Giáo án Vật lý 12 bài 15: Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

Chia sẻ: Nguyễn Hoàng Tuyên | Ngày: | 5 giáo án

0
571
lượt xem
8
download
Xem 5 giáo án khác
  Download Vui lòng tải xuống để xem file gốc
Giáo án Vật lý 12 bài 15: Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

Mô tả BST Giáo án Vật lý 12 bài 15

Trước thềm năm học mới, việc soạn bài cho bộ môn mình đảm trách của các thầy cô giáo trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Thư viện eLib hiểu được điều đó nên đã chọn lọc các giáo án hay nhất, chất lượng nhất trong bộ Giáo án Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất. Các giáo án được soạn chi tiết, dễ hiểu sẽ giúp các em dễ dàng hiểu được định nghĩa, thiết lập công thức của công suất, định nghĩa của hệ số công suất. Chúc quý thầy cô giáo giảng dạy tốt.

LIKE NẾU BẠN THÍCH BỘ SƯU TẬP

Tóm tắt Giáo án Vật lý 12 bài 15

GIÁO ÁN VẬT LÝ LỚP 12

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

§15. CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT

 

I. Mục tiêu

1. Kiến thức:

  • Phát biểu được định nghĩa và thiết lập được công thức của công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều.
  • Phát biểu được định nghĩa của hệ số công suất.
  • Nêu được vai trò của hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều.
  • Viết được công thức của hệ số công suất đối với mạch RLC nối tiếp.

2. Kĩ năng:

  • Rèn cho học sinh kĩ năng vận dụng công thức tính công suất trung bình tiêu thụ trong mạch xoay chiều, hệ số công suất vào giải các bài tập trong sgk, sbt và các bài tương tự

3. Thái độ:

Nghiêm túc, tích cực và hợp tác trong học tập.

II. Chuẩn bị

1. Giáo viên:

  • Giáo án, tài liệu tham khảo nếu có

2. Học sinh:

  • Ôn lại các kiến thức về mạch RLC nối tiếp
  • Sách, vở, đồ dùng đúng quy định

3. Tiến trình dạy học

  • a. Kiểm tra bài cũ: “Không - kết hợp với bài giảng”
  • b.  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

“Khi nghiên cứu về dòng điện không đổi, ta đã biết P = U.I. Trong đó U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch (V); I là cường độ dòng điện trong mạch(A); P công suất tiêu thụ trên đoạn mạch( W). Vậy đối với mạch xoay chiều thì công suất tiêu thụ tính toán như thế nào? Ta nghiên cứu bài hôm nay”

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

 

Hoạt động 2: “Công suất của mạch điện xoay chiều”

GV: - Xét mạch điện xoay chiều (HV). Biết điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch:

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

và cường độ dòng điện tức thời trong mạch:

\( i = I \sqrt 2 cos(\omega t+ \varphi)\)

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Tại một thời điểm t, i trong mạch chạy theo 1 chiều nào đó ⇒ xem tại thời điểm t, dòng điện trong mạch là dòng 1 chiều

Vậy: Công suất tiêu thụ trong mạch tại thời điểm t? và Giá trị trung bình của công suất điện trong 1 chu kì?

HS: Lắng nghe và trả lời câu hỏi của gv

GV: - Nhận xét và khái quát vấn đề: p = ui

- Viết tường minh thì công thức tức thời của mạch xoay chiều có giá trị như thế nào?

HS: Tại chỗ trả lời

\( p = u.i = 2UI cos \omega t cos(\omega t+ \varphi )\)

\( = UI [cos \varphi + cos(2\omega t+ \varphi )]\)

GV: Nhận xét và chính xác hóa vấn đề về công suất tức thời tại thời điểm t

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Giá trị trung bình của công suất điện trong 1 chu kì?

HS: Tại chỗ trả lời

\(P = \bar p\, = \;UI\left[ {\;\overline {\cos \,\phi } + \overline {\cos (2\,\omega \,t + \phi } )} \right] \)

GV: Trong công thức đó thì \( \overline {cos\varphi } \) có giá trị như thế nào?

HS: Tại chỗ trả lời \( \overline {cos\varphi } = cos\varphi \) 

\(cos \varphi \) không đổi 

GV:  Còn \( \overline {cos(2\omega t + \varphi )} \) là một hàm tuần hoàn của t, với chu kì bao nhiêu?

HS: Tại chỗ trả lời

Chu kì \( \dfrac{{2\pi }}{{2\omega }} = \dfrac{T}{2}\ (T = \dfrac{{2\pi }}{\omega } )\)

GV: Hướng dẫn hs tính giá trị trung bình  của \( \overline {cos(2\omega t + \varphi )} \)

Trong từng khoảng thời gian T/2 hoặc T, hàm \(cos(2 \omega t + \varphi )\) luôn có những giá trị bằng nhau về trị tuyệt đối, nhưng trái dấu tại thời điểm t, t + T/4

\( \begin{array}{l}\cos \left[ {\,2\omega \,(t\, + \,\dfrac{T}{2}) + \phi } \right] = \cos \left[ {(2\,\omega \,t + \dfrac{{2\,\omega \,T}}{4}) + \phi } \right]\\ = \cos (2\,\omega \,t + \pi + \phi ) = - \,\cos (2\,\omega \,t\, + \phi )\end{array} \)

 Vậy \(\overline {\cos (2\,\omega \,t\, + \,\phi )} \, = \,0\)

- Kết quả giá trị trung bình của p tiêu thụ trong một chu kì sẽ là: \(P = U I cos \varphi \)

GV: Điện năng tiêu thụ của mạch xoay chiều được xác định như thế nào? Ta sang tiểu mục 2 phần I

HS: Ghi nhớ và công nhận công thức tính điện năng tiêu thụ của mạch

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp sang phần II

“Thừa số \(cos \varphi \) trong công thức (1) được gọi là hệ số công suất”

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

 

Hoạt động 3: “Nghiên cứu hệ số công suất”

GV: Trong mạch R, L, C mắc nối tiếp thì j có giá trị là bao nhiêu? \(cos \varphi \) có giá trị như thế nào?

