giáo án chủ đề các mạch điện xoay chiều

Giáo án bài các mạch điện xoay chiều được soạn theo phương pháp mới gồm 5 bước khởi động, hình thành kiến thức, luyện tập, vận dụng, tìm tòi mở rộng nhằm phát triển các năng lực của học sinh. Giáo án có thêm cột nội dung và có nhiều bài tập nhằm luyện tập cho học sinh rất hiệu quả

Ngày soạn: / …./ 2018 Ngày dạy: / / 2018 Lớp: 12…

CHỦ ĐỀ CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

(2 tiết)

I Vấn đề cần giải quyết

Các mạch điện xoay chiều chỉ gồm 1 phần tử là trường hợp cụ thể, từ đó giúp học sinh có thể giải được bài toán mạch R, L, C mắc nối tiếp Chính vì vậy, chủ đề cần giải quyết được:

- Định luật ôm của mạch chỉ chứa điện trở R

- Định luật ôm của mạch chỉ chứa điện trở L, ý nghĩa của cảm kháng

- Định luật ôm của mạch chỉ chứa điện trở C, ý nghĩa của dung kháng

II Nội dung – chủ đề bài học

Nội dung chủ đề tập trung trong bài 13 Các mạch điện xoay chiều

III Mục tiêu bài học

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 trong mạch điện xoay chiều

- Viết được công thức tính dung kháng và cảm kháng

2 Kỹ năng:

- Tính dung kháng , cảm kháng trong mạch điện

-Nhận biết tính chất đoạn mạch chứa tụ điện và cuộn cảm

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: làm thí nghiệm, trao đổi thảo luận, trình bày kết quả thí nghiệm

- Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin: hoàn thành các bảng số liệu khi làm thí nghiệm

IV Chuẩn bị

1 Giáo viên Một số linh kiện như điện trở, tụ điện, cuộn cảm Thí nghiệm về tụ điện

2 Học sinh

Ôn một số công thức về tụ điện : q =Cu và i = dq

dt

 và suất điện động tự cảm : e = L di

dt



V Tiến trình bài học

Hoat động 1: Khởi động (7 phút)

A Mục tiêu: - Ôn tập định luật ôm cho mạch điên chứa điện trở, các công thức về tụ

điện và cuộn cảm

B Tổ chức hoạt động:

Chuyển giao

nhiệm vụ học

tập

Giáo viên yêu cầu học sinh nhớ lại kiến thức để trả lời câu hỏi:

1 Phát biểu định luật ôm cho mạch điện chứa R

2 Viết các công thức thể hiệm mlh giữa C, U, Q

3 Viết công thức liên quan đến hiện tượng tự cảm

Sau đó cho học sinh quan sát vi deo mối liên hệ giữa u, i trong mạch điện xoay chiều chưa R, L,

C Hãy trả lời câu hỏi:

+ Mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và điện

áp trong mạch chỉ có điện trở R + Mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và điện

áp trong mạch chỉ có tụ điện C + Mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và điện

R

U

I 

C = dq/dU Các ước của Fara:

micrôfara(μF): 1μF= 10F): 1μF): 1μF= 10F= 10−6F nanôfara(nF): 1nF = 10−9F picôfara(pF): 1pF = 10−12 F

áp trong mạch chỉ có cuộn cảm thần Thực hiện

nhiệm vụ

Học sinh thực hiện nhiệm vụ cá nhân để trả lời câu hỏi của giáo viên

Báo cáo kết

quả

Báo cáo phát biểu cá nhân

Đánh giá nhận

xét, kết luận

Giáo viên nhận xét, tổng hợp vấn đề

Hoat động 2: Hình thành kiến thức

Hoạt động 2.1 Tìm hiểu mối quan hệ giữa i và u trong mạch điện xoay chiều (5 phút)

A Mục tiêu:

- Học sinh hiểu được các khái niệm, mối liên hệ về pha giữa dòng điện và điện áp

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung cần đạt

Chuyển giao

nhiệm vụ học

tập

Biểu thức của dòng điện xoay chiều, điện áp hai đầu mạch có dạng nào?

Ta sẽ đi tìm biểu thức của u ở hai đầu đoạn mạch

- Trình bày kết quả thực nghiệm và lí thuyết

để đưa ra biểu thức điện áp hai đầu mạch

- Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch:

i = Imcost = I 2cost

 điện áp xoay chiều ở hai đầu mạch điện:

u = Umcos(t+ ) = U 2cos(t+ ) Với  là độ lệch pha giữa u và i

+ Nếu  > 0: u sớm pha  so với i

+ Nếu  < 0: u trễ pha || so với i

Thực hiện

nhiệm vụ

ĐỌc SGK để trả lời câu hỏi

Báo cáo kết

quả

: Có dạng: i = Imcos(t + ) Chọn điều kiện ban đầu thích hợp để  = 0

 i = Imcost = I 2cost Đánh giá nhận

xét, kết luận

- Lưu ý: Để tránh nhầm lẫn, phương trình

điện áp có thể viết:

u = Umcos(t+ u/i) = U 2cos(t+ u/i)

+ Nếu  = 0: u cùng pha với i.

