Phan tich chuong Dong dien xoay chieu

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.11 MB, 25 trang )

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

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

--oOo--TIỂU LUẬN

NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ

PHỔ THƠNG II

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC

CHƯƠNG "DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU"

GVHD : PGS. TS. LÊ CÔNG TRIÊM
Học viên: NGUYỄN QUANG MINH TUẤN
Lớp : LL&PPDH Vật lý – K18.

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

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU...2

NỘI DUNG TRÌNH BÀY TRONG SÁCH GIÁO KHOA...3

I. Tổng quan...3

1. Chuẩn kiến thức, kỹ năng...4

2. Phân phối thời gian ...4

II. NỘI DUNG KIẾN THỨC TRÌNH BÀY TRONG SGK CƠ BẢN VÀ NÂNG 
CAO...5

1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều...5

2. Các giá trị hiệu dụng...7

3. Phương pháp giản đồ Fresnel (phương pháp vector quay)...8

4. Các loại mạch điện xoay chiều...10

4.1. Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần...10

4.2. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện...11

4.3. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm...12

4.4. Mạch điện RLC nối tiếp...13

5. Cơng suất của dịng điện xoay chiều...14

6. Máy phát điện xoay chiều...17

7. Động cơ không đồng bộ ba pha...19

8. Máy biến áp. Truyền tải điện...20

KẾT LUẬN...22

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

MỞ ĐẦU

Ngày nay dòng điện xoay chiều (Alternating Current - AC) được dùng rộng rãi
trong hầu hết mọi nơi trên tồn thế giới. Vai trị của dịng điện xoay chiều là rất lớn đối
với chúng ta. Dòng điện xoay chiều được sử dụng hầu hết trong các ngành nghề từ
thành thị đến nông thôn, từ miền đồng bằng đến miền núi, từ nhà máy đến công sở…
Hãy thử tưởng tượng nếu khơng có điện thì thế giới chúng ta sẽ như thế nào? Phải nói
rằng nhờ có điện xoay chiều nó đã góp phần đưa thế giới phát triển như ngày hơm nay.

Dịng điện xoay chiều được tạo ra bởi máy phát điện xoay chiều với tần số xác
định. Khác với dòng điện một chiều, dòng điện xoay chiều có sự đổi chiều liên tục
khoảng 50 đến 60 lần trong một giây.

Điểm đặc biệt của dịng điện xoay chiều là điện áp có thể thay đổi được nhờ
một máy biến thế và vì thế nó có thể truyền tải đi xa hơn dịng điện một chiều.

Dịng điện xoay chiều có thể làm nguồn sử dụng với nhiều thiết bị khác nhau
như tivi, đèn, máy tính và các thiết bị khác. Trong mạch điện xoay chiều có thể có
thêm các tụ điện, cuộn cảm. Dịng điện xoay chiều cũng được chứng minh rằng có thể
làm nguồn điện tốt hơn dòng điện một chiều.

Vậy làm thế nào để sinh ra dòng điện xoay chiều? Các đại lượng, hiện tượng
các tác dụng liên quan đến dòng điện xoay chiều là gì? Các ứng dụng cơ bản của dịng
điện xoay chiều là gì? Để hiểu rõ hơn những vấn đề trên của dòng điện xoay chiều tơi
chọn phần “Dịng điện xoay chiều” Vật lý 12 để nghiên cứu.

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

NỘI DUNG TRÌNH BÀY TRONG SÁCH GIÁO KHOA

I. Tổng quan

Chương dịng điện xoay chiều được trình bày ở trong hai cuốn sách giáo
khoa cơ bản (SCB) và sách giáo khoa nâng cao (SNC) tương đối kỹ về kiến
thức, hình thức thể hiện và logic. Trong SCB, chương dòng điện xoay chiều là
chương 3, được đặt trước chương 4 là chương dao động và sóng điện từ cịn
SNC thì đặt ngược lại.

Sự sắp xếp này có ảnh hưởng gì đến q trình hình thành kiến thức của
chương trình và nội dung trong SCB và SNC không?

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

1. Chuẩn kiến thức, kỹ năng

Các nội dung Kiến thứcMức độ cần đạt Kỹ năng

1. Dòng điện xoay
chiều. Điện áp
xoay chiều. Các
giá trị hiệu dụng
của dòng điện
xoay chiều

2. Cảm kháng,
dung kháng và
điện kháng.
3. Định luật Ôm

đối với đoạn
mạch xoay chiều
RLC mắc nối

tiếp.

4. Công suất của
dòng điện xoay
chiều. Hệ số
cơng suất.

5. Dịng điện ba
pha

6. Máy phát điện

- Viết được hệ thức của định luật
Ôm đối với đoạn mạch xoay chiều
thuần điện trở, thuần cảm kháng,
thuần dung kháng và đối với đoạn
mạch RLC nối tiếp.

