Giáo án Vật lý 12 nâng cao - Bài 28: Mạch điện xoay chiều có RLC mắc nối tiếp, cộng hưởng điện

<span class='text_page_counter'>(1)</span>BÀI 28 : MẠCH XOAY CHIỀU CÓ RLC MẮC NỐI TIẾP. CỘNG HƯỞNG ĐIỆN I / MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: * Viết được công thức tính tổng trở của các đoạn mạch có 2, 3 phần tử R,L,C mắc nối tiếp. * Công thức tính hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch chứa các phần tử mắc nối tiếp * Công thức tính độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện. * Nắm được hiện tượng và điều kiện để xảy ra cộng hưởng. 2. Kĩ năng: * Vận dụng các công thức tính: Z  R 2  (Z L  Z C ) 2 U  U 2 R  (U L  U C ) 2. tg =. L . 1 C. R. * Biết cách vẽ và dùng giản đồ vectơ để nghiên cứu đoạn mạch chứa các phần tử R,L,C nối tiếp. * Nắm được hiện tượng và điều kiện để xảy ra cộng hưởng. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : * Cuộn dây, điện trở, tụ điện, nguồn điện xoay chiều.(bố trí trên một bảng thẳng đứng ) * nguồn điện xoay chiều * Vôn kế để đo hiệu điện thế. 2 / Học sinh : * Ơn lại đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa các loại đoạn mạch * Oân lại phương pháp tổng hợp giản đồ Fre-nen III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động 1: Tìm hiểu hdt tức thời trong đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên HS: GV:Các phần tử mắc như thế nào thì gọi là mắc nối tiếp? Viết các công thức về cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch một chiều gồm điện trở mắc nối tiếp? GV : Hướng dẫn học sinh cách mắc sơ đồ mạch điện 28.1 ? GV: Xét đoạn mạch như hình vẽ 28.1 đặt vào hai đầu một điện áp u có tần số  . HS : Học sinh tự mắc sơ đồ mạch điện. Giả sử có cường độ trong đoạn mạch i=I0cos  t GV : Viết công thức hiệu điện thế của mạch điện một chiều mắc nối tiếp ? HS : U = U1 + U2 + U3 GV : Giáo viên cho biết các công thức đó vẫn đúng cho các giá trị tức thời của mạch HS : u = uR + uL + uC Lop12.net.

<span class='text_page_counter'>(2)</span> điện xoay chiều ? GV : Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch ? GV : Viết biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu mỗi dụng cụ ?. HS : i = Iocost HS : uR = UORcost.   uL = UOLcos  t   2.     uC = UOCcos  t   2 . HS : Cùng tần số  với các biểu thức hiệu thế thành phần.. GV : Hiệu điện thế ở 2 đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa với tần số bao nhiêu ?. Hoạt động 2: Thiết lập về các biểu thức U,Z,I, độ lệch pha Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên. . GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay I biểu diễn cường độ dòng điện i = Iocost hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ?. HS : Bằng 0 HS : Bằng 0  HS : Bằng. . 2. HS : Bằng . . . U C biểu diễn các hiệu điện thế uR , uL, uC , hợp. 2. với trục Ox một góc bao nhiêu ?. HS : Học sinh sử dụng quy tắc hình bình hành để vẽ.. HS : U = U R2  U L  U C . HS : Z =. . GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay U R U L ,. GV : Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch ?. 2. 1   R  L  C   2. GV : Hướng dẫn học sinh vẽ vectơ hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch ?. 2. GV : Hướng dẫn học sinh thành lập biểu tổng trở của đoạn mạch ?. Lop12.net.

