Chủ đề: CÁC MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
(MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU, MÁY BIẾN THẾ, ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA- 3 tiết học giáp mặt)
I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức
- Trình bày được nguyên tắc hoạt động, cấu tạo của máy phát điện xoay chiều, máy biến áp và động cơ không đồng bộ ba pha.
- Nêu được khái niệm dòng điện xoay chiều ba pha và các ưu điểm của dòng điện xoay chiều ba pha.
- Phân biệt được sự khác nhau về cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha và máy phát điện xoay chiều ba pha.
- Biết được đặc điểm của cách mắc tam giác và các mắc hình sao.
- Nêu được lý do tại sao phải nâng cao hệ số công suất ở nơi tiêu thụ điện.
2. Kỹ năng
- Vẽ được đồ thị biểu diễn hệ thống dòng điện ba pha.
- Vẽ được sơ đồ biểu diễn cách mắc hình sao, tam giác đối với hệ thống dòng điện ba pha.
- Giải các bài tập về máy biến áp lý tưởng.
- Kỹ năng chế tạo một máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha.
- Kỹ năng chế tạo động cơ điện.
- Rèn luyện cho HS phương pháp nhận thức khoa học vật lí.
3. Thái độ
- HS học tập tích cực, chủ động, có niềm tin vào tri thức vật lý.
- Có thái độ khách quan, tác phong tỉ mỉ, cẩn thận chính xác.
- Có tinh thần hợp tác nhóm nhỏ, đoàn kết để xây dựng bài học.
II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên
- Các dụng cụ để phục vụ cho viêc chế tạo máy phát điện một pha và ba như:
Nam châm vĩnh cửu, các cuộn dây, đèn led,. .
- Các mô hình máy phát điện một pha, ba pha, máy biến áp, động cơ điện ba pha.
- Các hình ảnh, video về các nhà máy phát điện, hệ thống truyền tải điện và máy biến áp, động cơ không đồng bộ ba pha.
2. HS: Ôn tập lại các kiến thức sau - Kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Các cách làm biến đổi từ thông.
- Từ trường của dòng điện.
- Lực từ tác dụng lên khung dây dẫn mang dòng điện.
- Công thức tính công suất tỏa nhiệt trên dây dẫn.
- Công thức tính điện trở của dây dẫn kim loại.
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC THEO BL Tiết 1. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU Phần học Online
Hoạt động 1: Giới thiệu bài học và ôn tập kiến thức xuất phát
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Giới thiệu đến HS vai trò và tầm quan trọng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống hiện nay.
Vậy dòng điện xoay chiều được tạo ra như thế nào?
- Nhận thức vấn đề.
- Hướng dẫn HS ôn tập nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều thông qua các câu hỏi
kiểm tra bài cũ: - Đánh nội dung câu trả lời vào khung trả lời. Nếu không trả lời ngay được hoặc đáp án không được chấp nhận thì có thể click và mục gới ý để được hướng dẫn, sau đó quay lại trang để viết nội dung câu trả lời.
Câu trả lời được chấp nhận:
1. Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng (suất điện động cảm ứng) trong một mạch kín khi có sự biến thiên từ thông qua mạch đó.
2. Có ba cách làm thay đổi từ thông qua khung dây:
- Thay đổi cảm ứng từ của từ trường.
- Thay đổi diện tích khung dây.
- Thay đổi góc hợp bởi cảm ứng từ của từ trường với vectơ pháp tuyến của khung dây.
3. Có hai cách:
- Cho khung dây quay trong từ trường.
- Khung dây cố định, làm cho từ trường quay.
Hoạt động 2: Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của máy điện xoay chiều 1 pha - Phân tích để HS thấy được để tạo ra sự
biến thiên từ thông qua mạch thì cách thay đổi góc giữa vectơ pháp tuyến khung dây với cảm ứng từ của từ trường đều là cách khả thi nhất và đây chính là nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều 1 pha trong thực tế.
Câu hỏi phát hiện kiến thức:
Như vậy, dựa vào nguyên tắc này ta có thể thấy để chế tạo máy phát điện xoay chiều một pha với 2 phần cơ bản:
- Theo dõi bài học.
- Đánh nội dung câu trả lời vào khung trả lời. Nếu không trả lời ngay được hoặc đáp án không được chấp nhận thì có thể click và mục gới ý để được hướng dẫn, sau đó quay lại trang để viết nội dung câu trả lời.
- Chú ý các thuật ngữ: phần cảm, phần ứng, rôto, stato.
Hoạt động 3: Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà
- Yêu cầu HS củng cố các kiến thức về nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều và các bộ phận cơ bản của một máy phát điện xoay chiều 1 pha thông qua phần bài tập củng cố.
