Các mạch điện xoay chiều


Giáo án Vật lí 12 cơ bản

Trường THPT Long Khánh
Bài 13
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

I. MỤC TIÊU
1. Kiến Thức
- Phát biểu và viết được biểu thức định luật ôm cho các loại đoạn mạch xoay chiều.
- Viết được các biểu thức tính cảm kháng, dung kháng.
2. Kỷ năng
- Nêu được độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện qua R, C, L.
- Viết được biểu thức điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời qua các mạch điện xoay chiều.
3. Thái độ
- Có tinh thần khách quan, trung thực, biết tự học hỏi và tự tìm tồi.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên
- Một số dụng cụ thí nghiệm như dao động kí điện tử, ampe kế, vôn kế, một số điện trở, tụ điện.
2. Học sinh
- Ôn lại các kiến thức về tụ điện: q = Cu và
= ±
dq
i
dt
và suất điện động tự cảm:
di
e L
dt
= ±
.

III.TIẾN TRÌNH BÀI DẠY
1. Ổn định lớp
2. Kiểm tra bài cũ: (5 phút)
+ Dòng điện xoay chiều ? Biểu thức cường độ tức thời ?
+ Giá trị hiệu dụng ? Cường độ hiệu dụng, hiệu điện thế hiệu dụng ?
- Quan hệ u, i trong các mạch điện ? Biểu thứ xác định cường độ, hiệu điện thế tức thời ?
3. Vào bài: SGK trang 67.
Hoạt động 1 (5 phút): Tìm hiểu mạch điện xoay chiều.

Biên soạn : Dương Hoàng Anh 1
HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG
- Biểu thức của dòng điện xoay
chiều có dạng ?
- Chọn điều kiện ban đầu thích hợp
để ϕ = 0.
=> i = I
m
cosωt = I
2
cosωt
- Tìm biểu thức của u ở hai đầu
đoạn mạch.
- Trình bày kết quả thực nghiệm và
lí thuyết để đưa ra biểu thức điện
áp hai đầu mạch.
- Để tránh nhầm lẫn, phương trình
điện áp có thể viết:
u = U
0
cos(ωt+ ϕ

u/i
)
= U
2
cos(ωt+ ϕ
u/i
)
- Có dạng: i = I
0
cos(ωt + ϕ)
- HS ghi nhận các kết quả chứng
minh bằng thực nghiệm và lí
thuyết.
Mạch điện xoay chiều
- Nếu cho dòng điện xoay chiều có
dạng:

0
cos 2 cosi I t I t
ω ω
= =

- Thì điện áp xoay chiều ở 2 đầu mạch:
0
cos( ) 2 ( )u U t U cos t
ω ϕ ω ϕ
= + = +
trong đó:
ϕ
là độ lệch pha giữa u và i

+ Nếu
0
ϕ
> ⇒
u sớm pha hơn i
+ Nếu
0
ϕ
< ⇒
u trễ pha
ϕ
hơn i
+ Nếu
0
ϕ
= ⇒
u và i cùng pha
Mạch
A
B
u
i
NS: 03/10/2010
Tiết: 22

Giáo án Vật lí 12 cơ bản

Trường THPT Long Khánh
Hoạt động 2 (10 phút). Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở.
HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG

Yêu cầu HS đọc SGK mục II trả
lời câu hỏi.
- Nêu câu hỏi:
- Trong mạch lúc này sẽ dòng điện
này như thế nào?
- 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 Ohm, i và u thế nào?
- Trong biểu thức điện áp u, U
0
và
U là gì?
- Nêu câu hỏi C1
- Dựa vào biểu thức của u và i, ta có
nhận xét gì ?
- GV chính xác hoá các kết luận của
HS.
- Phát biểu định luật Ohm đối với
dòng điện một chiều trong kim loại.
Đọc SGK mục II trả lời câu
hỏi.
- Trả lời:
- Biến thiên theo thời gian t
(dòng điện xoay chiều)
- Tỉ lệ với nhau như. Theo định
luật Ohm
u
i

