Chương III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Tiết: 21 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa dòng điện xoay chiều. - Viết được biểu thức tức thời của dòng điện xoay chiều. - Nêu được ví dụ về đồ thị của cường độ dòng điện tức thời, chỉ ra được trên đồ thị các đại lượng cường độ dòng điện cực đại, chu kì. - Giải thích tóm tắt nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều. - Viết được biểu thức của công suất tức thời của dòng điện xoay chiều chạy qua một điện trở. - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của I, U. 2. Kĩ năng: 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Mô hình đơn giản về máy phát điện xoay chiều. - Sử dụng dao động kí điện tử để biểu diễn trên màn hình đồ thị theo thời gian của cường độ dòng điện xoay chiều (nếu có thể). 2. Học sinh: Ôn lại: - Các khái niệm về dòng điện một chiều, dòng điện biến thiên và định luật Jun. - Các tính chất của hàm điều hoà (hàm sin hay cosin). III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 ( phút): Giới thiệu về những nội dung chính trong chương III - Các nội dung chính trong chương: + Các tính chất của dòng điện xoay chiều. + Các mạch điện xoay chiều cơ bản; mạch R, L, C nối tiếp; phương pháp giản đồ Fre-nen. + Công suất của dòng điện xoay chiều. + Truyền tải điện năng; biến áp. + Các máy phát điện xoay chiều; hệ ba pha. + Các động cơ điện xoay chiều. Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu các khái niệm về dòng điện xoay chiều Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Dòng điện 1 chiều không đổi là gì? → Dòng điện xoay chiều hình sin. - Dựa vào biểu thức i cho ta biết điều gì? - Y/c HS hoàn thành C2. + Hướng dẫn HS dựa vào phương trình tổng quát: i = I m cos(ωt + ϕ) Từ 2 2 f T π ω π = = → 2 T π ω = , 2 f ω π = - Y/c HS hoàn thành C3. i = I m cos(ωt + ϕ) - Dòng điện chạy theo một chiều với cường độ không đổi. - HS ghi nhận định nghĩa dòng điện xoay chiều và biểu thức. - Cường độ dòng điện tại thời điểm t. C2 a. 5A; 100π rad/s; 1/50s; 50Hz; π/4 rad b. 2 2 A; 100π rad/s; 1/50s; 50Hz; -π/3 rad c. i = 5 2 cos(100πt ± π) A → 5 2 A; 100π rad/s; 1/50s; 50Hz; ± π rad C3 1. 3 8 4 2 8 2 T T T T T k k + + = + I. Khái niệm về dòng điện xoay chiều - 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 m cos(ωt + ϕ) * i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời). * I m > 0: giá trị cực đại của i (cường độ cực đại). * ω > 0: tần số góc. 2 2 f T π ω π = = f: tần số của i. T: chu kì của i. → cos 2 ( ) 8 m m T I I T π ϕ = + → cos cos( ) 1 0 4 π ϕ + = = → 4 rad π ϕ = ± → chọn 4 rad π ϕ = + 2. Khi 8 T t = thì i = I m Vậy: cos( ) 4 m i I t π ω = + → t = 0 → cos 4 2 m m I i I π = = * (ωt + ϕ): pha của i. * ϕ: pha ban đầu Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, khép kín, quay quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong từ trường đều B r có phương ⊥ với trục quay. - Biểu thức từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường đều? - Ta có nhận xét gì về suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây? - Ta có nhận xét gì về về cường độ dòng điện xuất hiện trong cuộn dây? → Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều? - Thực tế ở các máy phát điện người ta để cuộn dây đứng yên và cho nam châm (nam châm điện) quay trước cuộn dây đó. Ở nước ta f = 50Hz. - HS theo sự dẫn dắt của GV để tìm hiểu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều. Φ = NBScosα với ( , )B n α = r r → Φ biến thiên theo thời gian t. - Suất điện động cảm ứng biến theo theo thời gian. - Cường độ dòng điện biến thiên điều hoà → trong cuộn dây xuất hiện dòng điện xoay chiều. - Dùng máy phát điện xoay chiều, dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều - Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, khép kín, quay quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong từ trường đều B r có phương ⊥ với trục quay. - Giả sử lúc t = 0, α = 0 - Lúc t > 0 → α = ωt, từ thông qua cuộn dây: Φ = NBScosα = NBScosωt với N là số vòng dây, S là diện tích mỗi vòng. - Φ biến thiên theo thời gian t nên trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng: d e NBS sin t dt ω ω Φ = − = - Nếu cuộn dây kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng cho bởi: NBS i sin t R ω ω = Vậy, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện xoay chiều với tần số góc ω và cường độ cực đại: m NBS I R ω = Nguyên tắc: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Hoạt động 4 ( phút): Tìm hiểu về giá trị hiện dụng Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt như dòng điện một chiều. - Ta có nhận xét gì về công suất p? - HS ghi nhận giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều. - p biến thiên tuần hoàn theo thời gian. III. Giá trị hiệu dụng - Cho dòng điện xoay chiều i = I m cos(ωt + ϕ) chạy qua R, công suất tức thời tiêu thụ trong R p = Ri 2 = RI 2 m cos 2 (ωt + ϕ) ∆ ω α → do đó có tên công suất tức thời. - Cường độ hiệu dụng là gì? - Do vậy, biểu thức hiệu điện thế hiệu dung, suất điện động hiệu dụng cho bởi công thức như thế nào? - Lưu ý: Sử dụng các giá trị hiệu dụng đa số các công thức đối với AC sẽ có dùng dạng như các công thức tương ứng của DC. + Các số liệu ghi trên các thiết bị điện là các giá trị hiệu dụng. + Các thiết bị đo đối với mạch điện xoay chiều chủ yếu cũng là đo giá trị hiệu dụng. - HS nêu định nghĩa. 2 m U U = , 2 m E E = - Giá trị trung bình của p trong 1 chu kì: cos 2 2 m p RI t ω = - Kết quả tính toán, giá trị trung bình của công suất trong 1 chu kì (công suất trung bình): 2 1 2 m P p RI = = - Đưa về dạng giống công thức Jun cho dòng điện không đổi: P = RI 2 Nếu ta đặt: 2 2 2 m I I = Thì 2 m I I = I: giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều (cường độ hiệu dụng) * Định nghĩa: (Sgk) 2. Ngoài ra, đối với dòng điện xoay chiều, các đại lượng như hiệu điện thế, suất điện động, cường độ điện trường, … cũng là hàm số sin hay cosin của thời gian, với các đại lượng này Hoạt động 5 ( phút): Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Hoạt động 6 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. IV. RÚT KINh nghiệm Tiết:22+23 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. Giá trị hiệu dụng Giá trị cực đại = - 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 công thức tính dung kháng và cảm kháng. 2. Kĩ năng: 3. Thái độ: 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: - Ôn lại các kiến thức về tụ điện: q = Cu và di i dt = ± và suất điện động tự cảm di e L dt = ± . III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 ( phút): Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu mối quan hệ giữa i và u trong mạch điện xoay chiều Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - 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 - 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 = U m cos(ωt+ ϕ u/i ) = U 2 cos(ωt+ ϕ u/i ) - Có dạng: i = I m cos(ωt + ϕ) - HS ghi nhận các kết quả chứng minh bằng thực nghiệm và lí thuyết. - Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch: i = I m cosωt = I 2 cosωt → điện áp xoay chiều ở hai đầu mạch điện: u = U m cos(ωt+ ϕ) = U 2 cos(ωt+ ϕ) Với ϕ là độ lệch pha giữa u và i. + Nếu ϕ > 0: u sớm pha ϕ so với i. + Nếu ϕ < 0: u trễ pha |ϕ| so với i. + Nếu ϕ = 0: u cùng pha với i. Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Xét mạch điện xoay chiều chỉ có R. - Trong mạch lúc này sẽ có i → 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 tỉ lệ với nhau như thế nào? - Trong biểu thức điện áp u, U m và U là gì? - Dựa vào biểu thức của u và i, ta có nhận xét gì? - GV chính xác hoá các kết luận của HS. - 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. I. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở - Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều: u = U m cosωt = U 2 cosωt - Theo định luật Ohm cos2 u U i t R R ω = = ~ u i R - Y/c HS phát biểu định luật Ohm đối với dòng điện một chiều trong kim loại. - HS phát biểu. Nếu ta đặt: U I R = thì: cos2i I t ω = - Kết luận: 1. Định luật Ohm đối với mạch điện xoay chiều: Sgk 2. u và i cùng pha. Hoạt động 4 ( phút): Tìm hiểu về mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - GV làm thí nghiệm như sơ đồ hình 13.3 Sgk. - 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 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 m cos(ωt + ϕ) để tiện so sánh, –sinα → cosα - 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”. - 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. - HS tìm q’ cos( ) 2 sin π α α − = + II. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện 1. Thí nghiệm - Kết quả: + Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua. + Dòng 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: u = U m cosωt = U 2 cosωt - Điện tích bản bên trái của tụ điện: q = Cu = CU 2 cosωt - Giả sử tại thời điểm t, dòng điện có chiều như hình, điện tích tụ điện tăng lên. - Sau khoảng thời gian ∆t, điện tích trên bản tăng ∆q. - Cường độ dòng điện ở thời điểm t: q i t ∆ = ∆ - Khi ∆t và ∆q vô cùng nhỏ 2 dq i CU sin t dt ω ω = = − hay: cos2 ( ) 2 i CU t π ω ω = + b. Đặt: I = UωC thì cos2 ( ) 2 i I t π ω = + và u = U 2 cosωt ~ u i C A B - 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? - 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 π/2 so với điện áp tức thời. - Dựa vào biểu thức định luật Ohm, Z C có vai trò là điện trở trong mạch chứa tụ điện → hay nói cách khác nó là đại lượng biểu hiện điều gì? - Khi nào thì dòng điện qua tụ dễ dàng hơn? - Tại sao tụ điện lại không cho dòng điện không đổi đi qua? - 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 - Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0 thì cos2i I t ω = và cos2 ( ) 2 u U t π ω = − - Ta có thể viết: 1 U I C ω = và đặt 1 C Z C ω = thì: C U I Z = trong đó Z C gọi là dung kháng của mạch. - Định luật Ohm: (Sgk) c. So sánh pha dao động của u và i + i sớm pha π/2 so với u (hay u 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 cũng có tác dụng làm cho i sớm pha π/2 so với u. Hoạt động 5 ( phút): Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Cuộn cảm thuần là gì? (Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện trở không đáng kể, khi có dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm sẽ xảy ra hiện tượng tự cảm.) - 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 Φ trong cuộn dây? - Xét ∆t vô cùng nhỏ (∆t → 0) → suất điện động tự cảm trong cuộn cảm trở thành gì? - Y/c HS hoàn thành C5 - 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: Φ = Li - Từ thông Φ biến thiên tuần hoàn theo t. - Trở thành đạo hàm của i theo t. - Khi i tăng → e tc < 0, tương III. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần - Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện trở không đáng kể. 1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều - Khi có dòng điện i chạy qua 1 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: - 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 - 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? - Z L đóng vai trò gì trong công thức? → Z L có đơn vị là gì? L e Z L di dt ω ω    ÷ = =  ÷  ÷  ÷   - Dựa vào phương trình i và u có nhận xét gì về pha của chúng? i = I 2 cosωt → cos2 ( ) 2 u U t π ω = + Hoặc u = U 2 cosωt → cos2 ( ) 2 i I t π ω = − - Tương tự, Z L là đại lượng biểu hiện điều gì? - Với L không đổi, đối với dòng 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 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. 