Giáo án Vật lý 12 bài 15: Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
HỆ SỐ CÔNG SUÂT
I. MỤC TIÊU:
1. Kiến thức:
- Thiết lập được công thức tính công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch
điện xoay chiều.
- Nêu được hệ số công suất là gì?
- Viết được công thức tính hệ số công suất của đoạn mạch RLC nối tiếp.
- Nêu được vai trò của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng
điện năng.
2. Kĩ năng:
- Giải được bài tập trong sách giáo khoa và các bài tập liên quan đến công
suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều trong mọt số sách khác.
- Nêu được lí do tại sao cần phải tăng hệ số công suất ở nơi tiêu thụ điện.
II. CHUẨN BỊ
1.Giáo viên :
2. Học sinh:
-Ôn lại các kiến thức về mạch có R,L,C mắc nối tiếp.
III.TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
*Hoạt động 1 :Kiểm tra bài cũ:
- Định luật Ôm cho đoạn mạch có R,L,C mắc nối tiếp, công thức tính cảm
kháng, dung kháng, tổng trở .
- Viết công thức tính độ lệch pha của điện áp so với dòng điện trong mạch
R,L,C mắc nối tiếp và cho biết khi nào điện áp sớm pha,trễ pha so với dòng điện?
- Hiện tượng cộng hưởng điện xảy ra khi nào?
*Hoạt động 2 : Tìm hiểu công suất của mạch điện xoay chiều
Hoạt động của GV
- Biểu thức tính công suất điện
tiêu thụ trong mạch điện không
đổi là gì?

Hoạt động của HS
Vài hs phát biểu công thức

Kiến thức cơ bản
I. Công suất của mạch
điện xoay chiều
1. Biểu thức của công suất

sau đó suy ra công thức
Mạch

- Xét mạch điện xoay chiều như
hình vẽ(SGK).
- Tại một thời điểm t, i trong
mạch chạy theo 1 chiều nào đó
→ xem tại thời điểm t, dòng điện
trong mạch là dòng 1 chiều →
công suất tiêu thụ trong mạch tại
thời điểm t?

đúng:
P = RI 2 =

U2
= UI
R

i

~

- Điện áp hai đầu mạch:
u = U 2 cosωt
- Cường độ dòng điện tức


- Giá trị trung bình của công
suất điện trong 1 chu kì:
P = p = UI  cosϕ + cos(2ωt + ϕ )



thời trong mạch:
i = I 2 cos(ωt+ ϕ)
p = ui

1
cosα .cosβ = [cos(α + β )
- Trong đó cosϕ có giá trị như
2
thế nào?
+ cos(α − β )]
- Còn cos(2ω t + ϕ ) là một hàm
tuần hoàn của t, với chu kì bao
nhiêu?
- Trong từng khoảng thời gian
- Vì cosϕ không đổi nên
T/2 hoặc T, hàm cos(2ωt + ϕ)
luôn có những giá trị bằng nhau
cosϕ = cosϕ
về trị tuyệt đối, nhưng trái dấu

2π T
2π
- Chu kì
)
= (T =
tại thời điểm t, t + T/4
2ω 2
ω




T
2ω T
cos  2ω (t + ) + ϕ  = cos  (2ω t +
)+ ϕ 
4
4





= cos(2ω t + π + ϕ ) = − cos(2ω t + ϕ )
→ Vậy cos(2ω t + ϕ ) = 0

- Công suất tức thời của
mạch điện xoay chiều:
p = ui = 2UIcosωtcos(ωt+ ϕ)
= UI[cosϕ + cos(2ωt+ ϕ)]

- Công suất điện tiêu tụ trung
bình trong một chu kì:
P = UIcosϕ

(1)

- 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

-Yêu cầu Hs đưa ra công thức
tính điện năng tiêu thụ?

