Giáo án Vật lý 12 – Bài 13: Các mạch điện xoay chiều

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

"Giáo án Vật lý 12 – Bài 13: Các mạch điện xoay chiều" được biên soạn với mục tiêu giúp học sinh nắm được định luật ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều thuần điện trở; định luật ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện; tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều; công thức tính dung kháng và cảm kháng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo án Vật lý 12 – Bài 13: Các mạch điện xoay chiều

BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định luật Ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều thuần điện trở. - Phát biểu được định luật Ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện. - Phát biểu được tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều. - Phát biểu được định luật Ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thuần. - Phát biểu được tác dụng của cuộn cảm thuần trogn mạch điện xoay chiều. - Viết được công thức tính dung kháng và cảm kháng. 2. Kĩ năng: Áp dụng công thức giải một số bài tập. 3. Thái độ: Tích cực trong các hoạt động học tập. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Một số dụng cụ thí nghiệm như dao động kí điện tử, ampe kế, vôn kế, một số điện trở, tụ điện, cuộn cảm để minh hoạ. 2. Học sinh: di di - Ôn lại các kiến thức về tụ điện: q = Cu và i   và suất điện động tự cảm e   L . dt dt III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
1. Phát biểu các định nghĩa: giá trị tức thời, giá cực đại, giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều hình sin. 2. Giải bài tập số 3 SGK. Hoạt động 2: Tìm hiểu mối quan hệ giữa i và u trong mạch điện xoay chiều Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung - Biểu thức của dòng điện xoay - Có dạng: i = I0cos(t + ) - Nếu cường độ dòng điện chiều có dạng? xoay chiều trong mạch: - Chọn điều kiện ban đầu thích hợp i = I0cost = I 2 cost để  = 0  i = I0cost = I 2 cost (13.1) - Ta sẽ đi tìm biểu thức của u ở hai  điện áp xoay chiều ở đầu đoạn mạch. hai đầu mạch điện: - Trình bày kết quả thực nghiệm và lí thuyết để đưa ra biểu thức điện áp u = U0cos(t+ ) - HS ghi nhận các kết quả hai đầu mạch. chứng minh bằng thực = U 2 cos(t+ ) - Lưu ý: Để tránh nhầm lẫn, phương nghiệm và lí thuyết. (13.2) trình điện áp có thể viết: Với  là độ lệch pha giữa u = U0cos(t+ u/i) u và i. = U 2 cos(t+ u/i) + Nếu  > 0: u sớm pha  so với i. + Nếu  < 0: u trễ pha || so với i. + Nếu  = 0: u cùng pha với i. Hoạt động 3 : Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung - Xét mạch điện xoay chiều chỉ có - Biến thiên theo thời gian t I. Mạch điện xoay chiều R. (dòng điện xoay chiều) chỉ có điện trở - Trong mạch lúc này sẽ có i  ~ dòng điện này như thế nào? u - Theo định luật Ohm i R - Tuy là dòng điện xoay chiều, u nhưng tại một thời điểm, dòng điện i R i chạy theo một chiều xác định. Vì đây là dòng điện trong kim loại nên theo định luật Ohm, i và u tỉ lệ với nhau như thế nào? - Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều: - Trong biểu thức điện áp u, Um và U là gì? - Điện áp tức thời, điện áp u = U0cost = U 2 cost - Dựa vào biểu thức của u và i, ta cực đại và điện áp hiệu - Theo định luật Ohm có nhận xét gì? dụng. - HS nêu nhận xét: u U - GV chính xác hoá các kết luận i  2cost R R của HS. + Quan hệ giữa I và U. U - Yêu cầu HS phát biểu định luật + u và i cùng pha. Nếu ta đặt: I  (13.3) R Ohm đối với dòng điện một chiều trong kim loại. thì: i  I 2cost - HS phát biểu. - Kết luận: 1. Định luật Ohm đối với mạch điện xoay chiều: Sgk 2. u và i cùng pha. Hoạt động 4: Tìm hiểu về mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung - GV làm thí nghiệm như sơ đồ - HS quan sát mạch điện và II. Mạch điện xoay chiều hình 13.3 Sgk. ghi nhận các kết quả thí chỉ có tụ điện