2 di u L LI sin t dt ω ω = = − Hay cos2 ( ) 2 u LI t π ω ω = + Vì cos( ) 2 sin π α α − = + cos2 ( )u U t ω ϕ = + → U = ωLI - 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). V V1 A A s s    ÷ = =Ω  ÷  ÷  ÷   - Trong đoạn mạch chỉ có một cuộn cảm thuần: i trễ pha π/2 so với u, hoặc u sớm pha π/2 so với i. - Biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều. - Vì Z L = ωL nên khi f lớn → Z L sẽ lớn → cản trở nhiều. 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 thuần: 2 di u L LI sin t dt ω ω = = − Hay cos2 ( ) 2 u LI t π ω ω = + a. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm: U = ωLI Suy ra: U I L ω = Đặt Z L = ωL Ta có: L U I Z = Trong đó Z L gọi là cảm kháng của mạch. - Định luật Ohm: (Sgk) b. Trong đoạn mạch chỉ có một cuộn cảm thuần: i trễ pha π/2 so với u, hoặc u 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 e r A B i ~ u i L A B dòng điện do định luật Len-xơ về cảm ứng từ. cho i trễ pha π/2 so với u. Hoạt động 6 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. IV. RÚT KINH NGHIỆM Tiết 24: Bài: BÀI TẬP. I. Mục tiêu: • Kiến thức: Làm khắc sâu thêm biểu thức định luật Ôm cho mạch điện xoay chiều chỉ có R,L,C . • Kỹ năng : + Đổi đơn vị các đại lượng L,C – Tính toán. + Biểu diễn các véc tơ U, I uur ur của từng loại đoạn mạch lên giản đồ. • Liên hệ thực tế : Dạng biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu ổ cắm . II.PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC: Phát vấn. III. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: Sưu tầm một số bài tập thêm. 2. Học sinh: . Làm bài tập ở nhà. TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY -Ổn định tổ chức: -Kiểm tra bài cũ: Đặt vào 2 đầu đoạn mạch 1 hiệu điện thế u = U 0 sin ω t , viết biểu thức của i trong mạch khi mạch chỉ có R,L,C . NỘI DUNG Hoạt động thầy trò Nội dung chính u,i t O u(t) i(t) Bài 2:Mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn dây thuần cảm. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch luôn luôn có biểu thức: u=100cos(100π t)(v). Điện dung tụ điện: C=100/π (µF). a. Tính : hiệu điện thế hiệu dụng U, tần số dòng điện f, và dung kháng Z C . b. Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch, vẽ giản đồ véc tơ quay. c. Vẽ đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong cùng một hệ trục tọa độ. d. Nếu thay tụ điện trên bằng một tụ điện khác thì cường độ hiệu dụng qua mạch tăng 2 lần. Tính điện dung C của tụ điện. Bài giải: a.Tính: U, tần số dòng điện f, và dung kháng Z C . • Từ phương trình : u = U 0 cos(ωt+ϕ) đối chiếu với phương trình đề: → U 0 = 100(V) suy ra: U = U 0 / 2 = 50 2 (v); ω = 100π rad/s, mà ω = 2π f → f = 2π /ω = 50Hz. • Dung kháng: Z C = 1/(ωC) = 100 Ω. b. Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch, vẽ giản đồ véc tơ quay. • Áp dụng định luật ôm: I 0 = U 0 /ZL =1 (A), • Trong đoạn mạch chỉ chứa tụ điện i nhanh pha hơn u một góc là π /2 → i = I 0 cos(100πt + π /2) = cos(100πt + π /2)(A). c. Vẽ đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong cùng một hệ trục tọa độ : • Ta có: u = 100cos(100π t)(v). i = 0,5 2 cos(100πt + π /2)(A). • Chu kì T = 2π /ω = 0,002s d. Nếu thay cuộn dây thuần cảm trên bằng một cuộn thuần cảm khác: Cường độ: I / = I 2 = 2 (A), • Dung kháng: Z / C = U/I / =50 2 Ω → C / = 1 /(ωZ / C ) = 10 – 3 /(5 2 π ) (F) . Củng cố dặn dò: Rút kinh nghiệm: . Tiết: 25 MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nêu lên được những tính chất chung của mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp. - Nêu được những điểm cơ bản của phương pháp giản đồ Fre-nen. - Viết được công thức tính tổng trở. - Viết được công thức định luật Ôm cho đoạn mạch xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp. - Viết được công thức tính độ lệch pha giữa i và u đối với mạch có R, L, C mắc nối tiếp. - Nêu được đặc điểm của đoạn mạch có R, L, C nối tiếp khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện. 2. Kĩ năng: 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Chuẩn bị thí nghiệm gồm có dao động kí điện tử (hai chùm