Các mạch điện xoay chiều 1

 Giáo án Vật lí 12 cơ bản  Trường THPT Long Khánh Bài 13 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU I. MỤC TIÊU 1. Kiến Thức - Phát biểu và viết được biểu thức định luật ôm cho các loại đoạn mạch xoay chiều. - Viết được các biểu thức tính cảm kháng, dung kháng. 2. Kỷ năng - Nêu được độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện qua R, C, L. - Viết được biểu thức điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời qua các mạch điện xoay chiều. 3. Thái độ - Có tinh thần khách quan, trung thực, biết tự học hỏi và tự tìm tồi. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Một số dụng cụ thí nghiệm như dao động kí điện tử, ampe kế, vôn kế, một số điện trở, tụ điện. 2. Học sinh - Ôn lại các kiến thức về tụ điện: q = Cu và = ± dq i dt và suất điện động tự cảm: di e L dt = ± . III.TIẾN TRÌNH BÀI DẠY 1. Ổn định lớp 2. Kiểm tra bài cũ: (5 phút) + Dòng điện xoay chiều ? Biểu thức cường độ tức thời ? + Giá trị hiệu dụng ? Cường độ hiệu dụng, hiệu điện thế hiệu dụng ? - Quan hệ u, i trong các mạch điện ? Biểu thứ xác định cường độ, hiệu điện thế tức thời ? 3. Vào bài: SGK trang 67. Hoạt động 1 (5 phút): Tìm hiểu mạch điện xoay chiều.  Biên soạn : Dương Hoàng Anh 1 HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG - Biểu thức của dòng điện xoay chiều có dạng ? - Chọn điều kiện ban đầu thích hợp để ϕ = 0. => i = I m cosωt = I 2 cosωt - Tìm biểu thức của u ở hai đầu đoạn mạch. - Trình bày kết quả thực nghiệm và lí thuyết để đưa ra biểu thức điện áp hai đầu mạch. - Để tránh nhầm lẫn, phương trình điện áp có thể viết: u = U 0 cos(ωt+ ϕ u/i ) = U 2 cos(ωt+ ϕ u/i ) - Có dạng: i = I 0 cos(ωt + ϕ) - HS ghi nhận các kết quả chứng minh bằng thực nghiệm và lí thuyết. Mạch điện xoay chiều - Nếu cho dòng điện xoay chiều có dạng: 0 cos 2 cosi I t I t ω ω = = - Thì điện áp xoay chiều ở 2 đầu mạch: 0 cos( ) 2 ( )u U t U cos t ω ϕ ω ϕ = + = + trong đó: ϕ là độ lệch pha giữa u và i + Nếu 0 ϕ > ⇒ u sớm pha hơn i + Nếu 0 ϕ < ⇒ u trễ pha ϕ hơn i + Nếu 0 ϕ = ⇒ u và i cùng pha Mạch A B u i NS: 03/10/2010 Tiết: 22  Giáo án Vật lí 12 cơ bản  Trường THPT Long Khánh Hoạt động 2 (10 phút). Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở. HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG Yêu cầu HS đọc SGK mục II trả lời câu hỏi. - Nêu câu hỏi: - Trong mạch lúc này sẽ dòng điện này như thế nào? - Tuy là dòng điện xoay chiều, nhưng tại một thời điểm, dòng điện i chạy theo một chiều xác định. Vì đây là dòng điện trong kim loại nên theo định luật Ohm, i và u thế nào? - Trong biểu thức điện áp u, U 0 và U là gì? - Nêu câu hỏi C1 - Dựa vào biểu thức của u và i, ta có nhận xét gì ? - GV chính xác hoá các kết luận của HS. - Phát biểu định luật Ohm đối với dòng điện một chiều trong kim loại. Đọc SGK mục II trả lời câu hỏi. - Trả lời: - Biến thiên theo thời gian t (dòng điện xoay chiều) - Tỉ lệ với nhau như. Theo định luật Ohm u i R = - Điện áp tức thời, điện áp cực đại và điện áp hiệu dụng. - Trả lời - u và i cùng pha. - HS phát biểu. I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ 1. Quan hệ u và i : Hai đầu R có 2 cosu U t ω = Định luật Ôm : 2 cos u U i t R R ω = = Đặt : U I R = Thì 2 cosi I t ω = ⇒ u, i cùng pha 2. Định luật Ôm: SGK Biểu thức: U I R = Hoạt động 3 (20 phút). Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện. HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG Yêu cầu HS đọc SGK mục II trả lời câu hỏi. - Nêu câu hỏi: - GV làm thí nghiệm như sơ đồ hình 13.3 Sgk. - Ta có nhận xét gì về kết quả thu được ? Đọc SGK mục II trả lời câu hỏi. - Trả lời: - HS quan sát mạch điện và ghi nhận các kết quả thí nghiệm. + Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua. + Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi qua”. II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 1. Thí nghiệm : - Nguồn điện một chiều : I = 0 - Nguồn điện xoay chiều : I ≠ 0 * Kết luận : Dòng xoay chiều có thể tồn tại trong mạch điện có chứa tụ điện  Biên soạn : Dương Hoàng Anh 2 ~ u R t u,i i(t) u(t) 0 A C I= 0 + - A : C I= 0 u + - B i  Giáo án Vật lí 12 cơ bản  Trường THPT Long Khánh - Ta nối hai đầu tụ điện vào một nguồn điện xoay chiều để tạo nên điện áp u giữa hai bản của tụ điện. - Có hiện tượng xảy ra ở các bản của tụ điện ? - Giả sử trong nửa chu kì đầu, A là cực dương → bản bên trái của tụ sẽ tích điện gì ? - Ta có nhận xét gì về điện tích trên bản của tụ điện ? → Độ biến thiên điện tích q cho phép ta tính i trong mạch. - Cường độ dòng điện ở thời điểm t xác định bằng công thức nào ? - Khi ∆t và ∆q vô cùng nhỏ q t ∆ ∆ trở thành gì ? - Ta nên đưa về dạng tổng quát i = I 0 cos(ωt + ϕ) để tiện so sánh, –sinα → cosα - Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0 → biểu thức của i và u được viết lại như thế nào ? - Z C đóng vai trò gì trong công thức? → Z C có đơn vị là gì? 1 C Z C ω = - Dựa vào biểu thức của u và i, ta có nhận xét gì? - Tác dụng của tụ ? - Khi nào thì dòng điện qua tụ dễ dàng hơn ? - Tại sao tụ điện lại không cho dòng điện không đổi đi qua ? - HS theo hướng dẫn của GV để khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện. - Tụ điện sẽ được tích điện. - Bản bên trái tích điện dương. - Biến thiên theo thời gian t. - HS ghi nhận cách xác định i trong mạch. q i t ∆ = ∆ - Đạo hàm bậc nhất của q theo thời gian. cos( ) 2 sin π α α − = + - HS viết lại biểu thức của i và u (i nhanh pha hơn u góc π/2 → u chậm pha hơn i góc π/2) - So sánh với định luật Ohm, có vai trò tương tự như điện trở R trong mạch chứa điện trở. - Là đơn vị của điện trở (Ω). 1 1 . . ( ) . . C A s F s s V C − −   Ω = = = Ω  ÷   - Trong mạch chứa tụ điện, cường độ dòng điện qua tụ điện sớm pha π/2 so với điện áp hai đầu tụ điện (hoặc điện áp ở hai đầu tụ điện trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện). - Biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều. - Từ 1 C Z C ω = ta thấy: Khi ω nhỏ (f nhỏ) → Z C lớn và ngược lại. - Vì dòng điện không đổi (f = 0) → Z C = ∞ → I = 0 2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ : a. Cho hiệu điện xoay chiều giữa 2 đầu tụ C: 0 cosu U t ω = = 2 cosU t ω Điện tích bản trái của tụ : q = Cu = C 2 cosU t ω - Ở thời điểm t bản trái tích điện (+) điện tích tụ tăng lên .Sau khoảng thời gian t∆ lượng điện tích của tụ tăng thêm q∆ q i t ∆ ⇒ = ∆ - Khi t∆ và q∆ vô cùng nhỏ : sin dq i CU t dt ω ω ⇒ = = − 2 cos( ) 2 i U C t π ω ω = + b) Nếu đặt : I = U C ω Ta có : 2 cos( ) 2 i I t π ω = + Và : 2 cosu U t ω = -Nếu lấy pha ban đầu dòng điện = 0 thì : 2 cosi I t ω = 2 cos( ) 2 u U t π ω = − c) Định luật Ôm: C U I Z = Với dung kháng : 1 C Z C ω = d) So sánh pha dao động của u và i : i sớm pha hơn u một góc 2 π 3) Ý nghĩa của dung kháng : - Dung kháng là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện. - Nếu C càng lớn ⇒ Z c càng nhỏ , dòng điện bị cản trở càng ít . - Nếu ω ( f ) càng lớn ⇒ Z c càng nhỏ, dòng điện bị cản trở càng ít. Hoạt động 3(5 phút): Củng cố - Giao nhiệm vụ về nhà  Biên soạn : Dương Hoàng Anh 3 t u,i i(t) u(t) 0  Giáo án Vật lí 12 cơ bản  Trường THPT Long Khánh Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Nhắc lại các kiến thức cơ bản trong bài học bằng những câu hỏi củng cố. - Về nhà làm bài tập 3, 6, 7, 9 trang 74 SGK. - Về nhà học bài và xem phần tiếp theo. - Nắm vững các kiến thức cơ bản trong bài học. - Nhận nhiệm vụ về nhà thực hiện. - Nhận nhiệm vụ về nhà thực hiện. * Câu hỏi củng cố Câu 1. Cho dòng điện xoay chiều qua mạch chỉ có điện trở thuần thì điện áp tức thời giữa 2 đầu điện trở : A. Chậm pha hơn dòng điện. B. Nhanh pha hơn dòng điện. C. Cùng pha với dòng điện. D. Lệch pha so với dòng điện π /2. Câu 2. Cho dòng điện xoay chiều qua mạch chỉ có tụ điện thì điện áp tức thời giữa 2 đầu điện trở : A. Chậm pha hơn dòng điện. B. Trể pha π /2 so với cường độ dòng điện. C. Cùng pha với dòng điện. D. Sóm pha π /2 so với cường độ dòng điện. Câu 3. Đặt tụ điện có điện dung 4 10 C F π − = vào điện áp xc có dạng : 200 2 os(100 ) ( ) 3 u c t V π π = + . Biểu thức của cường độ dòng điện là: A. 5 2 2 os(100 ) ( ) 6 i c t A π π = + B. 2 2 os(100 ) ( ) 6 i c t A π π = + C. 2 2 os(100 ) ( ) 6 i c t A π π = − D. 2 os(100 ) ( ) 6 i c t A π π = Câu 4. Đặt tụ điện có điện dung 1 20000 C F π = vào điện áp xoay chiều 100 2 os100 ( )u c t V π = Biểu thức của cường độ dòng điện là: A. 0,5 2 os100 ( )i c t A π = B. 0,5 2 os(100 ) ( ) 2 i c t A π π = − C. 0,5 2 os(100 ) ( ) 2 i c t A π π = + D. 0,5 os(100 ) ( ) 2 i c t A π π = + * Rút Kinh Nghiệm ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………  Biên soạn : Dương Hoàng Anh 4 . nghiệm. + Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua. + Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi qua”. II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 1. Thí nghiệm. cùng pha Mạch A B u i NS: 03 /10 /2 010 Tiết: 22  Giáo án Vật lí 12 cơ bản  Trường THPT Long Khánh Hoạt động 2 (10 phút). Mạch điện xoay chiều chỉ có điện