<span class='text_page_counter'>(3)</span> HS : Giống nhau.. GV : Em hãy so sánh biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch một chiều chỉ có điện trở R ?. HS : R. GV : Vai trò của ZAB giống đại lượng nào ?. HS : Cản trở dòng điện.. GV : Nêu ý nghĩa của Z ?. HS : tg =. L . 1 C. GV : Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định độ lệch pha giữa hai đầu đoạn mạch ?. R. HS : u nhanh pha so với i một góc . GV : Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng, nêu mối quan hệ giữa u và i ?. HS : u chậm pha so với i một góc . GV : Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, nêu mối quan hệ giữa u và i ?. Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng cộng hưởng Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên HS : L -. 1 =0 C. HS : Zmin = R.. HS : Im =. HS : Có biên độ bằng nhau.. U R. GV : Nếu giữ nguyên giá trị của hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc  đến một giá trị sao cho cảm kháng bằng dung kháng ? GV : Tổng trở của đoạn mạch có giá trị như thế nào ? GV : Cường độ dòng điện hiệu dụng của đoạn mạch có giá trị như thế nào ? GV : Hiệu điện thế tức thời giữa hai bản tụ điện và hai đầu cuộn cảm có đặc điểm gì ?. Lop12.net.

<span class='text_page_counter'>(4)</span> HS : Bằng hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. U Im = U=Im.R=UR R. GV : Hiệu điện thế ở hai đầu R có đặc điểm gì ?. HS : Đồng pha. GV : Pha của u và I biến đổi như thế nào ?. HS : Quan sát đồ thị. GV : Giới thiệu đồ thị 28.4. HS (1) Điện trở lớn HS : (2) Điện trở nhỏ. HS : Xem sách giáo khoa. GV : Đặc điểm của đường 1 , đường 2 GV : Giới thiệu ý nghĩa vật lý của đường cong cộng hưởng ?. IV / NỘI DUNG : 1. Các giá trị tức thời trên từng phần của đoạn mạch Xét đoạn mạch gồm một điện trở thuần R, một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và một tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp.. Hình 28.1 Sơ đồ đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Giả sử cường độ dòng điện trong đoạn mạch có biểu thức i = Iocost. Biểu thức của các hiệu điện thế tức thời : uR = UORcost   uL = LIocos  t   2. .   = UOLcos  t   2 . .   uC = UOCcos  t   2 . . Hiệu điện thế tức thời giữa hai đầu A, B là : u = uR + uL + uC (28.1) 2. Giản đồ vectơ. Quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế a) Giản đồ vectơ. Hình 28.2 Giản đồ vectơ vẽ theo quy tắc hình bình hành. Lop12.net.

<span class='text_page_counter'>(5)</span> b) Định luật Ôm cho đoạn mạch RLC nối tiếp. Tổng trở. 2 Uo = U OR  U OL  U OC . 2. (28.2). Chia hai vế của công thức 28.2 cho U = U R2  U L  U C . 2. 2. (28.3). Thay U = IR; UL = IL; UC =. 1 vào công thức (40.4), ta tìm được cường độ dòng điện C. hiệu dụng : U. I=. R 2   Z L  ZC . 2. . U 1   R  L  C  . 2. 2. Nếu đặt 1   R  L  C  . Z=. 2. 2. (28.4). Thì I=. U (28.5) Z. Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc , đại lượng Z đóng vai trò tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi và được gọi là tổng trở của đoạn mạch. c) Độ lệch pha của hiệu điện thế so với dòng điện. tg =. L . 1 C. R. (28.6). Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng thì  > 0, dòng điện trễ pha đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, thì  < 0, dòng điện sớm pha đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. 3. Cộng hưởng điện Nếu giữ nguyên giá trị của hiệu điện thế hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc  đến một giá trị sao cho L -. 1 = 0 thì có hiện tượng đặc biệt xảy ra trong mạch, gọi C. là hiện tượng cộng hưởng điện. - Tổng trở của đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu : Zmin = R. - Cường độ hiệu dụng dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại : Im =. U R. Hiệu điện thế trên điện trở R bằng hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch. - Dòng điện biến đổi đồng pha với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch. =. 1 LC. (28.7). V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 và làm bài tập 1,2,3,4/ 156-157 Xem bài 29. Lop12.net.

<span class='text_page_counter'>(6)</span>