Giáo án K.12 cơ bản_chương 3.

_ Viết được biểu thức cường độ tức thời của dòng điện xoay chiều.. _ Viết được biểu thức công suất tức thời của dòng điện xoay chiều chạy qua một điện trở.. cường độ dòng điện cảm ứng có

Ngày soạn: 15_10_2008

Tiết 21 Bài 1

 Mục tiêu:

1 Kiến thức:

_ Phát biểu được định nghĩa dòng điện xoay chiều

_ Viết được biểu thức cường độ tức thời của dòng điện xoay chiều

_ Nêu được ví dụ về đồ thị của cường độ dòng điện tức thời, chỉ ra được trên đồ thị các đại lượng cường độ dòng điện cực đại, chu kỳ.

2 Kỹ năng:

_ Giải thích tóm tắt nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều.

_ Viết được biểu thức công suất tức thời của dòng điện xoay chiều chạy qua một điện trở

_ Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của cường độ dòng điện hiệu dụng, điện áp hiệu dụng.

 Chuẩn bị:

Mô hình máy phát điện xoay chiều.

 Nội dung:

 Khái niệm về dòng điện xoay chiều:

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có

cường độ là hàm số sin hoặc cosin của thời

gian.

i = I0cos( ω +t ϕ )

Trong đó:

i: cường độ dòng điện tức thời

I0 > 0: cường độ dòng điện cực đại

( ω +t ϕ ) là pha của i tại thời điểm t bất kỳ

và ϕ là pha tại thời điểm t = 0

 Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều:

Xét cuộn dây như hình vẽ:

_ Tại t = 0: α = 0 (B ≡ n)

_ Tại t> 0: α = ωtvới ωlà tốc độ góc

của cuộn dây quanh trục ∆

_ Lúc t > 0 từ thông qua cuộ dây:

φ = NBScosα = NBScosωt

Với N là số vòng dây và S là diện tích của

mỗi vòng

Khi từ thông qua cuộn dây biến thiên,

trong cuộn dây có suất điện động cảm ứng:

e = - NBS t

dt

dφ = ωsinω

Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1

HS:

GV: Dòng điện xoay chiều hình sin, gọi tắt là

dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo qui luật của hàm số sin hay cosin, có phương trình là:

cường độ dòng điện cảm ứng có biểu thức:

i = t

R

NBS

ωsin

Đây là cường độ dòng điện xoay chiều có

tần số góc ω và cường độ dòng điện cực đại:

Chiều dương của i thuận chiều pháp

tuyến n của cuộn dây

 Giá trị hiệu dụng:

Kết quả tính toán cho ta giá trị trung

bình của ptrong một chu kỳ, gọi là công suất

trung bình, ký hiệu là: P = p= 2

0 2

I

I =

I: là cường độ dòng điện hiệu dụng

* Định nghĩa: Cường độ dòng điện hiệu

dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có

giá trị bằng cường độ của một dòng điện

không đổi, sao cho khi ta cho nó đi qua cùng

một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R

bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất

trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng điện

xoay chiều nói trên.

Tương tự ta cũng có:

2 0

U

U = .

* Chú ý: Trên các thiết bị điện ghi:

220V_5A Nghĩa là: U = 220 V và I = 5A Các

giá trị này được đo bằng Volt kế và Ampere

GV: Thực nghiệm chứng tỏ rằng, dòng điện

xoay chiều cũng có hiệu ứng tỏa nhiệt Jule_lenz như dòng điện không đổi

GV: Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua

điện trở R thì dây dẫn ấy nóng lên, chứng tỏ có một nhiệt lượng tỏa ra trong dây dẫn Nhiệt này chính là điện năng tiêu thụ trong R

GV:Nếu dòng điện chạy qua R là i = I0cosωtthì công suất tức thời là: p = Ri R2 2ωt

0

2 = cos .

GV: p biến thiên tuần hoàn theo t

GV: Thường thì người ta tính giá trị trung bình

pcủa p trong một chu kỳ, và điện năng phải tìm sẽ bằng pnhân với thời gian đang xét Giá trị pcho bởi:

p= R 2

0

I cos 2 ωt

GV: Kết quả tính toán cho ta giá trị trung bình

của ptrong một chu kỳ, gọi là công suất trung bình, ký hiệu là: P = p= 2

0 2

1

RI

GV: Công thức này có dạng tương tự như công

thức Jule đối với dòng điện không đổi:

P = RI2 Đặt:

2

2 0

I =

Suy ra:

2 0

I

I =

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C4

GV: Tương tự như cường độ dòng điện, ta cũng

có các giá trị hiệu dụng cho các đại lượng điện khác như: điện áp, suất điện động, cường độ điện trường, điện tích,…:

2 0

U

U = .

