giáo án chủ đề mạch r, l, c mắc nối tiếp

Giáo án chủ đề Mạch RLC nối tiếp được soạn theo mẫu 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. Chính vì vậy, giáo án giúp cho giáo viên rất thuận lợi trong giảng dạy, có nhiều bài tập vận dụng dễ dàng giảng dạy

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

CHỦ ĐỀ MẠCH R, L, C NỐI TIẾP

(3 tiết)

I Vấn đề cần giải quyết

Các mạch điện xoay chiều đã được học trong chủ đề trước Mạch R, L, C nối tiếp là bài toán cơ bản của chương 3 Do đó chủ đề tập trung khai thác về:

- Cấu tạo mạch R, L, C mắc nối tiếp

- Giản đồ véc tơ cho mạch R, L, C nối tiếp

- Định luật Ôm cho mạch điện R, L, C nối tiếp Xác định được tổng trở

- Vận dụng viết biểu thức u, I của mạch điện xoay chiều

II Nội dung – chủ đề bài học

Nội dung chủ đề tập trung chủ yếu trong bài 13 Mạch R, L, C nối tiếp

III Mục tiêu bài học

1 Kiến thức

- Nêu lên được những tính chất chung của mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp

- Nêu được những điểm cơ bản của phương pháp giản đồ Fre-nen

- Viết được công thức tính tổng trở

- Viết được công thức định luật Ôm cho đoạn mạch xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp

- Viết được công thức tính độ lệch pha giữa i và u đối với mạch có R, L, C mắc nối tiếp

- Nêu được đặc điểm của đoạn mạch có R, L, C nối tiếp khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện

2 Kỹ năng

- Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp trong giải bài tập

3 Thái độ

- Học sinh có ý thức học tâp, hứng thú với bài học

- Vận dụng được các kiến thức đã học vào thực tiễn đời sống, khắc phục được khó khăn trong thực tiễn

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, xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới

- Năng lực tự học, đọc hiểu và giải quyết vấn đề

- Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin:

IV Chuẩn bị

1 Giáo viên Chuẩn bị thí nghiệm gồm có dao động kí điện tử (hai chùm tia), các vôn kế và

ampe kế, các phần tử R, L, C

2 Học sinh

- Ôn lại phép cộng vec tơ ; phương pháp giản đồ Fre-nen

V Tiến trình bài học

Hoat động 1: Khởi động (10 phút)

A Mục tiêu:

Từ các tình huống được thực hiện để tạo cho học sinh sự quan tâm đến vấn đề về mạch R,L,C mắc nối tiếp

B Tổ chức hoạt động:

Chuyển giao

nhiệm vụ học

tập

Giáo viên cho học sinh bài toán và yêu cầu các nhóm làm Cho 1 nguồn điện xoay chiều có điện áp

120 cos100

a, nối 2 đầu điện trở R=10 vào ngồn điện Tính cường độ dòng điện qua điện trở

b, Mắc tụ điện C có điện dung 10nF vào 2 cực của nguồn điện Tính cường độ dòng điện qua tụ điện

c, Mắc cuộn cảm thuần có L=0,05H vào 2 cực của nguồn điện Tính cường độ dòng điện cuộn cảm

d, Mắc đồng thời R,L,C nối tiếp với nhau vào nguồn điện

Tính cường độ dòng điện chạy qua nguồn Yêu cầu học sinh tìm phương án để tính cường độ dòng điện qua R,L,C mắc nối tiếp

Thực hiện

nhiệm vụ

Thảo luận và trình bầy phương án để tính cường độ dòng điện trong mạch R,L,C mắc nối tiếp

Báo cáo kết

quả

Báo cáo kết quả hoạt động nhóm

Đánh giá nhận

xét, kết luận

- Điện áp giưã 2 đầu mạch bằng tổng điện áp giữa 2 đầu từng phần tử trong mạch

- Biểu diễn các điện áp tức thời bằng vec tơ quay để tính

U, Từ đó suy ra biểu thức tính I

Hoat động 2: Hình thành kiến thức

Hoạt động 2 Tìm hiều về phương pháp giản đồ Fre-nen

A Mục tiêu: Học sinh hiểu về véc tơ quay và phương pháp giản đồ frenen

B Tổ chức hoạt động:

Chuyển

giao nhiệm

vụ học tập

Tại một thời điểm, dòng điện trong mạch chạy theo 1 chiều nào đó  dòng một chiều  vì vậy

ta có thể áp dụng các định luật về dòng điện một chiều cho các giá trị tức thời của dòng điện xoay chiều

Xét đoạn mạch gồm các điện trở R1, R2, R3 … mắc nối tiếp Cho dòng điện một chiều có cường độ I chạy qua đoạn mạch  U hai đầu đoạn mạch liên hệ như thế nào với Ui hai đầu từng đoạn mạch?

