Giáo án Vật lý 12 bài 13: Các mạch điện xoay chiều

BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. MỤC TIÊU CẦN ĐẠT

a.Về 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.

b. Về kỹ năng
- Biết áp dụng công thức định luật ôm, đặc điểm đoạn mạch chỉ có điện trở thuần,
cuộn cảm thuần, tụ điện để làm các bài tập đơn giản.
c. Về thái độ
- Rèn luyện phong cách làm việc khoa học, độc lập nghiên cứu, tác phong lành
mạnh và có tính tập thể.
2. CHUẨN BỊ

a. Giáo viên
- Một số dụng cụ thí nghiệm như , ampe kế, vôn kế, một số điện trở, tụ điện, cuộn
cảm để minh hoạ.
- Giáo án, tài liệu tham khảo
b. Học sinh


- Ôn lại các kiến thức về tụ điện: q = Cu và i = ±
e= ±L

di
và suất điện động tự cảm
dt

di
.
dt

- Sách,vở ghi và dụng cụ học tập đúng quy định

3- Tiến trình dạy học
a. Kiểm tra bài cũ: “Không - kết hợp với bài giảng”
b. Bài giảng mới

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH

NỘI DUNG

Hoạt động 1: “ Đặt vấn đề vào bài giảng mới”
GV: Đặt vấn đề vào bài giảng mới
“Ở lớp 11 ta đã nghiên cứu dòng không đổi và
biết được mối quan hệ giữa dòng điện và hiệu
đêịn thế giữa hai đầu đoạn mạch. Chương trình
vật lí 12 chương này chúng ta khảo sát mối
quan hệ giữa cường độ tức thời và điện áp hiệu
dụng có mối quan hệ với nhau như thế nào * Mối quan hệ giữa u và i trong đoạn mạch
trong các đoạn mạch xoay chiều có chứa điện xoay chiều.
trở thuần hoặc tụ điện hoặc chỉ có cuộn thuần Khảo sát mạch điện xoay chiều như hình
cảm như thế nào? Rồi biểu thức của định luật vẽ

Ôm cho các loại đoạn mạch đó có dạng như
thế nào?”

∼

A

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề nghiên
cứu.
GV: Khảo sát một mạch điện xoay chiều như
hình vẽ. Tìm mối quan hệ giữa u và i trong
đoạn mạch đó.

i
MẠCH

B


HS: Lắng nghe và lĩnh hội kiến thức.

- Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong
mạch có dạng:
i = I0cos( ω t + ϕ i ) = I
GV: Viết biểu thức của dòng điện xoay chiều
TQ
Chọn ϕi = 0
HS: Thực hiện yêu cầu của gv
i = I0cos(ωt + ϕi)
GV: Ta sẽ đi tìm biểu thức của u ở hai đầu

đoạn mạch.

2 cos(ωt+ϕi)

sao cho phương trình dòng điện tức thời
trong đoạn mạch có dạng.
i = I0cosωt = I

2 cos

ωt

GV: Trình bày kết quả thực nghiệm và lí thuyết Khi đó: điện áp xoay chiều ở hai đầu mạch
để đưa ra biểu thức điện áp hai đầu mạch.
điện:
HS: ghi nhận các kết quả.

u = U0cos(ωt+ ϕu) = U

2 cos(ωt+

ϕu)

Gọi ϕ = ϕu- ϕi là độ lệch pha giữa u và i.
* Các trường hợp đặc biệt:
- Nếu ϕ > 0: u sớm pha ϕ so với i.
- Nếu ϕ < 0: u trễ pha |ϕ| so với i.
- Nếu ϕ = 0: u cùng pha với i

I- MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN

TRỞ

Hoạt động 2: “ Tìm hiểu mạch điện xoay
chiều chỉ có điện trở”
- Xét mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

~
u

R


(hv)
GV: Nhắc cho HS khái niệm điện trở thuần
HS: Tiếp thu, ghi nhận.
GV:Xét mạch điện xoay chiều chỉ có R(hv)
Trong mạch lúc này sẽ có i → dòng điện này
như thế nào?
HS: Biến thiên theo thời gian t (dòng điện
* Điện trở thuần là điện trở của các vật dẫn
xoay chiều)
thường mà khi dòng điện đi qua nó chỉ gây
GV: Hướng dẫn hs xây dựng biểu thức của t/d nhiệt
định luật Ôm đối với mạch xoay chiều chỉ có
- Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều:
điện trở thuần
u = U0cosωt = U

HS: Lắng nghe và hợp tác với gv

2 cosωt

GV: Tuy là dòng điện xoay chiều, nhưng tại - Theo định luật Ôm: i ~ u
một thời điểm, dòng điện i chạy theo một
u U
i= =
2 cos ω t
chiều xác định. Vì đây là dòng điện trong kim
R R
loại nên theo định luật Ôm, i và u tỉ lệ với nhau
U
như thế nào?
Nếu ta đặt: I =
Thì i = I 2 cos ω t
R

* Chú ý: Trong biểu thức điện áp
GV: Trong biểu thức điện áp u, U0 và U là gì?

- u là điện áp tức thời

- Dựa vào biểu thức của u và i, ta có nhận xét
gì về quan hệ giữa u và i?