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C5

 Củng cố: Trả lời các câu hỏi 1, 2 trong SGK

 Dặn dò: Làm các bài tập 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

* Đáp án các câu hỏi trắc nghiệm: 7.C; 8.A; 9.D; 10.C

C1: Dòng điện chạy theo một chiều với cường độ không đổi.

2 Đồ thị hình sin của i cắt trục hoành tại những điểm có toạ độ:

_ Phát biểu được định luật Ohm đối với đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần.

_ Phát biểu được tác dụng của cuộn cảm thuần trong mạch điện xoay chiều.

1 Phát biểu định nghĩa dòng điện xoay chiều

2 Ghi biểu thức giá trị hiệu dụng của dòng điện và điện áp xoay chiều

 Nội dung:

* Thực nghiệm đã chứng tỏ: nếu cường độ

dòng điện trong mạch có dạng:

i = I0cosωt= I 2 cos ωt

thì điện áp ở hai đầu mạch có cùng tần số góc

ω, nghĩa là có thể viết dưới dạng:

u = U0cos(ωt+ϕ ) = U 2 cos( ωt+ ϕ )

Đại lượng ϕ là độ lệch pha giữa u và i

_ Nếu ϕ > 0: u nhanh pha hơn i

_ Nếu ϕ < 0: u trễ pha hơn i

_ Nếu ϕ = 0: u cùng pha i

 Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở:

Đặt vào hai đầu điện trở R một điện áp

xoay chiều u = U 2 cos ωt thì ta có:

_ Cường độ hiệu dụng trong mạch điện

xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bằng

thương số giữa điện áp và hiệu dụng và điện

R

GV: Đặt vào hai đầu điện trở R một điện áp

xoay chiều u = U 2 cos ωt Tuy là dòng điện xoay chiều, nhưng xét tại một thời điểm, i có chiều xác định

GV: Vì đây là dòng điện trong kim loại nên i và

u tỉ lệ với nhau

GV: Nhắc lại biểu thức định luật Ohm cho đoạn

mạch chứa điện trở ?

 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện:

u

ωcos 2

=

GV: Ta đặt I =

R U

thì: i = I 2 cos ωt.

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1

GV: Dựa vào  và  ta có nhận xét gì về giá

trị của I và quan hệ pha giữa i và u ?

đi qua

GV: Đặt vào hai đầu tụ điện một điện áp xoay

chiều u:

u = U0 2 cos ωt= u = U 2 cos ωt.

GV: Điện tích ở bản dương của tụ là:

q = Cu = C u = CU 2 cos ωt thay đổi theo thời gian t.

GV: q thay đổi, thì đại lượng điện nào đã tồn

tại trong mạch ?

HS: Dòng điện

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C3

GV: Cường độ dòng điện được tính như thế nào

GV: Xét tại thời điểm t bất kỳ, dòng điện chạy

vào bản dương của tụ điện, nhờ đó tụ điện được tích điện và điện tích của tụ tăng lên Trong khoảng thời gian ∆t, điện tchs của tụ tăng lên từ q đến q + ∆q, nghĩa là điện tích

tăng thêm là ∆q Khi đó, cường độ dòng điện

tại thời điểm t được tính bằng thương số:

.

GV: Nếu đặt I = ωCU thì: i = I )

2 cos(

và u = U 2 cos ωt.

i = I )

2 cos(

2 ωt+π 

Từ  và  ta có kết luận:

_ Cường độ hiệu dụng trong mạch chỉ có

tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp

hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng

 Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần:

1 Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay

chiều:

Khi cho dòng điện xoay chiều i chạy qua

cuộn cảm, thì suất điện động tự cảm có biểu

Đặt vào hai đầu cuộn cảm một điện áp

xoay chiều có tần số góc ω, giá trị hiệu dụng

U

Giả sử dòng điện có biểu thức:

i = I 2 cos ωt 

Khi r = 0, thì điện áp tức thời ở hai đầu

cuộn dây có biểu thức:

_ Cường độ hiệu dụng trong mạch chỉ có

cuộn cảm thuần có giá trị bằng thương số của

điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và cảm

GV: ZC =

C

ω

1

gọi là dung kháng của tụ điện

GV: Cho biết tụ điện có tác dụng gì đối với

dòng điện xoay chiều ?

HS:

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C4

GV: Giải bài toán thí dụ trong SGK

GV: Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện trở

nhỏ không đáng kể Dòng điệnn xoay chiều chạy qua cuộn dây gây ra hiện tượng tự cảm.

GV: Khi cho dòng điện xoay chiều i chạy qua

cuộn cảm, thì suất điện động tự cảm có biểu thức:

φ=Li

GV: Nếu i là dòng điện xoay chiều thì từ thông

φ biến thiên tuần hoàn theo thời gian t Khi đó trong cuộn cảm xuất hiện suất điện động tự cảm:

là đạo hàm của i theo

t và suất điện động tự cảm có biểu thức:

e = -L

dt

di

.