- Nêu được độ lệch pha giữa dòng
điện và điện áp tức thời đối với các
đoạn mạch điện xoay chiều thuần
điện trở, thuần cảm kháng, thuần
dung kháng và chứng minh được
các độ lệch pha này.

- Viết được cơng thức tính độ lệch
pha giữa dòng điện và điện áp tức
thời đối với đoạn mạch RLC nối
tiếp và nêu được trường hợp nào
thì dòng điện trễ pha, sớm pha so

với điện áp.

- Nêu được điều kiện và các đặc
điểm của hiện tượng cộng hưởng
điện đối với đoạn mạch RLC nối
tiếp.

- Viết được cơng thức tính cơng suất
điện và tính hệ số công suất của
đoạn mạch RLC nối tiếp.

- Nêu được lý do tại sao phải tăng hệ
số công suất ở nơi tiêu thụ điện
- Nêu được hệ thống dòng điện ba

pha là gì.

- Trình bày được nguyên tắc cấu tạo
và hoạt động của máy phát điện
xoay chiều, động cơ điện xoay
chiều ba pha, máy biến áp.

- Vận dụng được các
cơng thức tính
cảm kháng, dung
kháng và điện
kháng.

- Vẽ được giản đồ
Fre-nen cho đoạn

mạch RLC nối
tiếp.

- Giải được các bài
tập về đoạn mạch
RLC nối tiếp.
- Vẽ được đồ thị

biểu diễn hệ thống
dòng điện ba pha.
- Vẽ được sơ đồ

biểu diễn cách
mắc hình sao và
cách mắc hình
tam giác đối với
hệ thống dòng
điện ba pha.

- Giải được các bài
tập về máy biến
áp lý tưởng.

- Tiến hành được thí
nghiệm để khảo
sát đoạn mạch
RLC nối tiếp.

2. Phân phối thời gian [4], [6].
Sách giáo khoa Lý

thuyết
Thực
hành
Bài
tập
Kiểm
tra
Tổng
số
tiết

Nâng cao 9 2 3 1HK 15

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

Nhìn chung thời lượng dành cho phần dịng điện xoay chiều ở SCB và
SNC là bằng nhau (15 tiết). Chỉ khác nhau sự phân bố số tiết cụ thể như: SCN
nhiều hơn 01 tiết lý thuyết thì lại ít hơn một tiết bài tập. Điều này cho thấy tầm
quan trọng của phần dòng điện xoay chiều là như nhau đối với chương trình cơ
bản và nâng cao.

II. NỘI DUNG KIẾN THỨC TRÌNH BÀY TRONG SGK CƠ BẢN
VÀ NÂNG CAO

SGK vật lý 12 nâng cao và cơ bản được soạn thảo trên cơ sở SGK thí
điểm lớp 12 cho ban KHTN (bộ sách 1 và 2) đã được dạy thí điểm cho nhiều
trường THPT từ năm 2005 đến năm 2007. Các tác giả đã tiếp thu ý kiến đóng
góp trong q trình thí điểm và dựa vào chương trình mới để sửa đổi và tu chỉnh.
Không những viết theo chương trình mới mà cịn dùng cho học sinh đã được học
chương trình THCS mới. Một số khái niệm, kiến thức đã học được tiếp tục phát
triển trong đó có kiến thức về dòng điện xoay chiều. [6]

Cả SCB và SNC bản trình bày rất kỹ về những kiến thức về dòng điện
xoay chiều. Đã làm rõ được đặc điểm cơ bản của dòng điện xoay chiều, dòng
điện này thay đổi liên tục từ 50 đến 60 lần trong một giây làm từ trường do nó
sinh ra cũng thay đổi theo. Chính vì điều đó dịng điện xoay chiều có một số tác
dụng mà dịng điện một chiều khơng có.

Để tìm hiểu kỹ hơn về sự trình bày kiến thức về dòng điện xoay chiều
trong hai bộ SCB và SNC trong chương trình vật lý 12 ta đi nghiên cứu sự trình
bày trong từng đơn vị kiến thức.

1. Khái niệm về dịng điện xoay chiều

SCB trình bày khái niệm theo hướng diễn dịch. Bằng cách thơng báo
“Dịng điện xoay chiều hình sin, gọi tắt là dịng điện xoay chiều, là dịng điện có
cường độ biến thiên tuần hồn với thời gian theo quy luật của hàm sin hay
côsin, với dạng tổng quát: i I c 0 os(t)” [3], sau đó đưa ra nguyên tắc tạo ra

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

SNC thì trình bày theo hướng quy nạp giống như SGK cũ. Đầu tiên trình
bày về sự xuất hiện suất điện động xoay chiều bằng cách cho khung dây quay
trong từ trường, rồi giới thiệu về hiệu điện thế xoay chiều (điện áp xoay chiều):
“hiệu điện thế bíên thiên theo thời gian theo định luật dạng sin gọi là hiệu điện
thế xoay chiều hay điện áp xoay chiều” [5] và dòng điện xoay chiều và các đại
lượng trong biểu thức.

