GIÁO AN 12 NC C5

Độ lệch pha của hiệu điện thế xoay chiều đối với dòng điện xoay chiều CHƯƠNG V: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VẬT DẪN CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU... GV : Dòng điện trên điện trở

Ngày soạn :

Tiết : 42

I / MỤC TIÊU :

 Nắm được khái niệm dòng điện xoay chiều và hiệu điện thế xoay chiều Biết cách xác định

độ lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều theo biểu thức hoặc theo đồ thị biểu diễn chúng

 Hiểu các đặc điểm của đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần

 Nắm được các giá trị hiệu dụng và cách tính công suất tỏa nhiệt của dòng điện xoay chiều

II / CHUẨN BỊ :

1 / Giáo viên :

− Dao động kí điện tử hai chùm tia

− Nguồn điện xoay chiều

− Một điện trở thuần và một đoạn mạch xoay chiều bất kì ( có thể gồm một điện trở thuần và một cuộn dây mắc nối tiếp )

2 / Học sinh :

Xem lại kiến thức hiện tượng cảm ứng điện từ

III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY − HỌC :

Hoạt động 1 :

HS : Quan sát mô hình

hoặc hình vẽ 36.1

HS : Cho khung dây

quay với vận tốc vừa

phải để HS thấy kim vôn

kế dao động sang phải rồi

sang trái một cách tuần

dao động của nguồn

HS : u và i biến đổi điều

GV : Theo định luật cảm ứng

điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động xoay chiều được xác định như thế nào ?

GV : GV yêu cầu HS nhắc lại

các công thức tính chu kì và tần số của dao động điều hòa

để vận dụng nó cho dao động điện

GV : Đặc điểm cơ bản của dao

động cưỡng bức trong cơ học

1 Suất điện động xoay chiều

Cho một khung dây có diện tích

S quay đều với vận tốc góc ω quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ Theo định luật cảm ứng điện từ, suất điện động biến đổi điều hòa theo thời gian :

e = Eocos(ω t +ϕo) (36.1)

Đó là suất điện động xoay chiều, chu kì và tần số biến đổi của suất điện động T = π

Dòng điện có cường độ biến đổi điều hòa theo thời gian gọi là dòng điện xoay chiều

Độ lệch pha của hiệu điện thế xoay chiều đối với dòng điện xoay chiều

CHƯƠNG V: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

VẬT DẪN CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN TRONG MẠCH

ĐIỆN XOAY CHIỀU

i = Iocos(ω t +ϕ2)

HS : Giá trị dương của

dòng điện chính là chiều

tính hiệu điện thế

HS : Nêu định nghĩa hiệu

điện thế xoay chiều

GV : Viết biểu thức hiệu điện

thế và cường độ dòng điện xoay chiều ?

GV : Về biểu thức của dòng

điện và hiệu điện thế, cần cho

HS thấy rõ các đại lượng tức thời là các giá trị đại số được viết theo một quy ước dấu cụ thể

GV : Hiệu điện thế xoay chiều

GV : Độ lệch pha ϕ được xác định như thế nào ?

GV : Viết biểu thức định luật

Ohm cho đoạn mạch có R đối với dòng điện một chiều ?

GV : Viết biểu thức hiệu điện

thế xoay chiều ở hai đầu đoạn mạch chứa R ?

GV : Trong từng khoảng thời

gian rất nhỏ, hiệu điện thế và cường độ dòng điện coi như không đổi, ta có thể áp dụng định luật Ohm như đối với dòng điện không đổi ?

GV : Dòng điện trên điện trở

thuần R biến thiên như thế nào

so với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch ?

GV : Biên độ được xác định

như thế nào ?

GV : Viết biểu thức cường độ

dòng điện chạy qua đoạn mạch

là ϕ = ϕ − ϕ1 2

3 Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần

Hình 36.3 Đoạn mạch chỉ có điện trở

thuần

Đặt một hiệu điện thế xoay chiều

u = Uocosωt vào hai đầu đoạn mạch chỉ

có một điện trở thuần R Áp dụng định luật Ôm

i= o

oU

Cho dòng điện không đổi cường

độ I chạy qua điện trở nói trên trong

theo thời gian.

HS : P = RIo2

2

HS : I = Io

2

HS : Nêu định nghĩa.

có điện trở thuần R ?

GV : Viết biểu thức công suất

tỏa nhiệt tức thời ?

GV : Hướng dẫn học sinh biến

đổi biểu thức ?

GV : Nêu nhận xét đặc điểm 2

số hạng trên ?

GV : Công suất tỏa nhiệt trung

bình của dòng điện trong thời gian τ ?

GV : Hướng dẫn học sinh đi

tới biểu thức cường độ dòng điện hiệu dụng ?

GV : Định nghĩa cường độ

dòng điện hiệu dụng ?

