Trong phần này, cả hai SGK sử dụng các kết quả thu được ở các bài học trước về quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp trên từng phần tử R, L, C và thừa nhận các giá trị tức thời của [r]
(1)ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
oOo TIỂU LUẬN
NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THƠNG II
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC CHƯƠNG "DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU"
GVHD : PGS TS LÊ CÔNG TRIÊM Học viên: NGUYỄN QUANG MINH TUẤN Lớp : LL&PPDH Vật lý – K18
(2)
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 2
NỘI DUNG TRÌNH BÀY TRONG SÁCH GIÁO KHOA 3
I Tổng quan 3
1 Chuẩn kiến thức, kỹ 4
2 Phân phối thời gian 4
II NỘI DUNG KIẾN THỨC TRÌNH BÀY TRONG SGK CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO 5
1 Khái niệm dòng điện xoay chiều 5
2 Các giá trị hiệu dụng 7
3 Phương pháp giản đồ Fresnel (phương pháp vector quay) 8
4 Các loại mạch điện xoay chiều 10
4.1 Đoạn mạch có điện trở 10
4.2 Đoạn mạch xoay chiều có tụ điện 11
4.3 Đoạn mạch xoay chiều có cuộn cảm 12
4.4 Mạch điện RLC nối tiếp 13
5 Cơng suất dịng điện xoay chiều 14
6 Máy phát điện xoay chiều 17
7 Động không đồng ba pha 19
8 Máy biến áp Truyền tải điện 20
KẾT LUẬN 22
(3)MỞ ĐẦU
Ngày dòng điện xoay chiều (Alternating Current - AC) dùng rộng rãi hầu hết nơi toàn giới Vai trò dòng điện xoay chiều lớn Dòng điện xoay chiều sử dụng hầu hết ngành nghề từ thành thị đến nông thôn, từ miền đồng đến miền núi, từ nhà máy đến công sở… Hãy thử tưởng tượng khơng có điện giới nào? Phải nói nhờ có điện xoay chiều góp phần đưa giới phát triển ngày hơm
Dịng điện xoay chiều tạo máy phát điện xoay chiều với tần số xác định Khác với dòng điện chiều, dịng điện xoay chiều có đổi chiều liên tục khoảng 50 đến 60 lần giây
Điểm đặc biệt dòng điện xoay chiều điện áp thay đổi nhờ máy biến truyền tải xa dòng điện chiều
Dòng điện xoay chiều làm nguồn sử dụng với nhiều thiết bị khác tivi, đèn, máy tính thiết bị khác Trong mạch điện xoay chiều có thêm tụ điện, cuộn cảm Dịng điện xoay chiều chứng minh làm nguồn điện tốt dòng điện chiều
Vậy làm để sinh dòng điện xoay chiều? Các đại lượng, tượng tác dụng liên quan đến dịng điện xoay chiều gì? Các ứng dụng dịng điện xoay chiều gì? Để hiểu rõ vấn đề dòng điện xoay chiều tơi chọn phần “Dịng điện xoay chiều” Vật lý 12 để nghiên cứu
(4)NỘI DUNG TRÌNH BÀY TRONG SÁCH GIÁO KHOA I Tổng quan
Chương dịng điện xoay chiều trình bày hai sách giáo khoa (SCB) sách giáo khoa nâng cao (SNC) tương đối kỹ kiến thức, hình thức thể logic Trong SCB, chương dòng điện xoay chiều chương 3, đặt trước chương chương dao động sóng điện từ cịn SNC đặt ngược lại
Sự xếp có ảnh hưởng đến q trình hình thành kiến thức chương trình nội dung SCB SNC không?
