẦU 1.1. Lí do chọn đề tài……………………………………………………......... 1 1.2. Mục đích nghiên cứu…………………………………………………….. 1 1.3. Đối tượng nghiên cứu……………………………………………………. 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………… 2 1.5. Những điểm mới của sáng kiến………………………………………..… 2 2. NỘI DUNG SÁNG KIẾN 2.1. Cơ sở lí luận……………………………………………………………... 2 2.2. Thực trạng vấn đề nghiên cứu…………………………………………. 3 2.3. Giải pháp giải quyết vấn đề…………………………...………............... 4 2.3.1. Phương pháp 4 cột……………………………………………………... 4 2.3.2. Phương pháp 5 cột…..………………………………………………… 10 2.3.3. Phương pháp 6 cột……………………………………….. 14 2.4. Hiệu quả của SKKN ……………………….…………………………… 18 3. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ. 3.1. Kết luận…………..………………………………………………………. 19 3.2. Kiến nghị…………………………….…………………………………… 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤCSÁNG KIẾN ĐƯỢC HỘI ĐỒNG XẾP LOẠI. PHỤ LỤC 1. MỞ ĐẦU 1.1. Lí do chọn đề tài Bài toán truyền tải điện năng trong chương trình thi THPT quốc gia là bài toán khó kể cả với những đối tượng học sinh khá, giỏi. Với các em học lực trung bình và yếu thì gần như các em bỏ qua bài này.Tuy nhiên, các tài liệu tham khảo viết về bài toán truyền tải điện năng giải theo phương pháp thiết lập các phương trình liên hệ, sau đó giải các phương trình đã thiết lập để đi đến kết quả. Cách làm này chỉ phù hợp cho đối tượng tư duy tốt vì có rất nhiều các đại lượng trong bài toán như công suất nơi phát, công suất hao phí, công suất nơi tiêu thụ, điện áp nơi phát, điện áp nơi tiêu thụ, điện áp trên đường dây… Các em sẽ khó xác định phương trình cần thiết lập, nhiều em thiết lập được phương trình rồi nhưng đến khi xử lí phương trình cũng không làm được vì nhiều ẩn số. Các sáng kiến kinh nghiệm viết về phương pháp giải cho bài toán này còn rất ít. Tôi cũng có đọc và tìm hiểu các tài liệu,các sáng kiến của nhiều tác giả. Trong đó tôi tâm đắc hơn cả là sáng kiến kinh nghiệm của tác giả Hà Thị Lý trường THPT Lê Hồng Phong – Thanh Hóa với tên đề tài: “Sử dụng phương
pháp 4 cột, 5 cột để giải nhanh bài toán truyền tải điện năng” năm học 2019- 2020.Tôi cũng đã có sử dụng đề tài đó để áp dụng với học sinh các lớp tôi dạy ở trường THPT Ba Đình và thấy rằng đề tài còn một số hạn chế như sau: + Đề tài chưa nêu được dấu hiệu nhận biết khi nào sẽ giải bài toán bằng cách chia 4 cột, khi nào chia 5 cột. + Đưa ra bảng cột mà không nêu trình tự tính cột nào trước, cột nào sau. + Sử dụng 4 cột và 5 cột thì không thể giải được bài toán truyền tải điện năng có hệ số công suất khác 1. Với mong muốn tìm ra phương pháp ưu việt có tính thống nhất chung cho nhiều bài toán truyền tải điện năng, giúp học sinh kể cả học sinh trung bình- yếu làm được, tôi đã kế thừa và phát triển đề tài của tác giả Hà Thị Lý thành “Đơn giản hóa bài toán truyền tải điện năng vật lý 12 bằng phương pháp chia cột ’’ làm đề tài nghiên cứu của mình. 1.2. Mục đích nghiên cứu Việc nghiên cứu đề tài nhằm cung cấp cho học sinh phương pháp giải mới cho bài toán truyền tải điện năng đó là phương pháp chia cột để làm đơn giản bài toán truyền tải điện năng tạo điều kiệntiếp cận nhiều đối tượng học sinh hơn nữa còn tiết thời gian trong quá trình thi THPT Quốc Gia và thi Học Sinh Giỏi theo hình thức trắc nghiệm sắp tới sẽ áp dụng tại tỉnh Thanh Hóa. 1.3. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là phương pháp giải bài toán truyền tải điện năng vật lý 12. 1.4. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài này, tôi sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp chính: Nghiên cứu, thực nghiệm + Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết. + Điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin trước và sau khi vận dụng phương pháp chia cột cho các lớp tôi dạy 12K,12G, 12E tại trường THPT Ba Đình – Nga Sơn – Thanh Hóa. - Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: tổng hợp, so sánh và đưa ra kết luận trên cơ sở các thông tin và số liệu đã có. 1.5. Điểm mới của sáng kiến. + Sáng kiến đã nêu được dấu hiệu nhận biết khi nào sẽ giải bài toán bằng cách chia 4 cột, khi nào chia 5 cột, bổ sung thêm 6 cột từ đó giúp học sinh định hướng được phương pháp làm.
