Giáo án Vật lý 12 - DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VẬT DẪN CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CÁC GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG pps

DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
VẬT DẪN CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY
CHIỀU
CÁC GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG

I / MỤC TIÊU :
 Nắm được khái niệm dòng điện xoay chiều và hiệu điện thế xoay
chiều. Biết cách xác định độ lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế
xoay chiều theo biểu thức hoặc theo đồ thị biểu diễn chúng.
 Hiểu các đặc điểm của đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần.
 Nắm được các giá trị hiệu dụng và cách tính công suất tỏa nhiệt của
dòng điện xoay chiều.
II / CHUẨN BỊ :
1 / Giáo viên :
 Dao động kí điện tử hai chùm tia.
 Nguồn điện xoay chiều.
 Một điện trở thuần và một đoạn mạch xoay chiều bất kì ( có
thể gồm một điện trở thuần và một cuộn dây mắc nối tiếp ).
2 / Học sinh :
Xem lại kiến thức hiện tượng cảm ứng điện từ.
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC :

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Hoạt động 1 :
HS : Quan sát mô hình hoặc hình vẽ
36.1
HS : Cho khung dây quay với vận tốc
vừa phải để HS thấy kim vôn kế dao
động sang phải rồi sang trái một cách
tuần hoàn.
HS : e = E

0
cos (  t + 
0
)


HS : T =
2


, f =
2





Hoạt động 2 :
HS : Có cùng tần số với lực cưỡng
bức.

GV : GV có thể dùng mô hình máy
phát điện xoay chiều có nối với một
vôn kế nhạy để minh họa cho
nguyên tắc tạo suất điện động xoay
chiều.
GV : Theo định luật cảm ứng điện
từ, trong khung dây xuất hiện một
suất điện động xoay chiều được xác
định như thế nào ?

GV : GV yêu cầu HS nhắc lại các
công thức tính chu kì và tần số của
dao động điều hòa để vận dụng nó
cho dao động điện.

GV : Đặc điểm cơ bản của dao
động cưỡng bức trong cơ học là gì ?


HS : Dao động điện cưỡng bức trong
mạch có cùng tần số với tần số dao
động của nguồn.
HS : u và i biến đổi điều hòa cùng tần
số nhưng lệch pha với nhau.
HS : u = U
o
cos( t + 
1
)
i = I
o
cos( t + 
2
)
HS : Giá trị dương của dòng điện
chính là chiều tính hiệu điện thế.


HS : Nêu định nghĩa hiệu điện thế
xoay chiều.

HS : Nêu định nghĩa cường độ dòng
điện xoay chiều.
HS : Vẽ u và 
1

HS : Vẽ i và 
2
HS : Vẽ góc 
GV : Dao động điện cưỡng bức
trong mạch có đặc điểm gì ?

GV : Hướng dẫn học sinh quan sát
hình ảnh bằng dao động kí hoặc
quan sát đồ thị. GV : Viết biểu thức
hiệu điện thế và cường độ dòng
điện xoay chiều ?
GV : Về biểu thức của dòng điện và
hiệu điện thế, cần cho HS thấy rõ
các đại lượng tức thời là các giá trị
đại số được viết theo một quy ước
dấu cụ thể.
GV : Hiệu điện thế xoay chiều là gì
?

GV : Cường độ dòng điện xoay
chiều là gì

GV : Hướng dẫn vẽ giãn đồ vectơ
HS :  = 
1

 
2


Hoạt động 3 :
HS : I =
R
U


HS : u = U
o
cost

HS : i =
cos cos
o
o
U
u
t I t
R R
 
 

HS : Cùng pha

HS : I
0
=

R
U
0


Hoạt động 4 :
HS : i = I
0
cos t

HS : p = Ri
2
= R
2
o
I
cos
2
t

biểu diễn u và I trên cùng một hệ
trục từ đó rèn luyện HS tìm độ lệch
pha giữa dòng điện và hiệu điện thế.

GV : Độ lệch pha  được xác định
như thế nào ?
GV : Viết biểu thức định luậ
t Ohm
cho đoạn mạch có R đối với dòng
điện một chiều ?

