8. Đúng gúp của luận văn
2.3. Thiết kế một số giỏo ỏn cụ thể
Tiết 46. Bài 28. MẠCH Cể R, L, C MẮC NỐI TIẾP CỘNG HƯỞNG ĐIỆN I. Mục tiờu a. Mục tiờu kiến thức
Học xong bài này học sinh phải nắm được cỏc nội dung sau:
- Giỏ trị tức thời của cường độ dũng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch RLC mắc nối tiếp.
- Cỏc cụng thức tớnh tổng trở Z, độ lệch pha ϕ, định luật ụm cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp.
- Nắm được quan hệ về pha giữa dũng điện và hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp.
Nắm được hiện tượng và điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện.
b. Mục tiờu kỹ năng
Qua bài học này rốn luyện cho học sinh cỏc kỹ năng sau:
- Học sinh biết biểu diễn và sử dụng giản đồ vộc tơ Fre-nen để nghiờn cứu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp.
- Học sinh vận dụng được cỏc cụng thức tổng trở, độ lệch pha, định luật ụm để giải cỏc bài tập
- Rốn luyờn cho học sinh biết cỏch vận dụng lý thuyết để giải thớch cỏc kết quả thực tế thớ nghiệm.
c. Thỏi độ
Học tập tớch cực, chủ động, cú niềm tin vào tri thức vật lý. Cú thỏi độ khỏch quan, trung thực, cú tỏc phong tỉ mỉ, cẩn thận, chớnh xỏc và cú tinh thần hợp tỏc, đoàn kết trong học tập, cũng như trong việc ỏp dụng cỏc hiểu biết đó đạt được.
II. Chuẩn bị a. Giỏo viờn
- Bố trớ một mạch RLC trờn mặt bảng thẳng đứng để làm TN. - Một nguồn điện xoay chiều.
- Vụn kế đo điện ỏp trờn mỗi phần tử.
b. Học sinh
- ễn tập kiến thức về R, L, C trong mạch xoay chiều. Phương phỏp giản đồ Fre-nen cho mỗi đoạn mạch.
III. Tổ chức cỏc hoạt động dạy học
Hoạt động 1. (5 phỳt)Củng cố kiển thức xuất phỏt.
Giỏo viờn yờu cầu học sinh trả lời phiếu học tập sau:
Cõu hỏi Đoạn mạch
chỉ cú R
Đoạn mạch chỉ cú L
Đoạn mạch chỉ cú C Xỏc định đại lượng đặc trưng cho
R, L hoặc C cản trở dũng điện xoay chiều?
Điện ỏp hai đầu mỗi loại đoạn mạch biến thiờn như thế nào so với cường độ dũng điện?
Viết biểu thức định luật ụm cho từng đoạn mạch?
Hoạt động 2. (9 phỳt) Đề xuất vấn đề nghiờn cứu và nghiờn cứu cỏc giỏ trị tức thời.
H1: Đoạn mạch R, L, C nối tiếp được mắc như thế nào? H2: Hóy nờu cỏc cụng thức ỏp dụng cho đoạn mạch một chiều mắc nối tiếp? H3: Vậy UAB, với UR, UL, UC trong đoạn mạch trờn liờn hệ với nhau theo biểu thức nào?
- Giỏo viờn làm thớ
nghiệm đo cỏc giỏ trị điện ỏp để kiểm tra dự đoỏn UAB = UR + UL + UC là khụng phự hợp.
H4: Nếu cường độ dũng điện trong mạch cú biểu thức i I c= 0 osωt thỡ điện ỏp
tức thời của cỏc phần tử được xỏc định theo biểu thức nào?
H5: Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch u liờn hệ như thế nào với cỏc hiệu điện thế thành phần uR, uL, uC ? - Vẽ sơ đồ lờn bảng. - HS thực hiện yờu cầu lờn bảng. I = I1 = I2 = . . . U = U1 + U2 + … - HS thảo luận đưa ra cỏc dự đoỏn.