(5)1 Chuẩn kiến thức, kỹ năng
Các nội dung Kiến thứcMức độ cần đạt Kỹ năng
1 Dòng điện xoay chiều Điện áp xoay chiều Các giá trị hiệu dụng dòng điện xoay chiều
2 Cảm kháng, dung kháng điện kháng Định luật Ôm
đối với đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp
4 Cơng suất dịng điện xoay chiều Hệ số cơng suất
5 Dịng điện ba pha
6 Máy phát điện
- Viết hệ thức định luật Ôm đoạn mạch xoay chiều điện trở, cảm kháng, dung kháng đoạn mạch RLC nối tiếp
- Nêu độ lệch pha dòng điện điện áp tức thời đoạn mạch điện xoay chiều điện trở, cảm kháng, dung kháng chứng minh độ lệch pha
- Viết cơng thức tính độ lệch pha dòng điện điện áp tức thời đoạn mạch RLC nối tiếp nêu trường hợp dịng điện trễ pha, sớm pha so với điện áp
- Nêu điều kiện đặc điểm tượng cộng hưởng điện đoạn mạch RLC nối tiếp
- Viết cơng thức tính cơng suất điện tính hệ số công suất đoạn mạch RLC nối tiếp
- Nêu lý phải tăng hệ số công suất nơi tiêu thụ điện - Nêu hệ thống dịng điện ba
pha
- Trình bày nguyên tắc cấu tạo hoạt động máy phát điện xoay chiều, động điện xoay chiều ba pha, máy biến áp
- Vận dụng cơng thức tính cảm kháng, dung kháng điện kháng
- Vẽ giản đồ Fre-nen cho đoạn mạch RLC nối tiếp
- Giải tập đoạn mạch RLC nối tiếp - Vẽ đồ thị
biểu diễn hệ thống dòng điện ba pha - Vẽ sơ đồ
biểu diễn cách mắc hình cách mắc hình tam giác hệ thống dòng điện ba pha
- Giải tập máy biến áp lý tưởng
- Tiến hành thí nghiệm để khảo sát đoạn mạch RLC nối tiếp
2 Phân phối thời gian [4], [6]. Sách giáo khoa Lý
thuyết Thực hành Bài tập Kiểm tra Tổng số tiết
Nâng cao 1HK 15
(6)Nhìn chung thời lượng dành cho phần dòng điện xoay chiều SCB SNC (15 tiết) Chỉ khác phân bố số tiết cụ thể như: SCN nhiều 01 tiết lý thuyết lại tiết tập Điều cho thấy tầm quan trọng phần dòng điện xoay chiều chương trình nâng cao
II NỘI DUNG KIẾN THỨC TRÌNH BÀY TRONG SGK CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO
SGK vật lý 12 nâng cao soạn thảo sở SGK thí điểm lớp 12 cho ban KHTN (bộ sách 2) dạy thí điểm cho nhiều trường THPT từ năm 2005 đến năm 2007 Các tác giả tiếp thu ý kiến đóng góp q trình thí điểm dựa vào chương trình để sửa đổi tu chỉnh Khơng viết theo chương trình mà cịn dùng cho học sinh học chương trình THCS Một số khái niệm, kiến thức học tiếp tục phát triển có kiến thức dịng điện xoay chiều [6]
Cả SCB SNC trình bày kỹ kiến thức dịng điện xoay chiều Đã làm rõ đặc điểm dòng điện xoay chiều, dòng điện thay đổi liên tục từ 50 đến 60 lần giây làm từ trường sinh thay đổi theo Chính điều dịng điện xoay chiều có số tác dụng mà dịng điện chiều khơng có
Để tìm hiểu kỹ trình bày kiến thức dịng điện xoay chiều hai SCB SNC chương trình vật lý 12 ta nghiên cứu trình bày đơn vị kiến thức
1 Khái niệm dòng điện xoay chiều
SCB trình bày khái niệm theo hướng diễn dịch Bằng cách thơng báo “Dịng điện xoay chiều hình sin, gọi tắt dịng điện xoay chiều, dịng điện có cường độ biến thiên tuần hồn với thời gian theo quy luật hàm sin hay côsin, với dạng tổng quát: i I c os(t)” [3], sau đưa nguyên tắc tạo