- Giao nhiệm vụ về nhà cho HS:
- Trả lời các câu hỏi củng cố:
- Ghi chép các nhiệm vụ về nhà.
- Tổ chức hoạt động nhóm để bàn bạc, đưa ra phương án giải quyết và phân công chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm. (HS có thể truy cập vào phần
“Tư liệu học tập” để tìm hiểu những cách có thể và thử tiến hành trước ở nhà).
*Phần học giáp mặt
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của HS
Hoạt động 1. Kiểm tra việc tự học online của HS và việc thực hiện những nhiệm vụ được GV giao.
- Đặt câu hỏi kiểm tra tiến trình học ở nhà của HS (GV có thể hỏi bất kì một HS nào):
- Trình bày nguyên tắc cách tạo ra dòng điện xoay chiều?
- Để chế tạo máy phát điện xoay chiều một pha ta có bao nhiêu cách?
- Tổ chức cho các nhóm HS trình bày về về những khó khăn gặp phải khi chế tạo máy phát điện theo cách 1 và cách 2?
- GV theo dõi, định hướng lại khi HS cần.
- Cá nhân trả lời các câu hỏi của GV để củng cố định luật xuất phát chế tạo máy phát điện xoay chiều 1 pha.
- Trả lời về hai cách cấu tạo máy phát điện xoay chiều:
C1: Stato là phần cảm, rôto là phần ứng.
C2: Stato là phần ứng, roto là phần cảm.
- Các nhóm thảo luận, tổng hợp các khó khăn gặp phải khi chế tạo máy phát điện có thể dùng được để thắp sáng bón đèn:
Theo C1: - Dòng điện trong khung yếu quá, không đủ để thắp sáng bóng đèn.
- Khung dây quay làm dây nối ra ngoài bị xoắn và sẽ đứt.
Theo C2: Chỉ cần tăng cường độ dòng điện, phần lấy điện ra ngoài dễ dàng vì phần ứng đứng yên.
Hoạt động 2. Thiết kế máy phát điện xoay chiều một pha
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Tổ chức HS thảo luận nhóm tìm giải pháp để giải quyết các vấn đề trên.
- GV theo dõi HS hoạt động nhóm, định hướng lại khi HS cần.
- Tổ chức cho các nhóm trình bày kết quả thảo luận và phân tích để HS chọn
- Thảo luận nhóm đi đến giải pháp cuối cùng để tăng cường độ dòng điện mạnh lên thì thay khung dây bằng cuộn dây có nhiều vòng và cho cuộn dây quay nhanh hơn.
Với C1: Có thể gắn cuộn dây với trục quay, một đầu gắn với tay quay để dễ dàng quay nhanh hơn.
- Để lấy được dòng điện ra ngoài mà dây
được phương án tối ưu.
GV chú ý với HS về cách bố trí các cuộn dây phần ứng và các nam châm phần cảm để dòng điện trong các cuộn dây là dòng điện xoay chiều 1 pha, từ đó hướng dẫn HS lập luận đưa ra công thức tính tần số suất điện động cảm ứng: f = pn.
- Yêu cầu HS đưa ra mô hình kèm theo hình vẽ, sau đó cho mô hình hoạt động để kiểm tra sơ bộ tính hợp lí của phương án đã thiết kế.
- GV trình chiếu một slide tổng kết về nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 1 pha theo cách 1 và cách 2.
nối không bị xoắn đứt nên để 2 đầu cuộn dây nối với 2 vòng kim loại đồng trục, mỗi đầu dây gắn với một vòng kim loại.
Khi khung quay kéo theo hai vòng kim loại. Hai thanh quét lấy điện ra ngoài luôn tì lên hai vòng kim loại.
Với C2. Phần ứng gồm nhiều cuộn dây giống nhau, cố định trên một vành tròn.
Nam châm phần cảm quay quanh trục quay trùng với tâm vành tròn.
- Từ cách bố trí các cuộn dây và các nam châm, chứng minh công thức tính tần số suất điện động cảm ứng.
- Các nhóm đưa ra mô hình vẽ, sau đó nhóm nhận dụng cụ ở GV, tiến hành lắp ráp mô hình (2 nhóm theo cách 1, 2 nhóm theo cách 2) và cho vận hành, khẳng định tính hợp lí của các phương án thiết kế.
Theo cách 1. Theo cách 2.
- Hoàn chỉnh kiến thức về nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của MPĐXC một pha.
Hoạt động 3. Tìm hiểu dòng điện xoay chiều ba pha
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Tổ chức HS trình bày kiến thức về dòng điện xoay chiều 3 pha đã chuẩn bị ở nhà.