Hai cách đưa ra khái niệm khác nhau với ý đồ khác nhau. Nhóm tác giả
SCB muốn thơng báo, những dịng điện dao động với đặc điểm như vậy thì gọi
là dao động xoay chiều. Phương pháp trình bày này giúp học sinh định hình
trước được dịng điện xoay chiều là gì? Định hướng cho học sinh tiếp thu những
kiến thức tiếp theo liên quan tới nó. Nhóm tác giả SNC giới thiệu sự xuất hiện

suất điện động xoay chiều tránh việc đưa đột ngột vào mạch điện hình sin mà
HS khơng biết nó từ đâu. Do vậy khi đưa vào suất điện động xoay chiều các tác
giả chỉ nêu vắn tắt cách tạo ra và biểu thức, còn việc nghiên cứu được trình bày
kỹ hơn ở bài sau (bài 30 trang 161)

Trong SCB chỉ đưa ra biểu thức của dòng điện xoay chiều mà không đưa
ra biểu thức của điện áp xoay chiều. Trong SNC ngoài việc đưa ra biểu thức của
điện áp và dòng điện:

0 1

u U cos( t   )

0 2

i I cos( t    )

còn đưa ra các trường hợp khác nhau của độ lệch pha    1 2 giữa điện

áp tức thời uso với dòng điện tức thời i trong trường hợp tổng quát:

1 2

   

- Nếu  > 0 thì u nhanh pha hơn so với i

- Nếu  < 0 thì u chậm pha hơn so i

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

Sự trình bày này là hợp lý, giúp HS hiểu và tránh được sự nhầm lẫn khi

tính đại lượng pha của dòng điện và điện áp sau này. Ngồi ra GV có thể định
hướng và dẫn dắt vấn đề để nghiên cứu các trường hợp cụ thể của các mạch điện
xoay chiều. SCB có trình các trường hợp lệch pha của điện áp so với dịng điện
nhưng trình bày ở phần các mạch điện xoay chiều và trình bày cụ thể ở trong các
loại mạch điện.

Mặt khác, SNC khác với SCB đó là SNC cịn đưa ra đồ thị (hình 26.2)
biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện và điện áp giữa hai đầu một đoạn
mạch xoay chiều. Điều này giúp HS hiểu rằng dòng điện xoay chiều là một dao
động cưỡng bức biến đổi lệch pha so với điện áp. Sự biến đổi lệch pha được
minh hoạ bằng đồ thị và chứng minh bằng thí nghiệm.

2. Các giá trị hiệu dụng

Để xây dựng các khái niệm về các giá trị hiệu dụng cả SCB và SNC đều
được trình bày gần như giống nhau. Các tác giả SCB xây dựng các giá trị hiệu
dụng dựa trên giá trị của công suất tiêu thụ tức thời trên điện trở R:

p = Ri2 = R 2 2
0

I cos t (12.6)

Từ biểu thức (12.6) với cos t2 1
2

  suy ra giá trị suy ra công suất trung bình

là:

2
0
1

p RI

 = RI2

Với I= I0

2 được gọi là giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay

chiều (gọi tắt là cường độ hiệu dụng).

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

dựng dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện nhưng nó cũng được sử dụng trong
việc đánh giá các tác dụng khác nhau của dịng điện.

Tuy nhiên SNC khơng nêu được trường hợp tổng quát của giá trị hiệu
dụng áp dụng cho các đại lượng khác như SCB:

Giá trị hiệu dụng =
mà chỉ nêu thêm giá trị hiệu dụng của suất điện động và điện áp.

Ngồi ra, SCB cịn nêu được các số chỉ ở trên các
thiết bị sử dụng điện và các thiết bị đo cũng như những
giá trị thường dùng hằng ngày đều là các giá trị hiệu
dụng. Đây là nội dung mà HS rất hay nhầm lẫn trong
khi tính tốn cho bài tập trong phần dòng điện xoay

chiều. GV cần nhấn mạnh để HS phân biệt được các giá
trị hiệu dụng, giá trị cực đại, giá trị định mức của các
đại lượng.

3. Phương pháp giản đồ Fresnel (phương pháp vector quay)

Đây là phương pháp rất quan trọng
trong khi nghiên cứu mối liên hệ giữa các đại
lượng của dòng điện xoay chiều. Thế nhưng
SCB khơng có phần dành riêng cho phương
pháp này ở phần đầu, chỉ đến mạch điện xoay
chiều chứa R, L, C mới đề cập đến. Như vậy
HS sẽ không làm quen được với phương
pháp này trong suốt thời gian học ở các loại

mạch điện thuần trở, chỉ chứa tụ điện và thuần cảm để áp dụng linh hoạt trong
mạch điện RLC sau này.