W = P.t

(2)

-Hs đọc SGK và chú ý
xem giáo viên giảng bài

→ P = UIcosϕ

*Hoạt động 3 : Tìm hiểu về hệ số công suất
Hoạt động của GV
- Hệ số công suất có giá trị

trong khoảng nào?
- Yêu cầu HS hoàn thành
Bảng 15.1(SGK)

Hoạt động của HS
- Vì |ϕ| không vượt quá 90 0
nên 0 ≤ cosϕ ≤ 1.
- Chỉ có L: cosϕ = 0
+ Gồm R nt L:

Kiến thức cơ bản
II. Hệ số công suất
1. Biểu thức của hệ số công
suất
- Từ công thức (1) cosϕ
được gọi là hệ số công suất.


- Các thiết bị tiêu thụ điện
trong nhà máy → có L → i
nói chung lệch pha ϕ so với
u. Khi vận hành ổn định P
trung bình giữ không đổi →
Công suất trung bình trong
các nhà máy? → cường độ
dòng điện hiệu dụng ?

R

cosϕ =

R2 + ω 2L

P = UIcosϕ với cosϕ > 0
→I=

P
UI cosϕ

- Nếu r là điện trở của dây
dẫn → công suất hao phí
trên đường dây tải điện?
→ Hệ số công suất ảnh
P2 1
Php = rI 2 = r 2
hưởng như thế nào?
U cos 2ϕ
- Nhà nước quy định: cosϕ
≥ 0,85
- Giả sử điện áp hai đầu
- Nếu cosϕ nhỏ → P hp sẽ lớn,
mạch điện là:
ảnh hưởng đến sản xuất kinh
doanh của công ti điện lực.
u = U 2 cosωt
- Cường độ dòng điện tức
thời trong mạch:
i = I 2 cos(ωt+ ϕ)
- Định luật Ôm cho đoạn
mạch có biểu thức?

- Mặt khác ta có biểu thức
U
U
I=
=
tìm ϕ?
1 2 Z
- Từ đây ta có thể rút ra
R2 + (ω L −
)
ω
C
biểu thức cosϕ?
- Có nhận xét gì về công
suất trung bình tiêu thụ
trong mạch?

tanϕ =

cosϕ =

1
ωC
R

ωL −

2. Tầm quan trọng của hệ
số công suất
- Các động cơ, máy khi vận

hành ổn đinh, công suất
trung bình được giữ không
đổi và bằng:
P = UIcosϕ với cosϕ > 0
P
→I=
UI cosϕ

P2 1
→ Php = rI = r 2
U cos 2ϕ
- Nếu cosϕ nhỏ → P hp sẽ
lớn, ảnh hưởng đến sản
xuất kinh doanh của công ti
điện lực.
3. Tính hệ số công suất của
mạch điện R, L, C nối tiếp
R
cosϕ =
Z
hay
R
cosϕ =
1 2
R2 + (ω L −
)
ωC
- Công suất trung bình tiêu
thụ trong mạch:
UR

P = UI cosϕ = U
ZZ
2

2

U 
= R  ÷ = RI 2
 Z

R
Z

- Bằng công suất toả nhiệt
trên R.

*Hoạt đông 4 :.Củng cố, vận dụng:
Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh


- Yêu cầu hs nhắc lại công thức tính công
suất tiêu thụ và hệ số công suất của đoạn
mạch R,L,C mắc nối tiếp.
- Yêu cầu hs trả lời các câu hỏi 1,2,3,4
trang 85 SGK.

Xem lại bài học và trả lời các câu hỏi
giáo viên yêu cầu.

*Hoạt đông 5 : Kết thúc bài học, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động giáo viên

Hoạt động học sinh

- Nhận xét, đánh giá nhấn mạnh kiến

thức trọng tâm của bài học.

Ghi lại bài tập và về nhà làm các yêu cầu
-Yêu cầu hs học lại bài và làm các bài tập
của giáo viên.
còn lại trong SGK.
-Xem bài học tiếp theo trước ở nhà
-Giao thêm một số bài tập:
+Câu 1: Trong các dụng cụ tiêu thụ điện,
người ta nâng cao hệ số công suất nhằm
mục đích gì?
+Câu 2: Hệ số công suất của mạch điện
xoay chiều bằng 0 trong trường hợp nào?
IV. Rút kinh nghiệm-Bổ sung :
……………………………………………………………………………………………………
………………………….
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………...