Bài 27 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm

8. Những chữ viết tắt trong đề tài

4.2.2. Bài 27 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm

I. Mục tiêu

1. Kiến thức

 Hiểu các tác dụng của tụ điện, cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều.

 Nêu được khái niệm dung kháng, viết được công thức dung kháng, biểu diễn được u và i bằng vector quay cho đoạn mạch chỉ có tụ điện.

 Nêu được khái niệm cảm kháng, viết được công thức tính cảm kháng, biểu diễn được u và i bằng vector quay cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm.

 Hiểu ý nghĩa và tính toán được giá trị của dung kháng, cảm kháng.

2. Kỹ năng

 Tính được dung kháng, cảm kháng trong mạch xoay chiều.  Rèn luyện kỹ năng quan sát TN và rút ra kết luận.

 Rèn luyện kỹ năng vẽ giảng đồ Fresnel cho đoạn mạch chỉ có tụ điện và đoạn mạch chỉ có cuộn cảm.

 Giải bài tập có tụ điện, cuộn cảm trong mạch xoay chiều.

II.Chuẩn bị của giáo viên và học sinh 1. Giáo viên

 TNKS mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, biểu diễn kết quả ra đồ thị.  TNKS mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm, biểu diễn kết quả ra đồ thị.  Hình vẽ giản đồ vector; hình vẽ 27.4 và 27.8.

 Phiếu học tập.

PHIẾU HỌC TẬP BÀI 27

Câu hỏi tự luận:

1. Tụ điện có tác dụng gì trong mạch điện xoay chiều?

2. Giá trị tức thời của dòng điện xoay chiều và điện áp ở đoạn mạch chỉ có tụ điện. 3. Biểu thức định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có tụ điện.

4. Vẽ giản đồ Fresnel cho mạch chỉ có tụ điện.

5. Cuộn cảm có tác dụng gì trong mạch điện xoay chiều?

6. Giá trị tức thời của dòng điện xoay chiều và điện áp ở đoạn mạch chỉ có tụ điện. 7. Biểu thức định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm.

Trang 59

8. Vẽ giản đồ Fresnel cho mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm.

Câu hỏi trắc nghiệm:

Câu 1. Đặt vào hai bản của tụ điện một điện áp xoay chiều uU0sint, cường độ dòng điện chạy qua tụ điện là

A. B. C. D.

Câu 2. Tăng tần số góc của điện áp đặt vào tụ điện gấp 2 lần thì dung kháng của tụ điện sẽ: A. tăng gấp 2 lần. C. tăng gấp 4 lần.

B. giảm 2 lần. D. không thay đổi.

Câu 3. Phát biểu nào sau đây đúng đối với cuộn cảm ?

A. Cuộn cảm có tác dụng cản trở đối với dòng điện xoay chiều, không có tác dụng cản trở dòng điện một chiều.

B. Điện áp tức thời giữa hai đầu cuộn cảm thuần và cường độ dòng điện qua nó có thể đồng thời bằng một nửa các biên độ tương ứng của chúng.

C. Cảm kháng của một cuộn cảm thuần tỉ lệ nghịch với chu kỳ của dòng điện xoay chiều. D. Cường độ dòng điện qua cuộn cảm tỉ lệ thuận với tần số dòng điện.

Câu 4. cường độ dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch chỉ có tụ điện hoặc chỉ có cuộn cảm thuần giống nhau ở chỗ ?

A. Đều biến thiên trễ pha so với điện áp ở hai đầu mạch.

B. Đều có giá trị hiệu dụng tỉ lệ với điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch. C. Đều có giá trị hiệu dụng tăng khi tần số dòng điện tăng.

D. Đều có giá trị hiệu dụng giảm khi tần số dòng điện tăng.

Câu 5. Giữa hai bản tụ điện có hiệu điện thế xoay chiều tần số 60Hz. Dòng điện qua tụ điện có cường độ 0,5A. Để dòng điện qua tụ điện có cường độ bằng 8A thì tần số của dòng điện là:

A. 15Hz B. 240Hz C. 480Hz D. 960Hz

Câu 6. Đặt một điện áp xoay chiều u = U0cost (V) vào hai đầu một cuộn cảm thuần L. Gọi U là điện áp hiệu dụng ở hai đầu mạch; i, I0, I lần lượt là là giá trị tức thời, cực đại và hiệu dụng của cường độ dòng điện trong mạch. Hệ thức liên hệ nào sau đây là đúng?

A. 2 2 2 2 0 0 u i 1. U I  B. 0 0 U I 1. U I  C. 2 2 2 2 u i 1. U I  D. 2 2 2 2 0 0 u i 1. U I  2. Học sinh

 Ôn lại kiến thức lớp 11 về: cấu tạo của tụ điện, định luật cảm ứng điện từ, hiện tượng tự cảm, biểu thức suất điện động cảm ứng, chất sắt từ, mạch từ.

 Đọc trước bài và chuẩn bị các kiến thức toán có liên quan.  Hoàn thành phiếu học tập. 0 os( t + ) 2 iCU c   0 os( t) iCU c  0sin( t + ) 2 iCU   2  0sin( t) iCU 

Trang 60

III.Tiến trình xây dựng kiến thức

 Các cơ hội phát huy tính tích cực và sáng tạo của học sinh:

 Cơ hội 1: Sử dụng phiếu học tập được soạn theo tiến trình xây dựng kiến thức nhằm kích thích HS tìm hiểu bài ở nhà.

 Cơ hội 2: Cho HS ráp mạch điện xoay chiều hình 27.1 và tiến hành thí nghiệm khi tìm hiểu tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều, thông qua các câu hỏi:

+ Khi đóng khóa K, hiện tượng xảy ra như thế nào? Em có nhận xét gì?

+ Nếu thay tụ điện bằng dây dẫn thì độ sáng của đèn như thế nào? Hiện tượng này chứng tỏ điều gì?

Đoạn mạch xoay chiều chỉ có CUỘN CẢM

 Thí nghiệm: Hình 27.6

+ Tác dụng của cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều + Độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện  Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điện áp  Biểu diễn bằng vector quay

 Định luật Ohm đối với đoạn mạch có cuộn cảm.Cảm kháng.

L Z U I  Bài tập áp dụng Bài tập về nhà

Trong mạch điện xoay chiều, ngoài điện trở thuần, ta còn gặp hai loại phần tử khác là tụ điện và cuộn cảm.

Chúng có tác dụng gì đối với mạch điện này?

Đoạn mạch xoay chiều chỉ có TỤ ĐIỆN

 Thí nghiệm: Hình 27.1

+ Tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều + Độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện  Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điện áp  Biểu diễn bằng vector quay

 Định luật Ohm đối với đoạn mạch có tụ điện. Dung kháng.

C

Z U I 

Trang 61

 Cơ hội 3: Tổ chức động nhóm cho HS tìm hiểu các giá trị tức thời của dòng điện và điện áp trong mạch chỉ có tụ điện. Sau đó cho HS đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra kết quả vừa tính được. Nêu các câu hỏi tư duy:

+ Dao động kí điện tử chỉ đo trực tiếp điện áp, làm thế nào để đo được cường độ dòng điện trong mạch?

+ Ở bài trước, ta biết cường độ dòng điện và điện áp trong đoạn mạch chỉ có điện trở cùng pha với nhau, liệu ta có thể mắc điện trở nối tiếp với tụ điện và lấy điện áp giữa hai đầu điện trở đưa vào dao động kí để khảo sát được không?

 Cơ hội 4: Cho HS thao tác với dao động kí điện tử, sau đó quan sát và mô tả đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện và điện áp giữa hai bản tụ điện theo thời gian như hình 27.3.

 Cơ hội 5: Yêu cầu học sinh đề xuất phương án thí nghiệm để minh họa công thức tính dung kháng

C ZC



1

 và nêu cách tiến hành thí nghiệm. Nêu câu hỏi:

+ Tăng điện dung tụ điện, em nhận xét gì về sự phụ thuộc của dung kháng vào điện dung của tụ điện?

+ Tăng giá trị tần số của điện áp đặt vào hai đầu tụ điện bằng máy phát âm tầm, em có nhận xét gì về sự phụ thuộc của dung kháng vào tần số góc?

 Cơ hội 6: Cho HS ráp mạch điện xoay chiều hình 27.5 và tiến hành thí nghiệm khi tìm hiểu tác dụng của cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều.

+ Khi nối mạch điện với nguồn điện một chiều thì sau khí đóng hoặc mở khóa K, độ sáng của đèn như thế nào?

+ Khi nối mạch điện với nguồn điện xoay chiều, làm thí nghiệm tương tự, độ sáng của đèn như thế nào?

 Cơ hội 7: Tổ chức động nhóm cho HS tìm hiểu các giá trị tức thời của dòng điện và điện áp trong mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm. Sau đó cho HS đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra kết quả vừa tính được.

 Cơ hội 8: Cho HS thao tác với dao động kí điện tử, sau đó quan sát và mô tả đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện và điện áp giữa hai đầu cuộn cảm theo thời gian như hình 27.6.

 Cơ hội 9: Yêu cầu học sinh đề xuất phương án thí nghiệm để minh họa công thức tính cảm kháng ZL L và nêu cách tiến hành thí nghiệm.

+ Tăng giá trị L, bằng cách cho thêm lõi sắt vào cuộn cảm, em nhận xét gì về sự phụ thuộc của cảm kháng vào độ tự cảm L của cuộn dây?

+ Tăng giá trị tần số của điện áp đặt vào hai đầu tụ điện bằng máy phát âm tầm, em có nhận xét gì về sự phụ thuộc của cảm kháng vào tần số góc?

 Cơ hội 10: Yêu cầu học sinh biểu diễn giản đồ Fresnel trong 2 đoạn mạch trên cùng một hệ trục.

Trang 62

IV. Tổ chức các hoạt động học tập

 Dự kiến nội dung ghi bảng

Bài 27. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN, CUỘN CẢM 1. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điện áp 0 0 os t os t - 2 i I c u U c           

Biểu diễn bằng vector quay

Định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện. Dung kháng với C ZC  1 

2. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm

Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điện áp

Với

Biểu diễn bằng vector quay

2

  

Định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm. Cảm kháng

với

TIẾT 1

 Hoạt động 1 (5 phút): Ổn định lớp và kiểm tra bài cũ.

Hoạt động của học sinh Sự hỗ trợ của giáo viên

- Cán bộ lớp báo cáo sỉ số của lớp.

- Lắng nghe câu hỏi của GV.

HS1: Suy nghĩ và trả lời.

HS2: Nhận xét câu trả lời của bạn.

- Yêu cầu cán bộ lớp cho biết tình hình của lớp.

Nêu câu hỏi:

Câu 1: Định nghĩa dòng điện xoay chiều? Biểu diễn các giá trị U, I qua các đại lượng U0, I0 lên giản đồ Fresnel.

Câu 2: Nêu mối quan hệ u và i trong mạch chỉ có R.

- Nhận xét đánh giá và cho điểm.

O I x L U C N M B A u B A L u 0 os t iI c  0 0 U LI 0cos 2 u U t         L Z L L U I Z  C U I Z  O I x C U 2    

Trang 63

 Hoạt động 2 (3 phút): Tiếp nhận nhiệm vụ học tập.

Hoạt động của học sinh Sự hỗ trợ của giáo viên

- Quan sát theo dõi GV đặt vấn đề.

- Tư duy suy nghĩ về vấn đề đưa ra

- Các bài trước, các em đã tìm hiểu về dòng điện xoay chiều và đã xét một đoạn mạch chỉ có điện trở. Khi ta thay điện trở bằng một phần tử khác (tụ điện hoặc cuộn cảm) thì biểu thức cường độ dòng điện và hiệu điện thế qua mạch có dạng như thế nào? Độ lệch pha giữa chúng được xác định như thế nào? Có gì khác so với mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở?

 Hoạt động 3 (7 phút): Tìm hiểu tác dụng của tụ điện

Hoạt động của học sinh Sự hỗ trợ của giáo viên

- Tụ điện gồm hai vật dẫn (gọi là hai bản tụ điện) đặt gần nhau, cách điện với nhau.

- Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua. Vì giữa hai bản tụ là môi trường chất cách điện.

Mắc mạch điện, tiến hành thí nghiệm và nhận xét.

- Đèn sáng.

- Dòng điện.