- Cá nhân HS trả lời về dòng điện xoay chiều ba pha:
- Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ
Trong thực tế, người ta ít dùng dòng điện xoay chiều một pha mà thay vào đó là dòng điện xoay chiều ba pha, đặc biệt trong truyền tải điện năng đi xa phải dùng dòng điện xoay chiều ba pha.
Vì sao như vậy?
- Hướng dẫn HS vẽ đồ thị của dòng điện xoay chiều ba pha.
thống gồm ba dòng điện xoay chiều, gây bởi ba suất điện động xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau từng đôi một là 2
3 π .
- Các ưu điểm của dòng điện xoay chiều ba pha so với dòng điện xoay chiều một pha:
+ Truyền tải điện năng đi xa bằng dòng điện xoay chiều ba pha tiết kiệm được dây dẫn hơn so với dòng điện xoay chiều một pha.
+ Cung cấp điện cho các động cơ ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp.
- Các nhóm vẽ đồ thị của dòng ba pha.
- Nhận xét.
Hoạt động 3: Thiết kế máy phát điện xoay chiều ba pha
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Để tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha ta phải dùng máy phát điện xoay chiều ba pha. Dựa trên nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 1 pha, các em hãy đề xuất phương án thiết kế máy phát điện xoay chiều 3 pha?
Có thể gợi ý:
+ Để tạo ra ba suất điện động trong máy phát điện xoay chiều ba pha phần ứng
- Suy nghĩ về nhiệm vụ.
- Hoạt động nhóm, thảo luận để thiết kế máy phát điện xoay chiều ba pha:
- Phần ứng phải gồm ba cuộn dây.
phải có mấy cuộn dây?
+ Ta nên bố trí rôto phần cảm hay phần ứng? Vì sao?
+ Để có ba suất điện động xoay chiều cùng biên độ, cùng tần số thì các cuộn dây phải có đặc điểm gì và phải bố trí các cuộn dây như thế nào?
+ Để các suất điện động lệch nhau về pha từng đôi một là
3
2π ta phải bố trí các cuộn dây thoả mãn yêu cầu gì nữa?
- Yêu cầu HS vẽ sơ đồ mô hình để sơ bộ kiểm tra tính hợp lí của mô hình.
- Đưa cho mỗi nhóm một bộ dụng cụ tạo máy phát 3 pha, yêu cầu HS lắp rắp và cho vận hành để kiểm tra sự đúng đắn của mô hình.
GV trình chiếu một slide tổng kết về nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy phát điện xoay chiều ba pha.
- Rôto là phần cảm để tránh phải dùng tới 3 bộ góp. Phần ứng là stato.
- Từ công thức biên độ suất điện động xoay chiều của một pha E0=NBSω thì ba cuộn dây phải giống nhau (để có N,S giống nhau) và đặt trên một vòng tròn có tâm nằm trên trục quay của nam châm để khi rôto quay thì khoảng cách từ cuộn dây đến nam châm như nhau làm B qua các cuôn dây như nhau.
- Các cuộn dây đặt lệch nhau 1200 trên vòng tròn stato.
- Các nhóm vẽ mô hình:
- Các nhóm lắp rắp mô hình và cho vận hành để khẳng định sự đúng dắn của mô hình:
- Hoàn thiện kiến thức.
Hoạt động 4: Củng cố - Hướng dẫn HS học ở nhà - Tổ chức HS củng cố bài học thông qua
một số bài tập củng cố trên hệ thống.
- Yêu cầu HS về nhà hoàn thành tiếp
- Làm các bài tập củng cố để khắc sâu kiến thức bài học.
phần Bài tập củng cố và Nhiệm vụ ở nhà của bài học trên website http://online.vatlysuphamhue.com Chủ đề 2, Bài 1. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU.
- Yêu cầu HS tự học ở nhà 1 phần nội dung bài học tiếp theo (Máy biến áp) bằng bài giảng đồng bộ hóa do GV đưa lên HT website.
- Ghi nhận nhiệm vụ học ở nhà.
Tiết 2. MÁY BIẾN ÁP
*Phần học Online
Hoạt động 1. Tìm hiểu bài toán truyền tải điện năng đi xa
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của HS
Chúng ta biết rằng các nhà máy phát điện của chúng ta thường nằm ở vị trí rất xa khu dân cư. Do vậy để đưa được điện năng tới các nơi tiêu thụ điện (các hộ gia đình, cơ quan, xí nghiệp...) chúng ta cần một mạng phân phối điện. Phân phối và truyền tải điện năng đi xa là một bài toán quan trọng đối với mọi quốc gia. Trong bài toán này, ta cần giải quyết các vấn đề sau:
- Nhận thức vấn đề.
- Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi tương tác:
- Hướng dẫn HS tìm giải pháp cho vấn đề thứ 2:
- Đánh nội dung câu trả lời vào khung trả lời. Nếu không trả lời ngay được hoặc đáp án không được chấp nhận thì có thể click và mục gới ý để được hướng dẫn, sau đó quay lại trang để viết nội dung câu trả lời.
Câu trả lời được chấp nhận: dùng hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha thay cho dòng điện xoay chiều một pha.
- Đánh nội dung các câu trả lời vào khung trả lời. Nếu không trả lời ngay được hoặc đáp án không được chấp nhận thì có thể click và mục gới ý để được hướng dẫn, sau đó quay lại trang để viết nội dung câu trả lời.
Câu trả lời được chấp nhận:
- Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện là:
2 2
( os )2
P I R P R
Uc ϕ
∆ = =
- Các biện pháp để giảm hao phí có thể là:
+ Giảm điện trở R của dây dẫn điện.
+ Tăng điện áp truyền đi.
Hoạt động 2. Củng cố, hướng dẫn HS học ở nhà
- Ghi chép các nhiệm vụ ở nhà, suy nghĩ và chuẩn bị dụng cụ theo nhóm.
*Phần học giáp mặt
Hoạt động 1. Kiểm tra việc tự học online của HS và việc thực hiện những nhiệm vụ được GV giao.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của HS
- Đặt câu hỏi kiểm tra tiến trình học ở nhà của HS (GV có thể hỏi bất kì một HS nào):
- Trong truyền tải điện năng đi xa, để tiết kiếm dây dẫn ta làm thế nào?
- Hao phí trên đường dây tải điện chủ yếu do nguyên nhân nào?
- Muốn giảm công suất hao phí trên đường dây tải điện chúng ta có những cách nào?
- Tổ chức HS thảo luận, phân tích để lựa chọn phương án tối ưu nhất.
- Cá nhân HS trả lời các câu hỏi của GV.
+ Giảm R: thay dây đồng bằng vật liệu có điện trở suất nhỏ hơn (vàng, bạc), tăng tiết diện dây.
+ Tăng điện áp nơi phát.
- Thảo luận đi đến chọn phương án tối ưu nhất là phương án dùng máy biến áp.
Phương án này còn giải quyết được cả vấn đề thứ 3 trong bài toán truyền tải điện năng.
- Máy biến áp là thiết bị dùng để biến
- Máy biến áp là gì?
- Chốt lại về vai trò quan trọng của máy biến áp trong bài toán truyền tải điện năng (nâng cao điện áp trước khi truyền đi và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ) và trong đời sống.
đổi điện áp xoay chiều.
- Chỉ ra thêm một và thiết bị có sử dụng máy biến áp trong thực tế.
- Hoàn thiện kiến thức về vai trò của MBA.
Hoạt động 2. Tìm hiểu về cấu tạo của máy biến áp - Yêu cầu và hướng dẫn HS đưa các thiết
bị mà các em đã chuẩn bị sẵn ở nhà, hỗ trợ thêm các dụng cụ của GV ở phòng TN như biến thế nguồn, các Vôn kế (hoặc MBT ở phòng TN nếu các chuẩn bị của HS không phù hợp để kiểm tra) để kiểm tra lại chức năng của máy biến áp.
- Yêu cầu HS tháo vỏ bọc ngoài để quan sát các bộ phận bên trong của MBA,và chỉ chú ý đến các bộ phận liên quan đến điện. Nêu cấu tạo của máy biến áp?
- GV bổ sung thêm: Cuộn dây nối với đầu vào là gọi là cuộn sơ cấp, cuộn nối với đầu ra (tải tiêu thụ) gọi là cuộn thứ cấp. Lõi chung thường làm bằng sắt non có pha silic gọi là lõi máy biến áp.
- HS làm việc theo nhóm: Dùng các thiết bị phù hợp để đưa vào máy biến thế một hiệu điện thế xoay chiều, dùng vôn kế đo hiệu điện thế ở đầu ra, xác định đó cũng là hiệu điện thế xoay chiều và có giá trị hiệu dụng khác với hiệu điện thế ở đầu vào.
- Quan sát và chỉ ra các bộ phận chính máy biến áp: hai cuộn dây đặt cách điện với nhau, có số vòng dây khác nhau.
Hai cuộn dây đều quấn trên ống cách điện và lồng vào một lõi sắt chung.
- Tham khảo SGK, vẽ kí hiệu của MBA.