Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương III: Dòng điện xoay chiều - Tiết 25, Bài 13: Các mạch điện xoay chiều

Ngày soạn: /	/ Ngày dạy: /	/
Tiết 22

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
o0o
MỤC TIÊU BÀI HỌC
Về kiến thức
Phát biểu được định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều chứa điện trở thuần
Phát biểu được định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều chứa tụ điện
Hiểu được tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
Hiểu được độ lệch pha giữa điên áp và dong điện trong cách mạch điện trên
Về kĩ năng
Vận dụng đươc công thức tính dung kháng của mạch và các định luật Ôm.
Giải được các bài tập đơn giản về cách mạch điện xoay chiều
Về thái độ
Rèn thái độ tích cực tìm hiểu, học tập, tự lực nghiên cứu các vấn đề mới trong khoa học
Năng lực hướng tới
a, Phẩm chất năng lực chung
Phẩm chất: Tự lập, tự tin, tự chủ; Có trách nhiệm bản thân và cộng đồng
Năng lực chung: Năng lực tự học; năng lực giải quyết vấn đề; Năng lực giao tiếp; Năng lực hợp tác; Năng lực sử dụng ngôn ngữ; Năng lực tính toán.
b, Năng lực chuyên biệt môn học
Năng lực sử dụng ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực thực hành, thí nghiệm
PHƯƠNG PHÁP-KĨ THUẬT
Phương pháp
PP dạy học Gợi mở - vấn đáp, PP thuyết trình, PP hoạt động nhóm, PP công tác độc lập
Kĩ thuật dạy học
Kĩ thật dặt câu hỏi, kĩ thuật XYZ
CHUẨN BỊ
Chuẩn bị của giáo viên:
Gíao án, tranh, ảnh trong SGK.
SGK, SGV, một số dụng cụ thí nghiệm
Giao một số câu hỏi trong bài học mới cho học sinh tìm hiểu trước ở nhà.
Chuẩn bị của học sinh:
Đọc trước bài học, tự tìm thông tin trong SGK sách tham khảo, mạng để trả lời các câu hỏi trong SGK và các câu hỏi giáo viên giao về nhà cho HS tiết trước.
CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC
Ổn định lớp
Kiểm tra bài cũ
Bài mới
Họat động của giáo viên
Họat động của học sinh
Nội dung
HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)
Mục tiêu:	HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới: chuyển động cơ học
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
- Ta đã tìm hiểu về đại cương của dòng điện xoay chiều. Nhưng khi cho dòng điện xoay chiều chạy trong một mạch điện cụ thể thì nó có đăc điểm gì?Ta sẽ tìm hiểu vấn đề này qua bài “CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU”
HS lắng nghe và định hướng
Tiết 22
CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)
Mục tiêu: - Phát biểu được định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều chứa điện trở thuần
Phát biểu được định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều chứa tụ điện
Hiểu được tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
Hiểu được độ lệch pha giữa điên áp và dong điện trong cách mạch điện trên
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Biểu thức của dòng điện xoay chiều có dạng?
Chọn điều kiện ban đầu thích hợp để j = 0
® i = Imcoswt = I 2
coswt
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 = Umcos(wt+ ju/i)
= U 2 cos(wt+ ju/i)
Có dạng: i = Imcos(wt
+ j)
HS ghi nhận các kết quả chứng minh bằng thực nghiệm và lí thuyết.
Tiếp thu về độ lệch pha giữa u và i
Nếu cho dòng điện xoay chiều có dạng :
i = I0 coswt = I 2 coswt
Thì	:
u = U0 cos(wt + j) = U 2cos(wt + j)
j	: là độ lệch pha giữa u và i
Nếu j > 0 Þ u sớm pha hơn i Nếu j < 0 Þ u trễ pha	j hơn	i Nếu j = 0 Þ u và i cùng pha
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
Biến thiên theo thời gian t (dòng điện xoay chiều)
Theo định luật Ohm
i = u
R
I. Mạch điện xoay chiều chỉ chứa điện trở
1) Quan hệ u và i :
Hai đầu R có u = U0 coswt
Định luật Ôm : i = u = U0 coswt
R	R
Đặt : I = U0 Thì i = I coswt
0	R	0
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, Um 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.
Y/c HS phát biểu định luật Ohm đối với dòng điện một chiều trong kim loại.
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.
