nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông chuong dong dien xoay chieu

Phõn tớch chng trỡnh vt lớ ph thụng NGHIấN CU NI DUNG KIN THC CHNG "DềNG IN XOAY CHIU" MUC LUC M U Ngy dũng in xoay chiu (Alternating Current - AC) c dựng rng rói hu ht mi ni trờn ton th gii Vai trũ ca dũng in xoay chiu l rt ln i vi chỳng ta Dũng in xoay chiu c s dng hu ht cỏc ngnh ngh t thnh th n nụng thụn, t ng bng n nỳi, t nh mỏy n cụng s Hóy th tng tng nu khụng cú in thỡ th gii chỳng ta s nh th no? Phi núi rng nh cú in xoay chiu nú ó gúp phn a th gii phỏt trin nh ngy hụm Dũng in xoay chiu c to bi mỏy phỏt in xoay chiu vi tn s xỏc nh Khỏc vi dũng in mt chiu, dũng in xoay chiu cú s i chiu liờn tc khong 50 n 60 ln mt giõy im c bit ca dũng in xoay chiu l in ỏp cú th thay i c nh mt mỏy bin th v vỡ th nú cú th truyn ti i xa hn dũng in mt chiu Dũng in xoay chiu cú th lm ngun s dng vi nhiu thit b khỏc nh tivi, ốn, mỏy tớnh v cỏc thit b khỏc Trong mch in xoay chiu cú th cú thờm cỏc t in, cun cm Dũng in xoay chiu cng c chng minh rng cú th lm ngun in tt hn dũng in mt chiu Vy lm th no sinh dũng in xoay chiu? Cỏc i lng, hin tng cỏc tỏc dng liờn quan n dũng in xoay chiu l gỡ? Cỏc ng dng c bn ca dũng in xoay chiu l gỡ? hiu rừ hn nhng trờn ca dũng in xoay chiu tụi chn phn Dũng in xoay chiu Vt lý 12 nghiờn cu Do thi gian v hiu bit ca bn thõn cú hn s khụng trỏnh nhng thiu sút, rt mong c s gúp ý ca Thy v cỏc bn tiu lun hon chnh hn NI DUNG TRèNH BY TRONG SCH GIO KHOA I Tng quan Chng dũng in xoay chiu c trỡnh by hai cun sỏch giỏo khoa c bn (SCB) v sỏch giỏo khoa nõng cao (SNC) tng i k v kin thc, hỡnh thc th hin v logic Trong SCB, chng dũng in xoay chiu l chng 3, c t trc chng l chng dao ng v súng in t cũn SNC thỡ t ngc li S sp xp ny cú nh hng gỡ n quỏ trỡnh hỡnh thnh kin thc ca chng trỡnh v ni dung SCB v SNC khụng? C SCB v SNC chng dao ng v súng in t u nghiờn cu dao ng in t do, dao ng in t tt dn, dao ng in t trỡ Dũng in xoay chiu l mt loi dao ng in t ú l dao ng in t cng bc Nh vy chng dao ng v súng in t ó nghiờn cu mch dao ng LC, phng trỡnh dao ng ca dao ng in t, nng lng dao ng nhng kin thc ny cú th giỳp HS hiu v cun cm, t in v cỏc tỏc dng ca chỳng mch in cng nh nhng kin thc liờn quan n mch dao ng in t Mt khỏc chnh th nghiờn cu cỏc loi dao ng thỡ phn dao ng v súng in t nghiờn cu tip theo sau dao ng c, súng c l hp lý Do ú, SCB cú logic trỡnh by kin thc chng dũng in xoay chiu cha hp lý so vi SNC 1 Chun kin thc, k nng Cỏc ni dung Dũng in xoay chiu in ỏp xoay chiu Cỏc giỏ tr hiu dng ca dũng in xoay chiu Cm khỏng, dung khỏng v in khỏng nh lut ễm i vi on mch xoay chiu RLC mc ni tip Cụng sut ca dũng in xoay chiu H s cụng sut Dũng in ba pha Mỏy phỏt in Mc cn t Kin thc K nng - Vit c h thc ca nh lut - Vn dng c cỏc ễm i vi on mch xoay chiu cụng thc tớnh thun in tr, thun cm khỏng, cm khỏng, dung thun dung khỏng v i vi on khỏng v in mch RLC ni tip khỏng - Nờu c lch pha gia dũng - V c gin in v in ỏp tc thi i vi cỏc Fre-nen cho on on mch in xoay chiu thun mch RLC ni in tr, thun cm khỏng, thun tip dung khỏng v chng minh c - Gii c cỏc bi cỏc lch pha ny v on mch - Vit c cụng thc tớnh lch RLC ni tip pha gia dũng in v in ỏp tc - V c th thi i vi on mch RLC ni biu din h thng tip v nờu c trng hp no dũng in ba pha thỡ dũng in tr pha, sm pha so - V c s vi in ỏp biu din cỏch - Nờu c iu kin v cỏc c mc hỡnh v im ca hin tng cng hng cỏch mc hỡnh in i vi on mch RLC ni tam giỏc i vi tip h thng dũng - Vit c cụng thc tớnh cụng sut in ba pha in v tớnh h s cụng sut ca - Gii c cỏc bi on mch RLC ni tip v mỏy bin - Nờu c lý ti phi tng h ỏp lý tng s cụng sut ni tiờu th in - Tin hnh c thớ - Nờu c h thng