Giáo án Vật lý 12 nâng cao - Bài 28: Mạch điện xoay chiều có RLC mắc nối tiếp, cộng hưởng điện

2 / Học sinh : * Ơn lại đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa các loại đoạn mạch * Oân lại phương pháp tổng hợp giản đồ Fre-nen III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động 1: Tìm hiểu[r]

BÀI 28 : MẠCH XOAY CHIỀU CÓ RLC MẮC NỐI TIẾP CỘNG HƯỞNG ĐIỆN I / MỤC TIÊU : Kiến thức: * Viết công thức tính tổng trở các đoạn mạch có 2, phần tử R,L,C mắc nối tiếp * Công thức tính hiệu điện hai đầu đoạn mạch chứa các phần tử mắc nối tiếp * Công thức tính độ lệch pha hiệu điện và cường độ dòng điện * Nắm tượng và điều kiện để xảy cộng hưởng Kĩ năng: * Vận dụng các công thức tính: Z  R  (Z L  Z C ) U  U R  (U L  U C ) tg = L  C R * Biết cách vẽ và dùng giản đồ vectơ để nghiên cứu đoạn mạch chứa các phần tử R,L,C nối tiếp * Nắm tượng và điều kiện để xảy cộng hưởng II / CHUẨN BỊ : / Giáo viên : * Cuộn dây, điện trở, tụ điện, nguồn điện xoay chiều.(bố trí trên bảng thẳng đứng ) * nguồn điện xoay chiều * Vôn kế để đo hiệu điện / Học sinh : * Ơn lại đoạn mạch xoay chiều chứa các loại đoạn mạch * Oân lại phương pháp tổng hợp giản đồ Fre-nen III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động 1: Tìm hiểu hdt tức thời đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp Hoạt động học sinh Hoạt động giáo viên HS: GV:Các phần tử mắc nào thì gọi là mắc nối tiếp? Viết các công thức cường độ dòng điện và hiệu điện đoạn mạch chiều gồm điện trở mắc nối tiếp? GV : Hướng dẫn học sinh cách mắc sơ đồ mạch điện 28.1 ? GV: Xét đoạn mạch hình vẽ 28.1 đặt vào hai đầu điện áp u có tần số  HS : Học sinh tự mắc sơ đồ mạch điện Giả sử có cường độ đoạn mạch i=I0cos  t GV : Viết công thức hiệu điện mạch điện chiều mắc nối tiếp ? HS : U = U1 + U2 + U3 GV : Giáo viên cho biết các công thức đó đúng cho các giá trị tức thời mạch HS : u = uR + uL + uC Lop12.net điện xoay chiều ? GV : Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch ? GV : Viết biểu thức hiệu điện hai đầu dụng cụ ? HS : i = Iocost HS : uR = UORcost   uL = UOLcos  t       uC = UOCcos  t   2  HS : Cùng tần số  với các biểu thức hiệu thành phần GV : Hiệu điện đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa với tần số bao nhiêu ? Hoạt động 2: Thiết lập các biểu thức U,Z,I, độ lệch pha Hoạt động học sinh Hoạt động giáo viên  GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay I biểu diễn cường độ dòng điện i = Iocost hợp với trục Ox góc bao nhiêu ? HS : Bằng HS : Bằng  HS : Bằng  HS : Bằng    U C biểu diễn các hiệu điện uR , uL, uC , hợp với trục Ox góc bao nhiêu ? HS : Học sinh sử dụng quy tắc hình bình hành để vẽ HS : U = U R2  U L  U C  HS : Z =  GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay U R U L , GV : Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định hiệu điện hai đầu đoạn mạch ?   