Có thể các tác giả SCB nghĩ rằng học sinh đã được học phương pháp này
ở chương dao động cơ. Nhưng trong phần dòng điện xoay chiều HS cần hiểu đó
cũng là phương pháp chung để tổng hợp dao động điều hồ. Cường độ dịng điện

Hình 2.1. Đồng hồ đa năng
điện tử

Hình 3.1. Giản đồ Fresnel đoạn mạch
RLC

Giá trị cực đại

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

xoay chiều i và điện áp xoay chiều u là các dao động điều hoà nên đều có thể
được biểu diễn dao động điện từ có độ dài hoặc tỉ lệ với các giá trị hiệu dụng và
được ký hiệu tương ứng i« Ir,u« Uur hoặc tỉ lệ với biên độ và được ký hiệu

i« Ir , u« U0
ur

Ưu điểm của SCB trong phần này là các tác giả đã đưa ra được các bảng
tóm tắt cho từng trường hợp của mạch điện chứa các thiết bị điện mà SNC
khơng có. Việc làm này giúp HS hệ thống được các kiến thức đã học để vận
dụng vào trong từng trường hợp cụ thể.

Tuy nhiên nhóm tác giả SNC giới thiệu phương pháp này một phần riêng.
Chú ý rằng trong phần dao động cơ, thường

dùng các vector quay biểu diễn li độ dao
động có thứ ngun chiều dài. Trong phần
dịng điện xoay chiều dùng các vetor quay
biểu diễn các dao động không có thứ
nguyên chiều dài. Hơn nữa trong đa số các
trường hợp cần biểu diễn trên cùng một giản
đồ cả hai loại vector quay ví dụ như vector

và các vector Uur. Do đó, trên giản đồ độ dài mỗi loại vector được chọn với các

hệ số tỉ lệ khác nhau. Thường chọn sao cho độ dài các vector khác nhau để hình
vẽ được cân đối. [6]

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

4. Các loại mạch điện xoay chiều

4.1. Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần

Cả hai SGK đều được trình bày giống nhau về logic hình thành kiến thức.
SNC xuất phát từ điện áp tức thời đặt vào hai đầu đoạn mạch u U cos t 0  , xét

trong khoảng thời gian rất nhỏ thì có thể áp dụng được định luật Ohm cho đoạn
mạch chứa điện trở:

i = u U0 cos t

R R 

từ đó đưa ra biểu thức của dòng điện xoay chiều tức thời i = I0cost (với

I0 = U0/R) và kết luận pha của điện áp cùng pha với dòng điện đi qua điện trở

thuần R.

Tuy nhiên SCB thì thay U0 bằng U 2 nhằm mục đích nhấn mạnh mối

liên hệ giữa giá trị hiệu dụng và giá trị cực đại của các đại lượng. Điều này khi
dạy ở chương trình cơ bản hay nâng cao GV nên lưu ý nhắc HS thực chất U0 hay

U 2 đều giống nhau.

Giá trị hiệu dụng =

Hình 4.1.1. Đoạn mạch
thuần trở SCB

Hình 4.1.2. Đoạn mạch
thuần trở SNC

Giá trị cực đại

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

4.2. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

Cả SCB và SNC đều chỉ ra được tác dụng của tụ điện trong mạch điện
xoay chiều được nghiên cứu định tính bằng thí nghiệm với tụ điện mắc nối tiếp
với một đèn rồi sau đó mới chứng minh định lượng bằng giải tích. Nếu điều kiện
cho phép có thể để HS tham gia làm thí nghiệm để chứng tỏ hiện tượng dịng
điện xoay chiều đi qua tụ điện. Việc lý giải hiện tượng dòng điện đi qua tụ điện
là yêu cầu mở rộng thêm được xếp ở cột phụ. Hai tác dụng cơ bản của tụ điện
nhắc đến trong bài có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều và làm cho cường

độ dòng điện sớm pha



so với điện áp.

Khác với SGK cũ, các biểu thức điện áp và cường độ dòng điện trong
chương 5 SCN đều được viết dưới dạng cosin như đối với các dao động cơ.
Riêng phần chứng minh điện áp giữa hai bản tụ trễ pha đối với dòng điện, dùng
biểu thức dưới dạng sin: u = U0sint. Với biểu thức này của u thì cường độ dịng

điện có dạng i = I0cost. Do đó trên giản đồ vector I



nằm trên trục pha (thường
vẽ nằm ngang) đúng với vị trí của I trên giản đồ đoạn mạch chỉ có cuộn cảm và

đoạn mạch RLC mắc nối tiếp học ở những bài sau. Điều đó tạo thuận lợi cho HS
khi vận dụng kiến thức của bài này cho bài học sau.

