giáo án bài đại cương dòng điện xoay chiều được soạn theo mẫu giáo án mới gồm 5 bước Khởi động, hình thành kiến thức, luyện tập, vận dụng, mở rộng. Giáo án có thêm cột nội dung để theo dõi được nội dung ghi bài của học sinh
Trang 1Ngày soạn: / …./ 2018 Ngày dạy: / / 2018 Lớp: 12…
ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
I Mục tiêu bài học
1 Kiến thức
-Phát biểu được định nghĩa về dòng điện xoay chiều, viết được biểu thức cường độ tức thời của dòng điện xoay chiều
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức cường độ hiệu dụng , điện áp hiệu dụng
-Viết được biểu thức của công suất tức thời của dòng điện xoay chiều chạy qua một điện trở
2 Kỹ năng:
-Giải thích tóm tắt nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều
-Nêu được thí dụ về đồ thị của cường độ dòng điện tức thời, chỉ ra các đại lượng cường độ dòng điện cực đại
3 Thái độ:
- Tự tin đưa ra các ý kiến cá nhân khi thực hiện các nhiệm vụ ở lớp, ở nhà
- Chủ động trao đổi, thảo luận với các HS khác và với GV
- Hợp tác chặt chẽ với các bạn khi thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu, thí nghiệm ở nhà
4 Năng lực định hướng hình thành và phát triển cho học sinh
- Năng lực giải quyết vấn đề,tóm tắt những thông tin liên quan từ nhiều nguồn khác nhau (từ các thí nghiệm khác nhau); xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới
- Năng lực tự học, đọc hiểu và giải quyết vấn đề
- Năng lực hợp tác nhóm: trao đổi thảo luận, trình bày kết quả thảo luận
- Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin:
II Chuẩn bị
1 Giáo viên Mô hình đơn giản về máy phát điện xoay chiều
2 Học sinh - Ôn lại khái niệm về dòng điện không đổi , dòng điện biến thiên, định luật
Jun- len xơ
- Ôn lại các tính chất của hàm điều hòa( hàm sin hay cosin)
Trang 2III Tiến trình bài học
Hoat động 1: Khởi động (5 phút)
A Mục tiêu:
Từ các tình huống được thực hiện để tạo cho học sinh sự quan tâm đến vấn đề dòng điện xoay chiều đặt được các câu hỏi để tìm hiểu khái niệm dòng điện xoay chiều, cách tạo
ra dòng điện xoay chiều và các giái trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều
B Tổ chức hoạt động:
Chuyển giao
nhiệm vụ học
tập
Giáo viên cho học sinh quan sát 1 số các dụng cụ tiêu thụ điện : Đèn pin, bàn là, bếp điện, máy bơm nước và yêu cầu học sinh chỉ ra các dụng cụ dùng dòng điện 1 chiều và các dụng cụ dùng dòng điện xoay chiều
và nhận xét xem trong thực tế chúng ta hay sử dụng dòng
1 chiều hay xoay chiều Yêu cầu học sinh thảo luận về dòng điện xoay chiều và đặt ra các câu hỏi cần nghiên cứu về dòng điện xoay chiều
+ Khái niệm về dòng điện xoay chiều?
+ Cách tạo ra dòng điện xoay chiều?
+ Các giá trị thường được sử dụng để tính toán các mạch điện xoay chiều ( Giá trị hiệu dụng)?
+ Dòng điện xoay chiều được ứng dụng như thế nào trong các lĩnh vực của đời sống, kĩ thuật?
Thực hiện
nhiệm vụ
Học sinh trao đổi nhóm chỉ ra các dụng cụ dùng dòng xoay chiều và dòng 1 chiều và rút ra nhận xét
Thảo luận về dòng điện xoay chiều và đặt ra các câu hỏi nghiên cứu
-Thảo luận trước lớp để xác định vấn đề nghiên cứu thông qua việc trao đổi các câu hỏi cần nghiên cứu
Báo cáo kết
quả
Cá nhân phát biểu ý kiến
Đánh giá nhận
xét, kết luận
- Thống nhất vấn đề nghiên cứu
Có thể diễn đạt vấn đề gồm các câu hỏi như sau:
+ Khái niệm về dòng điện xoay chiều?
+ Cách tạo ra dòng điện xoay chiều?