dũng in ba nghim kho pha l gỡ sỏt on mch - Trỡnh by c nguyờn tc cu to RLC ni tip v hot ng ca mỏy phỏt in xoay chiu, ng c in xoay chiu ba pha, mỏy bin ỏp Phõn phi thi gian [4], [6] Sỏch giỏo khoa Nõng cao C bn Lý Thc Bi Kim Tng thuyt hnh tra s tit 1HK 15 1HK 15 Nhỡn chung thi lng dnh cho phn dũng in xoay chiu SCB v SNC l bng (15 tit) Ch khỏc s phõn b s tit c th nh: SCN nhiu hn 01 tit lý thuyt thỡ li ớt hn mt tit bi iu ny cho thy tm quan trng ca phn dũng in xoay chiu l nh i vi chng trỡnh c bn v nõng cao II NI DUNG KIN THC TRèNH BY TRONG SGK C BN V NNG CAO SGK vt lý 12 nõng cao v c bn c son tho trờn c s SGK thớ im lp 12 cho ban KHTN (b sỏch v 2) ó c dy thớ im cho nhiu trng THPT t nm 2005 n nm 2007 Cỏc tỏc gi ó tip thu ý kin úng gúp quỏ trỡnh thớ im v da vo chng trỡnh mi sa i v tu chnh Khụng nhng vit theo chng trỡnh mi m cũn dựng cho hc sinh ó c hc chng trỡnh THCS mi Mt s khỏi nim, kin thc ó hc c tip tc phỏt trin ú cú kin thc v dũng in xoay chiu [6] C SCB v SNC bn trỡnh by rt k v nhng kin thc v dũng in xoay chiu ó lm rừ c c im c bn ca dũng in xoay chiu, dũng in ny thay i liờn tc t 50 n 60 ln mt giõy lm t trng nú sinh cng thay i theo Chớnh vỡ iu ú dũng in xoay chiu cú mt s tỏc dng m dũng in mt chiu khụng cú tỡm hiu k hn v s trỡnh by kin thc v dũng in xoay chiu hai b SCB v SNC chng trỡnh vt lý 12 ta i nghiờn cu s trỡnh by tng n v kin thc Khỏi nim v dũng in xoay chiu SCB trỡnh by khỏi nim theo hng din dch Bng cỏch thụng bỏo Dũng in xoay chiu hỡnh sin, gi tt l dũng in xoay chiu, l dũng in cú cng bin thiờn tun hon vi thi gian theo quy lut ca hm sin hay cụsin, vi dng tng quỏt: i = I 0cos(t + ) [3], sau ú a nguyờn tc to dũng in xoay chiu bng cỏch cho cun dõy quay t trng SNC thỡ trỡnh by theo hng quy np ging nh SGK c u tiờn trỡnh by v s xut hin sut in ng xoay chiu bng cỏch cho khung dõy quay t trng, ri gii thiu v hiu in th xoay chiu (in ỏp xoay chiu): hiu in th bớờn thiờn theo thi gian theo nh lut dng sin gi l hiu in th xoay chiu hay in ỏp xoay chiu [5] v dũng in xoay chiu v cỏc i lng biu thc Hai cỏch a khỏi nim khỏc vi ý khỏc Nhúm tỏc gi SCB mun thụng bỏo, nhng dũng in dao ng vi c im nh vy thỡ gi l dao ng xoay chiu Phng phỏp trỡnh by ny giỳp hc sinh nh hỡnh trc c dũng in xoay chiu l gỡ? nh hng cho hc sinh tip thu nhng kin thc tip theo liờn quan ti nú Nhúm tỏc gi SNC gii thiu s xut hin sut in ng xoay chiu trỏnh vic a t ngt vo mch in hỡnh sin m HS khụng bit nú t õu Do vy a vo sut in ng xoay chiu cỏc tỏc gi ch nờu tt cỏch to v biu thc, cũn vic nghiờn cu c trỡnh by k hn bi sau (bi 30 trang 161) Trong SCB ch a biu thc ca dũng in xoay chiu m khụng a biu thc ca in ỏp xoay chiu Trong SNC ngoi vic a biu thc ca in ỏp v dũng in: u = U cos(t + ) i = I0 cos(t + ) cũn a cỏc trng hp khỏc ca lch pha = gia in ỏp tc thi u so vi dũng in tc thi i trng hp tng quỏt: = - Nu > thỡ u nhanh pha hn so vi i - Nu < thỡ u chm pha hn so i - Nu = thỡ u cựng pha vi i S trỡnh by ny l hp lý, giỳp HS hiu v trỏnh c s nhm ln tớnh i lng pha ca dũng in v in ỏp sau ny Ngoi GV cú th nh hng v dn dt nghiờn cu cỏc trng hp c th ca cỏc mch in xoay chiu SCB cú trỡnh cỏc trng hp lch pha ca in ỏp so vi dũng in nhng trỡnh by phn cỏc mch in xoay chiu v trỡnh by c th cỏc loi mch in Mt khỏc, SNC khỏc vi SCB ú l SNC cũn a th (hỡnh 26.2) biu din s bin i ca cng dũng in v in ỏp gia hai u mt on mch xoay chiu iu ny giỳp HS hiu rng dũng in xoay chiu l mt dao ng cng bc bin i lch pha so vi in ỏp S bin i lch pha c minh ho bng th v chng minh bng thớ nghim Cỏc giỏ tr hiu dng xõy dng cỏc khỏi nim v cỏc giỏ tr hiu dng c SCB v SNC u c trỡnh by gn nh ging Cỏc tỏc gi SCB xõy dng cỏc giỏ tr hiu dng da trờn giỏ tr ca