+ Phần phương phải giải tôi đã nêu trình tự tính toán cột nào trước, cột nào sau giúp học sinh dễ đi tới kết quả. + Với những bài toán có hệ số công suất khác 1 tôi đã đưa thêm cách giải 6 cột để học sinh áp dụng. + Ngoài ra tôi đã cung cấp thêm hệ thống các bài tập phong phú hơn phục vụ quá trình rèn luyện cho học sinh ở nhà được thành thục hơn. 2. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1. Cơ sở lí luận Sơ đồ truyền tải: Điện năng phát ra từ nhà máy phát điện, được truyền đến nơi tiêu thụ trên một đường dây có điện trở tổng cộng là R. - Công suất điện truyền đi là: - Công suất hao phí trên đường dây là: - Công suất nơi tiêu thụ: - Liên hệ công suất và điện áp nơi phát và nơi tiêu thụ: thì: thì: Đây chính là tổng hợp dao động ta có thể xử lý nhanh bằng máy tính hoặc có thể tính theo công thức tổng hợp dao động: - Hiệu suất của quá trình truyền tải: - Để giảm công suất hao phí trên đường dâycó hai phương án giảm P: + Phương án 1 :Giảm R. Do nên giảm R thì cần tăng tiết diện S của dây dẫn: tốn kém. + Phương án 2 :Tăng U Tăng hoặc giảm U chỉ đơn giản sử dụng máy biến áp: máy biến áp được sử dụng để tăng áp trước khi truyền đi và hạ áp nơi nhận được. - Khi có máy biếp áp sơ đồ truyền tải là:
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN Thực tế khi dạy bài toán truyền tải điện năng ở các lớp 12K, 12G, 12E tại trường THPT Ba Đình, qua khảo sát tôi thu được kết quả như sau: - Học sinh chỉ làm được bài tập dễ hoặc có sẵn công thức áp dụng, các bài tập khó thì qua so sánh các lớp thì tôi thu được bảng số liệu sau sau đây : Lớp Sĩ số HS làm đúng HS làm sai HS không làm được 12K 51 5 25 21 12G 47 3 26 32
12E 45 0 10 35 - Qua bảng số liệu ta thấy số học sinh không làm được bài chiếm đa số, một số có làm bài nhưng làm sai và số lượng học sinh làm được đúng bài rất ít. - Nguyên nhân của thực trạng trên là do học sinh hay mắc phải các lỗi sau: + Học sinh đọc đề không định hướng được cách làm nản chí không làm nữa. + Học sinh không thiết lập được các phương trình liên hệ giữa các đại lượng nơi phát, nơi nhận, hao phí đường dây do nhiều mối liên hệ trong bài không thể hiện rõ . + Một số học sinh thiết lập được phương trình nhưng lúng túng trong việc giải ra kết quả vì có quá nhiều ẩn số.Bài toán trở nên mơ hồ rắc rối. + Một số ít học sinh giải ra được kết quả nhưng biến đổi nặng về mặt toán học, mất nhiều thời gian để tính toán không phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay. 2.3. Giải quyết vấn đề. 2.3.1. Phương pháp 4 cột. - Dấu hiệu nhận biết bài toán giải theo cách chia 4 cột : Thường áp dụng cho các bài toán truyền tải điện năng không liên quan đến máy biến áp với hệ số công suất - Trình tự của cách làm: Loại 1: Công suất truyền đi P không đổi. Phương pháp giải: + Bước 1: Chia dữ kiện của bài toán theo 4 cột gồm: công suất nguồn phát P, công suất nơi tiêu thụ Ptt, hao phí trên đường dây,hiệu điện thế nơi phát U.
