Tiet 22.23. Các mạch điện xoay chiều

Tiết theo PPCT:
§13. CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
Ngày soạn: .....................................
Tuần: Ngày dạy:
Lớp 12C: ........................................
I. MỤC TIÊU
- 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.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên
2. Học sinh
Ôn lại các kiến thức về tụ điện và suất điện động tự cảm.
III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Tiết 1
Hoạt động 1 (10 phút): Kiểm tra bài cũ – Tìm hiểu mối quan hệ giữa i và u trong mạch điện xoay chiều
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
- Nêu câu hỏi:
1. Nêu khái niệm về dòng điện xoay
chiều?
2. Viết biểu thức của U, I?
- Giới thiệu bài 13 nghiên cứu các
mạch điện xoay chiều: mạch điện
xoay chiều chỉ chứa điện trở, tụ điện,
cuộn cảm thuần.
- Thông báo: cường độ dòng điện
xoay chiều trong đoạn có dạng:
0

. os . 2 os .i I c t I c t
ω ω
= =
thì điện áp
(hđt) xoay chiều ở 2 đầu mạch điện là:
0
os( ) . 2 os( )u U c t U c t
ω ϕ ω ϕ
= + = +
u i
ϕ ϕ ϕ
= −
: độ lệch pha giữa u và i
- Khi nào
0, 0, 0
ϕ ϕ ϕ
> < =
?
- Trả lời:
1. Là dòng điện có cường độ
biến thiên tuần hoàn với thời
gian theo quy luật của hàm số
sin hay cosin, với dạng tổng
quát:
i = I
0
cos(ωt + ϕ)
2.
0
2

U
U =
,
0
2
I
I =
- Tiếp nhận kiến thức.
- Trả lời:
+
u i
φ > 0khi φ > φ
+
u i
φ 0khiφ φ< <
+
u i
φ 0 khi φ φ= =
§13. CÁC MẠCH ĐIỆN
XOAY CHIỀU
0
. osi I c t
ω
=
→

0
os( )u U c t
ω ϕ
= +

u i
ϕ ϕ ϕ
= −
: độ lệch pha giữa u và i
+ ϕ > 0: u sớm pha ϕ so với i.
+ ϕ < 0: u trễ pha |ϕ| so với i.
+ ϕ = 0: u cùng pha với i.
Hoạt động 2 (13 phút): Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
- Nối 2 đầu của mạch điện chỉ có R
vào điện áp xoay chiều
0
osu U c t
ω
=
.
Trong mạch lúc này sẽ xuất hiện dòng
điện xoay chiều i. Tuy là dòng điện
xoay chiều, nhưng tại một thời điểm,
dòng điện i chạy theo một chiều xác
định. Vì đây là dòng điện trong kim
loại nên theo định luật Ôm, i và u tỉ lệ
với nhau như thế nào?
- Xác nhận câu trả lời đúng. Cường độ
hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều
chỉ có điện trở liên hệ ntn với điện áp
hiệu dụng và điện trở của mạch?
- Xác nhận câu trả lời đúng. Thông
báo đó là nội dung của định luật Ôm
đối với mạch điện xoay chiều thuần

điện trở. Nhận xét về pha của u
R
và i?
- Theo định luật Ôm:
ω ω
ω ω
= = =
= =
0
0
os . 2 os
os . 2 os
U
u U
i c t c t
R R R
i I c t I c t
- Trả lời: Cường độ hiệu dụng
trong mạch điện xoay chiều chỉ
có điện trở có giá trị bằng
thương số giữa điện áp hiệu
dụng và điện trở của mạch
- Trả lời: u
R
cùng pha với i
I. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện
trở
Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều
0
osu U c t

ω
=
ω ω
ω ω
→ = = =
= =
0
0
os . 2 os
os . 2 os
U
u U
i c t c t
R R R
i I c t I c t
* Định luật Ôm (SGK):
U
I
R
=
* u
R
cùng pha với i.
Hoạt động 3 (20 phút): Tìm hiểu về mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
- GV yêu cầu HS nghiên cứu mục II.1
nêu nhận xét về kết quả thu được?
- Nối tụ điện C vào một nguồn điện
xoay chiều để tạo nên điện áp u giữa
hai bản của tụ điện:

u = U
0
cosωt = U
2
cosωt
- Khi đó tụ diện sẽ được tích điện. Giả
sử trong nửa chu kì đầu, A là cực
dương → Xác định về dấu và độ lớn
điện tích của bản bên trái tụ điện?
- Trả lời:
+ Tụ điện không cho dòng
điện một chiều đi qua.
+ Tụ điện cho dòng điện xoay
chiều “đi qua”.
- Bản bên trái tích điện dương.
II. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ
điện
1. Thí nghiệm
- Tụ điện không cho dòng điện một
chiều đi qua.
- Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi
qua”.
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ
có tụ điện
* Đặt điện áp u giữa hai bản của tụ
điện: u = U
0
cosωt = U
2
cosωt