GV : Giới thiệu ampere kế và

volt kế ?

cùng thời gian τ sao cho nhiệt lượng tỏa

ra cũng bằng Q, nghĩa là

Q = RI2t (36.6)

I = Io

Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi, mà khi cho hai dòng điện đó lần lượng đi qua cùng một điện trở trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì tỏa ra những nhiệt lượng bằng nhau

Tương tự suất điện động hiệu dụng

E =Eo

Và hiệu điện thế hiệu dụng

U =Uo

IV / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ :

Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2

V: RÚT KINH NGHIỆM

………

………

………

………

Ngày soạn :

Tiết : 43 + 44

I / MỤC TIÊU :

 Hiểu các tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều

 Nắm được khái niệm dung kháng Biết cách tính dung kháng và vẽ giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện

 Hiểu các tác dụng của cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều

 Nắm được khái niệm cảm kháng Biết cách tính cảm kháng và vẽ giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần

II / CHUẨN BỊ :

Nên chuẩn bị tụ có dung kháng cùng bậc độ lớn với điện trở của đèn để dễ quan sát hiện tượng đèn sáng lên khi thay tụ bởi dây dẫn Nếu không có dao động kí hai chùm tia thì GV cần vẽ trước đồ thị biểu diễn hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua tụ theo thời gian trên giấy to hoặc trên bảng

Cuộn dây, khóa K, bóng đèn, nguồn điện xoay chiều, dao động ký điện tử

III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC :

GV : Sau khi đóng khóa K ta

thấy đèn như thế nào ?

GV : Hiện tượng này chứng tỏ

trong mạch xuất hiện cái gì ?

GV : Nếu tụ điện bằng dây dẫn

thì độ sáng của đèn như thế nào

GV : Viết biểu thức hiệu điện

thế giữa hai bản của tụ điện ?

GV : Viết biểu thức điện tích

tức thời trên bản của tụ điện nối vào điểm M ?

GV : Với quy ước : u > 0 nếu

điện thế của điểm M lớn hơn điện thế của điểm N, i > 0 nếu dòng điện chạy từ M đến N

Hãy tìm biểu thức của cường

I Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

1 Thí nghiệm

Hình 38.1 Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu tác

dụng của tụ điện trong mạch điện xoay

chiều

2 Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và hiệu điện thế

Giả sử giữa hai bản tụ điện M và N

có hiệu điện thế xoay chiều :

dt ω = CωU cos to ω

hay i = I cos to ω (38.2)

BÀI 27: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ

TỤ ĐIỆN ,CUỘN CẢM

GV : Hướng dẫn học sinh biến

đổi biểu thức hiệu điện thế giữa

2 bản của tụ điện ?

GV : So sánh pha của u và i ?

GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ

quay rI biểu diễn cường độ dòng điện i = Iocosωt hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ?

GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ

quay UrC biểu diễn hiệu điện thế u = Uocos(ωt - π

2) hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ?

GV : Nêu ý nghĩa của ZC ?

với Io = ωCUo là biên độ của dòng điện qua

tụ điện

Vì u = Uosinωt.= Uocos( tω −π)

2 nên ta thấy dòng điện qua tụ điện sớm pha π

2 đối với hiệu điện thế

3 Giản đồ vectơ

Như vậy, trên giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện, vectơ Ur lập với vectơ rI một góc π

2 theo chiều âm (xem Hình 38.4)

Hình 38.4 Giản đồ vectơ cho đoạn mạch

chỉ có tụ điện và pha ban đầu của dòng

Cω

1

(38.3)Thì :

I =C

U

Z (38.4)Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc ω, đại lượng ZC giữ vai trò tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi

và được gọi là dung kháng của tụ điện.Đơn vị của dung kháng cũng là đơn vị của điện trở

GV : Viết biểu thức dòng điện

xoay chiều chạy qua cuộn dây thuần cảm ?

GV : Viết biểu thức suất điện

động cảm ứng xuất hiện trong cuộn cảm ?

GV : Với quy ước : chiều

dương của dòng điện của dòng điện là chiều chạy từ A đến B

Hãy tìm biểu thức của hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây ?

GV : Hướng dẫn học sinh biến

đổi biểu thức hiệu điện thế giữa

2 bản của cuộn dây

GV : So sánh pha của u và i ?

GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ

quay rI biểu diễn cường độ dòng điện i = Iocosωt hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ?

GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ

quay Ur biểu diễn hiệu điện thế

Hình 39.1 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát tác

dụng của cuộn cảm trong mạch điện

2 Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và hiệu điện thế

Giả sử có một dòng điện xoay chiều cường độ :

Dòng điện qua cuộn cảm thuần biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng trễ pha π

HS : Cản trở dòng

điện GV : Em hãy so sánh biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch

một chiều chỉ có điện trở R ?

GV : Vai trò của ZL giống đại lượng nào ?

