Tải Giáo án Các mạch điện xoay chiều Vật lý 12 - Giáo án điện tử Vật Lý 12

- 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]

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.

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 = I0cost = Icost

- 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 = I0cost = Icost

(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

- 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 = U0cost = Ucost

- 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

- 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 = U0cost = Ucost

- Điện tích bên trái tụ điện:

2q = Cu = CUcost

- Giả sử thời điểm t, dịng điện có chiều hình, điện tích tụ điện tăng lên

- Sau khoảng thời gian t,

~u

i

C

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

iCU t 

ha y:

(13.7) b Đặt: I = UC

cos

2 ( )

2

i I t 

thì

(13.8) 2và u = Ucost

(13.9) - Nếu lấy pha ban đầu i

cos

i I tthì

cos

2 ( )

2

u U t 

- 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:

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

- 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 = Icost

2

di

u L LI sin t

dt  

 

cos

2 ( )

2

uLI 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 = Icost

- Điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm thuần:

2

di

u L LI sin t

dt  

 

cos

2 ( )

2

uLI 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

 Hoặc

cos

2 ( )

2

i I t 

2u = Ucost 

- 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