R
=
- Điện áp tức thời, điện áp cực
đại và điện áp hiệu dụng.
- Trả lời
- u và i cùng pha.
- HS phát biểu.
I. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ
CÓ ĐIỆN TRỞ

1. Quan hệ u và i :
Hai đầu R có
2 cosu U t
ω
=
Định luật Ôm :
2 cos
u U
i t
R R
ω
= =
Đặt :
U
I
R
=

Thì
2 cosi I t

ω
=
⇒ u, i cùng pha

2. Định luật Ôm: SGK
Biểu thức:
U
I
R
=
Hoạt động 3 (20 phút). Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện.
HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG
Yêu cầu HS đọc SGK mục II
trả lời câu hỏi.
- Nêu câu hỏi:
- GV làm thí nghiệm như sơ đồ
hình 13.3 Sgk.
- Ta có nhận xét gì về kết quả
thu được ?
Đọc SGK mục II trả lời câu
hỏi.
- Trả lời:
- HS quan sát mạch điện và ghi
nhận các kết quả thí nghiệm.
+ Tụ điện không cho dòng điện
một chiều đi qua.
+ Tụ điện cho dòng điện xoay
chiều “đi qua”.
II. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ
CÓ TỤ ĐIỆN

1. Thí nghiệm :
- Nguồn điện một chiều : I = 0
- Nguồn điện xoay chiều : I
≠
0
* Kết luận : Dòng xoay chiều có thể tồn
tại trong mạch điện có chứa tụ điện

Biên soạn : Dương Hoàng Anh 2
~
u
R
t
u,i
i(t)
u(t)
0
A
C
I= 0
+
-
A
:
C
I= 0
u
+
-
B

i

Giáo án Vật lí 12 cơ bản

Trường THPT Long Khánh
- 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 ?
- Ta có nhận xét gì về điện tích
trên bản của tụ điện ?
→ Độ biến thiên điện tích q
cho phép ta tính i trong mạch.
- 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 gì ?
- Ta nên đưa về dạng tổng quát
i = I
0

cos(ωt + ϕ) để tiện so
sánh, –sinα → cosα
- Nếu lấy pha ban đầu của i
bằng 0 → biểu thức của i và u
được viết lại như thế nào ?
- Z
C
đóng vai trò gì trong công
thức?
→ Z
C
có đơn vị là gì?
1
C
Z
C
ω
=
- Dựa vào biểu thức của u và i,
ta có nhận xét gì?
- Tác dụng của tụ ?
- Khi nào thì dòng điện qua tụ
dễ dàng hơn ?
- Tại sao tụ điện lại không cho
dòng điện không đổi đi qua ?
- HS theo hướng dẫn của GV để
khảo sát mạch điện xoay chiều
chỉ có tụ điện.
- Tụ điện sẽ được tích điện.
- Bản bên trái tích điện dương.

- Biến thiên theo thời gian t.
- HS ghi nhận cách xác định i
trong mạch.
q
i
t
∆
=
∆
- Đạo hàm bậc nhất của q theo
thời gian.
cos( )
2
sin
π
α α
− = +
- 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)
- So sánh với định luật Ohm, có
vai trò tương tự như điện trở R
trong mạch chứa điện trở.
- Là đơn vị của điện trở (Ω).
1
1
. .
( ) . .
C A s
F s s

V C
−
−
 
Ω
= = = Ω
 ÷
 
- Trong mạch chứa tụ điện,
cường độ dòng điện qua tụ điện
sớm pha π/2 so với điện áp hai
đầu tụ điện (hoặc điện áp ở hai
đầu tụ điện trễ pha π/2 so với
cường độ dòng điện).
- Biểu hiện sự cản trở dòng điện
xoay chiều.
- 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
2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có
tụ :
a. Cho hiệu điện xoay chiều giữa 2 đầu
tụ C:

