Giáo án Vật lý 12 bài 13: Các mạch điện xoay chiều

Chia sẻ: Lê Nguyễn Huỳnh Thi | Ngày: | 5 giáo án

0
713
lượt xem
12
download
Xem 5 giáo án khác
  Download Vui lòng tải xuống để xem file gốc
Giáo án Vật lý 12 bài 13:  Các mạch điện xoay chiều

Mô tả BST Giáo án Vật lý 12 bài 13

Được tuyển chọn từ những giáo án hay của các giáo viên giàu kinh nghiệm trong cả nước, chúng tôi trân trọng giới thiệu bộ Giáo án Các mạch điện xoay chiều. Các kiến thức được trình bày logic giúp các em học sinh hiểu được định luật Ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều, công thức tính dung kháng và cảm kháng. Thư viện eLib rất mong bộ sưu tập này sẽ hữu ích cho việc soạn giảng của các thầy cô giáo.

LIKE NẾU BẠN THÍCH BỘ SƯU TẬP

Tóm tắt Giáo án Vật lý 12 bài 13

GIÁO ÁN VẬT LÝ LỚP 12

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

§13. CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

 

I. Mục tiêu

1. Về 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 trong mạch điện xoay chiều.

  • Viết được công thức tính dung kháng và cảm kháng.

2. Về kỹ năng

  • Biết áp dụng công thức định luật ôm, đặc điểm đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, cuộn cảm thuần,  tụ điện để làm các bài tập đơn giản.

3. Về thái độ

  • Rèn luyện phong cách làm việc khoa học, độc lập nghiên cứu, tác phong lành mạnh và có tính tập thể.

II. Chuẩn bị

1. Giáo viên

  • Một số dụng cụ thí nghiệm như, ampe kế, vôn kế, một số điện trở, tụ điện, cuộn cảm để minh hoạ.

  • Giáo án, tài liệu tham khảo

2. Học sinh

  • Ôn lại các kiến thức về tụ điện: q = Cu và \(i = \pm \dfrac{{di}}{{dt}} \) và suất điện động tự cảm \(e = \pm L\dfrac{{di}}{{dt}} \)

  • Sách, vở ghi và dụng cụ học tập đúng quy định

3. Tiến trình dạy học

1. Kiểm tra bài cũ

  • “Không - kết hợp với bài giảng”

2. Bài giảng mới

Hoạt động của giáo viên và học sinh

Nội dung

Hoạt động 1: “Đặt vấn đề vào bài giảng mới”

GV: Đặt vấn đề vào bài giảng mới

“Ở lớp 11 ta đã nghiên cứu dòng không đổi và biết được mối quan hệ giữa dòng điện và hiệu đêịn thế giữa hai đầu đoạn mạch. Chương trình vật lí 12 chương này chúng ta khảo sát  mối quan hệ giữa cường độ tức thời và điện áp hiệu dụng có mối quan hệ với nhau như thế nào trong các đoạn mạch xoay chiều có chứa điện trở thuần hoặc tụ điện hoặc chỉ có cuộn thuần cảm như thế nào?  Rồi biểu thức của định luật Ôm cho các loại đoạn mạch đó có dạng như thế nào?”

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề nghiên cứu.

GV: Khảo sát một mạch điện xoay chiều như hình vẽ. Tìm mối quan hệ giữa u và i trong đoạn mạch đó.

HS: Lắng nghe và lĩnh hội kiến thức.

GV: Viết biểu thức của dòng điện xoay chiều TQ

HS: Thực hiện yêu cầu của gv

 \(i = I_0cos(\omega t + \varphi i)\)

GV: Ta sẽ đi tìm biểu thức của u ở hai đầu đoạn mạch.

GV: Trình bày kết quả thực nghiệm và lí thuyết để đưa ra biểu thức điện áp hai đầu mạch.

HS: ghi nhận các kết quả.

 

Hoạt động 2: “Tìm hiểu mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở”

GV: Nhắc cho HS khái niệm điện trở thuần

HS: Tiếp thu, ghi nhận.