Điện tích bản bên trái của tụ điện:
~
u
i
R
~
u
i
C
A
B
- Cường độ dòng điện ở thời điểm t
xác định bằng công thức nào?
- Khi ∆t và ∆q vô cùng nhỏ
q
t
∆
∆
trở
thành đạo hàm bậc nhất của q theo
thời gian. Hãy tìm biểu thức của i?
- Biến đổi biểu thức của i dưới dạng
hàm số cosin để dễ so sánh?
- Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0 →
biểu thức của i được viết lại như thế
nào?
- Thông báo Z
C
là dung kháng của
mạch.

- Yêu cầu HS phát biểu nội dung định
luật Ôm đối với đoạn mạch chứa tụ
điện? Z
C
có đơn vị là gì?
- Nhận xét về pha của u
C
và i?
- Thông báo Z
C
là đại lượng biểu hiện
sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ
điện. Khi nào thì dòng điện qua tụ dễ
dàng hơn?
- Tại sao tụ điện lại không cho dòng
điện không đổi đi qua?
và q = Cu = CU
2
cosωt
- Trả lời:
∆
∆
q
i=
t
- HS tìm biểu thức của i.
- Biến đổi biểu thức của i:
cos2 ( )
2
i CU t

π
ω ω
= +
- Đơn vị của Z
C
là
Ω
.
- Trả lời: u
C
trễ pha
π
2
so với i
- Từ
1
C
Z
C
ω
=
ta thấy: Khi ω
nhỏ (f nhỏ) → Z
C
lớn và
ngược lại.
- Vì dòng điện không đổi (f = 0)
→ Z
C
= ∞ → I = 0

q = Cu = CU
2
cosωt
Giả sử tại thời điểm t, dòng điện có
chiều như hình vẽ, điện tích tụ điện
tăng lên. Sau khoảng thời gian ∆t, điện
tích trên bản tăng ∆q.
→
q
i
t
∆
=
∆
Khi ∆t, ∆q
0→
thì:
2
dq
i CU sin t
dt
ω ω
= = −
⇔
cos2 ( )
2
i CU t
π
ω ω
= +

Đặt: I = UωC
→
cos2 ( )
2
i I t
π
ω
= +
* Chọn
0
i
ϕ
=
→
cos2i I t
ω
=
cos
π
ω
= −
, 2 ( )
2
u U t
Đặt
1
C
Z
C
ω

=

→

C
U
I
Z
=
với Z
C
là dung kháng của mạch, đơn vị
là
Ω
* Định luật Ohm (SGK):
C
U
I
Z
=
* So sánh pha dao động của u
C
và i
i sớm pha π/2 so với u
C
(hay u
C
trễ pha
π/2 so với i).
3. Ý nghĩa của dung kháng

+ Z
C
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.
+ Z
C
có tác dụng làm cho i sớm pha
π/2 so với u
C
.
Hoạt động 4 (2phút): Tổng kết tiêt học - Giao nhiệm vụ về nhà cho HS
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
- Nhấn mạnh nội dung kiến thức mà
HS cần tiếp nhận trong tiết học.
- Giao nhiệm vụ về nhà cho HS:
+ Làm bài tập 3, 7 – tr74 – SGK
+ Nghiên cứu mục III. Mạch điện
xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
- Thực hiện.
Tiết 2
Hoạt động 1 (13 phút): Kiểm tra bài cũ
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Nêu câu hỏi:
1. Phát biểu và viết biểu thức của định luật Ôm đối với
mạch chứa điện trở thuần và tụ điện? So sánh pha của
u
R

, u
C
với i?
2. Nêu ý nghĩa của dung kháng Z
C
?
- Nhận xét, cho điểm.
- Trả lời.
Hoạt động 2 (20 phút): Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
- Nêu khái niệm cuộn cảm thuần.
- Khi có dòng điện cường độ i chạy
qua cuộn cảm (cuộn dây dẫn nhiều
vòng, ống dây hình trụ thẳng dài, hoặc
hình xuyến…) → có hiện tượng gì
xảy ra trong ống dây?
- Trường hợp i là một dòng điện xoay
chiều thì từ thông Φ trong cuộn dây có
đặc điểm gì?
- Viết biểu thức tính suất điện động tự
cảm e?
- Xét ∆t → 0 thì biểu thức e viết ntn?
- Yêu cầu HS hoàn thành C5:
- Đặt vào hai đầu của một cuộn thuần
cảm (có độ tự cảm L, điện trở trong r
= 0) một điện áp xoay chiều, tần số
góc ω, giá trị hiệu dụng U → trong
mạch có dòng điện xoay chiều.
- Dòng điện qua cuộn dây tăng
lên → trong cuộn dây xảy ra