GV : Nêu ý nghĩa của ZL ?

Hình 39.4 Giản đồ vectơ cho đoạn mạch

chỉ có cuộn cảm thuần và pha ban đầu của

dòng điện bằng không.

4 Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần Cảm kháng.

Chia hai vế của biểu thức Uo = ωLIo cho 2 ta có U = ωLI Nếu đặt

ZL = ωL (39.3)

Thì I =

L

U

Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc ω, đại lượng ZL = ωL đóng vai trò

tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi và được gọi là cảm kháng Đơn

vị của cảm kháng cũng là đơn vị của điện trở

IV / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ :

Trả lời câu hỏi 1, 2, và làm bài tập 1, 2,3,4,5

V: RÚT KINH NGHIỆM

………

………

………

………

Ngày soạn :

Tiết : 45 + 46

I / MỤC TIÊU :

 Biết cách vẽ và dùng giản đồ vectơ để nghiên cứu đoạn mạch RLC nối tiếp

 Nắm được quan hệ giữa hiệu điện thế với cường độ dòng điện, biết cách tính tổng trở Z, độ lệch pha ϕ của đoạn mạch RLC nối tiếp

 Nắm được hiện tượng và điều kiện để xảy ra cộng hưởng

II / CHUẨN BỊ :

1 / Giáo viên :

Cuộn dây, điện trở, tụ điện, nguồn điện xoay chiều

2 / Học sinh :

Xem lại giản đồ vectơ của các bài 36 + 37 + 38 + 39

II / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC :

GV : Viết công thức hiệu

điện thế của mạch điện một chiều mắc nối tiếp ?

GV : Giáo viên cho biết các

công thức đó vẫn đúng cho các giá trị tức thời của mạch điện xoay chiều ?

GV : Viết biểu thức cường

độ dòng điện qua mạch ?

GV : Viết biểu thức hiệu

điện thế ở hai đầu mỗi dụng

cụ ?

GV : Hiệu điện thế ở 2 đầu

đoạn mạch biến thiên điều hòa với tần số bao nhiêu ?

GV : Tại thời điểm t = 0,

vectơ quay rI biểu diễn cường độ dòng điện i = Iocos

ωt hợp với trục Ox một góc

bao nhiêu ?

GV : Tại thời điểm t = 0,

vectơ quayU , U , UrR rL rCbiểu diễn các hiệu điện thế uR , uL,

uC , hợp với trục Ox một góc

1 Các giá trị tức thời trên từng phần của đoạn mạch

Xét đoạn mạch gồm một điện trở thuần R, một cuộn cảm thuần có độ tự cảm

L và một tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp

Hình 40.1 Sơ đồ đoạn mạch có R, L, C

mắc nối tiếp

Giả sử cường độ dòng điện trong đoạn mạch có biểu thức i = Iocosωt Biểu thức của các hiệu điện thế tức thời :

A, B là :

u = uR + uL + uC (40.1)

BÀI 28: MẠCH R,L,C MẮC NỐI TIẾP- CỘNG

HƯỞNG ĐIỆN

GV : Hướng dẫn học sinh

thành lập biểu tổng trở của đoạn mạch ?

GV : Em hãy so sánh biểu

thức định luật Ôm cho đoạn mạch một chiều chỉ có điện trở R ?

GV : Vai trò của ZAB giống đại lượng nào ?

GV : Nêu ý nghĩa của Z ?

GV : Hướng dẫn học sinh

tìm biểu thức xác định độ lệch pha giữa hai đầu đoạn mạch ?

2 Giản đồ vectơ Quan hệ giữa cường

độ dòng điện và hiệu điện thế a) Giản đồ vectơ

Hình 40.2 Giản đồ vectơ vẽ theo quy tắc

U = UR2 +(UL−U )C 2

(40.4)Thay U = IR; UL = I.ZL; UC = I.ZC vào công thức (40.4), ta tìm được cường

và được gọi là tổng trở của đoạn mạch

c) Độ lệch pha của hiệu điện thế so với dòng điện.

tgϕ = ZL ZC

R

−

(40.7)Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng thì ϕ > 0, dòng điện trễ pha đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, thì ϕ < 0, dòng điện sớm pha đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch

3 Cộng hưởng điện

Nếu giữ nguyên giá trị của hiệu điện thế hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc ω đến một giá

GV : Nếu giữ nguyên giá trị

của hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc ω đến một giá trị sao cho cảm kháng bằng dung kháng ?