nghiệm. 1. Thí nghiệm - Ta có nhận xét gì về kết quả thu + Tụ điện không cho dòng - Kết quả: được? điện một chiều đi qua. + Tụ điện không cho dòng + Tụ điện cho dòng điện xoay điện một chiều đi qua. chiều “đi qua”. + Dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong những mạch điện có chứa tụ điện. 2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện - HS theo hướng dẫn của GV - Ta nối hai đầu tụ điện vào một A B để khảo sát mạch điện xoay ~ nguồn điện xoay chiều để tạo nên u chiều chỉ có tụ điện. i điện áp u giữa hai bản của tụ điện. C - Tụ điện sẽ được tích điện. a. - Đặt điện áp u giữa hai - Có hiện tượng xảy ra ở các bản bản của tụ điện: của tụ điện? u = U0cost = U 2 cost - Giả sử trong nửa chu kì đầu, A - Bản bên trái tích điện là cực dương  bản bên trái của dương. - Điện tích bản bên trái tụ sẽ tích điện gì? của tụ điện: - Ta có nhận xét gì về điện tích q = Cu = CU 2 cost trên bản của tụ điện? - Biến thiên theo thời gian t.  Độ biến thiên điện tích q cho phép ta tính i trong mạch. - Giả sử tại thời điểm t, dòng điện có chiều như - Cường độ dòng điện ở thời điểm - HS ghi nhận cách xác định i hình, điện tích tụ điện tăng t xác định bằng công thức nào? trong mạch. lên. - Sau khoảng thời gian t,
q điện tích trên bản tăng q. - Khi t và q vô cùng nhỏ t q - Cường độ dòng điện ở trở thành gì? i t thời điểm t: - Đạo hàm bậc nhất của q q i (13.6) - Ta nên đưa về dạng tổng quát i theo thời gian. t = Imcos(t + ) để tiện so sánh, – - HS tìm q’ - Khi t và q vô cùng sin  cos nhỏ dq  i  CU 2sint  sin  cos(  ) dt 2 - Nếu lấy pha ban đầu của i bằng  hay: i  CU 2cos(t  ) 0  biểu thức của i và u được 2 viết lại như thế nào? - HS viết lại biểu thức của i (13.7) và u (i nhanh pha hơn u góc /2  u chậm pha hơn i góc b. Đặt: I = UC - ZC đóng vai trò gì trong công /2) thức?  thì i  I 2cos(t  ) 2 - So sánh với định luật Ohm, (13.8)  ZC có đơn vị là gì? có vai trò tương tự như điện trở R trong mạch chứa điện và u = U 2 cost 1 trở. ZC  (13.9) C - Là đơn vị của điện trở (). - Dựa vào biểu thức của u và i, ta - Nếu lấy pha ban đầu của có nhận xét gì? 1 i bằng 0 1 C A..s ( F ) .s    .s   V  C - Nói cách khác: Trong mạch điện thì i  I 2cost xoay chiều, tụ điện là phần tử có - Trong mạch chứa tụ điện, tác dụng làm cho cường độ dòng  cường độ dòng điện qua tụ và u  U 2cos(t  ) điện tức thời sớm pha /2 so với 2 điện sớm pha /2 so với điện điện áp tức thời. áp hai đầu tụ điện (hoặc điện - Ta có thể viết: áp ở hai đầu tụ điện trễ pha - Dựa vào biểu thức định luật Ohm, ZC có vai trò là điện trở /2 so với cường độ dòng
trong mạch chứa tụ điện  hay điện). U 1 I và đặt ZC  nói cách khác nó là đại lượng biểu 1 C - Biểu hiện sự cản trở dòng hiện điều gì? C điện xoay chiều. - Khi nào thì dòng điện qua tụ dễ U thì: I dàng hơn? ZC 1 - Từ ZC  ta thấy: Khi  trong đó ZC gọi là dung C kháng của mạch. - Tại sao tụ điện lại không cho nhỏ (f nhỏ)  ZC lớn và dòng điện không đổi đi qua? ngược lại. - Định luật Ohm: (Sgk) - Vì dòng điện không đổi (f = c. So sánh pha dao động 0)  ZC =   I = 0 của u và i + i sớm pha /2 so với u (hay u trễ pha /2 so với i). 