cụng sut tiờu th tc thi trờn in tr R: p = Ri2 = R I02 cos t T biu thc (12.6) vi cos t = (12.6) suy giỏ tr suy cụng sut trung bỡnh l: p= Vi I = RI = RI2 I0 c gi l giỏ tr hiu dng ca cng dũng in xoay chiu (gi tt l cng hiu dng) Cỏc tỏc gi SNC cng xõy dng bng cỏch dựng cỏc biu thc tc thi v phộp tớnh trung bỡnh iu ú khụng ch giỳp HS nm rừ hn v cỏc khỏi nim m cũn cung cp mt phng phỏp tớnh trung bỡnh cỏc i lng bin i dng sin (hoc cosin) Tuy cỏc giỏ tr hiu dng ca dũng in xoay chiu c xõy dng da trờn tỏc dng nhit ca dũng in nhng nú cng c s dng vic ỏnh giỏ cỏc tỏc dng khỏc ca dũng in Tuy nhiờn SNC khụng nờu c trng hp tng quỏt ca giỏ tr hiu dng ỏp dng cho cỏc i lng khỏc nh SCB: Giỏ tr hiu dng = Giỏ tr cc i m ch nờu thờm giỏ tr hiu dng ca sut in ng v in ỏp Ngoi ra, SCB cũn nờu c cỏc s ch trờn cỏc thit b s dng in v cỏc thit b o cng nh nhng giỏ tr thng dựng hng ngy u l cỏc giỏ tr hiu dng õy l ni dung m HS rt hay nhm ln tớnh toỏn cho bi phn dũng in xoay chiu GV cn nhn mnh HS phõn bit c cỏc giỏ tr hiu dng, giỏ tr cc i, giỏ tr nh mc ca cỏc i lng Hỡnh 2.1 ng h a nng in t Phng phỏp gin Fresnel (phng phỏp vector quay) õy l phng phỏp rt quan trng nghiờn cu mi liờn h gia cỏc i lng ca dũng in xoay chiu Th nhng SCB khụng cú phn dnh riờng cho phng phỏp ny phn u, ch n mch in xoay chiu cha R, L, C mi cp n Nh vy HS s khụng lm quen c vi phng Hỡnh 3.1 Gin Fresnel on mch RLC phỏp ny sut thi gian hc cỏc loi mch in thun tr, ch cha t in v thun cm ỏp dng linh hot mch in RLC sau ny Cú th cỏc tỏc gi SCB ngh rng hc sinh ó c hc phng phỏp ny chng dao ng c Nhng phn dũng in xoay chiu HS cn hiu ú cng l phng phỏp chung tng hp dao ng iu ho Cng dũng in xoay chiu i v in ỏp xoay chiu u l cỏc dao ng iu ho nờn u cú th c biu din dao ng in t cú di hoc t l vi cỏc giỏ tr hiu dng v r ur c ký hiu tng ng i ô I , u ô U hoc t l vi biờn v c ký hiu r ur i ô I0 , u ô U u im ca SCB phn ny l cỏc tỏc gi ó a c cỏc bng túm tt cho tng trng hp ca mch in cha cỏc thit b in m SNC khụng cú Vic lm ny giỳp HS h thng c cỏc kin thc ó hc dng vo tng trng hp c th Tuy nhiờn nhúm tỏc gi SNC gii thiu phng phỏp ny mt phn riờng Chỳ ý rng phn dao ng c, thng dựng cỏc vector quay biu din li dao ng cú th nguyờn chiu di Trong phn dũng in xoay chiu dựng cỏc vetor quay biu din cỏc dao ng khụng cú th nguyờn chiu di Hn na a s cỏc trng hp cn biu din trờn cựng mt gin c hai loi vector quay vớ d nh vector Hỡnh 3.2 Gin Fresnel theo quy tc tam giỏc ur r I v cỏc vector U Do ú, trờn gin di mi loi vector c chn vi cỏc h s t l khỏc Thng chn cho di cỏc vector khỏc hỡnh v c cõn i [6] Cỏc loi mch in xoay chiu 4.1 on mch ch cú in tr thun Hỡnh 4.1.1 on mch thun tr SCB Hỡnh 4.1.2 on mch thun tr SNC C hai SGK u c trỡnh by ging v logic hỡnh thnh kin thc SNC xut phỏt t in ỏp tc thi t vo hai u on mch u = U 0cost , xột khong thi gian rt nh thỡ cú th ỏp dng c nh lut Ohm cho on mch cha in tr: i= u U0 = cost R R t ú a biu thc ca dũng in xoay chiu tc thi i = I0cos t (vi I0 = U0/R) v kt lun pha ca in ỏp cựng pha vi dũng in i qua in tr thun R Tuy nhiờn SCB thỡ thay U0 bng U nhm mc ớch nhn mnh mi liờn h gia giỏ tr hiu dng v giỏ tr cc i ca cỏc i lng iu ny dy chng trỡnh c bn hay nõng cao GV nờn lu ý nhc HS thc cht U hay U u ging Giỏ tr hiu dng = Giỏ tr cc i 4.2 on mch xoay chiu ch cú t in Hỡnh 4.2.1 on mch ch cha t in (SCB) Hỡnh 4.2.2 on mch ch cha t in (SNC) C SCB v SNC u ch c tỏc dng ca t in mch in xoay chiu c nghiờn cu nh tớnh bng thớ nghim vi t in mc ni tip vi mt ốn ri sau ú mi chng minh nh lng bng gii tớch Nu iu kin cho phộp cú th HS tham gia lm thớ nghim chng t hin tng dũng in xoay chiu i qua t in Vic lý gii hin tng dũng in i qua t in l yờu cu m rng thờm c xp ct ph Hai tỏc dng c bn ca t in nhc n bi cú tỏc dng cn tr dũng in xoay chiu v lm cho cng dũng in sm pha so vi in ỏp Khỏc vi SGK c, cỏc biu thc in ỏp v cng dũng in chng SCN u c vit di dng cosin nh i vi cỏc dao ng c Riờng phn chng minh in ỏp gia hai bn t tr pha i vi dũng in, dựng biu thc di dng sin: u = U0sin t Vi biu thc ny ca u thỡ cng dũng r in cú dng i = I0cos t Do ú trờn gin vector I nm trờn trc pha (thng r v nm ngang) ỳng vi v trớ ca I trờn gin on mch ch cú cun cm v on mch RLC mc ni tip hc nhng bi sau iu ú to thun li cho HS dng kin thc ca bi ny cho bi hc sau 4.3 on mch xoay chiu ch cú cun cm Hỡnh 4.3.1 cm (SCB) Hỡnh 4.3.2 on on mch mch thun thun cm (SNC) SCB v SNC u a khỏi nim cun cm thun nhiờn SNC cú v k hn SCB u tiờn a khỏi nim th no l cun cm, ri nu cun cm cú in tr r khụng ỏng k thỡ gi l cun cm thun Cũn SCB thỡ i thng vo : cun cm thun l cun cm cú in tr khụng ỏng k SNC mc 1, dựng cun cm cú lừi st dch chuyn c chng t mt cỏch nh tớnh nh hng ca t cm ti cng hiu dng ca dũng in mch in ỏp hiu dng ca mch khụng i Trong thớ nghim ny, mc A v B vi ngun in mt chiu, sau úng hay ngt khoỏ K, dũng in cun dõy cha n nh, dũng in t cm cú tỏc dng qua ốn m khoỏ K nhng ch cú tỏc dng thi gian rt ngn Do vy, cn cho HS thy l cun cm thun ch cú tỏc dng lm tng hoc gim dũng in úng ngt mch Lỳc n nh, dũng in t cm cú tỏc dng nh mt dõy dn in tr nh Trong thớ nghim ny, quan sỏt sỏng ca búng ốn dũng in ó n nh i vi dũng in xoay chiu, cun cm cú tỏc dng cn tr dũng in mch in ó n nh Chỳ ý HS cỏc mc tip theo ta dựng cun cm cú t cm khụng i [6] C SCB v SNC cha núi rừ c rng cỏc cun dõy thc t u cú in tr Nh vy phn ny GV nh hng cho HS l ang hc v cun cm cú in tr bng nhng li s dng kt qu thu c cho cun cm cú in tr nh Ch cn HS hiu cun cm thun cú in tr nh khụng ỏng k v dũng in cp ti õy l dũng in ch n nh Trong h thc nh lut Ohm, cn chỳ ý HS rng U v I l cỏc giỏ tr hiu dng Cỏc vector quay theo cỏc biu thc ca cng dũng in v in ỏp c trỡnh by SNC mc 2b, ú pha ban u ca dũng in bng r nờn vector I cú phng trựng vi trc pha õy ch l mt trng hp riờng, r trng hp tng quỏt, vector I cú th lp vi trc pha cỏc gúc bt k 4.4 Mch in RLC ni tip Trong phn ny, c hai SGK s dng cỏc kt qu thu c cỏc bi hc trc v quan h gia cng dũng in v in ỏp trờn tng phn t R, L, C v tha nhn cỏc giỏ tr tc thi ca in ỏp ton mch xoay chiu tuõn theo cỏc cụng thc nh i vi on mch mt chiu Cỏc in ỏp tc thi ny l cỏc in ỏp bin thiờn iu ho theo thi gian (in ỏp dao ng iu ho) Vic tng hp cỏc in ỏp dao ng iu ho cựng tn s cng tin hnh nh tng hp cỏc dao ng c cựng phng, cựng tn s Phng phỏp thun tin nht tng hp nhiu dao ng iu ho l dựng gin Fresnel chun b cho vic dng ny SCB ó a phng phỏp gin u bi ny Cũn SNC thỡ ó trỡnh by trc ú phn u dũng in xoay chiu v cỏc loi mch in thun tr, thun cm v cha t in Nh vy HS phi nh v dng kin thc ó hc cỏc bi trc Cũn SCB thỡ trỡnh by u bi hc v phng phỏp gin Fresnel SNC trỡnh by c th, mc ớch ca phộp tng hp cỏc in ỏp xoay chiu khụng ch l tỡm biu thc ca in ỏp tng hp m cũn tỡm mi liờn h gia cỏc giỏ tr hiu dng v xõy dng khỏi nim tng tr ca mch ú l lý bin i cỏc in ỏp theo cng dũng din 1 L Theo cụng thc: tan = C , tan cú giỏ tr dng hay õm tu thuc R vo cm khỏng ln hay hn dung khỏng Nu L > thỡ > 0, dũng in C tr pha so vi in ỏp v ngc li Trong cỏc bi HS cú th tớnh tan da vo gin tu vo tng trng hp m cú kt qu khỏc S cng hng in mch RLC ni tip l cng hng in ỏp iu kin xy hin tng cng hng l cm khỏng ỳng bng dung khỏng Cn lu ý xy hin tng cng hng, lch pha ca in ỏp so vi dũng in l bng Lỳc ny in ỏp gia hai u in tr thun bng in ỏp gia hai u on mch, in ỏp gia hai bn t in v in ỏp gia hai u cun dõy trit tiờu Cỏc giỏ tr hiu dng U L v UC khỏc v cú th ln hn in ỏp hiu dng U gia hai u on mch Trong c SCB v SNC u c trỡnh by y cỏc loi mch in nh: on mch ch cú in tr thun, on mch ch cú t in, on mch ch cú cun cm thun, mch R, L, C ni tip Tuy t tờn cỏc on mch nh vy nhng cha toỏt lờn c vai trũ ca cỏc thit b cỏc on mch núi trờn v phng din ý ngha vt lý Thit ngh nờn t mc l vai trũ ca on mch xoay chiu Trong du l in tr, cun cm, t in ỏp ng mc ớch trờn Cụng sut ca dũng in xoay chiu SNC a khỏi nim cụng sut tc thi v cụng sut trung bỡnh nhm mc ớch giỳp HS hiu rừ ý ngha ca khỏi nim cụng sut ca dũng in xoay chiu v to c s chng minh cụng thc P = UI.cos HS cn bit khụng ch cụng sut tc thi ca dũng in xoay chiu bin i theo thi gian theo quy lut no Vic dựng phộp tớnh lng giỏc bin i biu thc cụng sut tc thi v dng p = UI.cos + UI cos(2 t + ) nhm giỳp HS t yờu cu ú v chun b cho vic tỡm cụng thc trung bỡnh mc sau Hn ch õy l GV v HS phi tha nhn cụng sut tc thi ca dũng in xoay chiu cng bng tớch s ca cng dũng in v in ỏp tc thi ging nh i vi dũng in mt chiu khụng i Khỏi nim giỏ tr trung bỡnh ca i lng vt lý ó c HS lm quen cỏc lp di, nhng bi ny nhc li cng c thờm Cn khng nh cụng sut trung bỡnh l in nng tiờu th trung bỡnh mt n v thi gian, trỏnh nhm ln vi nhit lng trung bỡnh to mt n v thi gian Trong mc ny khụng cp n s sai lch khụng ỏng k gia cụng sut trung bỡnh tớnh mt chu k vi cụng sut trung bỡnh tớnh khong thi gian di so vi chu k vỡ lý tng t ó nờn phn cụng sut to nhit trung bỡnh (bi 26) Cụng sut trung bỡnh tớnh mt chu k khụng thay i nu dũng in xoay chiu chy qua on mch ch n nh Vic tỡm cụng thc cụng sut trung bỡnh theo biu thc cụng sut tc thi tin hnh nh sau: dựng phộp tớnh lng giỏc bin di cụng thc tc thi v dng tng ca s hng khụng i v s hng bc nht ca sin hoc cosin theo thi gian t, xỏc nh giỏ tr trung bỡnh ca tng s hng ri cng li õy khụng dựng phộp tớnh tớch phõn vỡ HS cha hc phộp tớnh ny SNC khụng a nh ngha khỏi nim h s cụng sut nh SCB m ch nờu tờn gi v ý ngha ca h s ny Cú cỏc cỏch khỏc chng minh h s cụng sut ca on mch RLC ni tip bng R SNC nờu phng phỏp dựng Z nh lut bo ton nng lng ch l mt vớ d Vi cỏch ny ta khụng cn phi v li gin Fresnel ca on mch RLC ni tip Vic v li gin ny cng mt thờm thi gian Cn chỳ ý rng lch pha gia cng dũng in v in ỏp tc thi cú giỏ tr t n + nờn cos luụn cú giỏ tr khụng õm Trong 2 cỏc on mch m cos = khụng cú s to nhit v on mch khụng tiờu th in nang nhng cú s trao i nng lng in t trng gia ngun in vi t in v cun cm ú l quỏ trỡnh tớch lu nng lng di dng in trng hoc t trng (trong 1/4 chu k) ri li gii phúng chỳng v ngun (trong 1/4 chu k tip theo) Cng cn chỳ ý rng, cụng thc cos = R ch ỳng vi on mch RLC Z ni tip, khụng ỳng i vi on mch khỏc Vớ d, i vi on mch RLC song song thỡ cos = Z Tuy nhiờn, R chng trỡnh ch gii hn hc loi mch RLC ni tip nờn núi ti biu thc tớnh cos ca on mch xoay chiu thỡ núi ti cos = R/Z C SCB v SNC cha ch rừ cụng sut trung bỡnh ca dũng in xoay chiu P = UI.cos cũn gi l cụng sut tỏc dng ú l cụng sut tiờu th in trung bỡnh ca on mch mt chu k i lng P pk = UI.sin gi l cụng sut phn khỏng, c trng cho s trao i nng lng gia cỏc b phn mch in i lng Pbk = UI gi l cụng sut biu kin, cho bit kh nng cung cp in nng ca on mch phõn bit, cụng sut tỏc dng P c tớnh n v W (oỏt), cũn cụng sut biu kin Pbk c tớnh n v V.A (vụn ampe) Trong mi na chu k ca dũng in xoay chiu, nng lng t ngun xoay chiu chuyn thnh nng lng in trng t in v nng lng t trng cun cm, ri t in v cun cm li truyn ton b nng lng m chỳng tớch tr di dng trng v ngun Tớnh trung bỡnh mi chu k, nng lng trao i gia cỏc phn t ny vi ngun in bng Phn nng lng truyn t ngun in n in tr thun c chuyn thnh nhit m khụng truyn tr li ngun 6 Mỏy phỏt in xoay chiu Hỡnh 5.6.1 Mụ hỡnh mỏy phỏt