Hình 4.2.1. Đoạn mạch chỉ chứa tụ điện
(SCB)

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

4.3. Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm

SCB và SNC đều đưa ra khái niệm cuộn cảm thuần tuy nhiên SNC có vẻ
kỹ hơn SCB. Đầu tiên đưa ra khái niệm thế nào là cuộn cảm, rồi nếu cuộn cảm
có điện trở r khơng đáng kể thì gọi là cuộn cảm thuần. Cịn SCB thì đi thẳng vào
vấn đề: “cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện trở khơng đáng kể”

SNC ở mục 1, dùng cuộn cảm có lõi sắt dịch chuyển được đễ chứng tỏ
một cách định tính ảnh hưởng của độ tự cảm tới cường độ hiệu dụng của dòng
điện trong mạch khi điện áp hiệu dụng của mạch không đổi. Trong thí nghiệm
này, khi mắc A và B với nguồn điện một chiều, ngay sau khi đóng hay ngắt khố

K, dịng điện trong cuộn dây chưa ổn định, dòng điện tự cảm có tác dụng qua
đèn khi mở khố K nhưng chỉ có tác dụng trong thời gian rất ngắn. Do vậy, cần
cho HS thấy là cuộn cảm thuần chỉ có tác dụng làm tăng hoặc giảm dịng điện
khi đóng ngắt mạch. Lúc ổn định, dịng điện tự cảm có tác dụng như một dây
dẫn điện trở nhỏ. Trong thí nghiệm này, quan sát độ sáng của bóng đèn khi dịng
điện đã ổn định. Đối với dòng điện xoay chiều, cuộn cảm có tác dụng cản trở
dịng điện ngay khi mạch điện đã ổn định. Chú ý HS trong các mục tiếp theo ta
dùng cuộn cảm có độ tự cảm khơng đổi. [6]

Cả SCB và SNC chưa nói rõ được rằng các cuộn dây trong thực tế đều có
điện trở. Như vậy trong phần này GV định hướng cho HS là đang học về cuộn
cảm có điện trở bằng 0 nhưng lại sử dụng kết quả thu được cho cuộn cảm có

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

điện trở nhỏ. Chỉ cần HS hiểu cuộn cảm thuần có điện trở nhỏ khơng đáng kể và
dòng điện đề cập tới ở đây là dòng điện ở chế độ ổn định.

Trong hệ thức định luật Ohm, cần chú ý HS rằng U và I là các giá trị hiệu
dụng. Các vector quay theo các biểu thức của cường độ dịng điện và điện áp
được trình bày trong SNC ở mục 2b, trong đó pha ban đầu của dịng điện bằng 0
nên vector I có phương trùng với trục pha. Đây chỉ là một trường hợp riêng,

trong trường hợp tổng quát, vector I có thể lập với trục pha các góc bất kỳ.

4.4. Mạch điện RLC nối tiếp

Trong phần này, cả hai SGK sử dụng các kết quả thu được ở các bài học
trước về quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp trên từng phần tử R, L, C
và thừa nhận các giá trị tức thời của điện áp trong toàn mạch xoay chiều tuân
theo các công thức như đối với đoạn mạch một chiều. Các điện áp tức thời này là
các điện áp biến thiên điều hoà theo thời gian (điện áp dao động điều hoà).

Việc tổng hợp các điện áp dao động điều hoà cùng tần số cũng tiến hành
như tổng hợp các dao động cơ cùng phương, cùng tần số. Phương pháp thuận
tiện nhất để tổng hợp nhiều dao động điều hoà là dùng giản đồ Fresnel. Để
chuẩn bị cho việc vận dụng này SCB đã đưa ra phương pháp giản đồ ngay ở đầu
bài này. Cịn SNC thì đã trình bày trước đó ở phần đầu dịng điện xoay chiều và
trong các loại mạch điện thuần trở, thuần cảm và chứa tụ điện. Như vậy HS phải
nhớ và vận dụng kiến thức đã học ở các bài trước. Cịn SCB thì trình bày ngay
đầu bài học về phương pháp giản đồ Fresnel.

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Theo công thức: tan =

1
L

C
R

 

 , tan có giá trị dương hay âm tuỳ thuộc

vào cảm kháng lớn hay bé hơn dung kháng. Nếu L 1
C

 

 thì

 > 0, dòng điện

trễ pha so với điện áp và ngược lại. Trong các bài tập HS có thể tính tan dựa

vào giản đồ tuỳ vào từng trương hợp mà có kết quả khác nhau.

Sự cộng hưởng điện trong mạch RLC nối tiếp là cộng hưởng điện áp.
Điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng là cảm kháng đúng bằng dung
kháng. Cần lưu ý khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng, độ lệch pha của điện áp so
với dòng điện là bằng 0. Lúc này điện áp giữa hai đầu điện trở thuần bằng điện
áp giữa hai đầu đoạn mạch, điện áp giữa hai bản tụ điện và điện áp giữa hai đầu
cuộn dây triệt tiêu nhau. Các giá trị hiệu dụng UL và UC vẫn khác 0 và có thể lớn

hơn điện áp hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch.