- HS trả lời.
- HS thảo luận đưa ra
1) Cỏc giỏ trị tức thời: Giả sử dũng điện cú cường độ: 0cos( ) i I= ωt Biểu thức điện ỏp tức thời 2 đầu mỗi phần tử. uR=U0Rcosωt (1) uL=U0Lcos( 2 π ω +t ) (2) uC=U0Rcos( 2 π ω −t ) (3) Điện ỏp tức thời giữa hai đầu mạch AB.
u = uR + uL + uC.
u: là điện ỏp biến thiờn điều hũa với tần số gúc ω .
Hoạt động 3. (20’) Nghiờn cứu quan hệ giữa cường độ dũng điện và điện ỏp
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
H1: Làm thế nào để tỡm - Dựng phương phỏp 2. Giản đồ Fre-nen.
L C Uuuuur+Uuur I r O R Uuur C Uuur L Uur ϕ S P Uur
mối quan hệ giữa UAB, với UR, UL, UC?
- GV hướng dẫn HS vẽ giản đồ vộc tơ.
H2: Gúc hợp bởi cỏc vộc tơ U U Uuuur uur uuurR, L, C
với trục Ox vào thời điểm t= 0 bằng bao nhiờu? - GV gọi một học sinh lờn bảng vẽ giản đồ vộc tơ cho đoạn mạch.
H3: Từ giản đồ vộc tơ, lập biểu thức xỏc định điện ỏp hiệu dụng hai đầu mạch?
H4: Điện ỏp hiệu dụng 2 đầu một phần tử trong đoạn mạch RLC nối tiếp cú thể lớn hơn điện ỏp hiệu dụng giữa 2 đầu đoạn mạch được
khụng? Cho vớ dụ? H5: Cường độ hiệu dụng trong mạch được xỏc định như thế nào? H6: Đại lượng Z trong cụng thức cú ý nghĩa
biến đổi lượng giỏc hoặc phương phỏp giản đồ vộc tơ để tổng hợp cỏc dao động điều hũa. - HS vẽ cỏc vộc tơ
, ,
R L C
U U Uuuur uur uuur
và vec tơ tổng Uur theo qui tắc hỡnh bỡnh hành. - HS lập biểu thức 28.3 SGK. - Suy nghĩ cỏ nhõn, thảo luận nhúm tỡm vớ dụ: Chọn L và C sao cho: 200 400 200 L C R U V U V U V = = = Khi đú U =200 2V; UC > U. - HS suy nghĩ thành lập biểu thức 28.5 SGK. - HS nhận xột đại lượng Z.
Quan hệ giữa cường độ dũng điện và điện ỏp.
a) Giản đồ Frenen:
Vào thời điểm t = 0, gúc hợp bởi cỏc vộc tơ
, ,
R L C
U U Uuuur uur uuur
với trục Ox lần lượt là: 0; 2 π ; 2 π − . b) Định luật ễm cho đoạn mạch RLC nối tiếp. Tổng trở ( )2 2 R L C U = U + U −U với UR = IR; UL = IZL; UC = IZC. ( )2 2 L C U I R Z Z = + − Đại lượng ( )2 2 L C Z= R + Z −Z đúng
vai trũ tương tự như điện trở đối với dũng điện khụng đổi: tổng trở của đoạn mạch.
gỡ?
H7: Trờn giản đồ vộc tơ; gúc ϕ được xỏc định thế nào?
H8: Trong điều kiện nào thỡ cường độ dũng điện sớm pha (trễ pha) so với u? H9: Nếu 0cos( u) u U= ω ϕt+ thỡ với biểu thức dũng điện cú dạng nào? - Lập biểu thức tớnh độ lệch pha của điện ỏp so với cđdđ i.
