Tải Giáo án Các mạch điện xoay chiều Vật lý 12 - Giáo án điện tử Vật Lý 12

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (131.93 KB, 9 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

I. MỤC TIÊU
1. 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 trogn mạch điện xoay chiều.

- Viết được cơng thức tính dung kháng và cảm kháng.
2. Kĩ năng: Áp dụng công thức giải một số bài tập.
3. Thái độ: Tích cực trong các hoạt động học tập.
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, cuộn cảm để minh hoạ.

2. Học sinh: 
di
i

dt

 e L di

dt



- Ôn lại các kiến thức về tụ điện: q = Cu và và suất điện động tự cảm .
III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC

Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ.

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

1. Phát biểu các định nghĩa: giá trị
tức thời, giá cực đại, giá trị hiệu
dụng của cường độ dòng điện và
điện áp xoay chiều hình sin.
2. Giải bài tập số 3 SGK.

Hoạt động 2: Tìm hiểu mối quan hệ giữa i và u trong mạch điện xoay chiều

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

Nội dung

- Biểu thức của dòng điện xoay
chiều có dạng?

2- Chọn điều kiện ban đầu thích 
hợp để  = 0  i = I0cost = Icost

- Ta sẽ đi 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.

- Lưu ý: Để tránh nhầm lẫn, phương
trình điện áp có thể viết:

u = U0cos(t+ u/i)

2= Ucos(t+ u/i)

- Có dạng: i = I0cos(t + )

- HS ghi nhận các kết quả
chứng minh bằng thực
nghiệm và lí thuyết.

- Nếu cường độ dịng điện
xoay chiều trong mạch:

2i = I0cost = Icost

(13.1) 
 điện áp xoay chiều ở
hai đầu mạch điện:
u = U0cos(t+ )

2 = Ucos(t+ )

(13.2) 
Với  là độ lệch pha giữa
u và i.

+ Nếu  > 0: u sớm pha 
so với i.

+ Nếu  < 0: u trễ pha ||
so với i.

+ Nếu  = 0: u cùng pha
với i.

Hoạt động 3 : Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

- Xét mạch điện xoay chiều chỉ có
R.

- Trong mạch lúc này sẽ có i 
dịng điện này như thế nào?
- Tuy là dòng điện xoay chiều,
nhưng tại một thời điểm, dịng điện
i chạy theo một chiều xác định. Vì
đây là dòng điện trong kim loại nên
theo định luật Ohm, i và u tỉ lệ với
nhau như thế nào?

- Trong biểu thức điện áp u, Um và

U là gì?

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

- GV chính xác hố các kết luận
của HS.

- Yêu cầu HS phát biểu định luật
Ohm đối với dòng điện một chiều
trong kim loại.

- Biến thiên theo thời gian t
(dòng điện xoay chiều)

- Theo định luật Ohm
u
i

R



- Điện áp tức thời, điện áp
cực đại và điện áp hiệu
dụng.

- HS nêu nhận xét:
+ Quan hệ giữa I và U.
+ u và i cùng pha.

- HS phát biểu.

I. Mạch điện xoay chiều 
chỉ có điện trở

- Nối hai đầu R vào điện
áp xoay chiều:

2u = U0cost = Ucost

- Theo định luật Ohm

cos
2

u U

i t

R R 

 

U
I

R



Nếu ta đặt: (13.3)

cos
2

i I tthì:

- Kết luận:

1. Định luật Ohm đối với 
mạch điện xoay chiều:

Sgk

2. u và i cùng pha.
Hoạt động 4: Tìm hiểu về mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

Nội dung

- GV làm thí nghiệm như sơ đồ
hình 13.3 Sgk.

- HS quan sát mạch điện và
ghi nhận các kết quả thí
nghiệm.

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

- Ta có nhận xét gì về kết quả thu
được?

- 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 dịng điện ở thời điểm
t xác định bằng công thức nào?

q
t



 - Khi t và q vô cùng nhỏ

+ Tụ điện không cho dòng
điện một chiều đi qua.