Trong cả SCB và SNC đều được trình bày đầy đủ các loại mạch điện như:
đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, đoạn mạch chỉ có tụ điện, đoạn mạch chỉ có
cuộn cảm thuần, mạch R, L, C nối tiếp. Tuy đặt tên các đoạn mạch như vậy
nhưng chưa tốt lên được vai trị của các thiết bị trong các đoạn mạch nói trên về
phương diện ý nghĩa vật lý. Thiết nghĩ nên đặt mục đề là “vai trò của… trong
đoạn mạch xoay chiều”. Trong dấu “…” là điện trở, cuộn cảm, tụ điện để đáp
ứng mục đích trên.

5. Cơng suất của dịng điện xoay chiều

SNC đưa ra khái niệm công suất tức thời và công suất trung bình nhằm
mục đích giúp HS hiểu rõ ý nghĩa của khái niệm cơng suất của dịng điện xoay
chiều và tạo cơ sở để chứng minh công thức P = UI.cos. HS cần biết không chỉ

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

cho việc tìm cơng thức trung bình ở mục sau. Hạn chế ở đây là GV và HS phải
thừa nhận công suất tức thời của dịng điện xoay chiều cũng bằng tích số của

cường độ dòng điện và điện áp tức thời giống như đối với dịng điện một chiều
khơng đổi.

Khái niệm giá trị trung bình của đại lượng vật lý đã được HS làm quen ở
các lớp dưới, nhưng ở bài này vẫn nhắc lại để củng cố thêm. Cần khẳng định
cơng suất trung bình là điện năng tiêu thụ trung bình trong một đơn vị thời gian,
tránh nhầm lẫn với nhiệt lượng trung bình toả ra trong một đơn vị thời gian.
Trong mục này không đề cập đến sự sai lệch khơng đáng kể giữa cơng suất trung
bình tính trong một chu kỳ với cơng suất trung bình tính trong khoảng thời gian
dài so với chu kỳ vì lý do tương tự đã nên trong phần công suất toả nhiệt trung
bình (bài 26). Cơng suất trung bình tính trong một chu kỳ khơng thay đổi nếu
dịng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch ở chế độ ổn định.

Việc tìm cơng thức cơng suất trung bình theo biểu thức cơng suất tức thời
tiến hành như sau: dùng phép tính lượng giác để biến dổi công thức tức thời về
dạng tổng của số hạng không đổi và số hạng bậc nhất của sin hoặc cosin theo
thời gian t, xác định giá trị trung bình của từng số hạng rồi cộng lại. Ở đây
khơng dùng phép tính tích phân vì HS chưa học phép tính này.

SNC khơng đưa ra định nghĩa khái niệm hệ số công suất như SCB mà chỉ
nêu tên gọi và ý nghĩa của hệ số này. Có các cách khác nhau để chứng minh hệ

số công suất của đoạn mạch RLC nối tiếp bằng R

Z. SNC nêu phương pháp dùng

định luật bảo toàn năng lượng chỉ là một ví dụ. Với cách này ta khơng cần phải
vẽ lại giản đồ Fresnel của đoạn mạch RLC nối tiếp. Việc vẽ lại giản đồ này cũng
mất thêm thời gian. Cần chú ý rằng độ lệch pha giữa cường độ dòng điện và điện

áp tức thời có giá trị từ


 đến



</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

điện nang nhưng vẫn có sự trao đổi năng lượng điện từ trường giữa nguồn điện
với tụ điện và cuộn cảm. Đó là q trình tích luỹ năng lượng dưới dạng điện
trường hoặc từ trường (trong 1/4 chu kỳ) rồi lại giải phóng chúng về nguồn
(trong 1/4 chu kỳ tiếp theo).

Cũng cần chú ý rằng, công thức cos = R

Z chỉ đúng với đoạn mạch RLC

nối tiếp, khơng đúng đối với đoạn mạch khác.

Ví dụ, đối với đoạn mạch RLC song song thì cos= Z

R. Tuy nhiên,

chương trình chỉ giới hạn học loại mạch RLC nối tiếp nên khi nói tới biểu thức
tính cos của đoạn mạch xoay chiều thì nói tới cos = R/Z.

Cả SCB và SNC chưa chỉ rõ cơng suất trung bình của dịng điện xoay

chiều P = UI.cos cịn gọi là cơng suất tác dụng. Đó là cơng suất tiêu thụ điện

trung bình của đoạn mạch trong một chu kỳ. Đại lượng Ppk = UI.sin gọi là công

suất phản kháng, đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa các bộ phận trong
mạch điện. Đại lượng Pbk = UI gọi là công suất biểu kiến, cho biết khả năng cung

cấp điện năng của đoạn mạch. Để phân biệt, công suất tác dụng P được tính ra
đơn vị W (ốt), cịn cơng suất biểu kiến Pbk được tính ra đơn vị V.A (vơn ampe).