+ Bước 2: Điền các thông tin vào các cột treo thứ tự: - Hàng 1 chọn P1=100 hoặc để giá trị P= const, Dựa vào hiệu suất H 1 tính Ptt1và , U1 - Hàng 2 chọn P2= P1=100 hoặc để P2= P1=const, Dựa vào hiệu suất H2 tính Ptt2và , U2 + Bước3: Lập tỉ số + Bước 4: Tìm dữ kiện mà đề yêu cầu. Ví dụ 1: Điệnnăngởmột trạmphátđiện đượctruyềnđidướiđiệnáp2 kV,hiệusuất trongquátrìnhtruyềntảilà H= 60%.Muốnhiệusuấttrongquátrìnhtruyềntảităngđến 97,5%thìtaphải thay đổi hiệu điện thế truyền đi như thế nào? Cho công suất truyền đi không đổi.
* Cách giải thông thường : Lập tỉ số (1) và (2) * Cách giải chia 4 cột: Bài toán cho hiệu suất nên chọn P= 100 để dễ tính Ptt, . 100 60 40 100 97,5 2,5 Ta có: nên Ví dụ 2: Điện năng từ một trạm phát điện được đưa đến một khu tái định cư bằng đường dây truyền tải một pha. Cho biết, nếu điện áp tại đầu truyền đi tăng từ U lên 2U
thì số hộ dân được trạm cung cấp đủ điện năng tăng từ 114 lên 150.Cho rằng chỉ tính đến hao phí trên đường dây, công suất tiêu thụ điện của các hộ dân đều như nhau, công suất của trạm phát không đổi và hệ số công suất trong các trường hợp đều bằng nhau.Tính số hộ dân mà trạm phát này cung cấp đủ điện năng khi điện áp truyền đi là 4U. * Cách giải thông thường: - Công suất hao phí trên đường dây - Công suất lúc đầu khi điện áp là U: - Công suất lúc sau khi điện áp là 2U: 1 2 - Do công suất của nguồn truyền đi là không đổi nên: P =P 1 1 2 0 Thay vào P ta được: P =P =162 P . Khi điện áp tăng lên 4U thì * Cách giải chia 4 cột: Bài toán không cho hiệu suất nên để P= const. Chọn công suất nơi tiêu thụ của các hộ dân là 1. Ta có bảng sau:
n Ta có: Loại 2: Công suất tiêu thụ Ptt không đổi Phương pháp giải: + Bước 1: Chia dữ kiện của bài toán theo 4 cột gồm: công suất nơi tiêu thụ Ptt, công suất nguồn phát P, hao phí trên đường dây,hiệu điện thế nơi phát U.
+ Bước 2: Điền các thông tin vào các cột treo thứ tự: - Hàng 1: chọn Ptt =100 hoặc một số xác định a nào đó mà khi chia cho hiệu suất ta được tròn số, dựa vào hiệu suất H1 tính P1và , U1 - Hàng 2: chọn Ptt2= Ptt1=100 hoặc bằng a, dựa vào hiệu suất H 2 tính P2và , U2 + Bước 3: lập tỉ số: + Bước 4: Tìm dữ kiện mà đề yêu cầu. Ví dụ 1:Điệnnăngởmột trạmphátđiện đượctruyềnđidướiđiệnáp2 kV,hiệusuất trongquátrìnhtruyềntảilà H= 60%.Đểhiệusuấttrongquátrìnhtruyềntảităngđến 97,5%mà công suất truyền đến nơi tiêu thụ không đổi thìtaphải thay đổi hiệu điện thế truyền đi như thế nào? * Cách giải thông thường : Gọi công suất nơi tiêu thụ là ( không đổi ) * Cách giải chia 4 cột: Vì Ptt không đổi nên chọn P = 60 ta có:
60 100 40 60 800/13 20/13 Ta có: Ví dụ 2: Người ta truyền tải điện năng đến một nơi tiêu thụ bằng đường dây một pha có điện trở R. Nếu điện áp hiệu dụng đưa lên hai đầu đường dây là U = 220 V thì hiệu suất truyền tải điện năng là 60%. Để hiệu suất truyền tải tăng đến 90% mà công suất truyền đến nơi tiêu thụ vẫn không thay đổi thì điện áp hiệu dụng đưa lên hai đầu đường dây bằng bao nhiêu? * Cách giải thông thường : Gọi công suất nơi tiêu thụ là ( không đổi ) * Cách giải chia 4 cột: Vì Ptt không đổi nên chọn P = 60 ta có:
60 100 40 60 200/3 20/3 Ta có: Loại 3: Hiệu điện thế nơi phát không đổi. + Bước 1: Chia dữ kiện của bài toán theo 4 cột gồm: công suất nguồn phát P, hao phí trên đường dây, công suất nơi tiêu thụ Ptt, hiệu điện thế nơi phát U.