(7)SNC trình bày theo hướng quy nạp giống SGK cũ Đầu tiên trình bày xuất suất điện động xoay chiều cách cho khung dây quay từ trường, giới thiệu hiệu điện xoay chiều (điện áp xoay chiều): “hiệu điện bíên thiên theo thời gian theo định luật dạng sin gọi hiệu điện thế xoay chiều hay điện áp xoay chiều” [5] dòng điện xoay chiều đại lượng biểu thức
Hai cách đưa khái niệm khác với ý đồ khác Nhóm tác giả SCB muốn thơng báo, dịng điện dao động với đặc điểm gọi dao động xoay chiều Phương pháp trình bày giúp học sinh định hình trước dịng điện xoay chiều gì? Định hướng cho học sinh tiếp thu kiến thức liên quan tới Nhóm tác giả SNC giới thiệu xuất suất điện động xoay chiều tránh việc đưa đột ngột vào mạch điện hình sin mà HS khơng biết từ đâu Do đưa vào suất điện động xoay chiều tác giả nêu vắn tắt cách tạo biểu thức, cịn việc nghiên cứu trình bày kỹ sau (bài 30 trang 161)
Trong SCB đưa biểu thức dòng điện xoay chiều mà không đưa biểu thức điện áp xoay chiều Trong SNC việc đưa biểu thức điện áp dòng điện:
0
u U cos( t )
0
i I cos( t )
còn đưa trường hợp khác độ lệch pha 1 điện
áp tức thời uso với dòng điện tức thời i trường hợp tổng quát:
1
- Nếu > u nhanh pha so với i
- Nếu < u chậm pha so i
(8)Sự trình bày hợp lý, giúp HS hiểu tránh nhầm lẫn tính đại lượng pha dịng điện điện áp sau Ngồi GV định hướng dẫn dắt vấn đề để nghiên cứu trường hợp cụ thể mạch điện xoay chiều SCB có trình trường hợp lệch pha điện áp so với dịng điện trình bày phần mạch điện xoay chiều trình bày cụ thể loại mạch điện
Mặt khác, SNC khác với SCB SNC cịn đưa đồ thị (hình 26.2) biểu diễn biến đổi cường độ dòng điện điện áp hai đầu đoạn mạch xoay chiều Điều giúp HS hiểu dòng điện xoay chiều dao động cưỡng biến đổi lệch pha so với điện áp Sự biến đổi lệch pha minh hoạ đồ thị chứng minh thí nghiệm
2 Các giá trị hiệu dụng
Để xây dựng khái niệm giá trị hiệu dụng SCB SNC trình bày gần giống Các tác giả SCB xây dựng giá trị hiệu dụng dựa giá trị công suất tiêu thụ tức thời điện trở R:
p = Ri2 = R 2
I cos t (12.6)
Từ biểu thức (12.6) với cos t2
suy giá trị suy công suất trung bình
là:
2
p RI
2
= RI2
Với I= I0
2 gọi giá trị hiệu dụng cường độ dòng điện xoay
chiều (gọi tắt cường độ hiệu dụng)
(9)dựng dựa tác dụng nhiệt dòng điện sử dụng việc đánh giá tác dụng khác dòng điện
Tuy nhiên SNC không nêu trường hợp tổng quát giá trị hiệu dụng áp dụng cho đại lượng khác SCB:
Giá trị hiệu dụng = mà nêu thêm giá trị hiệu dụng suất điện động điện áp
Ngoài ra, SCB nêu số thiết bị sử dụng điện thiết bị đo giá trị thường dùng ngày giá trị hiệu dụng Đây nội dung mà HS hay nhầm lẫn tính tốn cho tập phần dòng điện xoay chiều GV cần nhấn mạnh để HS phân biệt giá trị hiệu dụng, giá trị cực đại, giá trị định mức đại lượng