+ Các giá trị thường được sử dụng để tính toán các mạch điện xoay chiều ( Giá trị hiệu dụng)?
+ Dòng điện xoay chiều được ứng dụng như thế nào trong các lĩnh vực của đời sống, kĩ thuật?
Hoat động 2: Hình thành kiến thức (25 phút)
Hoạt động 2 Tìm hiểu các khái niệm về dòng điện xoay chiều (7 phút)
Trang 3A Mục tiêu:
Học sinh thực hiện được các nhiệm vụ nghiên cứu để xác biết được thế nào là dòng điện xoay chiều , cách tạo ra dòng điện xoay chiều ,
B Tổ chức hoạt động:
Chuyển
giao
nhiệm vụ
học tập
Yêu cầu Học sinh làm việc nhóm, đọc sách giáo
khoa để biết được thế nào là dòng điện xoay
chiều, Chỉ ra các giá trị cực đai, giá trị tức thời,
chu kì tần số của dòng điện xoay chiều, dạng đồ
thị của dòng điện xoay chiều
Y/c HS hoàn thành C2, C3
I Khái niệm về dòng điện xoay chiều
- Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin, với dạng tổng quát:
i = Imcos(ωt + ϕ)
* i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời
của i (cường độ tức thời).
* Im > 0: giá trị cực đại của
i (cường độ cực đại)
* ω > 0: tần số góc
2
2 f
T
π
ω= π = f: tần số của i
T: chu kì của i
* (ωt + ϕ): pha của i
* ϕ: pha ban đầu
Thực
hiện
nhiệm vụ
Học sinh làm việc nhóm, đọc sách giáo khoa để
biết được cách tạo ra dòng điện xoay chiều,viết
được công thức tính suất điện động xoay chiều và
dòng điện xoay chiều
Báo cáo
kết quả
Cá nhân phát biểu ý kiến
Đánh giá
nhận xét,
kết luận
Xác nhận kiến thức đúng
Trả lời C2
a 5A; 100π rad/s; 1/50s; 50Hz; π/4 rad
b 2 2A; 100π rad/s; 1/50s; 50Hz; -π/3 rad
c i = 5 2cos(100πt ± π) A
→ 5 2A; 100π rad/s; 1/50s; 50Hz; ± π rad
trả lời C3 i =Imcos(ωt+ϕ)→ cos 2
8
m m
T
I I
T
→cos ( ) 1 cos 0
4
π
4rad
π
ϕ = +
2 Khi
8
T
t= thì i = Im
4
m
i I= ωt+π → t = 0 → cos
m m
I
i I= π =
Hoạt động 2.2 Tìm hiểu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều (8 phút)
A Mục tiêu:
Trang 4- Thông qua hoạt động học sinh hiểu dược nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều
B Tổ chức hoạt động:
Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung cần đạt
Chuyển giao
nhiệm vụ học
tập
Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, khép kín, quay quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong từ trường đều Br có phương ⊥ với trục quay
Yêu cầu Học sinh làm việc nhóm, đọc sách giáo khoa để biết được cách tạo
ra dòng điện xoay chiều,viết được công thức tính suất điện động xoay chiều và dòng điện xoay chiều
Biểu thức từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường đều?
Ta có nhận xét gì về suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây?
Ta có nhận xét gì về về cường độ dòng điện xuất hiện trong cuộn dây?
→ Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều?
II Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều
- Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, khép kín, quay quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong từ trường đều Br có phương
⊥ với trục quay
- Giả sử lúc t = 0, α = 0
- Lúc t > 0 →α = ωt, từ thông qua cuộn dây:
Φ = NBScosα = NBScosωt với N là số vòng dây, S là diện tích mỗi vòng
- Φ biến thiên theo thời gian t nên trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng:
d
e NBS sin t
dtΦ ω ω
= − =
- Nếu cuộn dây kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng
cho bởi: i NBS sin t
R
=
Vậy, trong cuộn dây xuất hiện
dòng điện xoay chiều với tần số góc ω và cường độ cực đại:
m
NBS I
R
ω
=
Nguyên tắc: dựa vào hiện tượng
cảm ứng điện từ
Thực hiện
nhiệm vụ
theo sự dẫn dắt của GV để tìm hiểu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều
Báo cáo kết
quả
Báo cáo kết quả theo sơ đồ câu hỏi giáo viên nêu
Đánh giá nhận
xét, kết luận
Thực tế ở các máy phát điện người ta
để cuộn dây đứng yên và cho nam châm (nam châm điện) quay trước cuộn dây đó Ở nước ta f = 50Hz
Trang 5Hoạt động 2.3 Tìm hiểu về giá trị hiện dụng (10 phút)
A Mục tiêu:
- Học sinh xác định được công suất trung bình của dòng điện xoay chiều và từ đó đưa
ra công thức tính giá trị hiệu dụng
B Tổ chức hoạt động:
Chuyển
giao nhiệm
vụ học tập
GV: Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt như dòng điện một chiều
Học sinh làm việc nhóm và thực hiện nhiệm vụ học tập để xây dựng công thức tính công suất tức thời, công thức tính công suất trung bình và từ đó rút ra công thức tính giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều
Ta có nhận xét gì về công suất p?