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

6. Máy phát điện xoay chiều

SCB, SCN và cả SGK cũ đều đề cập nguyên tắc chung tạo ra suất điện
động xoay chiều là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và nêu cụ thể quy luật
biến thiên từ thơng để có suất điện động ấy. [2], [3], [5]. Hai cách tạo ra suất
điện động trong các máy điện cũng là hai cách làm từ thông qua vòng dây biến
thiên theo định luật dạng sin. Biểu thức E0 = .N0dùng chung cho cả hai

trường hợp trên. Cần lưu ý rằng ta vẫn có hệ thức  = 2f nên E0 = 2fN0,

với f = pn là tần số của suất điện động. Chỉ khi số cặp cực p = 1, tần số của suất
điện động mới bằng số vòng quay của roto.

Mục “các bộ phận chính” của máy phát điện khơng chỉ nêu tên mà đề cập

Hình 5.6.1. Mơ hình máy phát

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

E0 = .N0 có thể hiểu được cấu tạo của phần ứng và phần cảm của máy phát

điện xoay chiều trong thực tế đều nhằm tăng suất điện động của máy. Phần ứng

có nhiều cuộn dây, mỗi cuộn dây có nhiều vịng (để tăng N), phần cảm có nhiều
cặp cực (để tăng f vì f = pn). Về mặt kỹ thuật, người ta chú ý đến việc tăng số
cặp cực p vì nếu roto của máy quay với vận tốc n (vịng/s) q lớn, máy sẽ
chóng mịn, bị hỏng do hiệu ứng ly tâm. Khi nói các cuộn dây của phần cảm ta
hiểu phần cảm là nam châm điện.

SNC nêu cấu tạo và hình vẽ của hai loại
máy phát điện xoay chiều một pha. Đối với máy
hoạt động theo cách thức nhất, việc nối mạch
ngồi với phần ứng phải dùng bộ góp điện để dây
khơng bị xoắn theo khi khung dây quay. Bộ góp
điện gồm 2 vành khuyên (khác 2 bán khuyên) và
hai thanh quét, mỗi thanh quét tì lên một vành
khuyên. Đối với máy hoạt động theo cách thứ hai
thì việc nối với mạch ngồi khơng cần bộ góp. Đó
là ưu điểm của loại máy này. SNC vẽ trường hợp
có hai cặp cực làm một ví dụ.

SCB khơng đưa ra định nghĩa dịng điện xoay chiều ba pha, trong khi đó
SNC đưa ra định nghĩa này. Dòng điện xoay chiều ba pha được định nghĩa theo
suất điện động vì trong thực tế các tải mắc ở ba pha có thể khác nhau, hệ thống

ba dịng điện khơng cùng biên độ và khơng lệch pha nhau 2



nhưng vẫn gọi đó

là dịng điện ba pha. Biểu thức và đồ thị của suất điện động biểu diễn trường hợp
ba pha ban đầu của một suất điện động bằng 0.

SNC không đề cập tới công suất tiêu thụ của mạch điện ba pha. Trong các
bài tập có liên quan đến cơng thức này, HS có thể sử dụng tính cộng được của
cơng suất. Gọi PA, PB, PC là công suất tiêu thụ của mỗi pha thì cơng suất của

mạch điện ba pha là:

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

P = PA + PB +PC

Khi mạch điện ba pha đối xứng, cường độ dòng điện trên mỗi pha đều là
IP, hệ số công suất của mỗi pha đều là cos.

– Đối với cách mắc hình sao:

P = UPIA.cosA+ UPIB.cosB + UPIC.cosC = 3UPIPcos (1)

– Đối với cách mắc hình tam giác, cường độ dịng điện trên mỗi dây đều là
Id = 3UP, do đó:

P = 3UdIPcos = 3Ud d
I

cos

3  = 3U I cosd d  (2)

Nếu chú ý rằng trong cách mắc hình sao: UP = d
U

3 , IP = Id và thay các đại

lượng này vào công thức (1) ta có:

3UPIPcos = 3 d d
U

I cos

3  = 3U I cosd d 

Cần lưu ý rằng, các máy phát điện xoay chiều học ở bài này đều là máy
phát điện đồng bộ dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Đó là máy phát điện
xoay chiều có tốc độ quay bằng tốc độ của từ trường.

7. Động cơ không đồng bộ ba pha

SNC không xây dựng đầy đủ khái niệm từ trường quay mà đưa ra một ví

Hình 5.7.1. Động cơ
khơng đồng bộ ba pha

</div>
(21)<div class='page_container' data-page=21>

đồng bộ. Chú ý rằng, trong thí nghiệm về sự quay đồng bộ, chỉ có sự quay đã ổn
định (nam châm tạo ra từ trường quay đều) thì mới có sự quay đồng bộ. Khi từ
trường quay khơng đều, do qn tính, nam châm cịn ở trong trạng thái chuyển
động có gia tốc và quay với tốc độ khác với tốc độ quay của từ trường.