+ Tụ điện cho dòng điện xoay
chiều “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.

1. Thí nghiệm
- Kết quả:

+ Tụ điện khơng cho dịng
điện một chiều đi qua.
+ Dịng điện xoay chiều có
thể tồn tại trong những
mạch điện có chứa tụ điện.
2. Khảo sát mạch điện
xoay chiều chỉ có tụ điện

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

2u = U0cost = Ucost

- Điện tích bản bên trái
của tụ điện:

2q = Cu = CUcost

- Giả sử tại thời điểm t,
dịng điện có chiều như
hình, điện tích tụ điện tăng
lên.

- Sau khoảng thời gian t,

~

u

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

trở thành gì?

- Ta nên đưa về dạng tổng quát i =
Imcos(t + ) để tiện so sánh, –

sin  cos

- Nếu lấy pha ban đầu của i bằng
0  biểu thức của i và u được viết
lại như thế nào?

- ZC đóng vai trị gì trong cơng

thức?

 ZC có đơn vị là gì?

1
C
Z
C



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

- 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 /2 so với
điện áp tức thời.

- Dựa vào biểu thức định luật
Ohm, ZC có vai trị là điện trở

trong mạch chứa tụ điện  hay
nói cách khác nó là đại lượng biểu
hiện điều gì?

q
i
t





- Đạo hàm bậc nhất của q
theo thời gian.

- HS tìm q’

cos( )
2

sin  

  

- HS viết lại biểu thức của i
và u (i nhanh pha hơn u góc
/2  u chậm pha hơn i góc
/2)

- So sánh với định luật Ohm,
có vai trị tương tự như điện
trở R trong mạch chứa điện
trở.

- Là đơn vị của điện trở ().

1 . .

( ) .F s C .s A s

V C



   

   

 

- Trong mạch chứa tụ điện,
cường độ dòng điện qua tụ
điện sớm pha /2 so với điện
áp hai đầu tụ điện (hoặc điện
áp ở hai đầu tụ điện trễ pha
/2 so với cường độ dịng
điện).

điện tích trên bản tăng q.
- Cường độ dòng điện ở
thời điểm t:

q
i
t



 (13.6)

- Khi t và q vô cùng
nhỏ

dq

i CU sin t

dt  

 

cos

2 ( )

iCU t 

ha
y:

(13.7) 
b. Đặt: I = UC

cos

2 ( )

i I t 

thì

(13.8) 
2và u = Ucost

(13.9) 
- Nếu lấy pha ban đầu của
i bằng 0

cos
2

i I tthì

cos

2 ( )

u U t 

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

- Khi nào thì dịng điện qua tụ dễ

dàng hơn?

- Tại sao tụ điện lại khơng cho
dịng điện khơng đổi đi qua?

- Biểu hiện sự cản trở dòng
điện xoay chiều.

1
C

Z

C




- Từ ta thấy: Khi 
nhỏ (f nhỏ)  ZC lớn và

ngược lại.

- Vì dịng điện khơng đổi (f =

0)  ZC =   I = 0

U

I

C




1
C

Z

C




và đặt

C

U
I

Z



thì:

trong đó ZC gọi là dung

kháng của mạch.
- Định luật Ohm: (Sgk)
c. So sánh pha dao động

của u và i

+ i sớm pha /2 so với u
(hay u trễ pha /2 so với
i).

3. Ý nghĩa của dung kháng
+ ZC là đại lượng biểu hiện

sự cản trở dòng điện xoay
chiều của tụ điện.

+ Dịng 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 /2 so với
u.

Tiết 2:

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

Nội dung

- Cuộn cảm thuần là gì?

(Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có

điện trở khơng đáng kể, khi có 
dịng điện xoay chiều chạy qua 
cuộn cảm sẽ xảy ra hiện tượng tự 
cảm.)

- Khi có dịng 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 dịng điện
xoay chiều thì  trong cuộn dây?
- Xét t vô cùng nhỏ (t  0) 
suất điện động tự cảm trong cuộn
cảm trở thành gì?