+ Bước 2: Điền các thông tin vào các cột treo thứ tự: - Hàng 1: chọn P=100 hoặc một số xác định a nào đó. Dựa vào hiệu suất H1 tính P1 và - Hàng 2: Dựa vào hiệu suất H2 tính Ptt2, P2 và Bước 3: Lập tỉ số: Bước4 :Tìm dữ kiện đề yêu cầu Ví dụ 1: Điện năng được truyền từ nơi phát đến một khu dân cư bằng đường dây một pha với hiệu suất truyền tải là 90%. Coi hao phí điện năng chỉ do tỏa nhiệt trên đường dây và không vượt quá 20%. Nếu công suất sử dụng điện của khi dân cư này tăng 20% và giữ nguyên điện áp nơi phát thì hiệu suất truyền tải điện năng trên chính đường dây đó là: A. 85,8% B. 89,2% C. 87,7% D. 92,8. *Cách giải thông thường: Ban đầu hiệu suất truyền tải là 90% thì Khi công suất điện năng 20% thì công suất nơi tiêu thụ lúc này bằng:
Hiệu suất của quá trình tải điện khi đó là: và Do hao phí điện năng không vượt quá 20% điện năng của nguồn phát nên trường hợp hiệu suất đạt 12,3% không thỏa mãn. Vậy ta chỉ chọn * Giải bằng phương pháp 4 cột: Chọn công suất ban đầu là P1= 100. Theo bài cho ta có thể lập bảng: Ta có: Khi Khi (loại vì hao phí > 20%) Ví dụ 2: Điện năng được truyền từ nơi phát đến một khu dân cư bằng đường dây tải điện một pha với hiệu suất truyền tải 75%. Coi hao phí chỉ do tỏa nhiệt trên dây và không vượt quá 40%. Nếu công suất sử dụng điện của khu dân cư
này tăng thêm 25% và giữ nguyên điện áp nơi phát thì hiệu suất truyền tải điện năng trên chính đường dây đó là bao nhiêu? Cách giải thông thường: Ban đầu hiệu suất truyền tải là 75% thì Khi công suất điện năng 25% thì công suất nơi tiêu thụ lúc này bằng: Hiệu suất của quá trình tải điện khi đó là: và Do hao phí điện năng không vượt quá 40% điện năng của nguồn phát nên trường hợp hiệu suất đạt 37,5% không thỏa mãn. Vậy ta chỉ chọn * Giải bằng phương pháp 4 cột: Chọn công suất ban đầu là P1= 100. Theo bài cho ta có thể lập bảng: Ta có: nên
Hiệu suất khi đó là: + + (loại vì > 40%) 2.3.2. Phương pháp 5 cột. - Dấu hiệu nhận biết bài toán giải theo cách chia 5 cột : Thường áp dụng cho các bài toán truyền tải điện năng có liên quan đến máy biến áp với hệ số công suất Phương pháp giải: + Bước 1: Chia dữ kiện của bài toán theo 5 cột gồm: công suất nguồn phát P, hiệu điện thế nơi phát U, cường độ dòng điện I trên dây dải, hiệu điện thế nơi tiêu thụ, công suất nơi tiêu thụ Ptt. + Bước 2: Điền các thông tin vào các cột treo thứ tự: Hàng 1: , , , ,
Hàng 2 :, , , , +Bước 3:Kết hợp dữ kiện đề cho xem đại lượng nào không đổi, đồng nhất 2 phương trình và giải phương trình đó để tìm đại lượng mà đề yêu cầu. Ví dụ 1: Điện năng được truyền từ một nhà máy điện với công suất không đổi đến một khu dân cư có 100 hộ dân bằng đường dây tải điện một pha. Theo tính toán của các kỹ sư, nếu điện áp nơi truyền đi là U và lắp một máy hạ áp có hệ số hạ áp k =20 để dùng chung cho toàn khu