Hoạt động 2.2 Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở (7 phút)

A Mục tiêu:

- Học sinh hiểu được mối liên hệ về pha giữa u, I và phát biểu định luật ôm cho mạch

điện chỉ chứa R

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung cần đạt

Chuyển giao

nhiệm vụ học

tập

Xét mạch điện xoay chiều chỉ có R

Trong mạch lúc này sẽ có i  dòng điện này như thế nào?

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 Ohm, i và u tỉ

lệ với nhau như thế nào?

Trong biểu thức điện áp u, Um và U là gì?

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

Y/c HS phát biểu định luật Ohm đối với dòng điện một chiều trong kim loại

HS: phát biểu

I- MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ

1) Quan hệ u và i:

Hai đầu R có u U 0cost

Định luật Ôm: i u U0 cos t

0

U I R

 Thì i I 0cost

2) Định luật Ôm: I U

R



3) Nhận xét: u và i cùng pha

Thực hiện

nhiệm vụ

ĐỌc SGK để phát biểu ý kiến

Báo cáo kết

quả

Biến thiên theo thời gian t (dòng điện xoay chiều)

Theo định luật Ohm i u

R



Điện áp tức thời, điện áp cực đại và điện

áp hiệu dụng

nêu nhận xét:

+ Quan hệ giữa I và U

+ u và i cùng pha

Đánh giá nhận

xét, kết luận

chính xác hoá các kết luận của HS

Hoạt động 2.3 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện (7 phút)

A Mục tiêu:

- Học sinh hiểu được mối liên hệ về pha giữa u, I và phát biểu định luật ôm cho mạch

điện chỉ chứa C

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung cần đạt

Chuyển giao

nhiệm vụ học

tập

GV làm thí nghiệm như sơ đồ hình 13.3 Sgk

Ta có nhận xét gì về kết quả thu được?

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

HS: theo hướng dẫn của GV để khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

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

HS: Tụ điện sẽ được tích điện

GV: Giả sử trong nửa chu kì đầu,

A là cực dương  bản bên trái của tụ sẽ tích điện gì?

Ta có nhận xét gì về điện tích trên bản của tụ điện?

Cường độ dòng điện ở thời điểm

t xác định bằng công thức nào?

Khi t và q vô cùng nhỏ q

t





trở thành gì?

GV: Ta nên đưa về dạng tổng quát i = Imcos(t + ) để tiện so sánh, –sin  cos

Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0

II 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

Kết luận: Dòng xoay chiều có thể tồn tại trong mạch điện có chứa tụ điện

2 Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có

tụ điện

a) Cho hiệu điện xoay chiều giữa 2 đầu tụ C:

u U 0cost =U 2 cost

Điện tích bản trái của tụ:

q = Cu = CU 2 cost

Khi đó dòng điện:

2

b) Nếu đặt: I = UC

2

Và: u U 2 cost

-Nếu lấy pha ban đầu dòng điện = 0 thì:

 biểu thức của i và u được viết lại như thế nào?

ZC đóng vai trò gì trong công thức?

 ZC có đơn vị là gì?

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

Dựa vào biểu thức định luật Ohm, ZC có vai trò là điện trở trong mạch chứa tụ điện  hay nói cách khác nó là đại lượng biểu hiện điều gì?

GV: Khi nào thì dòng điện qua

tụ dễ dàng hơn?

sao tụ điện lại không cho dòng điện không đổi đi qua?

i I 2 cost

2

c) Định luật Ôm:

C

U I Z

Với dung kháng: Z C 1

C



d) So sánh pha dao động của u và i:

i sớm pha hơn u một góc

2



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

-Nếu C càng lớn  Zc càng nhỏ , dòng điện bị cản trở càng ít

Thực hiện

nhiệm vụ

quan sát mạch điện và ghi nhận các kết quả thí nghiệm

+ Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua

+ Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi qua”

ĐỌc SGK trả lời câu hỏi Báo cáo kết

quả

Phát biểu ý kiến cá nhân

Đánh giá nhận

xét, kết luận

Nhận xét đánh giá câu trả lời Chuẩn hóa kiến thức cần nhớ

Hoạt động 2.3 Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần (7 phút)

A Mục tiêu:

- Học sinh hiểu được mối liên hệ về pha giữa u, I và phát biểu định luật ôm cho mạch

điện chỉ chứa L

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung cần đạt

Chuyển

giao

nhiệm vụ

học tập

Cuộn cảm thuần là gì?

