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

MỤC TIÊU CẦN ĐẠT a.Về 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

GIÁO ÁN VẬT LÝ 12

BÀI 13:

1 MỤC TIÊU CẦN ĐẠT

a.Về 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 trong mạch điện xoay chiều

- Viết được công thức tính dung kháng và cảm kháng

b Về kỹ năng

- Biết áp dụng công thức định luật ôm, đặc điểm đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, cuộn cảm thuần, tụ điện để làm các bài tập đơn giản

c Về thái độ

- Rèn luyện phong cách làm việc khoa học, độc lập nghiên cứu, tác phong lành mạnh và có tính tập thể

2 CHUẨN BỊ

a Giáo viên

- Một số dụng cụ thí nghiệm như , ampe kế, vôn kế, một số điện trở, tụ điện, cuộn cảm để minh hoạ

- Giáo án, tài liệu tham khảo

b Học sinh

- Ôn lại các kiến thức về tụ điện: q = Cu và i di

dt

 và suất điện động tự cảm

di

dt



- Sách,vở ghi và dụng cụ học tập 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 CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH NỘI DUNG

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

GV: Đặt vấn đề vào bài giảng mới

“Ở lớp 11 ta đã nghiên cứu dòng không đổi và

biết được mối quan hệ giữa dòng điện và hiệu

đêịn thế giữa hai đầu đoạn mạch Chương trình

vật lí 12 chương này chúng ta khảo sát mối

quan hệ giữa cường độ tức thời và điện áp hiệu

dụng có mối quan hệ với nhau như thế nào

trong các đoạn mạch xoay chiều có chứa điện

trở thuần hoặc tụ điện hoặc chỉ có cuộn thuần

cảm như thế nào? Rồi biểu thức của định luật

Ôm cho các loại đoạn mạch đó có dạng như

thế nào?”

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề nghiên

cứu

* Mối quan hệ giữa u và i trong đoạn mạch xoay chiều

Khảo sát mạch điện xoay chiều như hình vẽ



MẠCH

i

GV: Khảo sát một mạch điện xoay chiều như

hình vẽ Tìm mối quan hệ giữa u và i trong

đoạn mạch đó

HS: Lắng nghe và lĩnh hội kiến thức

GV: Viết biểu thức của dòng điện xoay chiều

TQ

HS: Thực hiện yêu cầu của gv

i = I0cos(t + i)

GV: Ta sẽ đi tìm biểu thức của u ở hai đầu

đoạn mạch

GV: Trình bày kết quả thực nghiệm và lí

thuyết để đưa ra biểu thức điện áp hai đầu

mạch

HS: ghi nhận các kết quả

- Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch có dạng:

i = I0cos( t  i) = I 2cos(t+i) Chọn i = 0

sao cho phương trình dòng điện tức thời trong đoạn mạch có dạng

i = I0cost = I 2cos t

Khi đó: điện áp xoay chiều ở hai đầu mạch điện:

u = U0cos(t+ u) = U 2cos(t+ u) Gọi  = u- i là độ lệch pha giữa u và i

* Các trường hợp đặc biệt:

- Nếu  > 0: u sớm pha  so với i

- Nếu  < 0: u trễ pha || so với i

- Nếu  = 0: u cùng pha với i

I- MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN

Hoạt động 2: “ Tìm hiểu mạch điện xoay

chiều chỉ có điện trở”

GV: Nhắc cho HS khái niệm điện trở thuần

HS: Tiếp thu, ghi nhận

GV:Xét mạch điện xoay chiều chỉ có R(hv)

Trong mạch lúc này sẽ có i  dòng điện này

như thế nào?

HS: Biến thiên theo thời gian t (dòng điện

xoay chiều)

GV: Hướng dẫn hs xây dựng biểu thức của

định luật Ôm đối với mạch xoay chiều chỉ có

điện trở thuần

HS: Lắng nghe và hợp tác với gv

GV: Tuy là dòng điện xoay chiều, nhưng tại

một thời điểm, dòng điện i chạy theo một

chiều xác định Vì đây là dòng điện trong kim

loại nên theo định luật Ôm, i và u tỉ lệ với nhau

như thế nào?

GV: Trong biểu thức điện áp u, U0 và U là gì?

- Dựa vào biểu thức của u và i, ta có nhận xét

gì về quan hệ giữa u và i?

HS: Trả lời

TRỞ

- Xét mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở (hv)

* Điện trở thuần là điện trở của các vật dẫn

thường mà khi dòng điện đi qua nó chỉ gây t/d nhiệt

- Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều:

u = U0cost = U 2cost

- Theo định luật Ôm: i ~ u t

R

U R

u

i  2 cos 

Nếu ta đặt: I  U R Thì

t I

i  2 cos 

* Chú ý: Trong biểu thức điện áp

- u là điện áp tức thời

- U là điện áp hiệu dụng

- U0 là điện áp cực đại

*Kết luận:

1 Định luật Ôm đối với mạch điện xoay

~

u R

GV: Chính xác hoá các kết luận của HS và Y/c

hs phát biểu định luật Ôm đối với dòng điện

một chiều trong kim loại

GV: Đối đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở

thuần thì u& i đồng pha và ta có thể biểu diễn

quan hệ giữa chúng trên cùng một giản đồ như

sau

HS: Lắng nghe và ghi nhận

Hoạt động 3: “ Tìm hiểu về mạch điện xoay

chiều chỉ có tụ điện”

GV: Sử dụng sơ đồ hình 13.3 Sgk Trình bày

tác dụng của tụ đối với dòng điện một chiều và

dòng điện xoay chiều

HS: Quan sát mạch điện, lắng nghe và ghi

nhận các kết quả thí nghiệm

GV:Qua hai thí nghiệm em có nhận xét gì về

tác dụng của tụ điện

HS:+ Tụ điện không cho dòng điện một chiều

đi qua

+ Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi

qua”

chiều thuần điện trở:

Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch

2 u và i cùng pha.

I- MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN

1/ Thí nghiệm

- Kết quả:

+ Tụ điện không cho dòng điện một chiều

đi qua

+ Dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong những mạch điện có chứa tụ điện

x

0

U I 0



0 x

0

U I 0



0

u i

C

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp sang tiểu mục 2

phần II

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề nghiên

cứu

GV: Hợp tác cùng hs xây dựng biểu thức định

luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện

HS: Hợp tác với gv

GV: Ta nối hai đầu tụ điện vào một nguồn điện

xoay chiều để tạo nên điện áp u giữa hai bản

của tụ điện

- Có hiện tượng xảy ra ở các bản của tụ điện?

- Giả sử trong nửa chu kì đầu, A là cực dương

 bản bên trái của tụ sẽ tích điện gì?

HS: Tại chỗ trả lời

GV: Độ biến thiên điện tích q cho phép ta tính

i trong mạch Vậy cường độ dòng điện ở thời

điểm t xác định bằng công thức nào?

HS: Tại chỗ trả lời

GV: Khi t và q vô cùng nhỏ q

t



 có giá trị ntn?

HS: Trả lời

GV:Ta nên đưa về dạng tổng quát

2/ Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

a - Đặt điện áp u giữa hai bản của tụ điện:

u = U0cost = U 2cost

- Điện tích bản bên trái của tụ điện:

q = Cu = CU 2cost

- Giả sử tại thời điểm t, dòng điện có chiều như hình, điện tích tụ điện tăng lên

- Sau khoảng thời gian t, điện tích trên bản tăng q

- Cường độ dòng điện ở thời điểm t:

q i t







- Khi t và q vô cùng nhỏ

i = I0cos(t + ) để tiện so sánh, –sin  cos

HS: viết lại biểu thức của i và u (i nhanh pha

hơn u góc /2  u chậm pha hơn i góc /2)

GV: ZC đóng vai trò gì trong công thức?

HS:So sánh với định luật Ôm, có vai trò tương

tự như điện trở R trong mạch chứa điện trở

GV:ZC có đơn vị là gì? 1

C

Z

C





HS:Trả lời CH C4

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

















C

s A s V

C

s

1 1

GV:Dựa vào biểu thức của u và i, ta có nhận

xét gì?

HS:Trong mạch chứa tụ điện, cường độ dòng

điện qua tụ điện sớm pha /2 so với điện áp

hai đầu tụ điện (hoặc điện áp ở hai đầu tụ điện

t U

C t

d

q d

i    2 sin 















2 cos

i

b Đặt: I = UC (*)

thì i I t  và u U 2 cos t

2 cos















I: Cường độ hiệu dụng trong mạch

- Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0

2 cos(

2 cos

i

- Từ biểu thức(*) ta có thể viết:

và đặt: Z C C1 Thì

C

Z

U

I  (**)

trong đó ZC gọi là dung kháng của mạch(Ω))

* Định luật Ôm: (Sgk)

c So sánh pha dao động của u và i + i sớm pha /2 so với u (hay u trễ pha /2

so với i)

0

0 •

x

0

I 

trễ pha /2 so với cường độ dòng điện).

GV:Nói cách khác: Trong mạch điện xoay

chiều, tụ điện là phần tử có tác dụng làm cho

cường độ dòng điện tức thời sớm pha /2 so

với điện áp tức thời

Dựa vào biểu thức định luật Ôm, ZC có vai

trò là điện trở trong mạch chứa tụ điện  hay

nói cách khác nó là đại lượng biểu hiện điều

gì?

HS: Biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều

GV:Tại sao tụ điện lại không cho dòng điện

không đổi đi qua?

HS: Vì dòng điện không đổi (f = 0)  ZC = 

 I = 0

GV: Khi nào thì dòng điện qua tụ dễ dàng

hơn?

C

Z

C



 ta thấy: Khi  nhỏ (f nhỏ) 

ZC lớn và ngược lại

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

c Củng cố - dặn dò:

GV: Hướng dẫn hs giải bài tập ví dụ trong sgk: Cho bt điện áp ở 2 đầu đoạn mạch là:

u = 220 2cos 1000 t (V)

Tính dung kháng và viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch?

HS: Giải bài tập theo hướng dẫn của GV

d Hướng dẫn học ở nhà

GV: Giao nhiệm vụ về nhà cho HS: CH 1 a,b và BT 3 (sgk/74)

HS:Ghi chép yêu cầu của GV,chuẩn bị cho bài sau: Đọc “Mạch điện xoay chiều chỉ có

cuộn cảm”