3 Phương pháp giản đồ Fresnel (phương pháp vector quay)
Đây phương pháp quan trọng nghiên cứu mối liên hệ đại lượng dòng điện xoay chiều Thế SCB khơng có phần dành riêng cho phương pháp phần đầu, đến mạch điện xoay chiều chứa R, L, C đề cập đến Như HS không làm quen với phương pháp suốt thời gian học loại
mạch điện trở, chứa tụ điện cảm để áp dụng linh hoạt mạch điện RLC sau
Có thể tác giả SCB nghĩ học sinh học phương pháp chương dao động Nhưng phần dòng điện xoay chiều HS cần hiểu phương pháp chung để tổng hợp dao động điều hồ Cường độ dịng điện
Hình 2.1 Đồng hồ đa điện tử
Hình 3.1 Giản đồ Fresnel đoạn mạch RLC
Giá trị cực đại
(10)xoay chiều i điện áp xoay chiều u dao động điều hồ nên biểu diễn dao động điện từ có độ dài tỉ lệ với giá trị hiệu dụng ký hiệu tương ứng i« Ir,u« Uur tỉ lệ với biên độ ký hiệu
0
i« Ir , u« U0 ur
Ưu điểm SCB phần tác giả đưa bảng tóm tắt cho trường hợp mạch điện chứa thiết bị điện mà SNC Việc làm giúp HS hệ thống kiến thức học để vận dụng vào trường hợp cụ thể
Tuy nhiên nhóm tác giả SNC giới thiệu phương pháp phần riêng Chú ý phần dao động cơ, thường
dùng vector quay biểu diễn li độ dao động có thứ nguyên chiều dài Trong phần dòng điện xoay chiều dùng vetor quay biểu diễn dao động thứ nguyên chiều dài Hơn đa số trường hợp cần biểu diễn giản đồ hai loại vector quay ví dụ vector
I
r
vector Uur Do đó, giản đồ độ dài loại vector chọn với
hệ số tỉ lệ khác Thường chọn cho độ dài vector khác để hình vẽ cân đối [6]
(11)4 Các loại mạch điện xoay chiều
4.1 Đoạn mạch có điện trở thuần
Cả hai SGK trình bày giống logic hình thành kiến thức SNC xuất phát từ điện áp tức thời đặt vào hai đầu đoạn mạch u U cos t , xét
trong khoảng thời gian nhỏ áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch chứa điện trở:
i = u U0 cos t
R R
từ đưa biểu thức dịng điện xoay chiều tức thời i = I0cost (với
I0 = U0/R) kết luận pha điện áp pha với dòng điện qua điện trở
thuần R
Tuy nhiên SCB thay U0 U nhằm mục đích nhấn mạnh mối
liên hệ giá trị hiệu dụng giá trị cực đại đại lượng Điều dạy chương trình hay nâng cao GV nên lưu ý nhắc HS thực chất U0 hay
U giống
Giá trị hiệu dụng =
Hình 4.1.1 Đoạn mạch trở SCB
Hình 4.1.2 Đoạn mạch trở SNC
Giá trị cực đại
(12)4.2 Đoạn mạch xoay chiều có tụ điện
Cả SCB SNC tác dụng tụ điện mạch điện xoay chiều nghiên cứu định tính thí nghiệm với tụ điện mắc nối tiếp với đèn sau chứng minh định lượng giải tích Nếu điều kiện cho phép để HS tham gia làm thí nghiệm để chứng tỏ tượng dịng điện xoay chiều qua tụ điện Việc lý giải tượng dòng điện qua tụ điện yêu cầu mở rộng thêm xếp cột phụ Hai tác dụng tụ điện nhắc đến có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều làm cho cường
độ dòng điện sớm pha
2
so với điện áp
Khác với SGK cũ, biểu thức điện áp cường độ dòng điện chương SCN viết dạng cosin dao động Riêng phần chứng minh điện áp hai tụ trễ pha dòng điện, dùng biểu thức dạng sin: u = U0sint Với biểu thức u cường độ dịng