Khi có dòng điện cường độ i chạy qua cuộn cảm (cuộn dây dẫn nhiều vòng, ống dây hình trụ thẳng dài, hoặc hình xuyến…)  có hiện tượng

gì xảy ra trong ống dây?

Trường hợp i là một dòng điện xoay chiều thì  trong cuộn dây?

Xét t vô cùng nhỏ (t  0)

 suất điện động tự cảm trong cuộn cảm trở thành gì?

Y/c HS hoàn thành C5 Đặt vào hai đầu của một cuộn thuần cảm (có độ tự cảm L, điện trở trong r = 0) một điện áp xoay chiều, tần

số góc , giá trị hiệu dụng U

 trong mạch có dòng điện xoay chiều

Điện áp hai đầu của cảm thuần có biểu thức như thế nào?

Đối chiếu với phương trình tổng quát của u  điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm?

III- MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM THUẦN`

Cuộn dây thuần cảm: có R không đáng kể

1 Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều:

Khi có dòng điện i chạy qua cuộn dây thì từ thông

có biểu thức:  Li

Với i là dòng điện xoay chiều  biến thiên tuần hoàn theo t  suất điện động tự cảm:

e L i

t





 Khi  t 0 Thì:e L di

dt



2 Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

a)Giả sử dòng điện chạy trong cuộn dây có dạng:

2 cos

i I t

2

b, Định luật Ôm:

L

U I Z

 Với cảm kháng: Z L L

d) So sánh pha dao động của u và i:

i trễ pha hơn u một góc

2



ZL đóng vai trò gì trong công thức?

 ZL có đơn vị là gì?

Dựa vào phương trình i và u

có nhận xét gì về pha của

+ ZL là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm

+ Cuộn cảm có L lớn sẽ cản trở nhiều đối với dòng điện xoay chiều, nhất là dòng điện xoay chiều cao tần + ZL cũng có tác dụng làm cho i trễ pha /2 so với u -R làm yếu dòng điện do hiệu ứng Jun còn cuộn cảm làm yếu dòng điện do định luật Len-xơ

Thực

hiện

nhiệm vụ

nghiên cứu Sgk để trả lời

Báo cáo

kết quả

Cá nhân phát biểu ý kiến

Đánh giá

nhận xét,

kết luận

Nhận xét đánh giá câu trả lời Chuẩn hóa kiến thức cần nhớ

Hoat động 3: Luyện tập (40 phút)

A Mục tiêu:

- Học sinh được ôn tập, củng cố 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 các câu hỏi trác nghiệm và yêu cầu học sinh làm việc cá nhân để trả lời câu hỏi

Tiết 2 chữa bài Thực hiện nhiệm vụ Học sinh làm việc cá nhân để trả lời câu hỏi được giao

2 phú của tiết 1 làm trắc nghiệm, phần còn lại về nhà thực hiện tiếp

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: Phát biểu nào sau đây là đúng ?

A Cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều, không có tác dụng cản trở dòng điện một chiều

B Điện áp tức thời giữa hai đầu cuộn thuần cảm và cường độ dòng điện qua nó có thể đồng thời bằng một nửa các biên độ tương ứng của chúng

C Cảm kháng của cuộn cảm tỉ lệ nghịch với chu kỳ của dòng điện xoay chiều

D Cường độ dòng điện qua cuộn cảm tỉ lệ với tần số dòng điện

Câu 2: Với mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thì dòng điện trong mạch

A sớm pha hơn điện áp ở hai đầu đoạn mạch góc π/2

B sớm pha hơn điện áp ở hai đầu đoạn mạch góc π/4

C trễ pha hơn điện áp ở hai đầu đoạn mạch góc π/2

D trễ pha hơn điện áp ở hai đầu đoạn mạch góc π/4

Câu 3: Cảm kháng của cuộn cảm

A tỉ lệ nghịch với tần số dòng điện xoay chiều qua nó

B tỉ lệ thuận với hiệu điện thế xoay chiều áp vào nó

C tỉ lệ thuận với tần số của dòng điện qua nó

D có giá trị như nhau đối với cả dòng xoay chiều và dòng điện không đổi

Câu 4: Công thức cảm kháng của cuộn cảm L đối với tần số f là

A ZL = 2πfL B ZL = πfL C ZL = D ZL =

Câu 5: Khi tần số dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chỉ chứa cuộn cảm tăng lên 4 lần thì

cảm kháng của cuộn cảm A tăng 2 lần B tăng 4 lần C giảm 2 lần D giảm 4 lần

Câu 6: Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn thuần cảm với độ tự cảm L Đặt vào hai đầu cuộn thuần

cảm một điện áp xoay chiều u = Ucos(ωt + φ) V Cường độ dòng điện t + φ) V Cường độ dòng điện ) V Cường độ dòng điện cực đại của mạch được cho

bởi công thức A

L

U I

 2

L

U I





L

U I



2

Câu 7: Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện với điện dung C Đặt vào hai đầu tụ điện một điện áp

xoay chiều có biểu thức u = U0cos(ωt + φ) V Cường độ dòng điện t + φ) V Cường độ dòng điện ) V Cường độ dòng điện tức thời của mạch có biểu thức là