- HS trả lời: Để điện ỏp sớm pha so với cường độ dũng điện thỡϕ>0 ⇒tanϕ>0⇒ZL>ZC ngược lại ZL<ZC thỡ ϕ <0 do đú u trễ pha hơn i - HS trả lời: 0cos( u ) i I= ω ϕ ϕt+ − I = Z U
c) Độ lệch pha của điện ỏp so với cường độ dũng điện. tan L C L C R U U Z Z U R ϕ = − = − + ϕ > 0: i trễ pha so với u. + ϕ < 0: u trễ pha so với i.
Hoạt động 4. (8 phỳt) Nghiờn cứu hiện tượng cộng hưởng điện. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
H1: Thế nào là cộng hưởng trong dao động cơ? H2: Vậy trong mạch RLC cú cộng hưởng nghĩa là I0 thế nào? Từ đú rỳt ra được kết quả gỡ?
H3: Khi trong mạch xẩy ra hiện tượng cộng hưởng Imax phụ thuộc vào đại lượng nào của mạch?
H4: Trong đoạn mạch
- HS nhắc lại khỏi niệm hiện tượng cộng hưởng cơ.
- HS suy luận tương tự.
- Khi cú cộng hưởng điện, Imax phụ thuộc vào điện trở thuần R của đoạn mạch; Giỏ trị Imax
càng lớn nếu R càng nhỏ và ngược lại.
* Giữ nguyờn giỏ trị của U, thay đổi ω đến giỏ trị
sao cho L 1 0 C ω ω − = thỡ xảy ra hiện tượng cụng hưởng điện. Khi đú: Z = Zmin = R max U I I R = = UL = UC; ϕ = 0 * Để cú cộng hưởng điện: ZL = ZC
R, L, C mắc nối tiếp, cường độ hiệu dụng I sẽ thay đổi như thế nào khi tăng C? - Nếu lỳc đầuC 12 L ω ≥ thỡ C tăng I sẽ giảm - Nếu lỳc đầu C 12 L ω < thỡ khi tăng C thỡ I sẽ tăng. 1 1 L C LC ω ω ω = ⇒ = Hoạt động 5. (3 phỳt) Củng cố - dặn dũ.
* GV: Hướng dẫn HS sử dụng cụng thức tớnh Z, I, ϕ của mạch RLC nối
tiếp. Vận dụng cho từng trường hợp đặc biệt của đoạn mạch chỉ cú 1 phần tử R, L, C hoặc 2 phần tử RL, LC, RC.
* HS: Ghi nội dung tổng hợp, những yờu cầu chuẩn bị ở nhà. Xem lại cỏch tớnh cụng suất của dũng điện khụng đổi.
Giỏo ỏn 2 Tiết 51. Bài 32.
MÁY BIẾN ÁP. TRUYỀN TẢI ĐIỆN
I. Mục tiờu
a. Mục tiờu kiến thức
Học xong bài này học sinh phải nắm được cỏc nội dung sau:
- Hiểu được nguyờn tắc hoạt động, cấu tạo và cỏc đặc điểm của mỏy biến ỏp. - Hiểu nguyờn tắc chung của sự truyền tải điện năng đi xa.
b. Mục tiờu kỹ năng
Qua bài học này rốn luyện cho học sinh cỏc kỹ năng sau:
Rốn luyện kĩ năng vận dụng, phõn tớch và tớnh toỏn bằng việc giải bài tập đơn giản về biến ỏp và truyền tải điện.
c. Thỏi độ
Học tập tớch cực, chủ động, cú niềm tin vào tri thức vật lý. Cú thỏi độ khỏch quan, trung thực, cú tỏc phong tỉ mỉ, cẩn thận, chớnh xỏc và cú tinh thần
hợp tỏc, đoàn kết trong học tập, cũng như trong việc ỏp dụng cỏc hiểu biết đó đạt được.
II. Chuẩn bị
a. Giỏo viờn: chuẩn bị mụ hỡnh mỏy biến ỏp, sơ đồ truyền tải và phõn phối điện năng đi xa.
b. Học sinh: ễn tập nội dung: Hiện tượng cảm ứng điện từ, vật liệu từ.
