Giáo án Vật lý 12 bài 15: Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 BÀI 15 CÔNG SUẤT TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HỆ SỐ CÔNG SUẤT 1.. MỤC TIÊU a.Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa và thiết lập được công thức của công suất trun

GIÁO ÁN VẬT LÝ 12

BÀI 15 CÔNG SUẤT TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

HỆ SỐ CÔNG SUẤT

1 MỤC TIÊU

a.Kiến thức:

- Phát biểu được định nghĩa và thiết lập được công thức của công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều

- Phát biểu được định nghĩa của hệ số công suất

- Nêu được vai trò của hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều

- Viết được công thức của hệ số công suất đối với mạch RLC nối tiếp

b Kĩ năng:

- Rèn cho hs kĩ năng vận dụng công thức tính công suất trung bình tiêu thụ trong mạch xoay chiều, hệ số công suất vào giải các bài tập trong sgk, sbt và các bài tương tự

c Thái độ:

- Nghiêm túc, tích cực và hợp tác trong học tập

2 CHUẨN BỊ

a Giáo viên:

- Giáo án, tài liệu tham khảo nếu có

b Học sinh:

- Ôn lại các kiến thức về mạch RLC nối tiếp

Sách, vở, đồ dùng đúng quy định

3- Tiến trình dạy học

a Kiểm tra bài cũ: “Không - kết hợp với bài giảng”

b Bài giảng mới

Hoạt động 1: “Đặt vấn đề vào bài giảng mới”

GV: Đặt vấn đề vào bài giảng mới

“Khi nghiên cứu về dòng điện không đổi, ta đã

biết P = U.I Trong đó U là hiệu điện thế giữa

hai đầu đoạn mạch(V); I là cường độ dòng điện

trong mạch(A); P công suất tiêu thụ trên đoạn

mạch( W) Vậy đối với mạch xoay chiều thì công

suất tiêu thụ tính toán như thế nào? Ta nghiên

cứu bài hôm nay”

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề cần nghiên

cứu

Hoạt động 2: “Công suất của mạch điện xoay

chiều”

GV: - Xét mạch điện xoay chiều (HV) Biết điện

áp tức thời hai đầu đoạn mạch:

u = U 2cost

và cường độ dòng điện tức thời trong mạch:

i = I 2cos(t+ )

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Tại một thời điểm t, i trong mạch chạy theo

1 chiều nào đó  xem tại thời điểm t, dòng điện

trong mạch là dòng 1 chiều

Vậy: Công suất tiêu thụ trong mạch tại thời điểm

t? và Giá trị trung bình của công suất điện trong 1

chu kì?

I- CÔNG SUẤT CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

1 Biểu thức của công suất

* Xét một mạch điện xoay chiều như (hv)

HS: Lắng nghe và trả lời câu hỏi của gv

GV: - Nhận xét và khái quát vấn đề

p = ui

- Viết tường minh thì công thức tức thời của

mạch xoay chiều có giá trị như thế nào?

HS: Tại chỗ trả lời

p = u.i = 2UI cost cos(t+ )

= UI [cos + cos(2t+ )]

GV : Nhận xét và chính xác hóa vấn đề về công

suất tức thời tại thời điểm t

HS : Lắng nghe và ghi nhớ

GV : Giá trị trung bình của công suất điện trong 1

chu kì?

HS: Tại chỗ trả lời

P = pUI cos   cos( 2 t  )

GV: Trong công thức đó thì cos có giá trị như

thế nào?

HS: Tại chỗ trả lời coscos

Vì cos không đổi

GV: Còn cos(2t) là một hàm tuần hoàn của

t, với chu kì bao nhiêu?

HS: Tại chỗ trả lời

Chu kì 2

T



  (T 2



- Điện áp hai đầu mạch

u = U 2cost

- Cường độ dòng điện tức thời trong mạch

i = I 2cos(t+ )

Mạc h i

~

GV: Hướng dẫn hs tính giá trị trung bình của

cos(2t)

Trong từng khoảng thời gian T/2 hoặc T, hàm

cos(2t + ) luôn có những giá trị bằng nhau về

trị tuyệt đối, nhưng trái dấu tại thời điểm t, t + T/

4

) 2

cos(

) 2

cos(

) 4

2 2

( cos )

2

(

2

cos



























































t t

T t

T

t

Vậy cos( 2 t )  0

- Kết quả giá trị trung bình của p tiêu thụ trong

một chu kì sẽ là: P = U I cos 

GV: Điện năng tiêu thụ của mạch xoay chiều

được xác định như thế nào? Ta sang tiểu mục 2

phần I

HS: Ghi nhớ và công nhận công thức tính điện

năng tiêu thụ của mạch

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp sang phần II

“Thừa số cos  trong công thức (1) được gọi là

hệ số công suất”

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề cần nghiên

cứu

Hoạt động 2: “Nghiên cứu hệ số công suất”

GV: Trong mạch R, L, C mắc nối tiếp thì  có

giá trị là bao nhiêu?  cos  có giá trị như thế

nào?