Biểu thức định luật đối với dòng điện xoay chiều?

Khi giải các mạch điện xoay chiều, ta phải cộng (đại số) các điện áp tức thời, các điện áp tức thời này có đặc điểm gì?

 Ta sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen đã

áp dụng cho phần dao động  biểu diễn những đại lượng hình sin bằng những vectơ quay

Vẽ minh hoạ phương pháp giản đồ Fre-nen:

cos

1 1 2

x X t X1

cos(

x X t X2

+ Trường hợp  > 0 + Trường hợp  < 0

I Phương pháp giản đồ Fre-nen

1 Định luật về điện áp tức thời

- Trong mạch xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp thì điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch bằng tổng đại số các điện áp tức thời giữa hai đầu của từng đoạn mạch ấy

u = u1 + u2 + u3 + …

2 Phương pháp giản đồ Fre-nen

a Một đại lượng xoay chiều hình sin được biểu diễn bằng 1 vectơ quay, có độ dài tỉ lệ với giá trị hiệu dụng của đại lượng đó

b Các vectơ quay vẽ trong mặt phẳng pha, trong đó đã chọn

một hướng làm gốc và một

chiều gọi là chiều dương của pha để tính góc pha.

c Góc giữa hai vectơ quay bằng độ lệch pha giữa hai đại lượng xoay chiều tương ứng

d Phép cộng đại số các đại lượng xoay chiều hình sin

Thực hiện

nhiệm vụ

đọc Sgk và ghi nhận những nội dung của phương pháp giản đồ Fre-nen

2

X 

1

X 



+

2

X 

1

X 



+

(cùng f) được thay thế bằng

phép tổng hợp các vectơ quay tương ứng.

e Các thông tin về tổng đại số phải tính được hoàn toàn Xác định bằng các tính toán trên giản đồ Fre-nen tương ứng

Báo cáo

kết quả

vẽ trong các trường hợp đoạn mạch chỉ có R, chỉ có C, chỉ có L và đối chiếu với hình 14.2 để nắm vững cách vẽ

Đánh giá

nhận xét,

kết luận

Giáo viên nhận xét kết quả Chuẩn hóa kiến thức

u trễ pha

2



so với i

UC = IZC

U sớm pha

2



so với i

UL = IZL

Hoạt động 2.2 Tìm hiểu mạch có R, L, C mắc nối tiếp (15 phút)

A Mục tiêu:

- Xây dựng dược biểu thức của định luật ôm cho đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp

B Tổ chức hoạt động:

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

Chuyển giao

nhiệm vụ học

tập

Trong phần này, thông qua phương pháp giản đồ Fre-nen

để tìm hệ thức giữa U và I của một mạch gồm một R, một L và một C mắc nối tiếp

II MẠCH CÓ R,L,C MẮC NỐI TIẾP

1) Định luật Ôm cho đoạn mạch có R,L,C mắc nối tiếp-Tổng trở:

Giả sử cho dòng điện trong đoạn mạch có biểu thức:

i I 0cost Ta viết được biểu thức các

R

U

I



R

C

I



C

U

L

U

I



L

Giả sử UC < UL (ZC < ZL)

Dựa vào hình vẽ (1 trong hai trường hợp để Xác định hệ thức giữa U và I

Đối chiếu với định luật Ôm trong đoạn mạch chỉ có R 

2 ( L C)2

R  Z  Z đóng vai trò là điện trở  gọi là tổng trở của mạch, kí hiệu là Z

- Dựa vào giản đồ  độ lệch pha giữa u và i được tính như thế nào?

Điều kiện để cộng hưởng điện xảy ra là gì?