GV:Xét mạch điện xoay chiều chỉ có R(hv)

Trong mạch lúc này sẽ có i ⇒ dòng điện này như thế nào?

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

GV: Hướng dẫn hs xây dựng biểu thức của định luật Ôm đối với mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần

HS: Lắng nghe và hợp tác với gv

GV: 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 Ôm, i và u tỉ lệ với nhau như thế nào?

GV: Trong biểu thức điện áp u, U0 và U là gì?

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

HS: Trả lời

GV: Chính xác hoá các kết luận của HS và Y/c hs phát biểu định luật Ôm đối với dòng điện một chiều trong kim loại.

GV: Đối đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần thì u& i đồng pha và ta có thể biểu diễn quan hệ giữa chúng trên cùng một giản đồ như sau

HS: Lắng nghe và ghi nhận

 

Hoạt động 3: “Tìm hiểu về mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện”

GV: Sử dụng sơ đồ hình 13.3 Sgk. Trình bày tác dụng của tụ đối với dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều.

HS: Quan sát mạch điện, lắng nghe và ghi nhận các kết quả thí nghiệm.

GV:Qua hai thí nghiệm em có nhận xét gì về tác dụng của tụ điện.

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

      + Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi qua”.

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp sang tiểu mục 2 phần II

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề nghiên cứu.

GV: Hợp tác cùng hs xây dựng biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa tụ điện

HS: Hợp tác với gv

GV: 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?

HS: Tại chỗ trả lời.

GV:  Độ biến thiên điện tích q cho phép ta tính i trong mạch. Vậy cường độ dòng điện ở thời điểm t xác định bằng công thức nào?

HS: Tại chỗ trả lời

GV: Khi Dt và Dq vô cùng nhỏ \(\frac{{\Delta q}}{{\Delta t}}\) có  giá trị ntn?

HS: Trả lời

GV:Ta nên đưa về dạng tổng quát

\(i = I_0cos \omega t + \varphi \) để tiện so sánh, –sina ⇒ cosa

HS: viết lại biểu thức của i và u (i nhanh pha hơn u góc p/2 ⇒ u chậm pha hơn i góc p/2)

GV: ZC đóng vai trò gì trong công thức?

HS:So sánh với định luật Ôm, có vai trò tương tự như điện trở R trong mạch chứa điện trở.

GV:ZC có đơn vị là gì? \( {Z_C} = \dfrac{1}{{\omega C}} \)

HS: Trả lời CH C4

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

\( {\left( F \right)^{ - 1}}.s = {\left( {\dfrac{C}{V}} \right)^{ - 1}}.s = \dfrac{{A.\Omega .s}}{C} = \Omega \)

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

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

GV: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 p/2 so với điện áp tức thời.

Dựa vào biểu thức định luật Ôm, ZC có vai trò là điện trở trong mạch chứa tụ điện ⇒ hay nói cách khác nó là đại lượng biểu hiện điều gì?

HS: Biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều.

GV:Tại sao tụ điện lại không cho dòng điện không đổi đi qua?

HS: Vì dòng điện không đổi (f = 0) ⇒ ZC = ¥

⇒ I = 0

GV: Khi nào thì dòng điện qua tụ dễ dàng hơn?

HS: Từ \( {Z_C} = \dfrac{1}{{\omega C}} \) ta thấy: Khi w nhỏ (f nhỏ) ⇒ ZC lớn và ngược lại.

* Mối quan hệ giữa u và i trong đoạn mạch xoay chiều.

 Khảo sát mạch điện xoay chiều như hình vẽ

- Nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch có dạng:

\(i = I_0cos( \omega \,t + {\phi _i}) = I \sqrt 2 cos(\omega t+ \varphi i)\)

Chọn \(\varphi i = 0\)

sao cho phương trình dòng điện tức thời trong đoạn mạch có dạng.

