Skkn chuyên đề dòng điện biến đổi trong mạch điện có r,l,c,diot

Chun đề: DỊNG ĐIỆN BIẾN ĐỔI TRONG MẠCH ĐIỆN CĨ R,L,C,DIOT A Mở đầu I Lý chọn đề tài: Học sinh đội tuyển vật lý trường THPT Chuyên Lào Cai chưa cảm thấy dễ dàng tiếp cận “Bài tốn dịng điện biến đổi mạch có R,L,C,Điot” Các em ln thấy lúng túng, muốn bng đối mặt với nhiều tập phần tác dụng phần tử mạch khác nhau, chúng phối hợp với điều kiện ban đầu khác II Mục đích Tơi thực chun đề để làm tài liệu cho thân học sinh đội tuyển vật lý sử dụng liên tục chỉnh sửa, thêm liệu theo năm để ngày hoàn thiện có ích III Thực kết - Thực hiện: tài liệu sử dụng q trình dạy đội tuyển vật lý K15 Và ơn đội tuyển quốc gia - Kết quả: học sinh dễ dàng tiếp cận làm chủ kiến thức Chủ động phân tích, dự đốn diễn biến vật lý mạch điện xác Lượng tập thực phần cải thiện B Nội dung I Dòng điện qua R, L, C, Điot số mạch điện chiều Trong phần tơi trình bày số cách nghĩ tác dụng phần tử R,L,C,Điot mạch điện Trong có so sánh tương đối tác dụng chúng với số đối tượng vật lý thân thuộc mà thường học sinh hiểu rõ tác dụng, để em dễ dàng làm chủ kiến thức skkn Điện trở khơng đổi Đặc tuyến U-I tuyến tính Phản ứng tức thời với thay đổi hiệu điện + Biểu thức định luật ôm: Cho điện trở: Cho đoạn mạch: Tụ điện Tụ điện lý tưởng phần tử có khả tích điện phóng điện tức thời Phản ứng tức thời với thay đổi hiệu điện Nếu hiệu điện có bước nhảy (đóng ngắt khóa điện) điện tích tụ có bước nhảy theo đặc tuyến q-u tuyến tính Khơng đề cập đến dịng điện nạp cho tụ tình đó, hiểu có dịng điện cực lớn thời gian vơ nhỏ có bước nhảy hiệu điện Ví dụ 1: đóng mạch nạp điện cho tụ hiệu điện cố định Ngay đóng khóa K hiệu điện điện tích tụ có bước nhảy giá trị Hiệu điện hai tụ đạt giá trị hiệu điện nguồn Ví dụ 2: Tụ tích điện nạp cho tụ chưa tích điện – đóng mạch C1 Ban đầu tụ C1 tích điện Q Tụ C2 chưa tích điện Ngay đóng khóa K có xắp xếp lại điện tích mạch đạt trạng thái cân Kết là: K C2 Mạch khơng có điện trở nên phép tính cường độ dịng điện giai đoạn cân mạch khơng khả thi khơng có ý nghĩa Ví dụ 3: Làm chậm q trình tích điện ví dụ cho tụ điện trở C q1 A K R i C2 q2 skkn B Nhận xét: Đó biểu thức mà điện tích tụ C1 giảm dần theo thời gian q2 tăng dần theo thời gian để đến giá trị ổn định kết ví dụ Cuộn cảm Hệ số tự cảm L đại lượng đặc trưng cho khả xảy cảm ứng điện từ cuộn cảm Trong mạch điện L đáng kể số phần tử có cấu tạo đặc biệt cuộn dây, dây soắn, môi trường bên có độ từ thẩm cao… - Vận tốc lớn trang bị lượng cho đá dạng động mv2/2 Cũng tương tự dòng điện lớn trang bị lượng cho cuộn cảm dạng lượng từ Li2/2 Vậy L có ý nghĩa m Ta hiểu đặc trưng cho mức qn tính cuộn dây M làm khó thay đổi vận tốc L làm khó thay đổi dòng điện Dưới tác dụng lực, vật thay đổi vận tốc cách liên tục tác dụng hiệu điện dịng điện qua cuộn dây thay đổi cách liên tục Vậy dịng điện qua L khơng thể có bước nhảy vọt gián đoạn (trừ trường hợp làm mạch hở) Vd1: nguồn khơng đổi U phóng điện qua cuộn dây (Khi ngắt dòng qua cuộn dây hiểu dịng đột ngột biến nên cuộn dây xạ lượng từ trường vào không gian vật chuyển động đột ngột va chạm với phần tử khác động đột ngột thay đổi) Vd2: Nguồn khơng đổi U