dân cư thì cung cấp đủ điện cho 50 hộ. Cho rằng công suất sử dụng điện năng của tất cả các hộ dân như nhau và điện áp luôn cùng pha với dòng điện. Khi giảm điện áp nơi truyền đi tăng 3U, để cung cấp đủ điện năng cho cả 100 hộ dân thì cần sự dụng máy hạ áp có hệ số hạ áp là bao nhiêu? * Cách giải thông thường: Gọi P là công suất của nhà máy phát điện, P tt1 và Ptt2 là công suất nơi tiêu thụ khi điện áp là U và 3U. U, U0 là điện áp nơi truyền đi và điện áp hai đầu cuộn thứ cấp, kU 0 là điện áp hai đầu cuộn cuộn sơ cấp của máy hạ áp. Khi hiệu điện thế tăng từ U lên 3U tức tăng 3 lần thì hao phí giảm 3 2=9 lần nên Ta có: Gọi k là hệ số hạ áp của máy biến áp ta có: Lập tỉ số ta được: Vậy cần dùng máy hạ áp có hệ số giảm áp là 120. * Giải bằng phương pháp 5 cột: Chọn hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp của máy hạ áp là 1V.k là hệ số của máy biến áp thì hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy biến áp là k.1=k.
Vì công suất nơi tiêu thụ không đổi nên Ví dụ 2: Điện năng được truyền từ một nhà máy điện với công suất không đổi đến một khu dân cư có 30 hộ dân bằng đường dây tải điện một pha. Theo tính toán của các kỹ sư, nếu điện áp nơi truyền đi là U và lắp một máy hạ áp có hệ số hạ áp k =30 để dùng chung cho toàn khu dân cư thì cung cấp đủ điện cho 20 hộ. Cho rằng: công suất sử dụng điện năng của tất cả các hộ dân như nhau và điện áp luôn cùng pha với dòng điện. Khi tăng điện áp nơi truyền đi lên 2U, để cung cấp đủ điện năng cho cả 30 hộ dân thì cần sự dụng máy hạ áp có hệ số hạ áp là bao nhiêu? * Cách giải thông thường: Gọi P là công suất của nhà máy phát điện, P tt1 và Ptt2 là công suất nơi tiêu thụ trong trường hợp điện áp truyền đi là U và 2U U, U0 là điện áp nơi truyền đi và điện áp hai đầu cuộn thứ cấp, kU 0 là điện áp hai đầu cuộn cuộn sơ cấp của máy hạ áp. Khi hiệu điện thế tăng từ U lên 2U tức tăng 2 lần thì hao phí giảm 2 2=4 lần nên Ta có: Gọi k là hệ số hạ áp của máy biến áp ta có: Lập tỉ số ta được:
Vậy cần dùng máy hạ áp có hệ số giảm áp là 90. * Giải bằng phương pháp 5 cột: Chọn hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp của máy hạ áp là 1V.k là hệ số của máy biến áp thì hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy biến áp là k.1=k Vì công suất nơi tiêu thụ không đổi nên Ví dụ 3: Điện năng được truyền từ một nhà máy điện A có công suất không đổi đến nơi tiêu thụ B bằng đường dây một pha. Nếu điện áp truyền là U và ở B lắp một máy hạ áp với tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp k=30 thì đáp ứng được 20/21 nhu cầu điện năng ở B. Bây giờ, nếu muốn cung cấp đủ điện cho B với hiệu điện thế truyền đi là 2U thì dùng máy hạ áp có k bằng bao nhiêu? Coi hệ số công suất luôn bằng 1, bỏ qua mất mát năng lượng trong máy biến áp. * Cách giải thông thường: