- Phát biểu được định luật Ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thuần.. - Phát biểu được tác dụng của cuộn cảm thuần trogn mạch điện xoay chiều.[r]
(1)BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
I MỤC TIÊU 1 Kiến thức:
- Phát biểu định luật Ôm đoạn mạch điện xoay chiều điện trở - Phát biểu định luật Ôm đoạn mạch điện xoay chiều chứa tụ điện - Phát biểu tác dụng tụ điện mạch điện xoay chiều
- Phát biểu định luật Ôm đoạn mạch điện xoay chiều chứa cuộn cảm - Phát biểu tác dụng cuộn cảm trogn mạch điện xoay chiều
- Viết cơng thức tính dung kháng cảm kháng 2 Kĩ năng: Áp dụng công thức giải số tập. 3 Thái độ: Tích cực hoạt động học tập. II CHUẨN BỊ
1 Giáo viên:
- Một số dụng cụ thí nghiệm dao động kí điện tử, ampe kế, vôn kế, số điện trở, tụ điện, cuộn cảm để minh hoạ
2 Học sinh: di i
dt
e L di
dt
- Ôn lại kiến thức tụ điện: q = Cu và suất điện động tự cảm III HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Hoạt động 1: Kiểm tra cũ.
(2)1 Phát biểu định nghĩa: giá trị tức thời, giá cực đại, giá trị hiệu dụng cường độ dịng điện điện áp xoay chiều hình sin Giải tập số SGK
Hoạt động 2: Tìm hiểu mối quan hệ i u mạch điện xoay chiều
Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung
- Biểu thức dịng điện xoay chiều có dạng?
2- Chọn điều kiện ban đầu thích hợp để = i = I0cost = Icost
- Ta tìm biểu thức u hai đầu đoạn mạch
- Trình bày kết thực nghiệm lí thuyết để đưa biểu thức điện áp hai đầu mạch
- Lưu ý: Để tránh nhầm lẫn, phương trình điện áp viết:
u = U0cos(t+ u/i)
2= Ucos(t+ u/i)
- Có dạng: i = I0cos(t + )
- HS ghi nhận kết chứng minh thực nghiệm lí thuyết
- Nếu cường độ dịng điện xoay chiều mạch:
2i = I0cost = Icost
(13.1) điện áp xoay chiều hai đầu mạch điện: u = U0cos(t+ )
2 = Ucos(t+ )
(13.2) Với độ lệch pha u i
+ Nếu > 0: u sớm pha so với i
+ Nếu < 0: u trễ pha || so với i
+ Nếu = 0: u pha với i
Hoạt động : Tìm hiểu mạch điện xoay chiều có điện trở
(3)- Xét mạch điện xoay chiều có R
- Trong mạch lúc có i dịng điện nào? - Tuy dòng điện xoay chiều, thời điểm, dòng điện i chạy theo chiều xác định Vì dịng điện kim loại nên theo định luật Ohm, i u tỉ lệ với nào?
- Trong biểu thức điện áp u, Um
U gì?
- Dựa vào biểu thức u i, ta có nhận xét gì?
- GV xác hố kết luận HS
- Yêu cầu HS phát biểu định luật Ohm dòng điện chiều kim loại
- Biến thiên theo thời gian t (dòng điện xoay chiều)
- Theo định luật Ohm u i
R
- Điện áp tức thời, điện áp cực đại điện áp hiệu dụng
- HS nêu nhận xét: + Quan hệ I U + u i pha
- HS phát biểu
I Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở
- Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều:
2u = U0cost = Ucost
- Theo định luật Ohm
cos
u U
i t
R R
U I
R
Nếu ta đặt: (13.3)
cos
i I tthì:
- Kết luận:
1 Định luật Ohm mạch điện xoay chiều:
Sgk
2 u i pha. Hoạt động 4: Tìm hiểu mạch điện xoay chiều có tụ điện
Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung
- GV làm thí nghiệm sơ đồ hình 13.3 Sgk
- HS quan sát mạch điện ghi nhận kết thí nghiệm
(4)- Ta có nhận xét kết thu được?
- Ta nối hai đầu tụ điện vào nguồn điện xoay chiều để tạo nên điện áp u hai tụ điện
- Có tượng xảy tụ điện?
- Giả sử nửa chu kì đầu, A cực dương bên trái tụ tích điện gì?
- Ta có nhận xét điện tích tụ điện?
Độ biến thiên điện tích q cho phép ta tính i mạch
- Cường độ dịng điện thời điểm t xác định cơng thức nào?
q t
- Khi t q vô nhỏ
+ Tụ điện khơng cho dịng điện chiều qua
+ Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi qua”
- HS theo hướng dẫn GV để khảo sát mạch điện xoay chiều có tụ điện
- Tụ điện tích điện
- Bản bên trái tích điện dương
- Biến thiên theo thời gian t
- HS ghi nhận cách xác định i mạch
1 Thí nghiệm - Kết quả:
+ Tụ điện khơng cho dịng điện chiều qua + Dịng điện xoay chiều tồn mạch điện có chứa tụ điện Khảo sát mạch điện xoay chiều có tụ điện
a - Đặt điện áp u hai tụ điện:
2u = U0cost = Ucost
- Điện tích bên trái tụ điện:
2q = Cu = CUcost
- Giả sử thời điểm t, dịng điện có chiều hình, điện tích tụ điện tăng lên
- Sau khoảng thời gian t,
~u
i
C
(5)trở thành gì?
- Ta nên đưa dạng tổng quát i = Imcos(t + ) để tiện so sánh, –
sin cos
- Nếu lấy pha ban đầu i biểu thức i u viết lại nào?
- ZC đóng vai trị cơng
thức?
ZC có đơn vị gì?
1 C Z C
- Dựa vào biểu thức u i, ta có nhận xét gì?
- Nói cách khác: Trong mạch điện xoay chiều, tụ điện phần tử có tác dụng làm cho cường độ dịng điện tức thời sớm pha /2 so với điện áp tức thời
- Dựa vào biểu thức định luật Ohm, ZC có vai trị điện trở
trong mạch chứa tụ điện hay nói cách khác đại lượng biểu điều gì?
q i t
- Đạo hàm bậc q theo thời gian
- HS tìm q’
cos( )
sin
- HS viết lại biểu thức i u (i nhanh pha u góc /2 u chậm pha i góc /2)
- So sánh với định luật Ohm, có vai trị tương tự điện trở R mạch chứa điện trở
- Là đơn vị điện trở ()
1
1
( ) F s C s A s
V C
- Trong mạch chứa tụ điện, cường độ dòng điện qua tụ điện sớm pha /2 so với điện áp hai đầu tụ điện (hoặc điện áp hai đầu tụ điện trễ pha /2 so với cường độ dịng điện)
điện tích tăng q - Cường độ dòng điện thời điểm t:
q i t (13.6)
- Khi t q vô nhỏ
2
dq
i CU sin t
dt
cos
2 ( )
2
iCU t
ha y:
(13.7) b Đặt: I = UC
cos
2 ( )
2
i I t
thì
(13.8) 2và u = Ucost
(13.9) - Nếu lấy pha ban đầu i
cos
i I tthì
cos
2 ( )
2
u U t
(6)- Khi dịng điện qua tụ dễ dàng hơn?
- Tại tụ điện lại khơng cho dịng điện khơng đổi qua?
- Biểu cản trở dòng điện xoay chiều
1 C
Z
C
- Từ ta thấy: Khi nhỏ (f nhỏ) ZC lớn
ngược lại
- Vì dịng điện khơng đổi (f =
0) ZC = I =
1
U I
C
1 C
Z
C
đặt
C
U I
Z
thì:
trong ZC gọi dung
kháng mạch - Định luật Ohm: (Sgk) c So sánh pha dao động
của u i
+ i sớm pha /2 so với u (hay u trễ pha /2 so với i)
3 Ý nghĩa dung kháng + ZC đại lượng biểu
sự cản trở dòng điện xoay chiều tụ điện
+ Dịng điện xoay chiều có tần số cao (cao tần)
chuyển qua tụ điện dễ dàng dòng điện xoay chiều tần số thấp
+ ZC có tác dụng làm
cho i sớm pha /2 so với u
Tiết 2:
(7)Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung - Cuộn cảm gì?
(Cuộn cảm cuộn cảm có
điện trở khơng đáng kể, có dịng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm xảy tượng tự cảm.)
- Khi có dịng điện cường độ i chạy qua cuộn cảm (cuộn dây dẫn nhiều vịng, ống dây hình trụ thẳng dài, hình xuyến…) có tượng xảy ống dây?
- Trường hợp i dòng điện xoay chiều cuộn dây? - Xét t vô nhỏ (t 0) suất điện động tự cảm cuộn cảm trở thành gì?
- Y/c HS hoàn thành C5
- Đặt vào hai đầu cuộn cảm (có độ tự cảm L, điện trở r = 0) điện áp xoay chiều, tần số góc , giá trị hiệu dụng U mạch có dịng điện xoay chiều
- HS nghiên cứu Sgk để trả lời
- Dòng điện qua cuộn dây tăng lên cuộn dây xảy tượng tự cảm, từ thông qua cuộn dây:
= Li
- Từ thơng biến thiên tuần hồn theo t
- Trở thành đạo hàm i theo t
- Khi i tăng etc < 0, tương
đương với tồn nguồn điện
di di
e L L
dt dt
AB
di u ri L
dt
- HS ghi nhận theo hướng dẫn GV để khảo sát mạch điện
III Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần - Cuộn cảm cuộn cảm có điện trở khơng đáng kể
1 Hiện tượng tự cảm mạch điện xoay chiều - Khi có dịng điện i chạy qua cuộn cảm, từ thơng tự cảm có biểu thức:
= Li với L độ tự cảm cuộn cảm
- Trường hợp i dòng điện xoay chiều, suất điện động tự cảm:
i e L
t
- Khi t 0: di e L
dt
2 Khảo sát mạch điện xoay chiều có cuộn cảm
e r
A B
(8)- Điện áp hai đầu cảm có biểu thức nào?
- Hướng dẫn HS đưa phương trình u dạng cos
- Đối chiếu với phương trình tổng quát u điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm?
- ZL đóng vai trị cơng
thức?
ZL có đơn vị gì?
L e Z L di dt
- Dựa vào phương trình i u có nhận xét pha chúng?
cos
2 ( )
2
u U t
2i = Icost
2
di
u L LI sin t
dt
cos
2 ( )
2
uLI t
Hay
cos( )
sin
Vì
cos
2 ( )
u U t
U = LI
- So sánh với định luật Ohm, có vai trị tương tự điện trở R mạch chứa điện trở
- Là đơn vị điện trở ()
V V A A s s
- Trong đoạn mạch có cuộn cảm thuần: i trễ pha /2 so với u, u sớm pha /2 so với i
- Đặt vào hai đầu L điện áp xoay chiều Giả sử i mạch là:
2i = Icost
- Điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm thuần:
2
di
u L LI sin t
dt
cos
2 ( )
2
uLI t
Ha y
a Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm: U = LI
U I L Suy ra:
Đặt ZL = L
L U I Z Ta có:
Trong ZL gọi cảm
kháng mạch - Định luật Ohm: (Sgk)
~
u i
L
(9) Hoặc
cos
2 ( )
2
i I t
2u = Ucost
- Tương tự, ZL đại lượng biểu
hiện điều gì?
- Với L khơng đổi, dịng điện xoay chiều có tần số lớn hay bé cản trở lớn dòng điện xoay chiều
- Lưu ý: Cơ chế tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều R L khác hẳn Trong R làm yếu dịng điện hiệu ứng Jun cuộn cảm làm yếu dòng điện định luật Len-xơ cảm ứng từ
- Biểu cản trở dòng điện xoay chiều
- Vì ZL = L nên f lớn
ZL lớn cản trở nhiều
b Trong đoạn mạch có cuộn cảm thuần: i trễ pha /2 so với u, u sớm pha /2 so với i
3 Ý nghĩa cảm kháng + ZL đại lượng biểu
sự cản trở dòng điện xoay chiều cuộn cảm + Cuộn cảm có L lớn cản trở nhiều dòng điện xoay chiều, dịng điện xoay chiều cao tần + ZL có tác dụng làm
cho i trễ pha /2 so với u
Hoạt động : Giao nhiệm vụ nhà.
Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung
- Nêu câu hỏi tập nhà - Yêu cầu: HS chuẩn bị sau
- Ghi câu hỏi tập nhà
- Ghi chuẩn bị cho sau
IV RÚT KINH NGHIỆM