in xoay chiu (SCB) Hỡnh 5.6.2 Mỏy phỏt in, ng c in xoay chiu SCB, SCN v c SGK c u cp nguyờn tc chung to sut in ng xoay chiu l da trờn hin tng cm ng in t v nờu c th quy lut bin thiờn t thụng cú sut in ng y [2], [3], [5] Hai cỏch to sut in ng cỏc mỏy in cng l hai cỏch lm t thụng qua vũng dõy bin thiờn theo nh lut dng sin Biu thc E = N dựng chung cho c hai trng hp trờn Cn lu ý rng ta cú h thc = f nờn E0 = fN , vi f = pn l tn s ca sut in ng Ch s cp cc p = 1, tn s ca sut in ng mi bng s vũng quay ca roto Mc cỏc b phn chớnh ca mỏy phỏt in khụng ch nờu tờn m cp c nguyờn tc cu to ca mi b phn Cn c vo biu thc sut in ng: E0 = N cú th hiu c cu to ca phn ng v phn cm ca mỏy phỏt in xoay chiu thc t u nhm tng sut in ng ca mỏy Phn ng cú nhiu cun dõy, mi cun dõy cú nhiu vũng ( tng N), phn cm cú nhiu cp cc ( tng f vỡ f = pn) V mt k thut, ngi ta chỳ ý n vic tng s cp cc p vỡ nu roto ca mỏy quay vi tc n (vũng/s) quỏ ln, mỏy s chúng mũn, b hng hiu ng ly tõm Khi núi cỏc cun dõy ca phn cm ta hiu phn cm l nam chõm in SNC nờu cu to v hỡnh v ca hai loi mỏy phỏt in xoay chiu mt pha i vi mỏy hot ng theo cỏch thc nht, vic ni mch ngoi vi phn ng phi dựng b gúp in dõy khụng b xon theo khung dõy quay B gúp in gm vnh khuyờn (khỏc bỏn khuyờn) v hai quột, mi quột tỡ lờn mt vnh khuyờn i vi mỏy hot ng theo cỏch th hai thỡ vic ni vi mch ngoi khụng cn b gúp ú Hỡnh 5.6.3 S mỏy phỏt in xoay chiu mt pha (SNC) l u im ca loi mỏy ny SNC v trng hp cú hai cp cc lm mt vớ d SCB khụng a nh ngha dũng in xoay chiu ba pha, ú SNC a nh ngha ny Dũng in xoay chiu ba pha c nh ngha theo sut in ng vỡ thc t cỏc ti mc ba pha cú th khỏc nhau, h thng ba dũng in khụng cựng biờn v khụng lch pha nhng gi ú l dũng in ba pha Biu thc v th ca sut in ng biu din trng hp ba pha ban u ca mt sut in ng bng SNC khụng cp ti cụng sut tiờu th ca mch in ba pha Trong cỏc bi cú liờn quan n cụng thc ny, HS cú th s dng tớnh cng c ca cụng sut Gi PA, PB, PC l cụng sut tiờu th ca mi pha thỡ cụng sut ca mch in ba pha l: P = PA + PB + PC Khi mch in ba pha i xng, cng dũng in trờn mi pha u l IP, h s cụng sut ca mi pha u l cos i vi cỏch mc hỡnh sao: P = UPIA.cos A + UPIB.cos B + UPIC.cos C = 3UPIPcos (1) i vi cỏch mc hỡnh tam giỏc, cng dũng in trờn mi dõy u l Id = UP, ú: P = 3UdIPcos = 3Ud Id cos = 3U d Id cos Nu chỳ ý rng cỏch mc hỡnh sao: U P = (2) Ud , IP = Id v thay cỏc i lng ny vo cụng thc (1) ta cú: 3UPIPcos = Ud Id cos = 3U d Id cos Cn lu ý rng, cỏc mỏy phỏt in xoay chiu hc bi ny u l mỏy phỏt in ng b da trờn hin tng cm ng in t ú l mỏy phỏt in xoay chiu cú tc quay bng tc ca t trng ng c khụng ng b ba pha Hỡnh 5.7.1 ng c khụng ng b ba pha Hỡnh 5.7.2 Cỏc b phn ca ng c khụng ng b ba pha (SNC) SNC khụng xõy dng y khỏi nim t trng quay m a mt vớ d, trờn c s ú, tin hnh thớ nghim v s quay ng b v s quay khụng ng b Chỳ ý rng, thớ nghim v s quay ng b, ch cú s quay ó n nh (nam chõm to t trng quay u) thỡ mi cú s quay ng b Khi t trng quay khụng u, quỏn tớnh, nam chõm cũn trng thỏi chuyn ng cú gia tc v quay vi tc khỏc vi tc quay ca t trng Khi gii thớch s quay khụng ng b cn chỳ ý ti hai ý chớnh: chiu quay v tc quay Chiu quay c gii thớch bng nh lut Lenz Khi gii thớch tc quay phi chỳ ý ti vai trũ ca moment cn moment cn cng ln thỡ s khỏc bit gia tc gúc ca roto v tc gúc ca t trng cng ln HS khụng cn chng minh t trng to bi dũng in ba pha chy vo cun dõy lch 1200 trờn mt vũng trũn l t trng quay nhng cn bit: tng hp ba t trng gõy bi ba cun dõy ta c mt t trng m cm ng t cú ln khụng i v cú phng quay khụng gian Vic vit cỏc biu thc ca t trng ct ph lc l mt gi ý HS khỏ, gii cú th chng minh c kt lun y Mỏy bin ỏp Truyn ti in U2 U1 N2 N2 Hỡnh 5.8.1 Mỏy bin ỏp