R  L  C   GV : Hướng dẫn học sinh vẽ vectơ hiệu điện UAB hai đầu đoạn mạch ? GV : Hướng dẫn học sinh thành lập biểu tổng trở đoạn mạch ? Lop12.net HS : Giống GV : Em hãy so sánh biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch chiều có điện trở R ? HS : R GV : Vai trò ZAB giống đại lượng nào ? HS : Cản trở dòng điện GV : Nêu ý nghĩa Z ? HS : tg = L  C GV : Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định độ lệch pha hai đầu đoạn mạch ? R HS : u nhanh pha so với i góc  GV : Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng, nêu mối quan hệ u và i ? HS : u chậm pha so với i góc  GV : Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, nêu mối quan hệ u và i ? Hoạt động 3: Tìm hiểu tượng cộng hưởng Hoạt động học sinh Hoạt động giáo viên HS : L - =0 C HS : Zmin = R HS : Im = HS : Có biên độ U R GV : Nếu giữ nguyên giá trị hiệu điện hiệu dụng hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc  đến giá trị cho cảm kháng dung kháng ? GV : Tổng trở đoạn mạch có giá trị nào ? GV : Cường độ dòng điện hiệu dụng đoạn mạch có giá trị nào ? GV : Hiệu điện tức thời hai tụ điện và hai đầu cuộn cảm có đặc điểm gì ? Lop12.net HS : Bằng hiệu điện hai đầu đoạn mạch U Im = U=Im.R=UR R GV : Hiệu điện hai đầu R có đặc điểm gì ? HS : Đồng pha GV : Pha u và I biến đổi nào ? HS : Quan sát đồ thị GV : Giới thiệu đồ thị 28.4 HS (1) Điện trở lớn HS : (2) Điện trở nhỏ HS : Xem sách giáo khoa GV : Đặc điểm đường , đường GV : Giới thiệu ý nghĩa vật lý đường cong cộng hưởng ? IV / NỘI DUNG : Các giá trị tức thời trên phần đoạn mạch Xét đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp Hình 28.1 Sơ đồ đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Giả sử cường độ dòng điện đoạn mạch có biểu thức i = Iocost Biểu thức các hiệu điện tức thời : uR = UORcost   uL = LIocos  t   2    = UOLcos  t       uC = UOCcos  t     Hiệu điện tức thời hai đầu A, B là : u = uR + uL + uC (28.1) Giản đồ vectơ Quan hệ cường độ dòng điện và hiệu điện a) Giản đồ vectơ Hình 28.2 Giản đồ vectơ vẽ theo quy tắc hình bình hành Lop12.net b) Định luật Ôm cho đoạn mạch RLC nối tiếp Tổng trở Uo = U OR  U OL  U OC  (28.2) Chia hai vế công thức 28.2 cho U = U R2  U L  U C  2 (28.3) Thay U = IR; UL = IL; UC = vào công thức (40.4), ta tìm cường độ dòng điện C hiệu dụng : U I= R   Z L  ZC   U   R  L  C   2 Nếu đặt   R  L  C   Z= 2 (28.4) Thì I= U (28.5) Z Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc , đại lượng Z đóng vai trò tương tự điện trở dòng điện không đổi và gọi là tổng trở đoạn mạch c) Độ lệch pha hiệu điện so với dòng điện tg = L  C R (28.6) Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng thì  > 0, dòng điện trễ pha hiệu điện hai đầu đoạn mạch Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, thì  < 0, dòng điện sớm pha hiệu điện hai đầu đoạn mạch Cộng hưởng điện Nếu giữ nguyên giá trị hiệu điện hiệu dụng U hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc  đến giá trị cho L - = thì có tượng đặc biệt xảy mạch, gọi C là tượng cộng hưởng điện - Tổng trở đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu : Zmin = R - Cường độ hiệu dụng dòng điện mạch đạt giá trị cực đại : Im = U R Hiệu điện trên điện trở R hiệu điện hai đầu đoạn mạch - Dòng điện biến đổi đồng pha với hiệu điện hai đầu đoạn mạch = LC (28.7) V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, và làm bài tập 1,2,3,4/ 156-157 Xem bài 29 Lop12.net