- Công suất điện tiêu thụ trung bình trong một chu kì

P =UIcos (1)

- Nếu thời gian dùng điện t >> T, thì P cũng là công suất tiêu thụ điện trung bình của mạch trong thời gian đó (U, I không thay đổi)

2 Điện năng tiêu thụ của mạch điện

W = P t (2)

II- HỆ SỐ CÔNG SUẤT

1/ Biểu thức của hệ số công suất

- Hệ số công suất cos 

- Vì góc  có giá trị tuyệt đối không vượt quá 900, nên 0  cos  1

HS: Suy nghĩ trả lời

GV: Nhận xét và chính xác hóa về hệ số cos 

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Y/c HS hoàn thành C2 ( thảo luận nhóm

theo tổ)

HS : Thực hiện yc của gv

GV : Yêu cầu hs treo bảng phụ và cử đại diện 01

hs trong nhóm trình bày

HS : Thực hiện theo yêu cầu của gv

GV : Cùng hs các nhóm khác nhận xét

HS : Các nhóm hợp tác với gv và ghi nhớ

GV : Đặt vấn đề chuyển tiếp sang tiểu mục 2

phần II

Trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng

hệ số công suất có tầm quan trọng như thế nào ?

HS : Lắng nghe và nhận thức vấn đề cần nghiên

cứu

GV : Các thiết bị tiêu thụ điện trong nhà máy

(Trong các động cơ điện) bao giờ cũng có các

cuộn dây, nên cường độ i nói chung lệch pha  so

với điện áp u Khi vận hành ổn định công suất

trung bình p giữ không đổi  Công suất trung

bình trong các nhà máy?

HS : Trả lời

P = UIcos với cos > 0

GV: Nếu r là điện trở của dây dẫn  công suất

hao phí trên đường dây tải điện?

GV: Hệ số công suất ảnh hưởng như thế nào đến

2/ Tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng

- Các động cơ, máy móc khi vận hành ổn định, công suất trung bình được giữ không đổi và bằng:

P = UIcos với cos > 0 Cường độ dòng điện hiệu dụng

 cos

U

I  P

- Nếu r là điện trở của đường dây tải điện thì công suất hao phí trên đường dây tải điện là



2 2

2 2

cos

1

U r I r

- Nếu hệ số công suất cos nhỏ  Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh

sản xuất kinh doanh ?

HS: Tại chỗ trả lời

GV: Khái quát vấn đề

“Nếu cos nhỏ  Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản

xuất kinh doanh của công ti điện lực” nên Nhà

nước quy định hệ số công suất trong các cơ sở

sử dụng điện năng tối thiểu là : cos  0,85

HS : Lắng nghe và ghi nhớ

GV : Trong mạch xoay chiều R, L, C mắc nối

tiếp thì hệ số công suất được xác định như thế

nào ?

GV : Thuyết trình như sgk

- Giả sử điện áp hai đầu mạch điện là:

u = U 2cost

- Cường độ dòng điện tức thời trong mạch:

i = I 2cos(t+ )

- Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch ta có

biểu thức

2 ( 1 )2

I

Z

C





- Mặt khác giản đồ véc tơ ta có :

1

R











của công ti điện lực

- Quy định hệ số công suất trong các cơ

sở sử dụng điện năng tối thiểu bằng 0,85

3/ Tính hệ số công suất của mạch điện

R, L, C nối tiếp

Z

R





cos

cos







C L R

R







- Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch

2 2

Z

U R Z

R Z

U U I















P

cos R

Z

 

HS : Lắng nghe và ghi nhớ

GV : Em có nhận xét gì về công suất trung bình

tiêu thụ trong mạch?

HS : Trả lời

GV : Nhận xét và khái quát vấn đề

“ Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch bằng

công suất toả nhiệt trên R”

HS : Lắng nghe và ghi nhớ

c Củng cố- dặn dò

GV: Hệ thống nội dung bài giảng

- Định nghĩa và thiết lập được công thức của công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều

- Phát biểu được định nghĩa của hệ số công suất

- Vai trò của hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều

HS: Lắng nghe và lĩnh hội kiến thức

d Hướng dẫn học ở nhà :

GV: Yêu cầu hs:

- Học bài theo phần ghi nhớ, làm bài tập trong sgk và sbt và đọc trước bài mới

HS: Lắng nghe và nhận nhiệm vụ học tập