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C5

GV: Đặt vào hai đầu cuộn cảm một điện áp

xoay chiều có tần số góc ω, giá trị hiệu dụng

u = L

dt

di

= -ωLI 2 sin ωt Hay u = ωLI 2cos( )

GV: ZL gọi là cảm kháng của của mạch Đơn vị

là Ω.

GV: Cho biết cuộn cảm có tác dụng gì đối với

dòng điện xoay chiều ?

HS:

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C6

GV: Tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều của

R và L khác nhau R làm yếu dòng điện do hiệu ứng Jule; L làm yếu dòng điện do định luật Lenz về cảm ứng điện từ

 Củng cố: Trả lời các câu hỏi 1, 2 trong SGK

 Dặn dò: Chuẩn bị bài tập cho tiết bài tập sau

* Đáp án các câu hỏi trắc nghiệm: 7.D; 8 B; 9.A

C1: u: điện áp tức thời hay điện áp tại thời điểm t; U0 điện áp cực đại; U: điện áp hiệu dụng,

giây ohm amper giây

GV: Do hai bóng đèn mắc chung 1 mạch điện

nên công suất tiêu thụ trong mạch sẽ bằng tổng công suất tiêu thụ của hai đèn.

GV: Do hai đèn mắc song song, nên cường độ

dòng điện của mạch sẽ bằng tổng cường độ dòng điện của hai đèn.

GV: Để đèn sáng bình thường, cường độ dòng

điện qua bóng đền phải bằng cường độ dòng điện định mức:

2 100 cos

GV: Hướng dẫn học sinh giải bài tóan theo các

công thức nêu trên

GV: Trong mạch chỉ có tụ điện, đại lượng nào

nhanh pha hơn ? Nhanh hơn bao nhiêu ?

HS: i nhanh pha hơn u một góc ϕ=

2

π

.

GV: Dựa vào biểu thức của u, xác định pha

ban đầu của u ?

GV: Trong mạch chỉ có cuộn cảm, đại lượng

nào nhanh pha hơn ? Nhanh hơn bao nhiêu ?

HS: u nhanh pha hơn i một góc ϕ=

2

π

.

GV: Dựa vào biểu thức của u, xác định pha

ban đầu của u ?

HS: ϕu = 0

GV: Vậy, ϕu = ϕu − ϕ=-

2

π

Ngày soạn: 30_10_2008.

Tiết 25 Bài 3

 Mục tiêu:

1 Kiến thức:

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

_ Nêu được những đặc điểm cơ bản của phương pháp giản đồ Fresnel

2 Kỹ năng:

_ Viết được công thức tính tổng trở.

_ Viết được công thức định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp _ Nêu được đặc điểm của mạch có R, L, C mắc nối tiếp khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện

 Nội dung:

Phương pháp giản đồ Fresnel:

1 Định luật về điện áp tức thời:

u = u1 + u2 + u3

2 Phương pháp giản đồ Fresnel:

GV: Tại một thời điểm xác định, dòng điện trong mạch là dòng điện một chiều Vì thế, ta

có thể áp dụng các định luật về dòng điện không đổi ở lớp 11 để tính các giá trị tức thời của dòng điện xoay chiều

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1 ?GV: Xét mạch điện gồm nhiều phần tử như

hình vẽ: u

A B

1 2 3

GV: Ta có: u = u1 + u2 + u3

GV: Dựa vào biểu u ở trên, ta phải cộng các

điện áp tức thời theo giá trị đại số Các điện

áp tức thời này là những đại lượng xoay chiều hình sin cùng tần số.

GV: Dựa vào bài tổng hợp dao động trước

đây, ta có thể biểu diễn các đại lượng u, i đối với từng đoạn mạch đã học ở bài trên như sau:

U Z

Z R

U I

C L

=

− +

Z = + −

gọi là tổng trở của mạch

Cường độ hiệu dụng trong một mạch

điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp có giá

trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng của

2 Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện:

Trong giản đồ, góc ϕ là góc lệch pha giữa u

và i Ta có:

tanϕ=

R

Z Z U

_ tanϕ> 0: u nhanh pha hơn i.

_ tanϕ <0: u chạm pha hơn i

_ tanϕ= 0: u cùng pha i

3 Cộng hưởng điện:

Nếu ZL=ZC thì tanϕ= 0, suy ra ϕ= 0:

dòng điện cùng pha điện áp

Lúc đó, Z = R Cường độ hiệu dụng trong

U

I= ⇒ = 1 .

Đó là hiện tượng cộng hưởng điện.