Hỡnh 5.8.2 S cu to mỏy bin ỏp (SNC) SNC khụng xột riờng mỏy bin ỏp trng hp cú ti v khụng ti Cn thy cụng thc v sut in ng v in ỏp hiu dng hai u cun dõy E1 N1 U1 N1 = = v ỳng cho hai trng hp cú ti v khụng ti vi iu kin E2 N2 U2 N2 lừi st kớn, t thụng qua mi vũng dõy ca hai cun dõy u nh v in tr thun ca cỏc cun dõy khụng ỏng k Khi vit iu kin bng v cụng sut hai mch, n gin SNC khụng a vo h s cụng sut m ch ghi lu ý ct ph lc Mc hiu sut ca mỏy ch yờu cu hc sinh nờu c ú l t s gia cụng sut ly hai u cun dõy th cp i vi cụng sut a vo mch P2 s cp: H = P Sau trỡnh by v mỏy bin ỏp GV cn núi thờm v mỏy bin th t ngu vỡ loi mỏy bin ỏp ny thng gp nhiu i sng v k thut So sỏnh vi SGK c, SNC cp ti c h s cụng sut cụng thc tớnh cụng sut hao phớ trờn ng dõy cho phự hp hn vi thc t GV cn lu ý vi HS õy l h s cụng sut cu c h thng ti in v ni tiờu th H s ny thay i ti mc ni tiờu th thay i SNC cú nờu s truyn ti in nng i xa vi mc ớch minh ho bng mt vớ d vi ng ti in cú hai dõy Trong thc t, cỏc ng ti in nng i xa u l h thng ti dũng in ba pha i xa vi h thng bn dõy, tr ng dõy ti in t trm trung gian n cỏc khu sn xut hoc khu dõn c ch cn mt pha KT LUN Phng phỏp Nghiờn cu chng trỡnh vt lớ ph thụng l mt phn quan trng ca dy hc nhm nghiờn cu cu trỳc chng trỡnh, ni dung kin ngnh thc c trỡnh by sỏch giỏo khoa vt lớ ph thụng v cỏch t chc dy cho hc sinh mt s kin thc c th in hc núi chung v phn Dũng in xoay chiu núi riờng l mt ni dung kin thc quan trng chng trỡnh vt lớ ph thụng Nghiờn cu chung trỡnh phn Dũng in xoay chiu giỳp chỳng ta cú cỏi nhỡn h thng v kin thc ca chng v nm c ý xõy dng nhng kin thc c bn ca cỏc tỏc gi SGK vt lý 12 hin hnh Do iu kin v kh nng v thi gian nghiờn cu nờn tiu lun chc cũn nhiu hn ch nhng vi s n lc ca nhúm chỳng tụi hi vng tiu lun s gúp phn gii quyt c nhiu t vic nghiờn cu chng trỡnh vt lớ ph thụng núi chung v phn dũng in khụng i núi riờng Trong quỏ trỡnh nghiờn cu khụng trỏnh nhng sai sút Rt mong nhn c s gúp ca Thy v cỏc bn nhm giỳp tụi hon thnh tt tiu lun ny hn Xin chõn thnh cm n Mt s hỡnh nh v cỏc nh mỏy thy in, mỏy phỏt in, mỏy bin th Roõto maựy phaựt ủieọn oõtoõ Stato maựy phaựt ủieọn oõtoõ TI LIU THAM KHO Dng Trng Bỏi V Thanh Khit (1999), T in Vt lớ ph thụng, NXB Giỏo dc Dng Trng Bỏi Nguyn Thng Chung- o Vn Phỳc V Quang (1995), Vt lớ 12, NXB Giỏo dc Lng Duyờn Bỡnh (tng ch biờn), Vt lý 12 (c bn), NXB Giỏo dc (2008) Lng Duyờn Bỡnh (tng ch biờn kiờm ch biờn), vt lý 12 (c bn) sỏch giỏo viờn, NXB Giỏo dc (2008) Nguyn Th Khụi (tng ch biờn), Vt lý 12 (nõng cao), NXB Giỏo dc (2008) Nguyn Th Khụi V Thanh Khit (ch biờn), Vt lý 12 (nõng cao) sỏch giỏo viờn, NXB Giỏo dc (2008) [...]... Thit ngh nờn t mc l vai trũ ca trong on mch xoay chiu Trong du l in tr, cun cm, t in ỏp ng mc ớch trờn 5 Cụng sut ca dũng in xoay chiu SNC a ra khỏi nim cụng sut tc thi v cụng sut trung bỡnh nhm mc ớch giỳp HS hiu rừ ý ngha ca khỏi nim cụng sut ca dũng in xoay chiu v to c s chng minh cụng thc P = UI.cos HS cn bit khụng ch cụng sut tc thi ca dũng in xoay chiu bin i theo thi gian theo quy lut no...4.2 on mch xoay chiu ch cú t in Hỡnh 4.2.1 on mch ch cha t in (SCB) Hỡnh 4.2.2 on mch ch cha t in (SNC) C SCB v SNC u ch ra c tỏc dng ca t in trong mch in xoay chiu c nghiờn cu nh tớnh bng thớ nghim vi t in mc ni tip vi mt ốn ri sau ú mi chng minh nh lng bng gii tớch Nu iu kin cho phộp cú th HS tham gia lm thớ nghim chng t hin tng dũng in xoay chiu i qua t in Vic lý gii hin... na chu k ca dũng in xoay chiu, nng lng t ngun xoay chiu chuyn thnh nng lng in trng trong t in v nng lng t trng trong cun cm, ri t in v cun cm li truyn ton b nng lng m chỳng tớch tr di dng trng v ngun Tớnh trung bỡnh trong mi