điện áp tức thời:

- 2 đầu R: u R U ORcost

- 2 đầu L: cos( )

2

L OL

u U t

- 2 đầu C: cos( )

2

c OC

u U t 

-Hiệu điện thế đoạn mạch AB:

R L C

u u u u với u U 0cos(t)

-Phương pháp giản đồ Fre-nen:

U U  U U

-Theo giản đồ: U2 U R2(U LU C)2

2 ( L C)2

I

Z

-Tổng trở của mạch:

2 ( L C)2

Z  R  Z  Z

-Định luật Ôm: I U

Z



2) Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:

tan L C L C

R

- Nếu ZL > ZC  0:u sớm pha hơn i ( tính cảm kháng )

- Nếu ZL < ZC  0:u trễ pha hơn i ( tính dung kháng )

- Nếu: ZL = ZC   0: u và i cùng pha ( cộng hưởng điện )

Thực hiện

nhiệm vụ

- Học sinh làm việc nhóm, đọc sách giáo khoa để xây dựng biểu thức của định luật ôm với mạch R,L,C mắc nối tiếp, .- Học sinh làm việc nhóm và thực hiện nhiệm vụ học tập để xây dựng biểu thức của định luật ôm

O



L

U 

C

U 

LC

U 

R

U 

U 

I 

3) Cộng hưởng điện:

- Nếu ZL = ZC thì tan = 0   = 0: i cùng pha với u

- Lúc đó Z = R  Imax

U I R

  L 1

C







 Gọi đó là hiện tượng cộng hưởng điện

- Điều kiện để có cộng hưởng điện là:

1

L C

C





Hay 2LC 1

b) Hệ quả: max

min

I

Báo cáo kết

quả

vận dụng các kiến thức về phương pháp giản đồ Fre-nen

để cùng giáo viên đi tìm hệ thức giữa U và I

Đánh giá nhận

xét, kết luận

Quan sát học sinh làm việc theo nhóm và trợ giúp kịp thời khi các em cần hỗ trợ

Chú ý: Trong công thức bên 

chính là độ lệch pha của u đối với i (u/i)

GV: Nếu ZL = ZC, điều gì sẽ xảy ra?

(Tổng trở của mạch lúc này có giá trị nhỏ nhất)

Hoat động 3: Luyện tập (30 phút)

A Mục tiêu:

Hệ thống hóa kiến thức và vận dụng giải bài tập cơ bản về mạch R,L,C mắc nối tiếp

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

20 phút của tiết 1 làm phiếu trắc nghiệm, về nhà hoàn thành tiếp Tiết 2 chữa

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 (10 phút của tiết 2)

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

do

A một phần điện năng tiêu thụ trong tụ điện

B trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng

C điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện lệch pha với nhau

D Có hiện tượng cộng hưởng điện trên đoạn mạch

lượng nào sau đây?

A Tỉ số giữa điện trở thuần và tổng trở của mạch

B Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch

C Độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp giữa hai bản tụ

D Cường độ dòng điện hiệu dụng

A Điện trở thuần R1 nối tiếp với điện trở thuần R2 C Điện trở thuần R nối tiếp với tụ điện C

B Điện trở thuần R nối tiếp với cuộn cảm L D Cuộn cảm L nối tiếp với tụ điện C

A Điện trở thuần R1 nối tiếp với điện trở thuần R2 C Điện trở thuần R nối tiếp với tụ điện C

B Điện trở thuần R nối tiếp với cuộn cảm L D Cuộn cảm L nối tiếp với tụ điện C

điện xoay chiều thì hệ số công suất của mạch A không thay đổi B tăng C giảm D

bằng 1

điện xoay chiều thì hệ số công suất của mạch A không thay đổi B tăng C giảm D

bằng 0

mạch Mắc đoạn mạch này vào mạng điện xoay chiều 220 V – 50 Hz Hệ số công suất của mạch là

A 0,3331 B 0,4469 C 0,4995 D 0,6662

mạch Mắc đoạn mạch này vào mạng điện xoay chiều 220 V – 50 Hz Điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một phút làA 32,22 J B 1047 J C 1933 J D 2148 J

cuộn dây là 0,2 A và công suất tiêu thụ trên cuộn dây là 1,5 W Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu?