3. Ý nghĩa của dung kháng + ZC là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện. + Dòng điện xoay chiều có tần số cao (cao tần) chuyển qua tụ điện dễ dàng hơn dòng điện xoay chiều tần số thấp. + ZC cũng có tác dụng làm cho i sớm pha /2 so với u. Tiết 2: Hoạt động 5: Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung - Cuộn cảm thuần là gì? - HS nghiên cứu Sgk để trả III. Mạch điện xoay chiều lời chỉ có cuộn cảm thuần (Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện trở không đáng kể, khi có - Dòng điện qua cuộn dây - Cuộn cảm thuần là cuộn dòng điện xoay chiều chạy qua tăng lên  trong cuộn dây cảm có điện trở không cuộn cảm sẽ xảy ra hiện tượng tự xảy ra hiện tượng tự cảm, từ đáng kể. cảm.) thông qua cuộn dây: 1. Hiện tượng tự cảm - Khi có dòng điện cường độ i  = Li trong mạch điện xoay chạy qua cuộn cảm (cuộn dây dẫn chiều nhiều vòng, ống dây hình trụ - Khi có dòng điện i chạy thẳng dài, hoặc hình xuyến…)  - Từ thông  biến thiên tuần qua 1 cuộn cảm, từ thông có hiện tượng gì xảy ra trong ống hoàn theo t. tự cảm có biểu thức: dây? - Trở thành đạo hàm của i  = Li - Trường hợp i là một dòng điện theo t. xoay chiều thì  trong cuộn dây? với L là độ tự cảm của cuộn cảm. - Xét t vô cùng nhỏ (t  0)  suất điện động tự cảm trong cuộn - Khi i tăng  etc < 0, tương - Trường hợp i là một cảm trở thành gì? đương với sự tồn tại một dòng điện xoay chiều, suất nguồn điện. điện động tự cảm: - Y/c HS hoàn thành C5 di di i e  L L e  L dt dt t e r A B i di - Khi t  0:  uAB  ri  L dt di e  L - Đặt vào hai đầu của một cuộn - HS ghi nhận và theo sự dt thuần cảm (có độ tự cảm L, điện hướng dẫn của GV để khảo trở trong r = 0) một điện áp xoay sát mạch điện này. chiều, tần số góc , giá trị hiệu dụng U  trong mạch có dòng 2. Khảo sát mạch điện điện xoay chiều xoay chiều có cuộn cảm
thuần - Điện áp hai đầu của cảm thuần di A B u L   LI 2sint ~ có biểu thức như thế nào? dt u i - Hướng dẫn HS đưa phương trình L  Hay u   LI 2cos(t  ) u về dạng cos. 2  Vì  sin  cos(  ) 2 - Đặt vào hai đầu L một điện áp xoay chiều. Giả sử u  U 2cos(t   ) i trong mạch là: - Đối chiếu với phương trình tổng  U = LI i = I 2 cost quát của u  điện áp hiệu dụng ở - Điện áp tức thời hai đầu hai đầu cuộn cảm? cuộn cảm thuần: - So sánh với định luật Ohm, có vai trò tương tự như điện di u L   LI 2sint - ZL đóng vai trò gì trong công trở R trong mạch chứa điện dt thức? trở. Hay - Là đơn vị của điện trở ().  u  LI 2cos(t  ) 2   1 V  V a. Điện áp hiệu dụng ở hai    s A  A đầu cuộn cảm: U = LI    ZL có đơn vị là gì?  s  U - Trong đoạn mạch chỉ có Suy ra: I   L  e  một cuộn cảm thuần: i trễ ZL   L      di  pha /2 so với u, hoặc u sớm Đặt ZL = L  dt  pha /2 so với i. U Ta có: I - Dựa vào phương trình i và u có ZL nhận xét gì về pha của chúng? Trong đó ZL gọi là cảm i = I 2 cost  kháng của mạch.
 - Định luật Ohm: (Sgk) u  U 2cos(t  ) 2 - Biểu hiện sự cản trở dòng b. Trong đoạn mạch chỉ có Hoặc điện xoay chiều. một cuộn cảm thuần: i trễ pha /2 so với u, hoặc u u = U 2 cost  - Vì ZL = L nên khi f lớn  sớm pha /2 so với i.  ZL sẽ lớn  cản trở nhiều. i  I 2cos(t  ) 2 - Tương tự, ZL là đại lượng biểu hiện điều gì? 3. Ý nghĩa của cảm kháng - Với L không đổi, đối với dòng + ZL là đại lượng biểu hiện điện xoay chiều có tần số lớn hay sự cản trở dòng điện xoay bé sẽ cản trở lớn đối với dòng điện chiều của cuộn cảm. xoay chiều. + Cuộn cảm có L lớn sẽ cản - Lưu ý: Cơ chế tác dụng cản trở trở nhiều đối với dòng điện dòng điện xoay chiều của R và L xoay chiều, nhất là dòng khác hẳn nhau. Trong khi R làm điện xoay chiều cao tần. yếu dòng điện do hiệu ứng Jun thì cuộn cảm làm yếu dòng điện do + ZL cũng có tác dụng làm định luật Len-xơ về cảm ứng từ. cho i trễ pha /2 so với u. Hoạt động 6 : Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. IV. RÚT KINH NGHIỆM ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................