chu k, nng lng trao i gia cỏc phn t ny vi ngun in bng 0 Phn nng lng truyn t ngun in n in tr thun c chuyn thnh nhit m khụng truyn tr li ngun 6 Mỏy phỏt in xoay chiu Hỡnh 5.6.1... bng 0 Phn nng lng truyn t ngun in n in tr thun c chuyn thnh nhit m khụng truyn tr li ngun 6 Mỏy phỏt in xoay chiu Hỡnh 5.6.1 Mụ hỡnh mỏy phỏt in xoay chiu (SCB) Hỡnh 5.6.2 Mỏy phỏt in, ng c in xoay chiu SCB, SCN v c SGK c u cp nguyờn tc chung to ra sut in ng xoay chiu l da trờn hin tng cm ng in t v nờu c th quy lut bin thiờn t thụng cú sut in ng y [2], [3], [5] Hai cỏch to ra sut in ng trong cỏc mỏy... lờn mt vnh khuyờn i vi mỏy hot ng theo cỏch th hai thỡ vic ni vi mch ngoi khụng cn b gúp ú Hỡnh 5.6.3 S mỏy phỏt in xoay chiu mt pha (SNC) l u im ca loi mỏy ny SNC v trng hp cú hai cp cc lm mt vớ d SCB khụng a ra nh ngha dũng in xoay chiu ba pha, trong khi ú SNC a ra nh ngha ny Dũng in xoay chiu ba pha c nh ngha theo sut in ng vỡ trong thc t cỏc ti mc ba pha cú th khỏc nhau, h thng ba dũng in khụng... vi on mch khỏc Vớ d, i vi on mch RLC song song thỡ cos = Z Tuy nhiờn, R chng trỡnh ch gii hn hc loi mch RLC ni tip nờn khi núi ti biu thc tớnh cos ca on mch xoay chiu thỡ núi ti cos = R/Z C SCB v SNC cha ch rừ cụng sut trung bỡnh ca dũng in xoay chiu P = UI.cos cũn gi l cụng sut tỏc dng ú l cụng sut tiờu th in trung bỡnh ca on mch trong mt chu k i lng P pk = UI.sin gi l cụng sut phn khỏng, c trng... phỏt in xoay chiu trong thc t u nhm tng sut in ng ca mỏy Phn ng cú nhiu cun dõy, mi cun dõy cú nhiu vũng ( tng N), phn cm cú nhiu cp cc ( tng f vỡ f = pn) V mt k thut, ngi ta chỳ ý n vic tng s cp cc p vỡ nu roto ca mỏy quay vi vn tc n (vũng/s) quỏ ln, mỏy s chúng mũn, b hng do hiu ng ly tõm Khi núi cỏc cun dõy ca phn cm ta hiu phn cm l nam chõm in SNC nờu cu to v hỡnh v ca hai loi mỏy phỏt in xoay chiu... dng ny SCB ó a ra phng phỏp gin ngay u bi ny Cũn SNC thỡ ó trỡnh by trc ú phn u dũng in xoay chiu v trong cỏc loi mch in thun tr, thun cm v cha t in Nh vy HS phi nh v vn dng kin thc ó hc cỏc bi trc Cũn SCB thỡ trỡnh by ngay u bi hc v phng phỏp gin Fresnel SNC trỡnh by c th, mc ớch ca phộp tng hp cỏc in ỏp xoay chiu khụng ch l tỡm biu thc ca in ỏp tng hp m cũn tỡm mi liờn h gia cỏc giỏ tr hiu dng... trong cỏch mc hỡnh sao: U P = (2) Ud , IP = Id v thay cỏc i 3 lng ny vo cụng thc (1) ta cú: 3UPIPcos = 3 Ud Id cos = 3 3U d Id cos Cn lu ý rng, cỏc mỏy phỏt in xoay chiu hc bi ny u l mỏy phỏt in ng b da trờn hin tng cm ng in t ú l mỏy phỏt in xoay chiu cú tc quay bng tc ca t trng 7 ng c khụng ng b ba pha Hỡnh 5.7.1 ng c khụng ng b ba pha Hỡnh 5.7.2 Cỏc b phn ca ng c khụng ng b ba pha (SNC) SNC khụng... ni dung kin ngnh thc c trỡnh by trong sỏch giỏo khoa vt lớ ph thụng v cỏch t chc dy cho hc sinh mt s kin thc c th in hc núi chung v phn Dũng in xoay chiu núi riờng l mt ni dung kin thc quan trng trong chng trỡnh vt lớ ph thụng Nghiờn cu chung trỡnh phn Dũng in xoay chiu giỳp chỳng ta cú cỏi nhỡn h thng v kin thc ca chng v nm c ý xõy dng nhng kin thc c bn ca cỏc tỏc gi SGK vt lý 12 hin hnh Do iu kin ... ri gii thiu v hiu in th xoay chiu (in ỏp xoay chiu): hiu in th bớờn thiờn theo thi gian theo nh lut dng sin gi l hiu in th xoay chiu hay in ỏp xoay chiu [5] v dũng in xoay chiu v cỏc i lng biu... tng cỏc tỏc dng liờn quan n dũng in xoay chiu l gỡ? Cỏc ng dng c bn ca dũng in xoay chiu l gỡ? hiu rừ hn nhng trờn ca dũng in xoay chiu tụi chn phn Dũng in xoay chiu Vt lý 12 nghiờn cu Do thi... logic trỡnh by kin thc chng dũng in xoay chiu cha hp lý so vi SNC 1 Chun kin thc, k nng Cỏc ni dung Dũng in xoay chiu in ỏp xoay chiu Cỏc giỏ tr hiu dng ca dũng in xoay chiu Cm khỏng, dung khỏng