0
cosu U t
ω
=
=
2 cosU t
ω
Điện tích bản trái của tụ :
q = Cu = C
2 cosU t
ω
- Ở thời điểm t bản trái tích điện (+) điện
tích tụ tăng lên .Sau khoảng thời gian
t∆

lượng điện tích của tụ tăng thêm
q∆
q
i
t
∆
⇒ =
∆

- Khi
t∆
và
q∆
vô cùng nhỏ :

sin
dq
i CU t
dt
ω ω
⇒ = = −

2 cos( )
2
i U C t
π
ω ω
= +
b) Nếu đặt : I = U
C
ω

Ta có :
2 cos( )
2
i I t
π
ω
= +

Và :
2 cosu U t
ω
=
-Nếu lấy pha ban đầu dòng điện = 0 thì :

2 cosi I t
ω
=

2 cos( )
2
u U t
π
ω
= −
c) Định luật Ôm:

C
U
I
Z
=
Với dung kháng :
1
C
Z
C
ω
=

d) So sánh pha dao động của u và i :

i sớm pha hơn u một góc
2
π
3) Ý nghĩa của dung kháng :
- Dung kháng là đại lượng biểu hiện sự
cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện.
- Nếu C càng lớn
⇒
Z
c
càng nhỏ , dòng
điện bị cản trở càng ít .
- Nếu
ω
( f ) càng lớn
⇒
Z
c
càng nhỏ,
dòng điện bị cản trở càng ít.
Hoạt động 3(5 phút): Củng cố - Giao nhiệm vụ về nhà

Biên soạn : Dương Hoàng Anh 3
t
u,i
i(t)
u(t)
0


Giáo án Vật lí 12 cơ bản

Trường THPT Long Khánh
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Nhắc lại các kiến thức cơ bản trong bài học bằng những
câu hỏi củng cố.
- Về nhà làm bài tập 3, 6, 7, 9 trang 74 SGK.
- Về nhà học bài và xem phần tiếp theo.
- Nắm vững các kiến thức cơ bản trong bài học.
- Nhận nhiệm vụ về nhà thực hiện.
- Nhận nhiệm vụ về nhà thực hiện.
* Câu hỏi củng cố
Câu 1. Cho dòng điện xoay chiều qua mạch chỉ có điện trở thuần thì điện áp tức thời giữa 2 đầu điện trở :
A. Chậm pha hơn dòng điện. B. Nhanh pha hơn dòng điện.
C. Cùng pha với dòng điện. D. Lệch pha so với dòng điện
π
/2.
Câu 2. Cho dòng điện xoay chiều qua mạch chỉ có tụ điện thì điện áp tức thời giữa 2 đầu điện trở :
A. Chậm pha hơn dòng điện. B. Trể pha
π
/2 so với cường độ dòng điện.
C. Cùng pha với dòng điện. D. Sóm pha
π
/2 so với cường độ dòng điện.
Câu 3. Đặt tụ điện có điện dung
4
10
C F
π

−
=
vào điện áp xc có dạng :
200 2 os(100 ) ( )
3
u c t V
π
π
= +
. Biểu
thức của cường độ dòng điện là:
A.
5
2 2 os(100 ) ( )
6
i c t A
π
π
= +
B.
2 2 os(100 ) ( )
6
i c t A
π
π
= +
C.
2 2 os(100 ) ( )
6
i c t A

π
π
= −
D.
2 os(100 ) ( )
6
i c t A
π
π
=
Câu 4. Đặt tụ điện có điện dung
1
20000
C F
π
=
vào điện áp xoay chiều
100 2 os100 ( )u c t V
π
=
Biểu
thức của cường độ dòng điện là:
A.
0,5 2 os100 ( )i c t A
π
=
B.
0,5 2 os(100 ) ( )
2
i c t A

π
π
= −
C.
0,5 2 os(100 ) ( )
2
i c t A
π
π
= +
D.
0,5 os(100 ) ( )
2
i c t A
π
π
= +
* Rút Kinh Nghiệm
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………..


Biên soạn : Dương Hoàng Anh 4