- U là điện áp hiệu dụng
- U0 là điện áp cực đại

HS: Trả lời
*Kết luận:
1. Định luật Ôm đối với mạch điện xoay

GV: Chính xác hoá các kết luận của HS và Y/c chiều thuần điện trở:
hs phát biểu định luật Ôm đối với dòng điện
Cường độ hiệu dụng trong mạch điện
một chiều trong kim loại.


xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bằng
thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện
GV: Đối đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở
trở của mạch
thuần thì u& i đồng pha và ta có thể biểu diễn
quan hệ giữa chúng trên cùng một giản đồ như 2. u và i cùng pha.
x
sau 0
0
x


I
U0


I0
U0

0

HS: Lắng nghe và ghi nhận

Hoạt động 3: “ Tìm hiểu về mạch điện xoay

I- MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ
chiều chỉ có tụ điện”
ĐIỆN
1/ Thí nghiệm
GV: Sử dụng sơ đồ hình 13.3 Sgk. Trình bày
tác dụng của tụ đối với dòng điện một chiều và
dòng điện xoay chiều.
HS: Quan sát mạch điện, lắng nghe và ghi
nhận các kết quả thí nghiệm.

A

B
i

u
C

GV:Qua hai thí nghiệm em có nhận xét gì về
tác dụng của tụ điện.
HS:+ Tụ điện không cho dòng điện một chiều
đi qua.
- Kết quả:
+ Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi + Tụ điện không cho dòng điện một chiều
qua”.
đi qua.
GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp sang tiểu mục 2 + Dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong
phần II
những mạch điện có chứa tụ điện.
HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề nghiên

cứu.


GV: Hợp tác cùng hs xây dựng biểu thức định
luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện
HS: Hợp tác với gv

2/ Khảo sát mạch điện xoay chiều
chỉ có tụ điện

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.
- Có hiện tượng xảy ra ở các bản của tụ điện?
- Giả sử trong nửa chu kì đầu, A là cực dương
→ bản bên trái của tụ sẽ tích điện gì?
HS: Tại chỗ trả lời.

a. - Đặt điện áp u giữa hai bản của tụ điện:
u = U0cosωt = U

2 cosωt

- Điện tích bản bên trái của tụ điện:
q = Cu = CU

2 cosωt

GV: Độ biến thiên điện tích q cho phép ta tính
i trong mạch. Vậy cường độ dòng điện ở thời

- Giả sử tại thời điểm t, dòng điện có chiều
điểm t xác định bằng công thức nào?
như hình, điện tích tụ điện tăng lên.
HS: Tại chỗ trả lời
- Sau khoảng thời gian ∆t, điện tích trên
∆q
GV: Khi ∆t và ∆q vô cùng nhỏ
có giá trị bản tăng ∆q.
∆t

ntn?
- Cường độ dòng điện ở thời điểm t:

HS: Trả lời
GV:Ta nên đưa về dạng tổng quát

i=

i = I0cos(ωt + ϕ) để tiện so sánh, –sinα → cosα
HS: viết lại biểu thức của i và u (i nhanh pha
hơn u góc π/2 → u chậm pha hơn i góc π/2)

0•


U0


I0

x

∆q
∆t

- Khi ∆t và ∆q vô cùng nhỏ
i=

dq
= −ω C U 2 sin ω t
dt





Hay i = ω C U 2 cos ω t +

π

2

b. Đặt: I = UωC (*)



thì i = I 2 cos ω t +

π
 và u = U 2 cos ω t

2

I: Cường độ hiệu dụng trong mạch
- Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0
GV: ZC đóng vai trò gì trong công thức?
HS:So sánh với định luật Ôm, có vai trò tương
tự như điện trở R trong mạch chứa điện trở.

π
Thì: i = I 2 cos ω t và u = U 2 cos(ω t − )
2

- Từ biểu thức(*) ta có thể viết:
GV:ZC có đơn vị là gì? ZC =

1
ωC

HS:Trả lời CH C4
GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

( F ) −1 .s =  C 
V 

−1

.s =

A.Ω.s
=Ω

C

và đặt: Z C =

1
U
Thì I =
(**)
Cω
ZC

trong đó ZC gọi là dung kháng của
mạch(Ω)

GV:Dựa vào biểu thức của u và i, ta có nhận * Định luật Ôm: (Sgk)
xét gì?
c. So sánh pha dao động của u và i
HS:Trong mạch chứa tụ điện, cường độ dòng
điện qua tụ điện sớm pha π/2 so với điện áp + i sớm pha π/2 so với u (hay u trễ pha π/2
hai đầu tụ điện (hoặc điện áp ở hai đầu tụ điện so với i).
trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện).
GV:Nói cách khác: Trong mạch điện xoay
chiều, tụ điện là phần tử có tác dụng làm cho
cường độ dòng điện tức thời sớm pha π/2 so
với điện áp tức thời.


Dựa vào biểu thức định luật Ôm, Z C có vai
trò là điện trở trong mạch chứa tụ điện → hay
nói cách khác nó là đại lượng biểu hiện điều

gì?
HS: Biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều.
GV:Tại sao tụ điện lại không cho dòng điện
không đổi đi qua?
HS: Vì dòng điện không đổi (f = 0) → ZC = ∞
→I = 0
GV: Khi nào thì dòng điện qua tụ dễ dàng hơn?
HS: Từ ZC =

1
ta thấy: Khi ω nhỏ (f nhỏ) →
ωC

ZC lớn và ngược lại.
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
π/2 so với u.

c. Củng cố - dặn dò:


GV: Hướng dẫn hs giải bài tập ví dụ trong sgk: Cho bt điện áp ở 2 đầu đoạn mạch là:
u = 220 2 cos 1000 π t (V)

Tính dung kháng và viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch?
HS: Giải bài tập theo hướng dẫn của GV

d. Hướng dẫn học ở nhà
GV: Giao nhiệm vụ về nhà cho HS: CH 1 a,b và BT 3 (sgk/74)
HS:Ghi chép yêu cầu của GV,chuẩn bị cho bài sau: Đọc “Mạch điện xoay chiều chỉ có
cuộn cảm”