\(i = I_0cos \omega t = I \sqrt 2 cos \omega t\)

Khi đó:  điện áp xoay chiều ở hai đầu mạch điện:

\(u = U_0cos(\omega t+ \varphi u) = U \sqrt 2 cos (\omega t+ \varphi u)\)

Gọi \(\varphi = \varphi u- \varphi i\) là độ lệch pha giữa u và i.

* Các trường hợp đặc biệt:

- Nếu \(\varphi \) > 0: u sớm pha \(\varphi \) so với i.

- Nếu \(\varphi \) < 0: u trễ pha |\(\varphi \)| so với i.

- Nếu \(\varphi \) = 0: u cùng pha với i

 

I- Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

- Xét mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở (hv)

* Điện trở thuần là điện trở của các vật dẫn thường mà khi dòng điện đi qua nó chỉ gây t/d nhiệt

- Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều:

\(u = U_0cos \omega t = U \sqrt 2 cos \omega t\)

- Theo định luật Ôm: i ~ u

\(i = \dfrac{u}{R} = \dfrac{U}{R}\sqrt 2 \cos \omega \,t \)

Nếu ta đặt: \( I = \dfrac{U}{R} \ Thì \ i = I\sqrt 2 \cos \omega \,t \)

* Chú ý: Trong biểu thức điện áp

- u là điện áp tức thời

- U là điện áp hiệu dụng

- U0 là điện áp cực đại

*Kết luận:

1. Định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều thuần điện trở:

Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch

2. u và i cùng pha.

 

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:

\(u = U_0cos \omega t = U \sqrt 2 cos \omega t\)

- Điện tích bản bên trái của tụ điện:

\(q = Cu = CU \sqrt 2 cos \omega t\)

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

- Sau khoảng thời gian Dt, điện tích trên bản tăng Dq.

- Cường độ dòng điện ở thời điểm t:

\(i = \dfrac{{\Delta q}}{{\Delta t}} \)

- Khi Dt và Dq vô cùng nhỏ

\( i = \dfrac{{d\,q}}{{d\,t}} = - \omega \,C\,U\sqrt 2 \sin \omega \,t \)  

Hay \(i = \omega \,C\,U\sqrt 2 \cos \left( {\omega \,t + \dfrac{\pi }{2}} \right) \)

b. Đặt: I = UwC (*)

thì \( i = I\sqrt 2 \cos \left( {\omega \,t + \dfrac{\pi }{2}} \right)\; và \;u = U\sqrt 2 \cos \omega \,t\)

I: Cường độ hiệu dụng trong mạch

- Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0

Thì: \(i = I\sqrt 2 \cos \omega \,t\; và \;u = U\sqrt 2 \cos (\omega \,t - \dfrac{\pi }{2}) \)

- Từ biểu thức(*) ta có thể viết:

và đặt: \( {Z_C} = \dfrac{1}{{C\,\omega }} \ Thì \ I = \dfrac{U}{{{Z_C}}}(**)\)

trong đó ZC gọi là dung kháng của mạch (Ω)

* Định luật Ôm: (Sgk)

c. So sánh pha dao động của u và i

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

- Dòng 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 p/2 so với u.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Trên đây là trích đoạn một phần nội dung trong giáo án Các mạch điện xoay chiều. Để nắm bắt toàn bộ nội dung còn lại và các giáo án tiếp theo, mời quý thầy cô vui lòng đăng nhập để tải tài liệu về máy.

Ngoài ra, nhằm hỗ trợ các Thầy cô trong quá trình xây dựng bài 13 với nhiều phương pháp soạn bài hay, nội dung chi tiết và được trình bày khoa học, quý thầy cô có thể tham khảo ở Bài giảng Vật lý 12 - Bài 13: Các mạch điện xoay chiều

Thầy cô quan tâm có thể xem thêm các tài liệu được biên soạn cùng chuyên mục:

>>  Giáo án tiếp theo: Giáo án Vật lý 12 Bài 14: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp

Đồng bộ tài khoản