tia), các vôn kế và ampe kế, các phần tử R, L, C. 2. Học sinh: Ôn lại phép cộng vectơ và phương pháp giản đồ Fre-nen để tính tổng hai dao động điều hoà cùng tần số. III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 ( phút): Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiều về phương pháp giản đồ Fre-nen Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Tại một thời điểm, dòng điện trong mạch chạy theo 1 chiều nào đó → dòng một chiều → vì vậy ta có thể áp dụng các định luật về dòng điện một chiều cho các giá trị tức thời của dòng điện xoay chiều. - Xét đoạn mạch gồm các điện trở R 1 , R 2 , R 3 … mắc nối tiếp. Cho dòng điện một chiều có cường độ I chạy qua đoạn mạch → U hai đầu đoạn mạch liên hệ như thế nào với U i hai đầu từng đoạn mạch? - Biểu thức định luật đối với dòng điện xoay chiều? - Khi giải các mạch điện xoay chiều, ta phải cộng (đại số) các điện áp tức thời, các điện áp tức thời này có đặc điểm gì? → Ta sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen đã áp dụng cho phần dao động → biểu diễn những đại lượng hình sin bằng những vectơ quay. - Vẽ minh hoạ phương pháp giản đồ Fre-nen: cos 1 1 2x X t ω = 1 X r cos( 2 2 2 )x X t ω ϕ = + 2 X r + Trường hợp ϕ > 0 + Trường hợp ϕ < 0 - HS ghi nhận định luật về điện áp tức thời. U = U 1 + U 2 + U 3 + … u = u 1 + u 2 + u 3 + … - Chúng đều là những đại lượng xoay chiều hình sin cùng tần số. - HS đọc Sgk và ghi nhận những nội dung của phương pháp giản đồ Fre-nen. - HS vẽ trong các trường hợp đoạn mạch chỉ có R, chỉ có C, chỉ có L và đối chiếu với hình 14.2 để nắm vững cách vẽ. I. Phương pháp giản đồ Fre-nen 1. Định luật về điện áp tức thời - Trong mạch xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp thì điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch bằng tổng đại số các điện áp tức thời giữa hai đầu của từng đoạn mạch ấy. u = u 1 + u 2 + u 3 + … 2. Phương pháp giản đồ Fre-nen a. Một đại lượng xoay chiều hình sin được biểu diễn bằng 1 vectơ quay, có độ dài tỉ lệ với giá trị hiệu dụng của đại lượng đó. b. Các vectơ quay vẽ trong mặt phẳng pha, trong đó đã chọn một hướng làm gốc và một chiều gọi là chiều dương của pha để tính góc pha. c. Góc giữa hai vectơ quay bằng độ lệch pha giữa hai đại lượng xoay chiều tương ứng. d. Phép cộng đại số các đại lượng xoay chiều hình sin (cùng f) được thay thế bằng phép tổng hợp các vectơ quay tương ứng. e. Các thông tin về tổng đại số phải tính được hoàn toàn xác định bằng các tính toán trên giản đồ Fre-nen tương ứng. Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu mạch có R, L, C mắc nối tiếp Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Trong phần này, thông qua phương pháp giản đồ Fre-nen để tìm hệ thức giữa U và I của một mạch gồm một R, một L và một C mắc nối tiếp. - Hướng dẫn HS vẽ giản đồ Fre-nen trong cả hai trường hợp: U C > U L (Z C > Z L ) và U C < U L (Z C < Z L ) - Dựa vào hình vẽ (1 trong hai trường - HS vận dụng các kiến thức về phương pháp giản đồ Fre- nen để cùng giáo viên đi tìm hệ thức giữa U và I. + Giả sử U C > U L (Z C > Z L ) II. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp 1. Định luật Ôm cho đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Tổng trở 2 X r 1 X r ϕ + 2 X r 1 X r ϕ + R C A B L O ϕ L U r C U r LC U r R U r U r I r [...]... nghiên cứu Sgk để tìm II Dòng điện một chiều cách tạo ra dòng điện một chiều từ các hiểu cách tạo ra dòng điện một - Chỉnh lưu dòng điện xoay nguồn xoay chiều chiều từ các nguồn xoay chiều chiều - Y/c HS hồn thành C4 - Trình bày hai cách chỉnh lưu: chỉ dùng 1 điơt và bằng mạch cầu - Y/c HS hồn thành C5 - Điơt bán dẫn là một thiết bị chỉ cho dòng điện qua nó theo một chiều từ A → K (chiều thuận) - HS ghi... về máy phát điện xoay chiều một pha Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Cho HS nghiên cứu mơ hình máy - HS nghiên cứu từ mơ hình và Sgk về trả lời phát điện xoay chiều 