l m= λ m=
MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ Cể TỤ ĐIỆN, CUỘN CẢM
CHỈ Cể TỤ ĐIỆN, CUỘN CẢM
I. Mục tiờu:
1) Kiến thức:
- Hiểu được cỏc tỏc dụng của tụ điện và của cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều.
- Nắm được khỏi niệm dung khỏng, cảm khỏng. Biết cỏch tớnh dung khỏng, cảm khỏng. Biết biểu diễn u và i bằng vectơ quay cho đoạn mạch chỉ cú tụ điện và đoạn mạch chỉ cú cuộn cảm thuần.
2) Kĩ năng:
- HS vận dụng tốt được kiến thức vào việc giải cỏc bài toỏn về mạch cú tụ điện và cuộn cảm bằng cỏch ỏp dụng cụng thức được xõy dựng trong bài và phương phỏp vectơ quay.
II. C huẩn bị :
1) GV:
- Vẽ hỡnh 27.1, 27.7 SGK trờn giấy khổ lớn.
- Chuẩn bị một tụ điện, một cuộn cảm để bố trớ TN như hỡnh 27.1; 27.5
2) HS: ễn tập kiến thức về dao động điện từ với quỏ trỡnh tớch và phúng điện của tụ điện; bài Hiện tượng tự cảm SGK lớp 11.
II. Tổ chức cỏc hoạt động dạy học:
Tiết 1.
Hoạt động 1. (10’) KIỂM TRA BÀI CŨ.
+ GV nờu cõu hỏi kiểm tra:
Cõu 1. Cỏc giỏ trị hiệu dụng của dũng điện xoay chiều:
A. được xõy dựng dựa trờn tỏc dụng của dũng điện. B. chỉ được đo bằng Ampe kế xoay chiều.
C. bằng giỏ trị trung bỡnh chia cho 2. D. bằng giỏ trị cực đại chia cho 2.
Cõu 2. Dũng điện chạy trờn đoạn mạch cú điện trở R = 100Ω cú biểu thức 2 2 cos 100 6
i= πt+πA
ữ
. Viết
biểu thức hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch.
Cõu 3. Dũng điện chạy trờn đoạn mạch cú biểu thức i=2cos 100( πt A) . Viết biểu thức điện ỏp u giữa hai đầu đoạn mạch, biết điện ỏp này sớm pha
3
π
đối với cường độ dũng điện và cú giỏ trị hiệu dụng là 12V. + GV phõn tớch, phờ điểm sau phần trỡnh bày của HS.
Tiết 1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ Cể TỤ ĐIỆN
Hoạt động 2. (10’) KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM TèM HIỂU TÁC DỤNG CỦA TỤ ĐIỆN ĐỐI VỚI DềNG ĐIỆN
XOAY CHIỀU.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
1) GV mắc mạch điện như hỡnh 27.1. Đúng khúa K. gọi HS nhận xột.
H1. Tỏc dụng của tụ điện như thế nào đối với dũng điện xoay chiều? (nhỡn thấy đốn Đ sỏng)
2) Gv thay tụ điện bằng dõy dẫn, gọi HS nhận xột.
H2. Đốn Đ sỏng hơn, chứng tỏ điều gỡ? 3) Cho HS xem giản đồ súng (hỡnh 27.2)
H3 Dũng điện qua tụ điện và điện ỏp giữa 2 bản tụ như thế nào?
4) GV tổng kết kết quả TN và yờu cầu HS trả lời cõu hỏi C1 của SGK
Quan sỏt TN, trả lời cõu hỏi:
- Dũng điện xoay chiều đi qua được tụ điện.
-Tụ điện cú tỏc dụng cản trở dũng điện.
HS quan sỏt giản đồ súng, thảo luận nhúm, trỡnh bày kết quả: i nhanh pha hơn u một gúc
2
π
TN chứng tỏ:
-Tụ điện cho dũng điện xoay chiều “đi qua” đồng thời cú tỏc dụng cản trở dũng điện xoay chiều, nghĩa là cú điện trở.
-Cường độ dũng điện biến đổi tuần hoàn và sớm pha
2
π
so với điện ỏp giữa 2 bản tụ.
Hoạt động 3. (25’) KHẢO SÁT LÍ THUYẾT QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DềNG ĐIỆN
GV nờu vấn đề (biếu thức 27.1). Hướng dẫn bằng cõu hỏi gợi ý:
H1. Điện tớch trờn bản M xỏc định thế nào?
H2. (Với qui ước chiều dương của dũng điện là chiều từ A đến M) Xỏc định cường độ dũng điện tức thời qua mạch? GV lưu ý cho HS: + dq i dt = đỳng cho cả trường hợp dũng điện chạy từ M đến A. Khi đú q giảm, dq 0
dt < : dũng điện chạy theo chiều ngược lại.
* Việc xõy dựng biểu thức lớ thuyết phự hợp với kết quả TN.
H3 Hóy biểu diễn mối liờn hệ giữa điện ỏp và cđdđ bằng cỏc vectơ quay U Iur r, ?
* Hướng dẫn HS xõy dựng cụng thức định luật ễm cho đoạn mạch.