- Y/c HS hồn 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 , giá trị hiệu
dụng U  trong mạch có dịng
điện xoay chiều

- HS nghiên cứu Sgk để trả
lời

- Dòng điện qua cuộn dây
tăng lên  trong cuộn dây
xảy ra hiện tượng tự cảm, từ 
thông qua cuộn dây:

 = Li

- Từ thơng  biến thiên tuần
hồn theo t.

- Trở thành đạo hàm của i
theo t.

- Khi i tăng  etc < 0, tương

đương với sự tồn tại một
nguồn điện.

di di

e L L

dt dt

  

AB

di
u ri L

dt

 



- HS ghi nhận và theo sự
hướng dẫn của GV để khảo
sát mạch điện này.

III. Mạch điện xoay chiều
chỉ có cuộn cảm thuần
- Cuộn cảm thuần là cuộn
cảm có điện trở khơng
đáng kể.

1. Hiện tượng tự cảm trong
mạch điện xoay chiều
- Khi có dịng điện i chạy
qua 1 cuộn cảm, từ thơng
tự cảm có biểu thức:

 = 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

e

r

A

B

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

- Điện áp hai đầu của cảm thuần
có biểu thức như thế nào?

- Hướng dẫn HS đưa phương trình
u về dạng cos.

- Đối chiếu với phương trình tổng
quát của u  điện áp hiệu dụng ở
hai đầu cuộn cảm?

- ZL đóng vai trị gì trong cơng

thức?

 ZL có đơn vị là gì?

L
e
Z L
di
dt
 
 
 
   
 

 
 

- Dựa vào phương trình i và u có
nhận xét gì về pha của chúng?

cos

2 ( )

u U t 

2i = Icost

di

u L LI sin t

dt  

 

cos

2 ( )

uLI t 

Hay

cos( )
2

sin  

  

Vì

cos

2 ( )

u U t

 U = LI

- So sánh với định luật Ohm,
có vai trị tương tự như điện
trở R trong mạch chứa điện
trở.

- Là đơn vị của điện trở ().

V V
1
A
A
s
s
 
 
 
 
 
 
 

- Trong đoạn mạch chỉ có
một cuộn cảm thuần: i trễ pha
/2 so với u, hoặc u sớm pha
/2 so với i.

- Đặt vào hai đầu L một
điện áp xoay chiều. Giả sử
i trong mạch là:

2i = Icost

- Điện áp tức thời hai đầu
cuộn cảm thuần:

di

u L LI sin t

dt  

 

cos

2 ( )

uLI t 

Ha
y

a. Điện áp hiệu dụng ở hai
đầu cuộn cảm: U = LI

U
I
L


Suy ra:

Đặt ZL = L

L
U
I
Z

Ta có:

Trong đó ZL gọi là cảm

kháng của mạch.
- Định luật Ohm: (Sgk)

~

u
i

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>


Hoặc

cos

2 ( )

i I t 

2u = Ucost


- Tương tự, ZL là đại lượng biểu

hiện điều gì?

- Với L khơng đổi, đối với dịng
điện xoay chiều có tần số lớn hay
bé sẽ cản trở lớn đối với dòng điện
xoay chiều.

- Lưu ý: Cơ chế tác dụng cản trở 
dòng điện xoay chiều của R và L
khác hẳn nhau. Trong khi R làm
yếu dòng điện do hiệu ứng Jun thì
cuộn cảm làm yếu dịng điện do
định luật Len-xơ về cảm ứng từ.

- Biểu hiện sự cản trở dịng
điện xoay chiều.

- Vì ZL = L nên khi f lớn 

ZL sẽ lớn  cản trở nhiều.

b. Trong đoạn mạch chỉ có
một cuộn cảm thuần: i trễ
pha /2 so với u, hoặc u

sớm pha /2 so với i.

3. Ý nghĩa của cảm kháng
+ ZL 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.
+ ZL cũng có tác dụng làm

cho i trễ pha /2 so với u.

Hoạt động 6 : Giao nhiệm vụ về nhà.