* Điều kiện có cộng hưởng điện:

I

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C2 GV: Xét mạch điện như hình vẽ:

GV: Vận dụng giản đồ Fresnel cho từng đoạn

mạch ở trên, hãy vẽ giản đồ Fresnel cho mạch

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C3

GV: Dựa vào tanϕ, cho biết khi nào u nhanh

pha, chậm pha và cùng pha với i ?

HS:

GV: Ta xét trường hợp u cùng pha i, mạch R,

L, C có đặc điểm gì ?

GV: Khi ZL=ZC, tổng trở của mạch có giá trị

nào ? Biểu thức định luật Ohm lúc đó ?

GV: Hãy cho biết điều kiện để có cộng hưởng

điện ?

HS: ZL=ZC hay ω2LC = 1

R L C

A M N B

1 Phát biểu định luật Ohm đối với mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp.

2 Trong mạch điện xoay chiều, cộng hưởng là gì ? Đặc trưng của cộng hưởng là gì ?

 Nội dung:

 Công suất của mạch điện xoay chiều:

1 Biểu thức của công suất:

Điện áp hai đầu mạch:

GV: Xét mạch điện xoay chiều như hình vẽ

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1

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

1 chiều nào đó Áp dụng công thức tính công suất của dòng điện_công suất tiêu thụ tại thời điểm đố, ta được:

p = ui

GV: p được gọi là công suất tức thời

GV: Thay các giá trị của u và i và biểu thức trên,

ta được:

p = ui = 2UIcosωtcos(ωt+ ϕ) = UI[cosϕ + cos(2ωt+ ϕ)]

Giá trị trung bình của công suất điện trong 1 chu kì:

P p UI= =  ϕ+ ω ϕt+ 

Mạch i

~

Công suất điện tiêu tụ trung bình trong

một chu kỳ:

P= UIcosϕ.

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= Pt

 Hệ số công suất:

1 Biểu thức của hệ số công suất:

Trong biểu thức P= UIcosϕ, cosϕ được gọi

là hệ số công suất Do ϕ có giá trị không vượt

quá 90 0 nên 0 ≤cosϕ 1≤ .

2 Tầm quan trọng của hệ số công suất trong

quá trình cung cấp và sử dụng điện năng:

3 Tính hệ số công suất của mạch điện RLC

GV: Giá trị trung bình cosϕ có giá trị như thế nào ?

HS:

GV: Vì cosϕ không đổi nên cosϕcó giá trị

bằng cosϕ

GV: Còn cos(2ω ϕt+ ) là một hàm tuần hoàn của

t, với chu kì bao nhiêu ?

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C2

GV: Các động cơ, máy khi vận hành ổn đinh,

công suất trung bình được giữ không đổi và bằng:

P = UIcosϕ với cosϕ > 0 Suy ra:

cos

P I

UI ϕ

=

GV: Do dây tải điện có điện trở r, nên trên dây

có công suất hao phí:

2 2

phải nhỏ ) Muốn vậy cần phải sử dụng các tụ điện có điện dung C rất lớn ( rất đắt tiền ) Như vậy, để dung hòa cho cả hai bên, nhà nước đã qui định hệ số công suất cosϕ trong các cơ sở sử

mắc nối tiếp:

cosϕ=

Z

R U

U R

= .

Khi đó, công suất còn có thể được tính:

P = UIcosϕ= RI 2

Vậy công suất tiêu thụ trên mạch RLC

bằng công suất tỏa nhiệt trên R

dụng điện có giá trị tối thiểu phải bằng 0,85

GV: Từ giản đồ của mạch RLC mắc nối tiếp, ta

U R

= .

GV: Dựa vào công thức tính P và cosϕ, hãy tìm

biểu thức tính công suất P ?

HS:

 Củng cố: Trả lời câu hỏi 1

 Dặn dò: Làm các bài tập 2, 3, 4, 5, 6.

_ Giáo viên: dụng cụ tạo ra dòng ba pha Mạch điện hình sao và hình tam giác.

_ Học sinh: ôn lại các kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ và định luật Len-xơ ở lớp 11

 Kiểm tra:

1 Trình bày nguyên tắc hoạt động của máy biến áp

2 Máy biến áp được dùng để làm gì ?

 Nội dung:

 Máy phát điện xoay chiều một pha:

1 Cấu tạo:

_ Phần cảm (roto) tạo ra từ thông biến

thiên bằng các nam châm quay

_ Phần ứng (stato) gồm các cuộn dây

giống nhau, cố định trên một vòng tròn

2 Hoạt động:

_ Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

_ Từ thông qua mỗi cuộn dây biến thiên

tuần hoàn với tần số:

Là máy tạo ra 3 suất điện động xoay

chiều hình sin cùng tần sồ, cùng biên độ và lệch

pha nhau 1200 từng đôi một

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1

GV: Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều mộtpha gồm hai phần

GV: Các cuộn nam châm điện của phần cảm:

GV: Các cuộn dây của phần ứng:

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C2

N

B2