HS: Suy nghĩ trả lời

GV: Nhận xét và chính xác hóa về hệ số \(cos \varphi \)

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Y/c HS hoàn thành C2 ( thảo luận nhóm theo tổ)

HS: Thực hiện yc của gv

GV: Yêu cầu hs treo bảng phụ và cử đại diện 01 hs trong nhóm trình bày

HS: Thực hiện theo yêu cầu của gv

GV: Cùng hs các nhóm khác nhận xét

HS: Các nhóm hợp tác với gv và ghi nhớ

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

Trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng hệ số công suất có tầm quan trọng như thế nào ? 

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

GV: Các thiết bị tiêu thụ điện trong nhà máy (Trong các động cơ điện) bao giờ cũng có các cuộn dây, nên cường độ i nói chung lệch pha j so với điện áp u. Khi vận hành ổn định công suất trung bình \( \bar p \) giữ không đổi ⇒ Công suất trung bình trong các nhà máy?

HS : Trả lời

\(P = UIcos \varphi \ với \ cos \varphi > 0\)

GV: Nếu r là điện trở của dây dẫn ⇒ công suất hao phí trên đường dây tải điện?

GV: Hệ số công suất ảnh hưởng như thế nào đến sản xuất kinh doanh ?

HS: Tại chỗ trả lời

GV: Khái quát vấn đề

“Nếu cosj nhỏ ⇒ Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh của công ti điện lực” nên Nhà nước quy định hệ số công suất  trong các cơ sở sử dụng điện năng tối thiểu là: \(cos\varphi \geq 0,85\)

HS : Lắng nghe và ghi nhớ

GV : Trong mạch xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp thì hệ số công suất được xác định như thế nào ?

GV : Thuyết trình như sgk

- Giả sử điện áp hai đầu mạch điện là:

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

- Cường độ dòng điện tức thời trong mạch:

\(i = I \sqrt 2 cos(\omega t+ \varphi )\)

 - Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch ta có biểu thức

\( I = \dfrac{U}{{\sqrt {{R^2} + {{(\omega L - \dfrac{1}{{\omega C}})}^2}} }} = \dfrac{U}{Z} \)

- Mặt khác giản đồ véc tơ ta có :
\( \tan \varphi = \dfrac{{\omega L - \dfrac{1}{{\omega C}}}}{R} \\ cos\varphi = \dfrac{R}{Z} \)

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Em có nhận xét gì về công suất trung bình tiêu thụ trong mạch?

HS: Trả lời

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

“ Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch bằng công suất toả nhiệt trên R”

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

I- Công suất của mạch điện xoay chiều

1. Biểu thức của công suất

* Xét một mạch điện xoay chiều như (hv)

- Điện áp hai đầu mạch

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

- Cường độ dòng điện tức thời trong mạch

\( i = I \sqrt 2 cos(\omega t+\varphi )\)

- Công suất điện tiêu thụ trung bình trong một chu kì

\(P =UIcos \varphi \) (1)

- Nếu thời gian dùng điện t >> T, thì P  cũng là công suất tiêu thụ điện trung bình của mạch trong thời gian đó (U, I không thay đổi).

2. Điện năng tiêu thụ của mạch điện

 W = Pt   (2)

 

II- Hệ số công suất

1/ Biểu thức của hệ số công suất

- Hệ số công suất \(cos \varphi \)

- Vì góc \(\varphi \) có giá trị tuyệt đối không vượt quá 900 nên \(o \leq cos \varphi \leq 1\)

2/ Tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng

- Các động cơ, máy móc khi vận hành ổn định, công suất trung bình được giữ không đổi và bằng:

\(P = UIcos \varphi \ với \ cos \varphi > 0\)

Cường độ dòng điện hiệu dụng

- Nếu r là điện trở của đường dây tải điện thì công suất hao phí trên đường dây tải điện là

- Nếu hệ số công suất \(cos \varphi \) nhỏ → Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh của công ti điện lực.

- Quy định hệ số công suất trong các cơ sở sử dụng điện năng tối thiểu bằng 0,85.

3/ Tính hệ số công suất của mạch điện R, L, C nối tiếp

\(\cos \,\phi \; = \dfrac{R}{Z} \)

Hay \( \cos \,\phi \, = \dfrac{R}{{\sqrt {{R^2} + {{(\omega \,L - \dfrac{1}{{C\,\omega }})}^2}} }} \)

- Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Để tham khảo nội dung còn lại của giáo án Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất, và các giáo án tiếp theo, quý thầy cô vui lòng đăng nhập để tải tài liệu về máy.

Ngoài ra, để quá trình soạn bài giảng cho bài 15 thuận tiện hơn, quý thầy cô có thể tham khảo:

Thầy cô có thể xem thêm: 

Đồng bộ tài khoản