điện có dạng i = I0cost Do giản đồ vector I
nằm trục pha (thường vẽ nằm ngang) với vị trí I giản đồ đoạn mạch có cuộn cảm
đoạn mạch RLC mắc nối tiếp học sau Điều tạo thuận lợi cho HS vận dụng kiến thức cho học sau
Hình 4.2.1 Đoạn mạch chứa tụ điện (SCB)
(13)4.3 Đoạn mạch xoay chiều có cuộn cảm
SCB SNC đưa khái niệm cuộn cảm nhiên SNC kỹ SCB Đầu tiên đưa khái niệm cuộn cảm, cuộn cảm có điện trở r khơng đáng kể gọi cuộn cảm Cịn SCB thẳng vào vấn đề: “cuộn cảm cuộn cảm có điện trở khơng đáng kể”
SNC mục 1, dùng cuộn cảm có lõi sắt dịch chuyển đễ chứng tỏ cách định tính ảnh hưởng độ tự cảm tới cường độ hiệu dụng dòng điện mạch điện áp hiệu dụng mạch khơng đổi Trong thí nghiệm này, mắc A B với nguồn điện chiều, sau đóng hay ngắt khố K, dịng điện cuộn dây chưa ổn định, dịng điện tự cảm có tác dụng qua đèn mở khoá K có tác dụng thời gian ngắn Do vậy, cần cho HS thấy cuộn cảm có tác dụng làm tăng giảm dịng điện đóng ngắt mạch Lúc ổn định, dịng điện tự cảm có tác dụng dây dẫn điện trở nhỏ Trong thí nghiệm này, quan sát độ sáng bóng đèn dòng điện ổn định Đối với dòng điện xoay chiều, cuộn cảm có tác dụng cản trở dịng điện mạch điện ổn định Chú ý HS mục ta dùng cuộn cảm có độ tự cảm khơng đổi [6]
Cả SCB SNC chưa nói rõ cuộn dây thực tế có điện trở Như phần GV định hướng cho HS học cuộn cảm có điện trở lại sử dụng kết thu cho cuộn cảm có
(14)điện trở nhỏ Chỉ cần HS hiểu cuộn cảm có điện trở nhỏ khơng đáng kể dòng điện đề cập tới dòng điện chế độ ổn định
Trong hệ thức định luật Ohm, cần ý HS U I giá trị hiệu dụng Các vector quay theo biểu thức cường độ dòng điện điện áp trình bày SNC mục 2b, pha ban đầu dịng điện nên vector I có phương trùng với trục pha Đây trường hợp riêng,
trong trường hợp tổng quát, vector I lập với trục pha góc
4.4 Mạch điện RLC nối tiếp
Trong phần này, hai SGK sử dụng kết thu học trước quan hệ cường độ dòng điện điện áp phần tử R, L, C thừa nhận giá trị tức thời điện áp tồn mạch xoay chiều tn theo cơng thức đoạn mạch chiều Các điện áp tức thời điện áp biến thiên điều hoà theo thời gian (điện áp dao động điều hoà)
Việc tổng hợp điện áp dao động điều hoà tần số tiến hành tổng hợp dao động phương, tần số Phương pháp thuận tiện để tổng hợp nhiều dao động điều hoà dùng giản đồ Fresnel Để chuẩn bị cho việc vận dụng SCB đưa phương pháp giản đồ đầu Còn SNC trình bày trước phần đầu dịng điện xoay chiều loại mạch điện trở, cảm chứa tụ điện Như HS phải nhớ vận dụng kiến thức học trước Cịn SCB trình bày đầu học phương pháp giản đồ Fresnel
(15)Theo công thức: tan =
1 L
C R
, tan có giá trị dương hay âm tuỳ thuộc
vào cảm kháng lớn hay bé dung kháng Nếu L C
> 0, dòng điện
trễ pha so với điện áp ngược lại Trong tập HS tính tan dựa
vào giản đồ tuỳ vào trương hợp mà có kết khác
Sự cộng hưởng điện mạch RLC nối tiếp cộng hưởng điện áp Điều kiện để xảy tượng cộng hưởng cảm kháng dung kháng Cần lưu ý xảy tượng cộng hưởng, độ lệch pha điện áp so với dòng điện Lúc điện áp hai đầu điện trở điện áp hai đầu đoạn mạch, điện áp hai tụ điện điện áp hai đầu cuộn dây triệt tiêu Các giá trị hiệu dụng UL UC khác lớn
hơn điện áp hiệu dụng U hai đầu đoạn mạch
Trong SCB SNC trình bày đầy đủ loại mạch điện như: đoạn mạch có điện trở thuần, đoạn mạch có tụ điện, đoạn mạch có cuộn cảm thuần, mạch R, L, C nối tiếp Tuy đặt tên đoạn mạch chưa tốt lên vai trị thiết bị đoạn mạch nói phương diện ý nghĩa vật lý Thiết nghĩ nên đặt mục đề “vai trò của… đoạn mạch xoay chiều” Trong dấu “…” điện trở, cuộn cảm, tụ điện để đáp ứng mục đích
5 Cơng suất dịng điện xoay chiều
SNC đưa khái niệm công suất tức thời cơng suất trung bình nhằm mục đích giúp HS hiểu rõ ý nghĩa khái niệm công suất dòng điện xoay chiều tạo sở để chứng minh công thức P = UI.cos HS cần biết khơng chỉ
(16)cho việc tìm cơng thức trung bình mục sau Hạn chế GV HS phải thừa nhận công suất tức thời dịng điện xoay chiều tích số cường độ dòng điện điện áp tức thời giống dịng điện chiều khơng đổi
Khái niệm giá trị trung bình đại lượng vật lý HS làm quen lớp dưới, nhắc lại để củng cố thêm Cần khẳng định cơng suất trung bình điện tiêu thụ trung bình đơn vị thời gian, tránh nhầm lẫn với nhiệt lượng trung bình toả đơn vị thời gian Trong mục không đề cập đến sai lệch không đáng kể cơng suất trung bình tính chu kỳ với cơng suất trung bình tính khoảng thời gian dài so với chu kỳ lý tương tự nên phần công suất toả nhiệt trung bình (bài 26) Cơng suất trung bình tính chu kỳ khơng thay đổi dịng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chế độ ổn định
Việc tìm cơng thức cơng suất trung bình theo biểu thức công suất tức thời tiến hành sau: dùng phép tính lượng giác để biến dổi cơng thức tức thời dạng tổng số hạng không đổi số hạng bậc sin cosin theo thời gian t, xác định giá trị trung bình số hạng cộng lại Ở không dùng phép tính tích phân HS chưa học phép tính
SNC không đưa định nghĩa khái niệm hệ số công suất SCB mà nêu tên gọi ý nghĩa hệ số Có cách khác để chứng minh hệ
số công suất đoạn mạch RLC nối tiếp R
Z SNC nêu phương pháp dùng
định luật bảo tồn lượng ví dụ Với cách ta không cần phải vẽ lại giản đồ Fresnel đoạn mạch RLC nối tiếp Việc vẽ lại giản đồ thêm thời gian Cần ý độ lệch pha cường độ dòng điện điện
áp tức thời có giá trị từ
2
đến
2
(17)điện nang có trao đổi lượng điện từ trường nguồn điện với tụ điện cuộn cảm Đó q trình tích luỹ lượng dạng điện trường từ trường (trong 1/4 chu kỳ) lại giải phóng chúng nguồn (trong 1/4 chu kỳ tiếp theo)
Cũng cần ý rằng, công thức cos = R
Z với đoạn mạch RLC
nối tiếp, không đoạn mạch khác
Ví dụ, đoạn mạch RLC song song cos= Z
R Tuy nhiên,
chương trình giới hạn học loại mạch RLC nối tiếp nên nói tới biểu thức tính cos đoạn mạch xoay chiều nói tới cos = R/Z.