Cường độ hiệu dụng là gì?
Do vậy, biểu thức hiệu điện thế hiệu dung, suất điện động hiệu dụng cho bởi công thức như thế nào?
III Giá trị hiệu dụng
- Cho dòng điện xoay chiều i = Imcos(ωt + ϕ) chạy qua R, công suất tức thời tiêu thụ trong R
p = Ri2 = RI2
mcos2(ωt + ϕ)
Thì
2
m
I
I =
I: giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay
chiều (cường độ hiệu dụng)
* Định nghĩa: (Sgk)
2 Ngoài ra, đối với dòng điện xoay chiều, các đại lượng như hiệu điện thế, suất điện động, cường độ điện trường, … cũng là hàm số sin hay cosin của thời gian, với các đại lượng này
Thực hiện
nhiệm vụ
Thực hiện nhiệm vụ theo sơ đồ câu hỏi của giáo viên
Báo cáo
kết quả
GV: → do đó có tên công suất tức thời
: p biến thiên tuần hoàn theo thời gian
- Giá trị trung bình của p trong 1 chu kì:
cos
2 2
m
p RI= ωt
- Kết quả tính toán, giá trị trung bình của công suất
trong 1 chu kì (công suất trung bình): 1 2
2 m
P p= = RI
- Đưa về dạng giống công thức Jun cho dòng điện không đổi:
P = RI2 .Nếu ta đặt:
2 2
2
m
I
I = Đánh giá
nhận xét,
kết luận
GV: Lưu ý: Sử dụng các giá trị hiệu dụng đa số các
công thức đối với AC sẽ có dùng dạng như các công thức tương ứng của DC
+ Các số liệu ghi trên các thiết bị điện là các giá trị
Giá trị hiệu dụng
Giá trị cực đại
=
Trang 6hiệu dụng.
+ Các thiết bị đo đối với mạch điện xoay chiều chủ
yếu cũng là đo giá trị hiệu dụng
Hoat động 3: Luyện tập (5 phút)
A Mục tiêu:
- Luyện tập vận dụng các kiến thức vừa học
B Tổ chức hoạt động:
Hoạt động của giáo viên và học sinh
Chuyển giao nhiệm vụ học
tập
Giáo viên phát phiếu học tập gồm 4 câu hỏi theo cấp độ và yêu cầu học sinh làm việc cá nhân để trả lời câu hỏi
Thực hiện nhiệm vụ Học sinh làm việc cá nhân để trả lời câu hỏi được giao
Báo cáo kết quả Báo cáo cá nhân
Các bạn khác theo dõi để nhận xét Đánh giá nhận xét, kết luận Giáo viên điều chỉnh để học sinh nhận ra đáp án đúng
Câu 1 ( Nhận biết) Xác định giá trị cực đại, tần số góc của dòng điện xoay chiều có cường
độ i = 5cos(100πt - π/4)(A)
Câu 2 ( Thông hiểu)Tại sao phải quy định thống nhất tần số của các dòng điện xoay chiều
tạo ra trong kỹ thuật?
Câu 3 ( Vận dụng thấp) Trên 1 đèn có ghi 100V-200W.Mạch điện sử dụng có điện áp
U=220V.Để đèn sáng bình thươngf phải mắc thêm vào mạch điện 1 điện trở bằng bao nhiêu
Câu 4 (Vận dụng cao) Biểu thức hiệu điện thế hai đầu một đoạn mạch u = 200cos(ωt) V.
