nghiên cứu chương trình MẠCH điện XOAY CHIỀU

MỞ ĐẦU “Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thơng” nhiệm vụ quan trọng thiếu người Giáo viên q trình dạy học mơn Vật lí THPT Đặc biệt, năm gần đây, chương trình sách giáo khoa biên soạn lại đưa vào giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng dạy học, đáp ứng yêu cầu đổi giáo dục toàn diện theo chủ trương ngành giáo dục nước nhà Vì việc nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức, cách trình bày nội dung kiến thức sách giáo khoa Vật lí cần thiết, đặc biệt học viên cao học thuộc chuyên ngành LL & PPDH Vật lý Đây nhiệm vụ học phần “ Nghiên cứu chương trình Vật lý phổ thơng” Để giảng dạy tốt mơn Vật lí trường phổ thơng người giáo viên ngồi lịng đam mê nhiệt huyết cần phải hiểu biết sâu sắc kiến thức môn học.Người giáo viên phải hiểu sâu kiến thức ý đồ SGK tổ chức hoạt động dạy học có hiệu kích thích hứng thú học sinh lựa chọn phương pháp dạy học phù hợp với đặc trưng môn học Trong tiểu luận đề cập đến nội dung chương trình hai chương đồng thời cung cấp phương hướng giảng dạy cho giáo viên [Type the document title] PHẦN II: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.Các phần tử mạch điện xoay chiều 1.1 Điện trở Tác dụng điện trở mạch điện xoay chiều 1.1.1 Khái niệm điện trở Điện trở ? Ta hiểu cách đơn giản – Điện trở cản trở dòng điện vật , vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vô lớn Điện trở dây dẫn : Điện trở dây dẫn phụ vào chất liệu, độ dài tiết diện dây tính theo cơng thức sau: R=ρ L S Trong ρ điện trở suất phụ thuộc vào chất liệulàmdâydẫn;Llàchiềudàidâydẫn;Slàtiếtdiện dây dẫn 1.1.2 Hình dáng ký hiệu :Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từhợpchấtcacbonvàkimloạituỳtheotỷlệphatrộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác NHĨM [Type the document title] Hình dạng điện trở thiết bị điện tử Mơ hình ký hiệu điện trở sơ đồ điện Đơn vị điện trở Ω (Ohm) , KΩ , MΩ Điện trở sứ hay trở nhiệt 1.1.3.Tác dụng điện trở mạch điện xoay chiều Dịng điện khơng đổi hay dịng điện xoay chiều chạy qua điện trở có tác dụng nhiệt Đặt điện ápxoaychiều u = Uo cosωt vàohaiđầu đoạn mạch có điện trở Tìm dạng dòng điện tức thời i qua R.Dòngđiệnxoaychiều qua điện trở pha với điện áp NHĨM [Type the document title] Như dịng xoay chiều có tính chất dịng chiều qua trở áp dụng cơng thức dịng chiều cho dịng xoay chiều qua điện trở Cơng thức định luật Ơm (Ohm) I = U / R hay R = U/I Cơng suất P = U.I Định luật Ơm cường độ dòng điện tức thời i qua đoạn mạch trở i= u U0 = cosωt = I0 cosωt R R ur I0 Vẽhai vector cùngchiều (vì ϕ uur U0 chunggốc, nằm phương = 0), quay ngược chiều kim đồng hồ với ω vậntốcgóc Hình chiếucủacácvectơnàytạimỗi thời điểm có giá trị i u thời điểm - Dịng điện qua R biến thiên theo quy luật hình sin tần số với điện áp NHÓM [Type the document title] - Hiệu số pha dòng điện điện áp ϕ=0 tức chúng biến thiên đồng (đồng thời đạt cực đại đồng thời cực tiểu) I0 = - Giá trị cực đại dòngđiệnlà: U0 R Lưu ý giá trị tức thời điện áp dòng điện nêu đưa đến kết áp dụng cho biên độ U 0và I0 dịng điện hình sin 1.2 Cuộncảm.Tácdụngcủacuộn cảm mạch điện xoay chiều 1.2.1 Cấu tạo cuộn cảm Cuộn cảm gồm số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn sơn cách điện, lõi cuộn dây khơng khí, vật liệu dẫn từ Ferrite hay lõi thép kỹ thuật Cuộn dây lõi khơng khí CuộndâylõiFerit NHĨM [Type the document title] Ký hiệu cuộn dây sơ đồ : L1 cuộn dây lõi khơng khí, L2 cuộndâylõiferit, L3 làcuộn dây có lõi chỉnh, L4 cuộn dây lõi thép kỹ thuật 1.2.2.Các đại lượng đặc trưng cuộn cảm Hệ số tự cảm ( định luật Faraday) Hệ số tự cảm đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng cuộn dây có dịng điện biến thiên chạy qua L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l L : hệ số tựcảmcủacndây, đơnvịlàHenrry (H) n : số vịng dây cuộn dây l : chiều dài cuộn dây tính mét (m) S : tiết diện lõi, tính m2 µr : hệ số từ thẩm vật liệu làm lõi Cảm kháng Cảm kháng cuộn dây đại lượng đặc trưng cho cản trở dòng điện cuộn dây dịng điện xoay chiều ZL = 2.3,14.f.L Trong : ZL cảm kháng, đơn vị Ω f : tần số đơn vị Hz NHÓM [Type the document title] L : hệ số tự cảm , đơn vị Henry Thí nghiệm cảm kháng cuộn dây với dòng điện xoay chiều * Thí nghiệm minh họa => Kết luận : Cảm kháng củacuộndâytỷlệvớihệ số tự cảm cuộndâyvàtỷlệvớitần số dòng điện xoay chiều, nghĩa dịng điện xoay chiều có tần số cao qua cuộn dây khó Dịng điện chiều có tần số f = Hz với dịng chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = Điện trở cuộn dây Điện trở cuộn dây điện trở mà ta đo đồng hồ vạn năng, thơng thường cuộn dây có phẩm chất tốt điện trở phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở gọi điện trở tổn hao điện trở sinh nhiệt cuộn dây hoạt động NHÓM [Type the document title] 1.2.3 Tính chất nạp, xả cuộn cảm * Cuộn dây nạp lượng : Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp lượng dạng từ trường tính theo cơng thức W= LI W : lượng ( June ) L : Hệ số tự cảm ( H ) I : cường độ dịng điện (A) Thí nghiệm tính nạp xả cuộn dây Ở thí nghiệm : Khi K1 đóng, dịng điện qua cuộn dây tăng dần ( cuộn dây sinh cảm kháng chống lại dịng điện tăng đột ngột ) bóng đènsángtừtừ, K1 vừa ngắt K2 đóng , lương nạp cuộn dây tạo thành điện áp cảm NHÓM 8 [Type the document title] ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => hiên tượng cuộn dây xả điện 1.2.4 Tác dụng cuộn cảm mạch điện xoay chiều Dòng điện chiều chạy qua cuộn cảm khơng gây tác dụng cản trở dịng điện Dịng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây cảm gây tác dụng cảntrởdịngđiện,tácdụngcảntrở gọi cảm kháng, kí hiệu ZL =ω.L (Ω) Khi đặt điện áp hình sin vào mạch điện có cuộn cảm dịng điện mạch biến thiên theo định luật hình sin chậm pha điện ápmộtgóc π uLnhanhphahơn i π/2, (ϕ = ϕu – ϕi = π/2) Dịng điện xoay chiều qua tụ điện dịng điện trễ pha điện áp 900 i cực đại dịng điện i NHĨM di dt [Type the document title] * Dòng điện xoay chiều qua cuộn dây dịng điện bị chậm pha so với điện áp 90 độ nghĩa điện áp tăng nhanh dòng điện qua cuộn dây =>> Do tính chất lệch pha dịng điện điện áp qua tụ điện cuộn dây, nên ta không áp dụng định luật Ohm vào mạch điện xoay chiều có tham gia L C 1.3.Tụ điện Dòng điện xoay chiều nhánh tụ điện 1.3.1 Khái niệm tụ điện Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạodaođộng vv… 1.3.2 Cấu tạo tụ điện Cấu tạo tụ điện gồm hai cựcđặt song song, giữacó lớp cách điện gọi điện môi Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hố chất làm NHĨM 10 [Type the document title] chất điện môi tụ điện phân loại theo tên gọi chất điện môi Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hố Cấu tạo tụ gốm , tụ hố Hình dáng thực tế tụ điện Điện dung , đơn vị ký hiệu tụ điện * Điện dung : Là đại lượng nói lên khả tích điện hai cực tụ điện, điện dung tụ điện phụ thuộc vào diện tích cực, vật liệu làm chất điện môi khoảng cách giữ hai cực theo cơng thức C=ξ.S/d • Trong C : điện dung tụ điện , đơnvịlàFara (F) • ξ : Là số điện môi lớp cách điện NHĨM 11 [Type the document title] • d : chiều dày lớp cách điện • S : diện tích cực tụ điện * Đơn vị điện dung tụ : ĐơnvịlàFara (F) , 1Fara lớn thực tế thường dùng đơn vị nhỏhơnnhưMicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF) Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F µ Fara = 1.000 n Fara n Fara = 1.000 p Fara * Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu C (Capacitor) Ký hiệu tụ điện sơ đồ nguyên lý 1.3.3 Sựphóng,nạpđiệncủatụ điện NHĨM 12 [Type the document title] Một tính chất quan trọng tụ điện tính chất phóng nạp tụ , nhờ tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều Minh hoạ tính chất phóng nạp tụ điện * Tụ nạp điện : Như hình ảnh ta thấy , cơng tắc K1 đóng, dịng điện từ nguồn U qua bóng đèn để nạp vào tụ, dịng nạp làm bóng đèn l sáng, tụ nạp đầy dịng nạp giảm bóng đèn tắt * Tụ phóng điện : Khi tụ nạp đầy, công tắc K1 mở, công tắc K2 đóng dịng điện từ cực dương (+) tụ phóng qua bóng đền cực âm (-) làm bóng đèn loé sáng, tụ phóng hết điện bóng đèn tắt => Nếu điện dung tụ lớn bóng đèn l sáng lâu hay thời gian phóng nạp lâu 1.3.4 Tác dụng tụ điện mạch điện xoay chiều NHÓM 13 [Type the document title] Khi đặt điện áp hình sin vào mạch điện có tụ điện dịng điện mạch biến thiên theo định luật hình sin nhanh pha điện ápmộtgóc π uCchậmphahơn i π/2, (ϕ = ϕu – ϕi = -π/2) Dòng điện xoay chiều qua tụ điện dịng điện sớm pha điện áp 900 Dung kháng phụ thuộc vào điện dung C ω tụ điện mà phụ thuộc vàotầnsố Đối với dòng điện mộtchiều ( ω = 0) ZC vơ lớn, dịng điện xoay chiều khơng qua tụ điện Dịng điện có tần số cànglớn ( ω→∞ ) dung kháng tụ điện nhỏ nghĩa dòng điện cao tần qua tụ điện dễ dàng dù điện dung tụ điện nhỏ Tác dụng tụ điện mạch truyền qua mạch điện tích q hai cực tụ điện xuất điện áp U 0= q C Nếu thay tụ điện dây dẫn với điện tích q truyền qua đoạn mạch ta thấy U = 0, ứng với C = NHÓM 14 ∞ [Type the document title] 1.4 Mạch có R,L,C mắc nối tiếp 1.4.1.Biểu thức cường độ dòng điện điện áp Giả sử cường độ dòng điện đoạn mạch cóbiểuthức i=Io.cosωt Vì phần tử đoạn mạch mắc nối tiếp nên điện áp tức thời đầu đoạnmạch u= uR + uL + uC=Uo.cos(ωt+ϕ) 1.4.2.Giảng đồ Fre-nen I I NHÓM 15 [Type the document title] 2.Hiện tượng cộng hưởng Thuật ngữ chung để tượng xảy hệ dao động cưỡng bức, tần số kích thích đạt giá trị định biên độ dao động tăng đột ngột 2.1 Hiện tượng cộng hưởng điện áp Nếu khung dao động gồm yếu tố R, L, C mắc nối tiếp kích thích hiệu điện có tần số ω biên độ dao động I0 phụ thuộc vào ωnhưhìnhbên.Dịngđiệnnàycó giá trị tức thời tiết diện mạch gây độ giảm UR điện trở R, UL cảm kháng L UC dung kháng C Chú ý:Trong mạch điện xoaychiềuhìnhcosincócácphần tử R, L C mắc nối tiếp, giá trị tức thời i dòng điện NHĨM 16 [Type the document title] tồn mạch, cịn giá trị tức thời u tồn mạch tổng giá trị tức thời UR, UC UL đoạn mạch Điều kiện xảy cộng hưởng biên độ I dao động (dòng điện) cưỡng phụ thuộc giá trị tầnsốgóc ω củanguồnđiện xoay chiều đặt vào mạch (nguồn kích thích).Nên với điện trở R định mạch; ta thấy biên độ I đạt ω giá trị cực đại tầnsốgóc củanguồnkích thích có giá trị cực ω đại tầnsốgóc củanguồnkích thích có giá trị cho tổng trở Z mạch đạt cực tiểu; muốn thế, theo   R +  ω L− ωC ÷   Z= ω ch L− ω ch C =0 Ta biết giátrị LC hay = ω0 ω ch ω = ch đócủaphảithõamãnđiềukiện LC làtầnsố góc riêng mạch, điều kiện tương ứng NHÓM 17 [Type the document title] ω ch =ω0 Giátrị ω ch củatầnsố góc nguồn kích thích gọi tần số góc cộng hưởng Cộng hưởng gọi cộng hưởng điện thế, hiệu điện hiệu dụng cuộn dây tụ điện có trị số lớn, lớn hiệu điện đặt vào mạch Trong thực tế muốn có tượng cộng hưởng điện, người ta thường dùng hai cách sau đây: ω + Hoặc thay đổi tần số góckíchthích saochonó tần số góc riêng ω0 mạch dao động + Hoặc thay đổi hệ số tự cảm L điện dung C mạch dao động cho tần số góc riêng ω0 mạch tần số góc kích thích ω Hiện tượng cộng hưởng điện ứng dụng rộng rãi kĩ thuật vô tuyến điện, chẳng hạn việc thu sóng điện từ (mạch chọn sóng) 2.2.Các hệ rút NHĨM 18 [Type the document title] +Tổng trở đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu +Cường độ hiệu dụngcủadịngđiện,cơngsuấttrongmạch đạt cực đại +Cường độ dịngđiệnbiếnđơỉđồngphavới điện áp hai +Các điện áp tức thời hai đầu tụ cuộn cảm có biên độ nhưngngượcphanhau.Điệnápgiữahai đầu điện trở điện áp hai đầu đoạn mạch C KẾT LUẬN I NHÓM 19 I [Type the document title] Qua nghiên cứu nội dung chương trình vật lí trung học phổ thông với nghiên cứu sâu sắc chương dịng điện xoay chiều chúng tơi có cách nhìn khái quát, thống loại dao động, nắm kiến thức vật lí chương trình THPT đặc biệt hiểu rõ ý nghĩa vật lí kiến thức chương “Dịngđiệnxoaychiều”.Nghiêncứunộichương trình vật lí phổ thơng giúp có cách tiếp cận kiến thức phổ thông, tổng kết khái quát chúng để từ có hướng dạy học phù hợp hỗ trợ học sinh học tập tự chủ, tích cực song hành với việc phát triển tư NHÓM 20 [Type the document title] Tài liệu tham khảo Bộ Giáo dục Đào tạo (2008), Vật lí 12 nâng cao, NXB Giáo dục, Hà Nội Bộ Giáo dục Đào tạo (2008), Vật lý 12 (2008), NXB Giáo dục, Hà Nội Bộ Giáo dục Đào tạo (2008), SGV Vật lý 12 nâng cao (2008), NXB Giáo dục, Hà Nội Vũ ThanhKhiết – NguyễnThếKhôi – Vũ Ngọc Hồng (1977), Giáo trình Điện đại cương tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội David Halliday – Robert Resnick –Jearl Walker (1999), Cơ sở Vật lí tập 5, NXB Giáo dục, Bản dịch Đàm Trung Đồn – Lê Khắc Bình – Đào Kim Ngọc NHĨM 21 [Type the document title] NHÓM 22 ... MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.Các phần tử mạch điện xoay chiều 1.1 Điện trở Tác dụng điện trở mạch điện xoay chiều 1.1.1 Khái niệm điện trở Điện trở ? Ta hiểu cách đơn giản – Điện trở cản trở dòng điện. .. 1.1.3.Tác dụng điện trở mạch điện xoay chiều Dịng điện khơng đổi hay dịng điện xoay chiều chạy qua điện trở có tác dụng nhiệt Đặt điện ápxoaychiều u = Uo cosωt vàohaiđầu đoạn mạch có điện trở Tìm... vào mạch điện xoay chiều có tham gia L C 1.3.Tụ điện Dòng điện xoay chiều nhánh tụ điện 1.3.1 Khái niệm tụ điện Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch