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

8. Các chữ viết tắt trong đề tài

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

a )Mục tiêu bài học

 Mục tiêu 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 b ng vectơ 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 b ng vectơ quay cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm.

+ Hiểu ý ngh a và tính toán được giá trị của dung kháng, cảm kháng.

 Mục tiêu 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 Fre-nen 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.

b)Chuẩn bị

 Giáo viên

+ Chuẩn bị một tụ điện, một cuộn cảm, bóng đèn để bố trí thí nghiệm như hình 27.1 và 27.5

+ Dao động ký điện tử, bảng mạch điện chỉ có tụ điện, bảng mạch điện chỉ có cuộn cảm, máy phát âm tần, biến thế lạo 0-12V

+ Hình vẽ giản đồ vectơ; hình vẽ 27.4 và 27.8.

Phiếu học tập

Câ ỏ ậ :

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 Ôm cho đoạn mạch chỉ có tụ điện

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

Câ ỏ :

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 b ng 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 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. Để tăng dung kháng của một tụ điện ph ng có điện môi là không khí. Ta cần A. Tăng tần số của điện áp đặt vào 2 bản tụ

B. Tăng khoảng cách giữa 2 bản tụ C. Giảm điện áp hiệu dụng giữa 2 bản tụ D. Đưa bản điện môi vào trong lòng bản tụ

 Học sinh

+ Bài này có liên quan nhiều đến kiến thức lớp 11, vì vậy nên yêu cầu HS ôn lại các nội dung: 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.

+ Cần đọc trước bài và chuẩn bị các kiến thức toán liên quan. 0 os( t + ) 2 iCU c   0 os( t) iCU c  0sin( t + ) 2 i CU    2  0sin( t) iCU 

c) Tiến trình xây dựng kiến thức

Trong mạch điện xoay chiều ngoài điện trở thuần R, chúng ta còn gặp các phần tử khác như tụ điện, cuộn cảm. chúng có tác dụng gì đối với mạch điện

Khảo sát TN đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

TN hình 27.1

Mối quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện Của đoạn mạch chỉ có tụ điện

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

- Biểu diễn b ng vecto quay

- Định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện, dung kháng I=

c

Z U

Khảo sát TN đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm

TN hình 27.5

Mối quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện của đoạn mạch chỉ có cuộn cảm

- Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và điện áp - Biểu diễn b ng vecto quay

- Định luật Ôm đối với đoan mạch chỉ có cuộn cảm. Cảm kháng I= L Z U Bài tập áp dụng Bài tập về nhà

 Các cơ hội định hướng HĐNT của HS khi áp dụng phương pháp GQVĐ

+ C ộ 1: GV đưa ra những câu hỏi định hướng cho HS tiến hành các thao tác tư duy và suy luận logic thích hợp: Cho HS quan sát TN hình 27.1 và đưa ra nhận xét tác dụng của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều.

+ C ộ 2: GV nêu câu hỏi kích thích nhu cầu GQVĐ của HS: Viết biểu thức của cường độ dòng điện giữa 2 bản tụ M,N khi có diện áp xoay chiều. GV tiếp tục định hướng cho HS b ng các câu hỏi gợi ý: Xác định điện tích trên M và chiều của dòng điện từ A đến M. Nhận xét độ lệch pha của cường độ dòng điện và điện áp trong mạch chỉ có tụ điện chỉ có tụ điện

+ C ộ 3: GV đưa ra những câu hỏi định hướng cho HS tiến hành các thao tác tư duy và suy luận logic thích hợp. Cho HS quan sát TN hình 27.5 và đưa ra nhận xét tác dụng của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều.

+ C ộ 4: GV nêu câu hỏi kích thích nhu cầu GQVĐ của HS: Viết biểu thức suất điện động cảm ứng trong cuộn cảm khi có dòng điện chạy qua. Nhận xét độ lệch pha của cường độ dòng điện và điện áp trong mạch chỉ có cuộn cảm

d) Tiến trình dạy học

Hoạt động 1 (5 phút): Ổn định tổ chức, kiểm tra bài cũ

 B ì ọ ẩ ị ở

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Cán bộ lớp báo cáo với giáo viên về tình hình của lớp.

- Trả lời câu hỏi:

Uo I0R2 2.100200 2(V) Biểu thức hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch ) ( 6 100 cos 2 200 t V u          

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

- Nêu câu hỏi

Dòng điện chạy trên đoạn mạch có điện trở

 100 R có biểu thức A i         6 100 cos 2 2  

- Viết biểu thức hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch.

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

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Quan sát theo dõi GV đặt vấn đề.

- Tiếp nhận nhiệm vụ học tập

- Tạo tình huống học tập: Trong mạch điện xoay chiều, ngoài điện trở thuần R chúng ta còn gặp các phần tử khác như tụ điện cuộn cảm. Chúng có tác dụng gì đối vơi đoạn mạch điện?

- Vào bài mới: Bài này ta tiếp tục nghiên cứu mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm, tụ điện

TIẾT 1

Hoạt động 3 (13 phút): Khảo sát thí nghiệm tìm hiểu tác dụng của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều

 H

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Quan sát TN trả lời câu hỏi của GV. - Trả lời câu hỏi: Nhìn thấy đèn Đ sáng, nên dòng điện xoay chiều đi qua được tụ điện.

- Trả lời câu hỏi: Tụ điện có tác dụng cản trở dòng điện.

- Trả lời câu hỏi: Tác dụng cản trở này phụ thuộc vào điện dung của tụ điện. - Trả lời câu hỏi:

+ Cấu tạo của tụ điện: gồm 2 vật dẫn (hai bản tụ điện) đặt gần nhau, cách điện với nhau.

+ Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua vì giữa 2 bản tụ là chất cách điện

- GV mắc mạch điện như hình 27.1. Đóng khóa K gọi HS nhận xét.

- Nêu câu hỏi: Tác dụng của tụ điện như thế nào đối với dòng diện xoay chiều ?

- GV thay tụ điện b ng dây dẫn, gọi HS nhận xét.

- Nêu câu hỏi: đèn Đ sáng hơn chứng tỏa điều gì?

- Tác dụng này phụ thuộc vào yếu tố nào? - GV tổng kết kết quả TN, yêu cầu HS đọc và trả lời câu hỏi C1 SGK.

Hoạt động 4(25 phút): Khảo sát quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện của đoạn mạch chỉ có tụ điện.

 N k k ễ I e q ỉ .

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

-Nghe câu hỏi của GV, thảo luận theo nhóm.

- Điện tích M ở thời điểm t:

t CU Cu q  0sin Cường độ dòng điện: t CU dt dq i  0cos t I i 0cos  Với I0 CU0 - Mặt khác ta có           2 cos sin 0 0   t u U t U u

- Cường độ dòng điện qua tụ điện

- Đặt vào giữa hai bản tụ điện M và N một điện áp xoay chiều u U0sintthì cường độ dòng điện trong mạch có biểu thức như thế nào?

- Giáo viên gợi ý cho HS trả lời:Điện tích trên bản M được xác định như thế nào?

- Với quy ước chiều dương của dòng điện là chiều từ A đến M, xác định cường độ dòng điện tức thời qua đoạn mạch?

- Lưu ý cho HS:

dt dq

i đúng cho cả trường hợp dòng điện chạy từ M đến A. Khi đó q giảm, 0

dt dq

dòng điện chạy theo chiều ngược lại.

- Gọi một HS nhận xét về độ lệch pha giữa cường độ dòng điện so với điện.

- Quan sát GV làm TN và cho nhận xét - Kết quả lý thuyết phù hợp với thực nghiệm

- GV tiến hành TN với dao động kí điện tử để kiểm tra kết quả trên.

- Một HS vẽ lên bảng giảng đồ vecto quay biểu diễn liên hệ giữa u và i

- Nêu câu hỏi: Hãy biểu diễn mối liên hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện b ng vecto quay

 

I U,

- Xây dưng định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có tụ điện

- Trả lời câu hỏi ta được

C

Z U

I 

- Trả lời câu hỏi ZC giữa vai trò điện trở với dòng điện không đổi.

- Tiếp nhận thông tin

- Trả lời câu hỏi: cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều qua 1 tụ điện tỉ lệ thuận với điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ, tỉ lệ nghịch với dung kháng của tụ điện. - Đặt C ZC  1

 và chia hai vế của biểu thức 0

0 CU

I  cho 2thì biểu thức trên được viết như thế nào ?

- So sánh biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có R, cho biết ý ngh a của ZC?

- ZC được gọi là dung kháng của tụ điện Đơn vị (Ôm)

- Dựa vào công thức

C

Z U

I  hãy phát biểu định luật Ôm đối với đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện.

TIẾT 2

Hoạt động 1(10 phút): Khảo sát TN tìm hiểu tác dụng của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều.

 H ộ :

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Lắng nghe vấn đề cần tìm hiểu

- Dựa vào SGK trả lời mô tả dụng cụ TN vai trò từng dụng cụ.

- Lắp rắp dụng cụ TN theo hướng dẫn của GV.

- Tiến hành TN

- Trả lời câu hỏi : Đèn sang bình thường khi đóng K hoặc mở Kcuộn cảm không có tác dụng gì với dòng điện 1 chiều.

- GV nêu vấn đề cần tìm hiểu: Cuộn cảm thuần không có ảnh hưởng đến dòng điện không đổi nhưng có ảnh hưởng thế nào đối với dòng điện xoay chiều?

- Mô tả dụng cụ TN nêu vai trò của dụng cu trong mạch.

- Lắp ráp dung cụ TN

- Nêu câu hỏi: quan sát và nhận xét khi dòng điện 1 chiều chạy qua mạch và khi thay cuộn cảm b ng dây dẫn?

- Trả lời câu hỏi:

+ Đèn sáng yếu hơn khi K mở.

+ Đèn sáng yếu hơn khi cuộn cảm có thêm lõi sắt.

- Nhận xét cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện gọi là cảm kháng.

- Trả lời câu hỏi: tác dung cản trở này phụ thuộc vào độ tự cảm của nó.

- Nêu câu hỏi: Mắc vào hai đầu mạch điện xoay chiều, so sánh độ sáng của đèn khi đóng K và khi mở K; khi cuộn cảm có lõi sắt ? từ đó rút ra kết luận tác dụng của cuộn cảm?

- Nêu câu hỏi: Tác dụng cản trở dòng điện của cuộn cảm phụ thuộc vào yếu tố nào?

Hoạt động 2(25 phút): Khảo sát quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện của đoạn mạch chỉ có cuộn cảm

 N k k ễ I ằ e q ỉ ộ .

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Trả lời câu hỏi: Suất điện động tự cảm

t LI d d L e t i  0sin  

- Trả lời câu hỏi

         2 cos 0  t U u Vì R=0 với U0 LI0

- Trả lời câu hỏi: thảo luận nhóm rồi trả lời.

- Do i>0 nếu dòng điện chạy từ A đến B,i<0 nếu ngược lại. Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có R.

Nguồn suất điện động e ta có

e iR

u AB 

- Cường độ dòng điện qua cuộn cảm trễ pha

2



đối với hai đầu cuộn cảm.

- Giả sử dòng điện xoay chiều có cường độ

t I

I  0cos qua cuộn cảm

- Nêu câu hỏi: Suất điện động cảm ứng xuất hiệu trong cuộn cảm có biểu thức như thế nào?

- Nêu câu hỏi: Công thức định luật Ôm viết cho đoạn mạch có máy thu như thế nào? Áp dụng cho đoạn mạch với cuộn cảm giữ vai trò máy thu điện.

- Nêu câu hỏi: vì sao điện áp giữa hai điểm A và B trong hình 27.6 được tính b ng công thức uiRAB e?

- Nhận xét gì về cường độ dòng điện qua cuộn cảm?

- Quan sát trên màn hình dao động kí đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cường đội dòng điện và điện áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần.

- Trả lời câu hỏi:

- Chia biểu thức cho 2 ta được,

L L Z U I I Z U   

-Trả lời câu hỏi: ZL giữ vai trò như điện trở đối với dòng điện không đổi

- Trả lời câu hỏi: ZL được gọi là cảm kháng đơn vị là Ôm ()

- Trả lời câu hỏi: khi rút lõi sắt:

+ Độ từ cảm L của cuộn cảm giảm + Cảm kháng ZL giảm, Do U không đổi và tăng lên, dẫn đến đèn sáng

- Cho HS quan sát trên màn hình dao động kí điện tử đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện và điện áp để kiểm tra nhận xét trên.

- Nêu câu hỏi: hãy biểu diễn quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện b ng các vecto quay

- Lưu ý: Sự lệch pha trên chỉ đúng với cuộn cảm thuần. Nếu cuộn cảm có điện trở thuần thì quy luật liên hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện phải khác đi.

- Nêu vấn đề cần nghiên cứu : Đại lượng

L

 trong công thức U0 LI0 có ý ngh a gì?

- Đặt ZL=Lvà chia hai vế của biểu thứcU0 LI0cho 2biểu thức trên được viết như thế nào?

- Nêu câu hỏi so sánh với định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có R cho biết ý ngh a