GV : Viết biểu thức hiệu điện thế
xoay chiều ở hai đầu đoạn mạch
chứa R ?
GV : Trong từng khoảng thời gian
rất nhỏ, hiệu điện thế và cường độ
dòng điện coi như không đổi, ta có
thể áp dụng định luật Ohm như đối
với dòng điện không đổi ?
GV : Dòng điện trên điện trở thuần
R biến thiên như thế nào so với hiệu
điện thế giữa hai đầu đoạn mạch ?
GV : Biên độ được xác định như
HS : p =
2 2
cos2
2 2
o o
RI RI
t


HS : Một không đổi và một biến đổi
điều hòa theo thời gian.
HS : P =
2
2
o
RI

HS : I =

2
o
I

HS : Nêu định nghĩa.


thế nào ?

GV : Viết biểu thức cường độ dòng
điện chạy qua đoạn mạch có điện
trở thuần R ?
GV : Viết biểu thức công suất tỏa
nhiệt tức thời ?
GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi
biểu thức ?
GV : Nêu nhận xét đặc điểm 2 số
hạng trên ?
GV : Công suất tỏa nhiệt trung bình
của dòng điện trong thời gian  ?
GV : Hướng dẫn học sinh đi tới
biểu thức cường độ dòng điện hiệu
dụng ?
GV : Định nghĩa cường độ dòng
điện hiệu dụng ?
GV : Giới thiệu ampere kế và volt
kế ?


IV / NỘI DUNG :

1. Suất điện động xoay chiều
Cho một khung dây có diện tích S quay đều với vận tốc góc  quanh
một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ
B
ur
. Theo định luật cảm ứng điện từ, suất điện động biến đổi điều hòa theo
thời gian :
e = E
o
cos(t + 
o
) (36.1)
Đó là suất điện động xoay chiều, chu kì và tần số biến đổi của suất
điện động T =
2


, f =
2



2. Hiệu điện thế xoay chiều. Dòng điện xoay chiều
u = U
o
cos(t + 
1
) (36.2)
i = I
o

cos(t + 
2
) (36.3)
Hiệu điện thế biến đổi điều hòa theo thời gian gọi là hiệu điện thế
xoay chiều.
Dòng điện có cường độ biến đổi điều hòa theo thời gian gọi là dòng
điện xoay chiều.
Độ lệch pha của hiệu điện thế xoay chiều đối với dòng điện xoay
chiều là  = 
1
-


2

3. Vật dẫn có điện trở thuần trong mạch điện xoay chiều.

Hình 36.3 Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần
Đặt một hiệu điện thế xoay chiều u = U
o
cost vào hai đầu đoạn mạch
chỉ có một điện trở thuần R. Áp dụng định luật Ôm
i =
cos cos
o
o
Uu
t I t
R R
 

 

Như vậy, dòng điện trên điện trở thuần biến thiên đồng pha với hiệu
điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và có biên độ xác định bởi :
I
o
=
o
U
R
(36.4)

Hình 36.4 Giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có điện trở thuần
4. Các giá trị hiệu dụng
Cho dòng điện xoay chiều có cường độ i = I
o
cost chạy qua đoạn
mạch chỉ có điện trở thuần R. Công suất tỏa nhiệt tức thời có biểu thức :
p = Ri
2
= R
2
o
I
cos
2
t
p =
2 2
cos2

2 2
o o
RI RI
t


Công suất tỏa nhiệt trung bình của dòng điện trong thời gian  là
P =
2
2
o
RI
(36.5)
Nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian  là :
Q =
2
2
o
RI


Cho dòng điện không đổi cường độ I chạy qua điện trở nói trên trong
cùng thời gian  sao cho nhiệt lượng tỏa ra cũng bằng Q, nghĩa là
Q = RI
2
 (36.6)
I =
2
o
I

(36.7)
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của
một dòng điện không đổi, mà khi cho hai dòng điện đó lần lượng đi qua
cùng một điện trở trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì tỏa ra
những nhiệt lượng bằng nhau.
Tương tự suất điện động hiệu dụng
E =
2
o
E
(36.8)
Và hiệu điện thế hiệu dụng
U =
2
o
U
(36.9)

V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ :
Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2
Xem bài 38