A k = 0,15 B k = 0,25 C k = 0,50 D k = 0,75

Câu 10: Một dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở R = 10 , nhiệt lượng toả ra trong 30 phút là

900 kJ Cường độ dòng điện cực đại trong mạch là A I0 = 0,22 A B I0 = 0,32 A C I0 = 7,07 A D

I0 = 10,0 A

Câu 11: Đoạn mạch gồm tụ điện có điện dung C =



4

10 

(F) mắc nối tiếp với điện trở thuần có giá trị thay đổi Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = 200sin(100πt)V Khi công suấtt)V Khi công suất tiêu thụ trong mạch đạt giá trị cực đại thì điện trở phải có giá trị là

A R = 50W B R = 100W C R = 150W D R = 200W

Câu 12: Một đoạn mạch điện xoay chiều RC có R = 100 Ω, C =



4

10 

(F) Đặt vào hai đầu mạch một điện áp xoay chiều u = 200cos(100πt)V Khi công suấtt + πt)V Khi công suất/4) V thì biểu thức nào sau đây là của điện áp hai đầu

tụ điện?

A uC = 100cos100πt)V Khi công suấtt V B uC = 100cos(100πt)V Khi công suấtt + /4) V

C uC = 100cos(100πt)V Khi công suấtt - /2) V D uC = 100cos(100πt)V Khi công suấtt + /2) V

Câu 13: Một đoạn mạch gồm một tụ điện có dung kháng ZC = 100 Ω và cuộn dây có cảm kháng ZL

= 200 Ω mắc nối tiếp nhau Điện áp tại hai đầu cuộn cảm có dạng uL = 100cos(100πt)V Khi công suấtt + πt)V Khi công suất/6) V Biểu thức điện áp ở hai đầu tụ điện có dạng như thế nào?

A uC = 100cos(100πt)V Khi công suấtt + πt)V Khi công suất/6) V B uC = 50cos(100πt)V Khi công suấtt – πt)V Khi công suất/3) V

C uC = 100cos(100πt)V Khi công suấtt – πt)V Khi công suất/2) V D uC = 50cos(100πt)V Khi công suấtt – 5πt)V Khi công suất/6) V

Hoat động 4: Vận dụng, tìm tòi mở rộng (80 phút)

A Mục tiêu:

- Học sinh biết cách khai thác các kiến thức về mạch R, L, C mắc nối tiếp

- Rèn luyện các kỹ năng làm bài

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của giáo viên và học

sinh

Nội dung cần đạt

Chuyển

giao nhiệm

vụ học tập

Giáo viên yêu cầu học sinh làm bài tập SGK (30 phút) Sau đó 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 Chưa hoàn thành thì về nhà làm tiếp, tiết 3 chữa

Bài 7 trang 80

a Ta có: u80 os100 t(V) c   U= 40 2( )V ;

40 (2)

L L

Lấy (1) chia (2)

40

40 2

40

L

L L L

L L L

Z

Z



b i I 2 cos(t)

40

40

C C

U

Z

     ; u nhanh pha

hơn i

4



; Vậy 2 cos(100 )

4

i t  A

Bài 8 trang 80

1 5000

50 100

C

Z C



   W; Z L L 100 0,2 20



Thực hiện

nhiệm vụ

Học sinh làm việc

cá nhân để trả lời câu hỏi được giao Báo cáo Báo cáo cá nhân

kết quả Các bạn khác theo

dõi để nhận xét

2 ( L C)2 302 302 30 2

Ta có: i I 2 cos(t); 0 120 2

4

30 2

o

U

Z

30

L C

Z Z R



u chậm pha hơn i

4



4cos(100 )

4

Đánh giá

nhận xét,

kết luận

Giáo viên điều chỉnh để học sinh nhận ra đáp án đúng

Phiếu câu hỏi trắc nghiệm

U0cos(ωt) V Công thức tính tổng trở của mạch là

A

2



















C L R

Z



2



















C L R

Z



2



















C L R

Z



2



















L C R

Z





C

L Z Z R

C

L Z Z R

C

L Z Z R

Z    D Z = R + ZL +

ZC

Câu 3: Cho đoạn mạch RLC nối tiếp có R = 60 Ω, L = 0,2/πt)V Khi công suất (H), C = 10–4/πt)V Khi công suất (F) Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = 50cos 100πt)V Khi công suấtt V Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là

A 0,25A B 0,50 A C 0,71 A D 1,00 A

A độ lệch pha của uR và u là πt)V Khi công suất/2 B pha của uL nhanh hơn pha của i một góc πt)V Khi công suất/2