H4 Nhận xột gỡ về biểu thức 1 C Z C ω = trong cụng thức C U I Z = vừa xõy dựng? Xem SGK, lập cỏc biểu thức q, i theo hướng dẫn. -Một HS lờn bảng thực hiện biến đổi lượng giỏc để lập biểu thức:
0 0 cos cos 2 i I t u U t ω π ω = = − ữ -Một HS lờn bảng vẽ giản đồ vectơ quay biểu diễn liờn hệ giữa u và i.
-Xem SGK, thực hiện biến đổi để cú ZC 1 C ω = và C U I Z =
-Từ khỏi niệm dung khỏng, quay lại giải thớch vỡ sao dũng điện khụng đổi khụng “đi qua” được tụ điện.
1) Giỏ trị cường độ dũng điện tức thời và
điện ỏp. Giả sử: u = U0sinωt. Điện tớch trờn tụ: q = Cu = C U0sinωt. 0cos dq i dt i ωCU ωt = = Đặt I0 =ωCU0 khi đú: 0 0 cos cos 2 i I t u U t ω π ω = = − ữ
2)Biểu diễn bằng vectơ quay O Ir x 2 π ϕ = − Uur
3)Định luật ễm đối với đoạn mạch.
Dung khỏng: Từ I0=ωCU0 biến đổi: I = ωCU. Đặt 1 C Z C ω = thỡ C U I Z =
+ ZC giữ vai trũ tương tự như điện trở đối với dũng điện khụng đổi: ZC: dung khỏng.
Tiết 2
Hoạt động 1. (10’) Tỡm hiểu: TÁC DỤNG CỦA CUỘN CẢM ĐỐI VỚI DĐXC
Cuộn cảm thuần khụng cú ảnh hưởng tới dũng điện khụng đổi nhưng cú ảnh hưởng thế nào đối với dũng điện xoay chiều?
Lắp dụng cụ TN theo hỡnh 27.5.
H1. Hóy mụ tả dụng cụ TN. Nờu vai trũ của dụng cụ trong mạch?
H2. Độ sỏng của đền khi khúa K đúng hoặc mở chứng tỏ cuộn cảm cú tac 1dung5 gỡ đối với dũng điện xoay chiều?
-Lắp dụng cụ TN theo hỡnh 27.5, theo hướng dẫn của GV.
-Tiến hành TN theo mụ tả của SGK.
-Rỳt ra kết luận từ kết quả TN.
a) TN chứng tỏ: cuộn cảm cú tỏc dụng cản trở dũng điện xoay chiều.
Tỏc dụng cản trở này phụ thuộc vào độ tự cảm của nú.
Hoạt động 2. (25’) KHẢO SÁT LÍ THUYẾT QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DềNG ĐIỆN
Hướng dẫn HS viết pt hiệu điện thế 2 đầu cuộn cảm bằng cỏc cõu hỏi gợi ý.
H1. (Giả sử cú DĐXC cường độ 0cos
i I= ωt qua cuộn cảm). Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn cảm cú biểu thức thế nào?
H2. Cụng thức định luật ễm viết cho đoạn mạch cú mỏy thu thế nào? Áp dụng cho đoạn mạch với cuộn cảm giữ vai trũ mỏy thu điện.
- Nờu cõu hỏi C7.
- Hướng dẫn HS biến đổi toỏn học để cú pt: 0cos 2 u U= ωt+π ữ H3. Nhận xột gỡ về cđdđ qua cuộn cảm?
Cú thể kiểm tra kết luận trờn bằng cỏch cho HS quan sỏt trờn màn hỡnh dao động kớ điện tử đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cđdđ và điện ỏp.
H4. Hóy biểu diễn quan hệ giữa điện ỏp và cđdđ bằng cỏc vectơ quay.
H5. (kết quả TN) Tại sao khi rỳt lừi sắt khỏi cuộn dõy thỡ độ sỏng của đốn tăng lờn?
Hướng dẫn HS trả lời cõu hỏi bằng việc xem SGK, mục xõy dựng cụng thức định luật ễm cho đoạn mạch
- Cần nhấn mạnh vai trũ của ZL
trong mạch xoay chiều, lưu ý trong việc sử dụng điện ở cỏc vật tiờu thụ điện.
- Sự lệch pha như trờn chỉ đỳng với cuộn cảm thuần. Nếu cuộn cảm cú điện trở thuần thỡ qui luật liờn hệ giữa điện ỏp và cđdđ phải khỏc đi.
- Trả lời cõu hỏi.
- Xem nội dung cõu hỏi C7, thảo luận nhúm, trả lời.
Đọc SGK mục d. Vận dụng cụng thức định luật ễm cho đoạn mạch và biểu thức tớnh cảm khỏng của cuộn dõy, phõn tớch. Khi rỳt lừi sắt:
- Độ tự cảm L của cuộn cảm giảm. - Cảm khỏng ZL giảm, do U khụng đổi nờn I tăng.
b) Giả sử: i I= 0cosωt
Dũng điện qua cuộn cảm làm xuất hiện sđđ tự cảm: 0sin di e L LI t dt ω ω = − =
Điện ỏp giữa 2 điểm A và B:
AB ABu =R i e− với RAB = 0