Khi giải thích sự quay không đồng bộ cần chú ý tới hai ý chính: chiều quay
và vận tốc quay. Chiều quay được giải thích bằng định luật Lenz. Khi giải thích

tốc độ quay phải chú ý tới vai trò của moment cản. moment cản càng lớn thì sự
khác biệt giữa tốc độ góc của roto và tốc độ góc của từ trường càng lớn.

HS không cần chứng minh từ trường tạo bởi dòng điện ba pha chạy vào
cuộn dây lệch 1200 trên một vòng tròn là từ trường quay nhưng cần biết: tổng

hợp ba từ trường gây bởi ba cuộn dây ta được một từ trường mà cảm ứng từ có
độ lớn khơng đổi và có phương quay trong khơng gian. Việc viết các biểu thức
của từ trường ở cột phụ lục là một gợi ý để HS khá, giỏi có thể chứng minh được
kết luận ấy.

8. Máy biến áp. Truyền tải điện

SNC không xét riêng máy biến áp trong trường hợp có tải và khơng tải.
Cần thấy cơng thức về suất điện động và điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn dây

1 1

2 2

E N

E N và

1 1

2 2

U N

U N đúng cho hai trường hợp có tải và khơng tải với điều kiện
Hình 5.8.1. Máy biến áp Hình 5.8.2. Sơ đồ cấu tạo

máy biến áp (SNC)

U1 U2

N2

</div>
(22)<div class='page_container' data-page=22>

lõi sắt kín, từ thơng qua mỗi vòng dây của hai cuộn dây đều như nhau và điện trở
thuần của các cuộn dây không đáng kể. Khi viết điều kiện bằng nhau về công
suất ở hai mạch, để đơn giản SNC không đưa vào hệ số công suất mà chỉ ghi lưu
ý ở cột phụ lục. Mục hiệu suất của máy chỉ yêu cầu học sinh nêu được đó là tỉ số
giữa cơng suất lấy ra ở hai đầu cuộn dây thứ cấp đối với công suất đưa vào mạch

sơ cấp: H = 2
1
P

P . Sau khi trình bày về máy biến áp GV cần nói thêm về máy biến

thế tự ngẫu vì loại máy biến áp này thường gặp nhiều trong đời sống và trong kỹ
thuật.

So sánh với SGK cũ, SNC đề cập tới cả hệ số cơng suất trong cơng thức
tính cơng suất hao phí trên đường dây cho phù hợp hơn với thực tế. GV cần lưu
ý với HS đây là hệ số công suất cảu cả hệ thống tải điện và nơi tiêu thụ. Hệ số
này thay đổi khi tải mắc ở nới tiêu thụ thay đổi.

</div>
(23)<div class='page_container' data-page=23>

KẾT LUẬN

“Phương pháp Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thơng” là một phần
quan trọng của dạy học nhằm nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến
ngành thức được trình bày trong sách giáo khoa vật lí phổ thơng và cách tổ chức
dạy cho học sinh một số kiến thức cụ thể.

Điện học nói chung và phần “Dịng điện xoay chiều” nói riêng là một nội
dung kiến thức quan trọng trong chương trình vật lí phổ thơng. Nghiên cứu
chuơng trình phần “Dịng điện xoay chiều” giúp chúng ta có cái nhìn hệ thống
về kiến thức của chương và nắm được ý đồ xây dựng những kiến thức cơ bản
của các tác giả SGK vật lý 12 hiện hành.

Do điều kiện về khả năng và thời gian nghiên cứu nên tiểu luận chắc còn
nhiều hạn chế nhưng với sự nỗ lực của nhóm chúng tơi hi vọng tiểu luận sẽ góp
phần giải quyết được nhiều vấn đề đặt ra trong việc nghiên cứu chương trình vật
lí phổ thơng nói chung và phần dịng điện khơng đổi nói riêng.

Trong q trình nghiên cứu khơng tránh khỏi những sai sót. Rất mong
nhận được sự góp của Thầy và các bạn nhằm giúp tơi hoàn thành tốt tiểu luận
này hơn.

</div>
(24)<div class='page_container' data-page=24>

Một số hình ảnh về các nhà máy thủy điện, máy phát điện, máy
biến thế…

Rôto máy phát điện trong ôtô

</div>
(25)<div class='page_container' data-page=25>

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Dương Trọng Bái – Vũ Thanh Khiết (1999), Từ điển Vật lí phổ thơng, NXB
Giáo dục.

2. Dương Trọng Bái – Nguyễn Thượng Chung- Đào Văn Phúc – Vũ Quang
(1995), Vật lí 12, NXB Giáo dục.

3. Lương Duyên Bình (tổng chủ biên), Vật lý 12 (cơ bản), NXB Giáo dục (2008)
4. Lương Duyên Bình (tổng chủ biên kiêm chủ biên), vật lý 12 (cơ bản) sách giáo

viên, NXB Giáo dục (2008)

5. Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Vật lý 12 (nâng cao), NXB Giáo dục (2008)
6. Nguyễn Thế Khôi – Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Vật lý 12 (nâng cao) sách giáo

</div>