1 pha → Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa vào ngun tắc nào? → Nó có cấu tạo như thế nào? + Các cuộn nam châm điện của phần cảm (ro to): N S S + Các cuộn dây của phần ứng (stato): Kiến thức cơ bản I Máy phát điện xoay chiều một pha... hai cách: a Mắc hình sao b Mắc hình tam giác - Các điện áp u10, u20, u30 - HS ghi nhận các khái niệm điện áp pha và điện áp dây - Mơ tả hai cách mắc theo hình 17.6 và 17.7 Sgk - Trình bày điện áp pha và điện áp dây - Dòng điện xoay chiều do máy phát điện xoay chiều ba pha phát ra là dòng ba pha → Chúng có đặc điểm gì? - Nếu các tải là đối xứng → ba dòng điện này sẽ có cùng biên độ - Hệ ba pha có những... điện xoay chiều 3 pha - Là máy tạo ra 3 suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần sồ, cùng biên độ và lệch pha nhau 1200 từng đơi một - Thơng báo về máy phát điện xoay chiều 3 pha - HS nghiên cứu Sgk và ghi nhận về máy phát điện xoay chiều 3 pha - Nếu suất điện động xoay chiều thứ nhất có biểu thức: e1 = e0 2 cosωt thì hai suất điện động xoay chiều còn lại có biểu thức như thế nào? - Lệch pha nhau... được ngun tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều 1 pha và máy phát điện 3 pha 2 Kĩ năng: 3 Thái độ: II CHUẨN BỊ 1 Giáo viên: - Các mơ hình máy phát điện xoay chiều 1 pha, 3 pha, sơ đồ chỉnh lưu dòng điện xoay chiều đối với các mạch chỉnh lưu, có thể sử dụng dao động kí để biểu diễn các dòng đã được chỉnh lưu 2 Học sinh: Ơn lại các kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ và định luật Len-xơ ở lớp 11... của mạch điện xoay chiều 1 Biểu thức của cơng suất Mạch i ~ - Điện áp hai đầu mạch: u = U 2 cosωt - Cường độ dòng điện tức thời trong mạch: i = I 2 cos(ωt+ ϕ) - Cơng suất tức thời của mạch điện xoay chiều: p = ui = 2UIcosωtcos(ωt+ ϕ) = UI[cosϕ + cos(2ωt+ ϕ)] - Cơng suất điện tiêu tụ trung bình trong một chu kì: P = UIcosϕ (1) - Nếu thời gian dùng điện t >> T, thì P cũng là cơng suất tiêu thụ điện trung... phút): Tìm hiểu cơng suất của mạch điện xoay chiều Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Biểu thức tính cơng suất điện tiêu U2 P = RI 2 = = UI thụ trong mạch điện khơng đổi là gì? R - Xét mạch điện xoay chiều như hình vẽ - Tại một thời điểm t, i trong mạch p = ui chạy theo 1 chiều nào đó → xem tại 1 thời điểm t, dòng điện trong mạch là cosα cosβ = [cos(α + β ) 2 dòng 1 chiều → cơng suất tiêu thụ + cos(α... cùng biên độ - Hệ ba pha có những ưu việt gì? Hoạt động 5 ( phút): Hoạt động của GV gọi là điện áp pha - Các điện áp u12, u23, u31 gọi là điện áp dây Udây = 3 Upha - HS nghiên cứu Sgk để trả lời: 3 Dòng ba pha là hệ ba dòng điện xoay chiều - Dòng ba pha là hệ ba hình sin có cùng tần số, nhưng dòng điện xoay chiều hình lệch pha với nhau 1200 từng sin có cùng tần số, nhưng đơi một lệch pha với nhau 1200... Thực hành: KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CĨ R, L, C MẮC NỐI TIẾP I MỤC TIÊU 1 Kiến thức: - Phát biểu và viết được các cơng thức tính cảm kháng, dung kháng, tổng trở, cường độ dòng điện hiệu dụng I, hệ số cơng suất cosϕ trong đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp - Vận dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để biểu diễn các điện áp trong các loại đoạn mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp 2 Kĩ năng:... tập thêm: C 1 Cho mạch điện như hình vẽ Hai A M điểm MN mắc vào nguồn điện xoay chiều có biểu thức V1 u=U0sin100πt (V) Ampe kế chỉ 3 A số chỉ các vơn kế V1 là R 200 3 (V), V2 là 200(V) Cuộn dây thuần cảm, các vơn kế có L điện trở vơ cùng lớn, ampe kế có điện trở bằng 0 Xác định giá V2 N trị C của điện dung tụ điện và viết biểu thức hiệu điện thế trên hai đầu tụ điện, biết các hiệu điện thế trên hai đầu . 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. Chương III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Tiết: 21 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa dòng điện xoay chiều. -