Cả SCB SNC chưa rõ cơng suất trung bình dịng điện xoay chiều P = UI.cos cịn gọi cơng suất tác dụng Đó cơng suất tiêu thụ điện
trung bình đoạn mạch chu kỳ Đại lượng Ppk = UI.sin gọi công
suất phản kháng, đặc trưng cho trao đổi lượng phận mạch điện Đại lượng Pbk = UI gọi công suất biểu kiến, cho biết khả cung
cấp điện đoạn mạch Để phân biệt, cơng suất tác dụng P tính đơn vị W (ốt), cịn cơng suất biểu kiến Pbk tính đơn vị V.A (vơn ampe)
(18)6 Máy phát điện xoay chiều
SCB, SCN SGK cũ đề cập nguyên tắc chung tạo suất điện động xoay chiều dựa tượng cảm ứng điện từ nêu cụ thể quy luật biến thiên từ thơng để có suất điện động [2], [3], [5] Hai cách tạo suất điện động máy điện hai cách làm từ thơng qua vịng dây biến thiên theo định luật dạng sin Biểu thức E0 = .N0dùng chung cho hai
trường hợp Cần lưu ý ta có hệ thức = 2f nên E0 = 2fN0,
với f = pn tần số suất điện động Chỉ số cặp cực p = 1, tần số suất điện động số vòng quay roto
Mục “các phận chính” máy phát điện khơng nêu tên mà đề cập
Hình 5.6.1 Mơ hình máy phát
(19)E0 = .N0 hiểu cấu tạo phần ứng phần cảm máy phát
điện xoay chiều thực tế nhằm tăng suất điện động máy Phần ứng có nhiều cuộn dây, cuộn dây có nhiều vịng (để tăng N), phần cảm có nhiều cặp cực (để tăng f f = pn) Về mặt kỹ thuật, người ta ý đến việc tăng số cặp cực p roto máy quay với vận tốc n (vịng/s) q lớn, máy chóng mịn, bị hỏng hiệu ứng ly tâm Khi nói cuộn dây phần cảm ta hiểu phần cảm nam châm điện
SNC nêu cấu tạo hình vẽ hai loại máy phát điện xoay chiều pha Đối với máy hoạt động theo cách thức nhất, việc nối mạch ngồi với phần ứng phải dùng góp điện để dây không bị xoắn theo khung dây quay Bộ góp điện gồm vành khuyên (khác bán khuyên) hai quét, quét tì lên vành khuyên Đối với máy hoạt động theo cách thứ hai việc nối với mạch ngồi khơng cần góp Đó ưu điểm loại máy SNC vẽ trường hợp có hai cặp cực làm ví dụ
SCB khơng đưa định nghĩa dịng điện xoay chiều ba pha, SNC đưa định nghĩa Dòng điện xoay chiều ba pha định nghĩa theo suất điện động thực tế tải mắc ba pha khác nhau, hệ thống
ba dịng điện khơng biên độ không lệch pha
3
gọi
là dịng điện ba pha Biểu thức đồ thị suất điện động biểu diễn trường hợp ba pha ban đầu suất điện động
SNC không đề cập tới công suất tiêu thụ mạch điện ba pha Trong tập có liên quan đến cơng thức này, HS sử dụng tính cộng công suất Gọi PA, PB, PC công suất tiêu thụ pha cơng suất
mạch điện ba pha là:
(20)P = PA + PB +PC
Khi mạch điện ba pha đối xứng, cường độ dòng điện pha IP, hệ số công suất pha cos
– Đối với cách mắc hình sao:
P = UPIA.cosA+ UPIB.cosB + UPIC.cosC = 3UPIPcos (1)
– Đối với cách mắc hình tam giác, cường độ dòng điện dây Id = 3UP, đó:
P = 3UdIPcos = 3Ud d I
cos
3 = 3U I cosd d (2)
Nếu ý cách mắc hình sao: UP = d U
3 , IP = Id thay đại
lượng vào cơng thức (1) ta có:
3UPIPcos = d d U
I cos
3 = 3U I cosd d
Cần lưu ý rằng, máy phát điện xoay chiều học máy phát điện đồng dựa tượng cảm ứng điện từ Đó máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay tốc độ từ trường
7 Động không đồng ba pha
SNC không xây dựng đầy đủ khái niệm từ trường quay mà đưa ví
Hình 5.7.1 Động khơng đồng ba pha
(21)đồng Chú ý rằng, thí nghiệm quay đồng bộ, có quay ổn định (nam châm tạo từ trường quay đều) có quay đồng Khi từ trường quay khơng đều, qn tính, nam châm cịn trạng thái chuyển động có gia tốc quay với tốc độ khác với tốc độ quay từ trường