phóng điện qua điện trở cuộn dây Chọn chiều dịng điện hình vẽ áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch AB ta được: A L B ec = -Li’ R skkn E;r Biểu thức cho thấy cường độ dòng điện tăng dần từ giá trị đến giá trị ổn định Nhận xét: R lớn thời gian dịng điện ổn định lâu Vậy R có tác dụng làm chậm q trình ổn định dịng điện qua cuộn dây Vd3: tụ nạp điện phóng điện qua cuộn dây Chọn chiều dịng điện hình vẽ áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch AB ta được: A L B ec = -Li’ C Vd4: tụ nạp điện phóng điện qua điện trở cuộn dây Chọn chiều dịng điện hình vẽ áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch AB ta được: L A B ec = -Li’ Đặt R Cơ sở phép đặt: C + Về tượng: Nếu khơng có điện trở R mạch có dao động điện từ tự Ở trường hợp có điện trở R nên dao động điện từ bị tắt dần + Về toán học: Dao động điện từ tự mơ tả hàm điều hịa hàm e mũ theo biến t số phức i Đại lượng tắt dần có giá trị giảm dần theo thời gian biểu diễn theo hàm e mũ âm theo thời gian Biểu thức có dạng số phức = Vậy phần thực phần ảo phải = Vậy biểu thức điện tích tụ phụ thuộc thời gian là: skkn Là biểu thức tương tự với dao động tắt dần Vd5: Cuộn dây có dịng điện ngắt nguồn -> tạo dịng điện phóng qua nhánh khác có điện trở Chọn chiều dịng điện hình vẽ áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch AB ta được: với Biểu thức mơ tả dịng điện khơng tắt ngay, theo hướng ban đầu giảm liên tục dần giá trị E;r A L K B ec = -Li’ R Điot Điot phần tử cho phép dịng điện qua theo chiều Hoạt động phân cực TH1: Điot lý tưởng U > => ko cản trở dòng điện Tác dụng dây dẫn U < => khơng cho dịng điện qua Vậy có dịng điện xoay chiều tác dụng lên điot i > Đ mở Khi i = => diot đóng Vậy sau đóng đến bjo i liên tục = Đến lại áp dụng điều kiện mở diot lúc phân cực thuận U > TH2: điot hoạt động theo đặc tuyến cho sẵn VD: … Khi xác định hàm số hoạt động điot có điện trở hoạt động R = du/di II Bài tập sở skkn - Dưới số tập lựa chọn tài liệu phổ thơng có sẵn nên khơng thời gian gõ lại đề - “Hướng dẫn giải” cách tiếp cận đề để suy luận diễn biến vật lý mà đề đưa Qua học sinh dễ dãng để xác định kiến thức cần sử dụng để diễn tả diễn biến đồng thời có điều kiện biên để tính giá trị đại lượng đặc trưng cuối giải - Sử dụng tập “Những chuyên đề nâng cao Vật Lý trung học phổ thông” tr253-302 Bài 1: tr253 Hướng dẫn giải Giai đoạn 1: C nạp điện từ nguồn thông qua điện trở Vậy trình nạp điện chậm theo lý thuyết trình bày Giai đoạn 2: Khi đóng thêm khóa K2: ta có thêm mạch kín qua cuộn dây Để ý tác dụng cản trở dòng điện cuộn dây ta biết giá trị cường độ dòng điện qua cuộn dây phải tăng dần từ Bài 2: tr254 Hướng dẫn giải: Giai đoạn 1: vừa đóng K điot bị phân cực ngược nên có dịng điện phóng từ C qua cuộn dây Do tác dụng biết cuộn dây nên dòng điện tăng dần từ có xu hướng biến đổi theo hàm điều hòa Giai đoạn 2: Khi i cực đại, hiệu điện tụ = có xu hướng chuyển âm Khi điot phân cực thuận tự động mở co dòng điện qua L2 Khi dịng điện phóng ngược lại qua C = lần lúc điện áp tụ đạt giá trị cực đại Bài 3:tr256 skkn Hướng dẫn giải: Đóng K có dịng điện tăng dần từ tác dụng L Dùng định luật Ôm viết biểu thức cường độ dòng điện mạch theo thời gian Từ tìm thời điểm dòng điện cực đại Khi cường độ dịng điện điện áp có xu hướng phân cực ngược cho điot thời điểm Vậy từ điện áp tụ đạt giá trị ổn định điot đóng Bài 4, 5: Hiện tượng khơng có đặc biệt Bài 6: tr261 Hướng dẫn giải: C1: dùng định luật dòng điện mạch viết biểu thức liên quan điện tích qua dây nối với cường độ dịng điện qua cuộn dây Lấy tích phân với cận dịng điện qua cuộn dây tính Thời điểm đầu i = 0; thời điểm ổn định khơng cịn tượng cảm ứng điện từ nên tính iổn định qua L C1: Dùng định luật dòng điện mạch viết biểu thức phụ thuộc thời gian dòng điện qua dây nối A với B Tính tích phân theo cận thời gian từ – vơ điện tích dịch chuyển qua dây nối Câu 7: tr262 Hướng dẫn giải: Lý giải tượng xảy tăng giảm L: Thời điểm i = 0: khơng có lượng từ trường nên thay đổi L không làm biến đổi lượng mạch Thời điểm i khác thay đổi L làm thay đổi i: Ldi = -idL (biến đổi từ ec) Qua làm thay đổi lượng từ trường cuộn dây Vậy việc giảm L thời điểm i max đề đóng vai trò bù lượng mạch Vậy điều kiện để trì dao động lượng bù lớn lượng hao phí điện trở nửa chu kỳ skkn Câu 1: tr266 Khi mạch kín ổn định tính dịng điện qua cuộn dây tụ điện Khi ngắt mạch toàn lượn từ tụ cuộn dây dần tỏa thành nhiệt điện trở Câu 2: tr 267 Đóng khóa K: sau tụ tích đầy điện Dịng điện qua cuộn dây tăng dần tuyến tính theo thời gian Ngắt K: ta có mạch dao động LC lý tưởng nên tìm điều kiện ucmax = 2E đơn giản Câu 3: tr268 Lưu ý 1: Cần hiểu việc nạp lại y ban đầu tụ C lấy lại điện tích dấu y ban đầu (thời gian diễn biến T nửa chu kỳ hs hay nghĩ) Lưu ý 2: Cần hiểu điện tích di chuyển qua điện tích qua hay đổi chiều ngược lại đếm Câu 4: tr270 Lưu ý trường hợp cuộn dây bị thay đổi tức thời hệ số tự cảm có dịng điện khác từ thơng qua khơng thay đổi (cơ sở suất điện động cảm ứng cuộn dây ec = - tốc độ biến thiên từ thông Nhưng xét thời gian vô nhỏ từ thơng chưa kịp biến đổi) Câu 6: tr 273: Là câu làm rõ thêm tượng từ tr254 mặt diễn biến thời gian dòng điện qua phần tử Đã hướng dẫn bên III Bài tập nâng cao skkn Lưu ý: Đây phần tài liệu chọn lọc từ internet Dùng để học sinh tự giải sở thực xong tập phía skkn skkn skkn skkn C Kết luận - Để thực tốt chuyên đề học sinh cần trang bị tốt kiến thức cần thiết sau + Phép tính tích phân, đạo hàm + Biến đổi lượng giác + Kiến thức dạng lượng, thực cơng bảo tồn lượng - Chun để bổ xung thêm lượng tập sau năm để ngày hoàn thiện D Tài liệu tham khảo - SGK vật lý chuyên 11 - Những chuyên đề nâng cao Vật Lý trung học phổ thông - Tài liệu khai thác từ mạng internet skkn ... hiểu có dịng điện cực lớn thời gian vơ nhỏ có bước nhảy hiệu điện Ví dụ 1: đóng mạch nạp điện cho tụ hiệu điện cố định Ngay đóng khóa K hiệu điện điện tích tụ có bước nhảy giá trị Hiệu điện hai... phóng điện tức thời Phản ứng tức thời với thay đổi hiệu điện Nếu hiệu điện có bước nhảy (đóng ngắt khóa điện) điện tích tụ có bước nhảy theo đặc tuyến q-u tuyến tính Khơng đề cập đến dịng điện. ..1 Điện trở không đổi Đặc tuyến U-I tuyến tính Phản ứng tức thời với thay đổi hiệu điện + Biểu thức định luật ôm: Cho điện trở: Cho đoạn mạch: Tụ điện Tụ điện lý tưởng phần tử có khả tích điện