GV : Hiệu điện thế tức thời

giữa hai bản tụ điện và hai đầu cuộn cảm có đặc điểm gì

GV : Đặc điểm của đường 1

GV : Giới thiệu ý nghĩa vật

lý của đường cong cộng hưởng ?

trị sao cho ZL- ZC = 0thì có hiện tượng đặc biệt xảy ra trong mạch, gọi là hiện tượng cộng hưởng điện

- Tổng trở của đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu :

Ngày soạn :

BÀI TẬP

Tiết : 47

I.MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:

-Kiến thức trọng tâm: Vận dụng các công thức về mạch điện R,L,C Khảo sát trường hợp mạch có

cộng hưởng

-Kỹ năng: Vẽ giản đồ vec tơ – đổi đơn vị , tính toán

-Liên hệ thực tế :

II.PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC: Phát vấn + Diễn giảng

III.CHUẨN BỊ CỦA THẦY VÀ TRÒ:

-Chuẩn bị của thầy: Sưu tầm một số bài tập thêm

-Chuẩn bị của trò: Làm bài tập ở nhà

TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY -Ổn định tổ chức:

-Kiểm tra bài cũ: Nhắc lại các công thức trong đoạn mạch RLC Điều kiện xảy ra cộng hưởng điện

Thời

lượng Nội dung Hoạt động của thầy và trò

20ph Bài 1: Một đoạn mạch RLC gồm 1 điện trở thuần 30Ω ,

một cuộn cảm 0,2H , 1 tụ điện 50,7µF được mắc nối tiếp

vào mạng điện 120V-50Hz

a) Tính tổng trở của đoạn mạch và dòng điện đi qua

đoạn mạch b) Tính độ lệch pha giữa hiệu điện thế 2 đầu mạch và

dòng điện chạy trong mạch Giải thích kết quả của phép tính

c) Vẽ giản đồ vec tơ cho các hiệu điện thế giữa 2 đầu

R , của L và của C và của toàn mạch

1

62,8 Ω Tổng trở và dòng điện hiệu dụng qua mạch :

C L

Trong mạch có cộng hưởng vì Z L = Zω

c)Chọn trục 0x nằm ngang là trục dòng điện

Gv: Đọc đề chậm rỏ , học sinh tóm tắt đề

Gv: Gọi học sinh lên bảng tóm tắt đề , đổi

đơn vị , xác định các đại lượng cần tìm

Gv: Gọi học sinh lên bảng tính câu a) – Gọi

học sinh khác nhận xét

H: Nêu công thức tính tgϕ ?

H: Để biểu diễn các vec tơ ta phải làm thế

nào ? hãy nêu cách vẽ ?

b) Viết biểu thức dòng điện qua mạch và hiệu điện

thế gữa 2 điểm MB ( tụ C và R) c) Phải mắc với tụ ω 1 tï điện C0 = ? và mắc như thế

nào để có hiện tượng cộng hưởng trong mạch

Giải :

u = 200 2 cos ( 100πt +

3

π) (V)

Z L = L ω = 100 Ω

Z C = 1/ C ω = 200 Ω

C L

2 (Z Z )

R + − = 100 2 = 141,4 Ω

I =

2100

2

100Z

⇒ < 0

i nhanh pha hơn u một góc

4π

63 π

u MB trễ pha hơn i là

180

5,

63 π

U 0MB = I 0

2 c

2 Z

R + = 316 VVậy u = 316 cos (100 πt + 1,83 -

180

5,

63 π)

Gv: Gọi học sinh lên bảng giải bài tập 2 –

gọi học sinh khác nhận xét

B B

L

1CLC

1

(F) > C Vậy phải mắc tụ C 0 song song với tụ C

Khi đó : C B = C + C 0 ⇒C 0 = C B – C =

π2

1.10 -4 F

Củng cố kiến thức: (5ph): Phương pháp giải toán

Bài tập về nhà: Làm tiếp các bài tập còn lại

Rút kinh nghiệm :

XOAY CHIỀU

HỆ SỐ CƠNG SUẤT

III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC :

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo

học sinh biến đổi

biểu thức công suất

GV : Giá trị trung

bình của số hạng thứ nhất trong biểu thức ?

GV : Giá trị trung

bình của số hạng thứ hai trong biểu thức ?

GV : Công suất của

dòng điện xoay chiều trong mạch ?

1 Công suất tức thời

Xét một đoạn mạch xoay chiều có dòng điện i = Iocosωt chạy qua Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch

u = Uocos(ωt + ϕ) Công suất tức thời :

p = ui = UoIocosωt.cos(ωt + ϕ)

Thay Uo = U 2, Io = I 2

p = UIcosϕ + UIcos(2ωt + ϕ) (41.1)

2 Công suất trung bình

Công suất trung bình của dòng điện tính trong một khoảng thời gian ∆t

Để tính công suất P, ta hãy tính giá trị trung bình của từng số hạng trong vế phải của biểu thức (41.1) Số hạng thứ nhất không phụ thuộc thời gian nên sau khi lấy trung bình vẫn có giá trị không đổi, đó là UIcosϕ Số hạng thứ hai là hàm tuần hoàn dạng sin của thời gian với chu