Khi giải thích quay khơng đồng cần ý tới hai ý chính: chiều quay vận tốc quay Chiều quay giải thích định luật Lenz Khi giải thích tốc độ quay phải ý tới vai trò moment cản moment cản lớn khác biệt tốc độ góc roto tốc độ góc từ trường lớn
HS không cần chứng minh từ trường tạo dòng điện ba pha chạy vào cuộn dây lệch 1200 vòng tròn từ trường quay cần biết: tổng
hợp ba từ trường gây ba cuộn dây ta từ trường mà cảm ứng từ có độ lớn khơng đổi có phương quay không gian Việc viết biểu thức từ trường cột phụ lục gợi ý để HS khá, giỏi chứng minh kết luận
8 Máy biến áp Truyền tải điện
SNC không xét riêng máy biến áp trường hợp có tải khơng tải Cần thấy cơng thức suất điện động điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây
1
2
E N
E N
1
2
U N
U N cho hai trường hợp có tải khơng tải với điều kiện Hình 5.8.1 Máy biến áp Hình 5.8.2 Sơ đồ cấu tạo
máy biến áp (SNC)
U1 U2
N2
(22)lõi sắt kín, từ thơng qua vịng dây hai cuộn dây điện trở cuộn dây không đáng kể Khi viết điều kiện công suất hai mạch, để đơn giản SNC không đưa vào hệ số công suất mà ghi lưu ý cột phụ lục Mục hiệu suất máy yêu cầu học sinh nêu tỉ số cơng suất lấy hai đầu cuộn dây thứ cấp công suất đưa vào mạch
sơ cấp: H = P
P Sau trình bày máy biến áp GV cần nói thêm máy biến
thế tự ngẫu loại máy biến áp thường gặp nhiều đời sống kỹ thuật
So sánh với SGK cũ, SNC đề cập tới hệ số cơng suất cơng thức tính cơng suất hao phí đường dây cho phù hợp với thực tế GV cần lưu ý với HS hệ số công suất cảu hệ thống tải điện nơi tiêu thụ Hệ số thay đổi tải mắc nới tiêu thụ thay đổi
(23)KẾT LUẬN
“Phương pháp Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thơng” phần quan trọng dạy học nhằm nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến ngành thức trình bày sách giáo khoa vật lí phổ thơng cách tổ chức dạy cho học sinh số kiến thức cụ thể
Điện học nói chung phần “Dịng điện xoay chiều” nói riêng nội dung kiến thức quan trọng chương trình vật lí phổ thơng Nghiên cứu chuơng trình phần “Dịng điện xoay chiều” giúp có nhìn hệ thống kiến thức chương nắm ý đồ xây dựng kiến thức tác giả SGK vật lý 12 hành
Do điều kiện khả thời gian nghiên cứu nên tiểu luận nhiều hạn chế với nỗ lực nhóm chúng tơi hi vọng tiểu luận góp phần giải nhiều vấn đề đặt việc nghiên cứu chương trình vật lí phổ thơng nói chung phần dịng điện khơng đổi nói riêng
Trong q trình nghiên cứu khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận góp Thầy bạn nhằm giúp tơi hồn thành tốt tiểu luận
(24)Một số hình ảnh nhà máy thủy điện, máy phát điện, máy biến thế…
Rôto máy phát điện ôtô
(25)TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Dương Trọng Bái – Vũ Thanh Khiết (1999), Từ điển Vật lí phổ thơng, NXB Giáo dục
2 Dương Trọng Bái – Nguyễn Thượng Chung- Đào Văn Phúc – Vũ Quang (1995), Vật lí 12, NXB Giáo dục
3 Lương Dun Bình (tổng chủ biên), Vật lý 12 (cơ bản), NXB Giáo dục (2008) Lương Duyên Bình (tổng chủ biên kiêm chủ biên), vật lý 12 (cơ bản) sách giáo
viên, NXB Giáo dục (2008)
5 Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Vật lý 12 (nâng cao), NXB Giáo dục (2008) Nguyễn Thế Khôi – Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Vật lý 12 (nâng cao) sách giáo