A i = U0ωt + φ) V Cường độ dòng điện Csin(t +  + ) A B i = U0ωt + φ) V Cường độ dòng điện Ccos(t +  - ) A

C i = U0ωt + φ) V Cường độ dòng điện Ccos(t +  + ) A D i =



C

U0

cos(t +  + ) A

Câu 8: Cho đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R = 50 W Đặt điện áp u =

120cos(100πt + π/3) V vào hai đầu đoạn mạch Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện trong mạch là

Câu 9: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có tụ điện có điện dung C =



4

10  (F) một điện áp xoay chiều có biểu thức u = 220cos(100πt)V Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức

A i = 2,2cos(100πt) A B i = 2,2cos(100πt+ π/2) A

C i = 2,2cos(100πt + π/2) A D i = 2,2cos(100πt - π/2) A

Câu 10: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có tụ điện có điện dung C =



4

10  (F) một điện áp xoay chiều có biểu thức u = 200cos(100πt - π/6) V Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn

mạch có biểu thức A i = 2cos(100πt + /3) A B i = 2cos(100πt+ π/2) A.

C i = cos(100πt + π/3) A D i = 2cos(100πt - π/6) A

Câu 11: Mắc cuộn cảm có hệ số tự cảm L = 0,318 (H) vào điện áp u = 200cos(100πt + π/3) V Biểu

thức của dòng điện chạy qua cuộn cảm L làA i = 2cos(100πt + ) A.B i = 2cos(100πt+ π/3) A

C i = 2cos(100πt- π/3) A D i = 2cos(100πt - π/6) A

Câu 12: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L

= 1/π (H) có biểu thức i = 2cos(100πt- π/6) A Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch

C u = 200cos(100πt - π/6) V D u = 200cos(100πt - π/2) V

Câu 13: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có điện trở thuần R = 220 Ω một điện áp

xoay chiều có biểu thức u = 220cos(100πt - π/3) V Biểu thức cường độ dòng điện chạy qua điện trở thuần R là A i = cos(100πt - π/3) A B i = cos(100πt - π/6) A

C i = 2cos(100πt - π/3) A D i = 2cos(100πt + π/3) A

Câu 14: Biểu thức cường độ của dòng điện xoay chiều chạy qua một điện trở thuần R = 110 Ω là i

= 2cos(100πt - π/3) A Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở là

A u = 220cos(100πt) V B u = 110cos(100πt ) V

C u = 220cos(100πt + π/2) VD u = 110cos(100πt + π/3) V

Câu 15: Đặt điện áp u = U0cos(100πt + π/3) V vào hai đầu một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 0,5/π (H) Ở thời điểm điện áp giữa hai đầu cuộn cảm là 100 V thì cường độ dòng điện trong mạch

là 2A Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là

A i = 2cos(100πt + π/6) A B i = 2cos(100πt - π/6) A

C i = 2cos(100πt + π/6) A D i = 2cos(100πt - π/6) A

Câu 16: Cho đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần có hệ số tự cảm L với L = H Đặt

điện áp xoay chiều có tần số 50 Hz vào hai đầu đoạn mạch thì trong mạch có dòng điện i =

I0cos(100πt - ) A Tại thời điểm mà điện áp hai đầu mạch có giá trị 50 V thì cường độ dòng điện trong mạch là A Biểu thức của điện áp hai đầu đoạn mạch là

A u = 50cos(100πt + ) V B u = 100cos(100πt + ) V

Câu 17: Công thức cảm kháng của cuộn cảm L đối với tần số f là

A ZL = 2πfL B ZL = πfL C ZL = D ZL =

Câu 18: Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện với điện dung C Tần số của dòng điện trong mạch là

f, công thức đúng để tính dung kháng của mạch là

Câu 19: Đặt vào hai đầu cuộn cảm L = 1/π (H) một điện áp xoay chiều 220 V – 50 Hz Cường độ

dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm làA I = 2,2A B I = 2A C I = 1,6A D I = 1,1A

Câu 20: Đặt vào hai đầu tụ điện có điện dung C (F) một điện áp xoay chiều tần số 100 Hz, dung