C pha của uC nhanh hơn pha của i một góc πt)V Khi công suất/2 D pha của uR nhanh hơn pha của i một góc πt)V Khi công suất/2

A cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch C cách chọn gốc tính thời gian

B điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch D tính chất của mạch điện

mạch sớm pha hơn điện áp giữa hai đầu đoạn mạch một góc πt)V Khi công suất/2 người ta phải

A mắc thêm vào mạch một tụ điện nối tiếp với điện trở B thay điện trở nói trên bằng một tụ điện

C mắc thêm vào mạch một cuộn cảm nt với điện trở D thay điện trở bằng một cuộn cảm

Câu 7: Mạch RLC nối tiếp có R = 100 Ω, L = 2/πt)V Khi công suất (H), f = 50 Hz Biết i nhanh pha hơn u một góc πt)V Khi công suất/

4 rad Điện dung C có giá trị là A



100



C µF B



500





3

100



3

500



= 2/πt)V Khi công suất (H), tụ điện



4

10 



C F và một điện trở thuần R Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện qua đoạn mạch có biểu thức là u = U0cos(100t) V và i = I0cos(100t – πt)V Khi công suất/4) A Điện trở R có giá trị là A 400 Ω B 200 Ω C 100 Ω D 50 Ω

Câu 9: Mạch điện có i = 2cos(100πt)V Khi công suấtt) A, và C = 250/πt)V Khi công suất (µF), R = 40 Ω, L = 0,4/πt)V Khi công suất (H) nối tiếp nhau thì có

A cộng hưởng điện B uRL = 80cos(100πt)V Khi công suấtt – πt)V Khi công suất/4) V

C u = 80cos(100πt)V Khi công suấtt + πt)V Khi công suất/6) V D uRC = 80cos(100πt)V Khi công suấtt + πt)V Khi công suất/4) V

Câu 10: Trong mạch điện xoay chiều không phân nhánh có f = 50 Hz và lần lượt C = 1000/πt)V Khi công suất (µF),

R = 40 Ω, L = 0,1/πt)V Khi công suất (H) Chọn kết luận đúng ?

A ZC = 40 Ω, Z = 50 Ω B tanφu/i = –0,75

C Khi R = 30 Ω thì công suất cực đại D Điện áp cùng pha so với dòng điện

Vận dụng cao

Câu 11: Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Biết R = 10 Ω,

cuộn cảm thuần có L = H, tụ điện có C =



2

10  3

(F) và điện áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần là uL = 20cos(100πt)V Khi công suấtt + ) V Biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là A u = 40cos(100πt)V Khi công suấtt + ) V B u= 40cos(100πt)V Khi công suấtt - ) V C u= 40cos(100πt)V Khi công suấtt + ) V D u = 40cos(100πt)V Khi công suấtt - ) V

Câu 12: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 60 V vào hai đầu đoạn mạch R, L, C mắc nối

tiếp thì cường độ dòng điện qua đoạn mạch là i1 = I0cos(100πt)V Khi công suấtt + ) A Nếu ngắt bỏ tụ điện C thì cường độ dòng điện qua đoạn mạch là i2 = I0cos(100πt)V Khi công suấtt - ) A Điện áp hai đầu đoạn mạch là

A u = 60cos(100πt)V Khi công suấtt - ) V B u = 60cos(100πt)V Khi công suấtt - ) V

C u = 60cos(100πt)V Khi công suấtt + ) V D u = 60cos(100πt)V Khi công suấtt + ) V

Câu 13:Khi đặt điện áp không đổi 30 V vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần mắc nối tiếp với

cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = (H) thì dòng điện trong đoạn mạch là dòng điện một chiều có cường độ 1A Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch này điện áp u = 150cos120πt)V Khi công suấtt V thì biểu thức của cường độ dòng điện trong đoạn mạch là

A i = 5cos(120πt)V Khi công suấtt - /4) A B i = 5cos(120πt)V Khi công suấtt + /4) A

C i = 5cos(120πt)V Khi công suấtt + /4) A D i = 5cos(120πt)V Khi công suấtt - /4) A

Câu 16 Phát biểu nào dưới đây không đúng?

A Công thức cosφ = R/Z có thể áp dụng cho mọi đoạn mạch điện.

B Không thể căn cứ vào hệ số công suất để xác định độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng

điện