Tại thời điểm t, điện áp u = 100 V và đang tăng Hỏi vào thời điểm t’ = t + điện áp u có giá trị bằng bao nhiêu ? A 100 V B 100 V C 100 V D –100 V
Câu 5( Vận dụng cao) Tại thời điểm t, điện áp xoay chiều u = 200cos(100πt - π/2) V có giá trị 100 V và đang giảm Sau thời điểm đó (s) , điện áp này có giá trị là
Hoat động 4: Vận dụng, tìm tòi mở rộng (10 phút)
A Mục tiêu:
- Học sinh biết vận dụng máy tính trong tổng hợp các dao động điều hòa cùng phương cùng tần số
- Học sinh rèn luyện để hình thành kỹ năng kỹ sảo khi làm bài
- Tìm hiểu vai trò của tổng hợp trong đời sống, kĩ thuật (học sinh làm việc ở nhà và báo cáo thảo luận ở lớp)
B Tổ chức hoạt động:
Trang 7Hoạt động của giáo viên và học
sinh
Nội dung cần đạt
Chuyển
giao nhiệm
vụ học tập
Giáo viên phát phiếu học tập gồm các bài tập tự luận
và yêu cầu học sinh làm việc cá nhân để trả lời câu hỏi
1 Ta có: I = 0
2
I
= 2 2 A; f =
2
ω
π = 60 Hz Trong 2 giây dòng điện đổi chiều 4f = 240 lần
2 Đèn chỉ sáng khi điện áp đặt vào đèn có |u| ≥ 155 V, do
đó trong một chu kì sẽ có 2 lần đèn sáng Trong 1 giây có
1
2π ω = 50 chu kì nên sẽ có 100 lần đèn sáng
3 Ta có: f = n = 50 Hz; ω = 2πf = 100π rad/s; E0 = ωNBS =
220 2 V
4 Ta có: Φ0 = NBS = 6 Wb; ω =
60
n
2π = 4π rad/s; φ =
Φ0cos(B, ) = → →n Φ0cos(ωt + ϕ); khi t = 0 thì (→B, ) = 0→n
ϕ = 0 Vậy φ = 6cos4πt (Wb); e = - φ’= 24πsin4πt =
24πcos(4πt -
2
π ) (V).
Thực hiện
nhiệm vụ
Học sinh làm việc
cá nhân để trả lời câu hỏi được giao Báo cáo
kết quả
Báo cáo cá nhân Các bạn khác theo dõi để nhận xét Đánh giá
nhận xét,
kết luận
Giáo viên điều chỉnh để học sinh nhận ra đáp án đúng
Phiếu câu hỏi
1 Dòng điện xoay chiều có cường độ i = 4cos120πt (A) Xác định cường độ hiệu dụng của dòng điện và cho biết trong thời gian 2 s dòng điện đổi chiều bao nhiêu lần?
2 Một đèn ống làm việc với điện áp xoay chiều u = 220 2cos100πt (V) Tuy nhiên đèn chỉ sáng khi điệu áp đặt vào đèn có |u| = 155 V Hỏi trung bình trong 1 s có bao nhiêu lần đèn sáng?
3 Một khung dây dẫn phẳng dẹt hình chữ nhật có 500 vòng dây, diện tích mỗi vòng là 220 cm2 Khung dây quay đều với tốc độ 50 vòng/giây quanh trục đối xứng nằm trong mặt phẳng của khung
dây, trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ B→ vuông góc với trục quay và có độ lớn 2
5π T. Tính suất điện động cực đại xuất hiện trong khung dây
4 Một khung dây dẫn hình chữ nhật có 1500 vòng, diện tích mỗi vòng 100 cm2, quay đều quanh trục đối xứng của khung với tốc độ góc 120 vòng/phút trong một từ trường đều có cảm ứng từ bằng 0,4 T Trục quay vuông góc với các đường sức từ Chọn gốc thời gian là lúc véc tơ pháp tuyến của mặt phẵng khung dây cùng hướng với véc tơ cảm ứng từ Viết biểu thức suất điện động cảm ứng tức
thời trong khung
Trang 8IV Rút kinh nghiệm bài học:
………
NGƯỜI SOẠN
Phạm Thị Tú Bình