- Nhận xét : Khi khóa K đóng  đèn Đ sáng Tụ điện cho dòng điện xoay chiều "đi qua".

- Sáng hơn.

- Tụ điện có tác dụng cản trở đối với dòng điện xoay chiều.

- Nêu cấu tạo của tụ điện và tác dụng của tụ điện trong mạch điện có dòng điện không đổi.

- Hãy giải thích tại sao tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua ?

GV đưa ra vấn đề cần nghiên cứu

- Đối với dòng điện xoay chiều thì tụ điện có cho dòng điện đi qua không? Nó có thì tụ điện có tác dụng gì trong mạch điện xoay chiều?

GV hướng dẫn HS mắc sơ đồ như hình 27.1

- Sau khi đóng khóa K ta thấy đèn như thế nào ?

- Hiện tượng này chứng tỏ trong mạch xuất hiện cái gì ?

- Em có nhận xét gì?

- Nếu thay tụ điện bằng dây dẫn thì độ sáng của đèn như thế nào ?

Trang 64

 Hoạt động 4 (20 phút): Tìm hiểu các giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điệp áp trong đoạn mạch chỉ có tụ điện. Độ lệch pha giữa chúng. Giản đồ Fresnel.

Hoạt động của học sinh Sự hỗ trợ của giáo viên

HS thảo luận nhóm, viết vào bảng phụ, sau đó báo cáo kết quả.

- Điện tích trên bản M tại thời điểm t: q = Cu = CU0sint. - Cường độ dòng điện: CU t C U t dt d dt dq i  0sin   0cos => i = I0cost - Ta có: u = U0sint = U0cos(t - 2  ) => u trễ pha hơn i một góc 2  HS thảo luận chung toàn lớp.

- Cần một mạch điện chỉ có tụ điện. Điện áp đặt vào mạch điện được lấy ở máy biến áp học sinh. Điện áp trên 2 bản tụ được đưa vào cổng CH1 của dao đọng kí điện tử.

- Mắc nối tiếp một điện trở vào mạch điện, đưa điện áp trên hai đầu tụ điện vào cổng CH2 cảu dao động kí để nghiên cứu cường độ dòng điện trong mạch.

HS chú ý lắng nghe và tiến hành thí nghiệm.

GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu:

Đặt vào giữa hai bản tụ điện M và N (hình 27.2) một điện áp xoay chiều u=U0sint thì cường độ dòng điện trong mạch có biểu thức như thế nào? Nhận xét gì về độ lệch pha giữa cường độ dòng điện so với điện áp giữa hai bản tụ.

GV nêu các câu hỏi gợi ý:

- Xác định điện tích trên bản M của tụ điện tại thời điểm t.

- Nếu qui ước chiều dương của dòng điện là chiều từ A đến M thì cường độ dòng điện trong mạch được xác định như thế nào? Lưu ý, đặt I0 = CU0.

- Nhận xét gì về độ lệch pha giữa cường độ dòng điện so với điện áp giữa hai bản tụ?

GV nêu câu hỏi thiết kế phương án thí nghiệm: Hãy thiết kế phương án thí nghiệm kiểm tra kết quả chúng ta vừa tính được bằng lý thuyết.

GV nêu các câu hỏi gợi ý:

- Dao động kí điện tử chỉ đo trực tiếp điện áp, làm thế nào để đo được cường độ dòng điện trong mạch?

- Ở bài trước, ta biết cường độ dòng điện và điện áp trong đoạn mạch chỉ có điện trở cùng pha với nhau, liệu ta có thể mắc điện trở nối tiếp với tụ điện và lấy điện áp giữa hai đầu điện trở đưa vào dao động kí để khảo sát được không?

GV giới thiệu thí nghiệm học sinh vừa thiết kế và hướng dẫn học sinh mắc mạch điện.

Trang 65

 Hoạt động 5 (10 phút): Tìm hiểu định luật Ohm đối với mạch có tụ điện. Dung kháng.

Hoạt động của học sinh Sự hỗ trợ của giáo viên

HS thảo luận chung toàn lớp.

- Ta được: C Z U I 0 0  hay C Z U I 

ZC giữa vai trò như điện trở đối với dòng điện không đổi.

HS lắng nghe và ghi chép.

HS thảo luận theo nhóm và sau đó đại