III.Tổ chức cỏc hoạt động dạy học
Hoạt động 1. (5 phỳt) Củng cố kiến thức. Nếu vấn đề nghiờn cứu. Giỏo viờn yờu cầu học sinh trả lời phiếu học tập sau:
Cõu hỏi Mỏy phỏt điện xoay chiều ba pha Động cơ khụng đồng bộ ba pha Nguyờn tắc hoạt động Cấu tạo Hoạt động Đặt vấn đề nghiờn cứu.
Làm thế nào để truyền tải điện từ nhà mỏy đến nơi tiờu thụ với hao phớ thấp nhất? Tại sao người ta phải xõy dựng đường dõy siờu cao ỏp 500 kv vừa nguy hiểm lại vừa tốn kộm?
Mỏy biến ỏp là gỡ? Nú đúng vai như như thế nào trong đời sống?
Hoạt động 2. (12 phỳt) Nghiờn cứu sự truyền tải điện năng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
H1: Điện năng truyền tải đi xa cú hao phớ khụng? Vỡ sao?
H2: Cụng suất hao phớ trờn đường dõy được xỏc định theo cụng thức nào? H 3: Cú thể giảm hao phớ trờn đường dõy bằng - HS tỡm hiểu, trả lời cõu hỏi.
- Điện năng hao phớ do tỏa nhiệt trờn đường dõy.
- Lập cụng thức 32.6 SGK theo gợi ý của GV.
- Do cụng suất và hệ số cụng suất xỏc định nờn
- Điện năng truyền tải hao phớ do tỏa nhiệt trờn đường dõy. - Cụng suất hao phớ ( ) 2 2 2 COS P P RI R U ϕ ∆ = =
R: điện trở đường dõy P: cụng suất truyền đi. U: điện ỏp nơi phỏt.
những cỏch nào? Phương ỏn nào khả thi nhất? Vỡ sao?
Vậy thiết bị nào cú thể thực hiện được điều đú?
cú thể giảm hao phớ bằng hai cỏch;
Cỏch thứ nhất: giảm điện trở R của đường dõy. Đõy là cỏch làm tốn kộm vỡ phải tăng tiết diện của dõy, do đú tốn nhiều kim loại làm dõy và phải tăng sức chịu đựng của cỏc cột điện.
Cỏch thứ hai: tăng điện ỏp U ở nơi phỏt điện và giảm điện ỏp ở nơi tiờu thụ tới giỏ trị cần thiết. Cỏch này cú thể thực hiện đơn giảm bằng mỏy biến ỏp. Mặt khỏc nếu tăng U lờn n lần thỡ hao phớ sẽ giảm n2 lần.
cosϕ: hệ số cụng suất của mạch tiờu thụ.
-Hai cỏch giảm cụng suất hao phớ: SGK
Hoạt động 3. (20 phỳt)Tỡm hiểu về mỏy biến ỏp
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
GV giới thiệu mụ hỡnh mỏy biến ỏp.
H 1: Mỏy biến ỏp được cấu tạo bởi những bộ phận nào?
H 2: Lừi sắt và cuộn dõy được chế tạo như thế nào? Vỡ sao?
- HS dựa vào mụ hỡnh, trả lời cõu hỏi:
- Mỏy biến ỏp gồm hai cuộn dõy cú số vũng khỏc nhau được quấn trờn một lừi sắt kớn. - Lừi sắt thường làm bằng cỏc lỏ sắt hoặc thộp pha silic, ghộp cỏch 1) Mỏy biến ỏp: a) Định nghĩa: SGK. b) Cấu tạo và nguyờn tắc hoạt động: SGK
H 3: Tại sao nối cuộn sơ cấp với nguồn thỡ xuất hiện một điện ỏp ở cuộn thứ cấp trong khi hai cuộn này đặt cỏch điện nhau?
H 4: Hoạt động của mỏy biến thế dựa trờn hiện tượng nào?