hiện tượng tự cảm, từ thông
qua cuộn dây: Φ = Li
- Từ thông Φ biến thiên tuần
hoàn theo t.
- Trả lời:
i
e L
t
∆
= −
∆
- Trả lời C5:
Áp dụng định luật Ôm cho
đoạn mạch chứa nguồn điện:
AB
u e
i
R
+
=
→
AB
di
u ri L
dt
= +
III. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn
cảm thuần
Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện
trở không đáng kể, khi dòng điện xoay

chiều chạy qua cuộn cảm sẽ xảy ra hiện
tượng tự cảm.
1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện
xoay chiều
- Khi có dòng điện i chạy qua một cuộn
cảm, từ thông tự cảm có biểu thức: Φ =
Li
với L là độ tự cảm của cuộn cảm.
- Trường hợp i là một dòng điện xoay
chiều, suất điện động tự cảm:
i
e L
t
∆
= −
∆
- Khi ∆t → 0:
di
e L
dt
= −
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều có
cuộn cảm thuần
* Đặt vào hai đầu L một điện áp xoay
chiều. Giả sử i trong mạch là:
i = I
2
cosωt
Điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm
~

u
i
L
A
B
- Điện áp hai đầu của cảm thuần có
biểu thức như thế nào?
- Yêu cầu HS đưa phương trình u về
dạng cos?
- Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn
cảm được tính ntn?
- Tìm biểu thức tính cuờng độ hiệu
dụng I?
- Thông báo Z
L
là cảm kháng của
mạch. Z
L
có đơn vị là gì?
- Yêu cầu HS phát biểu nội dung định
luật Ôm đối với mạch chứa cuộn cảm
thuần?
- Nhận xét về pha của u
L
và i?
- Nêu ý nghĩa của cảm kháng Z
L
?
- Chính xác hoá kiến thức về ý nghĩa
của cảm kháng.

- Trả lời:
2
di
u L LI sin t
dt
ω ω
= = −

- Trả lời:
cos2 ( )
2
u LI t
π
ω ω
= +
- Trả lời: U = ωLI
- Trả lời:
U
I
L
ω
=
- Đơn vị của Z
L
là Ω.
- Phát biểu nội dung định luật
Ôm đối với mạch chứa cuộn
cảm thuần.
- Trả lời: u
L

sớm pha π/2 so
với i.
- Trả lời:
+ Biểu hiện sự cản trở dòng
điện xoay chiều.
+ Vì Z
L
= ωL nên khi f lớn →
Z
L
sẽ lớn → cản trở nhiều.
thuần:
2
di
u L LI sin t
dt
ω ω
= = −
cos2 ( )
2
u LI t
π
ω ω
= +
→
U = ωLI
Suy ra:
U
I
L

ω
=
Đặt : Z
L
= ωL
→
L
U
I
Z
=
với Z
L
gọi là cảm kháng của mạch, đơn
vị là Ω.
* Định luật Ôm (SGK):
L
U
I
Z
=
* So sánh về pha của u
L
so với i:
i trễ pha π/2 so với u
L
, hoặc u
L
sớm
pha π/2 so với i.

3. Ý nghĩa của cảm kháng
+ Z
L
là đại lượng biểu hiện sự cản trở
dòng điện xoay chiều của cuộn cảm.
+ Cuộn cảm có L lớn sẽ cản trở nhiều đối
với dòng điện xoay chiều, nhất là dòng
điện xoay chiều cao tần.
+ Z
L
cũng có tác dụng làm cho i trễ pha
π/2 so với u.
Hoạt động 3 (12 phút): Vận dụng - Củng cố bài – Giao nhiệm vụ về nhà cho HS

Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
- Nêu các kiến thức trọng tâm của bài.
- Hướng dẫn HS giải bài tập 4 – tr 74
– SGK tại lớp:
+ Tóm tắt bài toán, chỉ rõ đại lượng
nào đã biết, đại lượng nào chưa biết.
+ Để tính L cần biết Z
L
. Tính Z
L
dựa
vào định luật Ôm đối với mạch chứa
cuộn cảm thuần?
+ Viết biểu thức i cần biết I
0
,

ϕ
?
- Giải bài tập 4 – tr 74 – SGK
dưới sự hướng dẫn của GV:
Bài tập 4 – tr 74 – SGK
cos100 t (V)
π
=
100 2u
I = 5 A
a. L = ?
b. Biểu thức i = ?
Giải
a. Ta có: U = 100 (A)
Áp dụng:
20( )
L
L
U U
I Z
Z I
= → = = Ω
Mà
1
. ( )
5
L
L
Z
Z L L H

ω
ω π
= → = =
b. Ta có:
0
. 2 5 2 ( )I I A= =
Trong mạch chứa cuộn cảm thuần, i