H 5: Suất điện động, điện ỏp và cường độ dũng điện biến đổi như thế nào qua mỏy biến ỏp? Nờu điều kiện ỏp dụng cỏc cụng thức đú?
điện với nhau để giảm hao phớ điện năng do dũng Fu-cụ. Cỏc cuộn dõy thường làm bằng đồng, đặt cỏch điện với nhau và được cỏch điện với lừi.
- Vỡ dũng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gõy ra từ thụng biến thiờn qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều. - Hoạt động của mỏy biến ỏp dựa trờn hiện tượng cảm ứng điện từ. - Suất điện động: 1 1 2 2 E U E =U (1) dựng trong trường hợp bỏ qua sự mất mỏt từ trường. - Điện ỏp: 1 1 2 2 U N U =N (2) dựng
trong trường hợp bỏ qua điện trở của cỏc cuộn dõy.
- Cường độ dũng điện:
c) Sự biến đổi điện ỏp và cường độ dũng điện: Cỏc thụng số của cuộn sơ và thứ cấp. +Số vũng dõy: N1, N2 +Suất điện động e1, e2 +Điện ỏp: U1, U2. Ta cú: 1 1 2 2 e N e = N hay 1 1 2 2 E N E =N
-Bỏ qua điện trở ở mỗi cuộn E1 = U1 và E2 = U2 do đú: 1 1 2 2 U N U = N +Mỏy tăng ỏp: N2 > N1 và U2 > U1. +Mỏy hạ ỏp: N2 < N1 và U2 < U1. Bỏ qua điện năng hao phớ. Ta cú U1I1 = U2I2 hay 1 2 2 1 I U I =U
- Hiệu suất của mỏy biến ỏp: 2 1 P H P =
H 6: Thế nào là mỏy tăng ỏp? Mỏy hạ ỏp? H 7: Nếu cuộn nào cú ớt vũng dõy hơn thỡ phải dựng dõy cú đường kớnh lớn hơn, tại sao?
H 8: Hiệu suất của mỏy biến ỏp được xỏc định như thế nào? Tại sao nú cú thể đạt giỏ trị lớn?
1 2
2 1
I U
I =U (3) dựng trong
trường hợp hao phớ năng lượng trong mỏy biến ỏp khụng đỏng kể.
- Mỏy biến ỏp làm biến đổi biờn độ của điện ỏp và biờn độ của cường độ dũng điện nhưng khụng làm biến đổi tần số của chỳng. - Mỏy tăng ỏp: N2 > N1 - Mỏy hạ ỏp: N2 < N1 - Cuộn cú ớt vũng dõy cú cường độ dũng điện lớn nờn phải dựng dõy to hơn.
- Hiệu suất của mỏy biến thế được tớnh bằng tỉ số giữa cụng suất lấy ra từ hai đầu cuộn thứ cấp và cụng suất đưa vào cuộn sơ cấp. 2 1 P H P =
- Hiệu suất cú giỏ trị lớn vỡ cỏc hao phớ điện năng ở biến ỏp cú thể khắc
H 9: Mỏy biến ỏp cú dựng được cho dũng khụng đổi khụng? Tại sao?
phục và giảm tới giỏ trị rất nhỏ so với điện năng sử dụng.
- Mỏy biến ỏp khụng biến đổi được điện ỏp khụng đổi vỡ dũng điện khụng đổi ở cuộn sơ cấp khụng gõy ra từ thụng biến thiờn.
Hoạt động 4. (8 phỳt) Củng cố - vận dụng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- GV nờu cõu hỏi củng cố bài: Hóy làm BTTN 1,2 SGK. Trả lời cõu hỏi 1 SGK.
- Hướng dẫn HS chuẩn bị ở nhà. Giải bài tập 3, 4 SGK trang 172. Giải bài tập về dũng điện xoay chiều SGK trang 173.
- Trả lời.
- Ghi nhận những chuẩn bị ở nhà.
Giỏo ỏn 3 Tiết 48.
BÀI TẬP VỀ DềNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Mục tiờu bài học