HS phát biểu
Định luật Ôm :	I = U
R
Phát biểu: (SGK)
Nhận xét : u và i cùng pha
- GV làm thí nghiệm
- HS quan sát mạch điện
II. Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện
Thí nghiệm :
-Nguồn điện một chiều : I = 0
-Nguồn điện xoay chiều : I ¹ 0
-Kết luận : Dòng xoay chiều có thể tồn tại trong mạch điện có chứa tụ điện
Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ :
Cho hiệu điện xoay chiều giữa 2 đầu tụ C:
A	~	B u
i
C
u = U0 coswt =U 2 coswt Điện tích bản trái của tụ : q = Cu = CU 2 coswt
- Ở thời điểm t bản trái tích điện
+ điện tích tụ tăng lên .Sau khoảng thời gian Dt lượng điện tích của tụ tăng thêm Dq Þ i = Dq
Dt
-Khi Dt và Dq vô cùng nhỏ :
Þ i = dq = -wCU sin wt dt
như	sơ	đồ	hình	13.3
và ghi nhận các kết quả
Sgk.
thí nghiệm.
+ Tụ điện không cho
- Ta có nhận xét gì về
dòng điện một chiều đi
kết quả thu được?
qua.
+ Tụ điện cho dòng điện
xoay chiều “đi qua”.
- Ta nối hai đầu tụ điện
- HS theo hướng dẫn của
vào	một	nguồn	điện
GV để khảo sát mạch
xoay chiều để tạo nên
điện xoay chiều chỉ có tụ
điện áp u giữa hai bản
điện.
của tụ điện.
- Có hiện tượng xảy ra ở
- Tụ điện sẽ được tích
các bản của tụ điện?
điện.
- Giả sử trong nửa chu
kì đầu, A là cực dương
® bản bên trái của tụ sẽ
- Bản bên trái tích điện dương.
tích điện gì?
- Ta có nhận xét gì về
- Biến thiên theo thời
điện tích trên bản của tụ
gian t.
điện?
® Độ biến thiên điện
tích q cho phép ta tính i trong mạch.
- Cường độ dòng điện ở
- HS ghi nhận cách xác định i trong mạch.
thời	điểm	t	xác	định
bằng công thức nào?
Khi Dt và Dq vô cùng
nhỏ Dq trở thành gì?
Dt
Ta nên đưa về dạng tổng quát i = Imcos(wt +
j) để tiện so sánh, –sina
® cosa
Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0 ® biểu thức của i và u được viết lại như thế nào?
Dựa vào biểu thức của u và i, ta có nhận xét gì?
ZC đóng vai trò gì trong công thức?
® ZC có đơn vị là gì?
Z = 1 
C	wC
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 Ohm, ZC 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
i = Dq
Dt
Đạo hàm bậc nhất của q theo thời gian.
HS tìm q’
-sina = cos(a + p )
2
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)
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).
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 (W).
-1
(F)-1.s = æ C ö .s = A.W.s = W
ç V ÷	C
è	ø
Biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều.
Từ	Z = 1	ta thấy:
C	wC
Khi w nhỏ (f nhỏ) ® ZC lớn và ngược lại.
Vì dòng điện không đổi
(f = 0) ® ZC = ¥ ® I = 0
i = UwC 2 cos(wt + p )
2
Nếu đặt : I = UwC
Ta có : i = I 2 cos(wt + p )
2
Và :	u = U 2 coswt
-Nếu lấy pha ban đầu dòng điện = 0 thì :
i = I 2 coswt
u = U 2 cos(wt - p )
2
So sánh pha dao động của u và i :
i sớm pha hơn u một góc p
2
- 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).
d) Định luật Ôm:
I = U	Với dung kháng :
ZC
Z = 1
C	Cw
3) Ý nghĩa của dung kháng :
-dung kháng là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện .
-Nếu C càng lớn Þ Zc càng nhỏ , dòng điện bị cản trở càng ít .
-Nếu w ( f ) càng lớn Þ Zc càng mhỏ ,dòng điện bị cản trở càng ít .
qua tụ dễ dàng hơn?
TIẾT 2
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 F trong cuộn dây?
Xét Dt vô cùng nhỏ (Dt
® 0) ® suất điện động tự cảm trong cuộn cảm trở thành gì?
Y/c HS hoàn thành C5
e	r
A	B
i
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
w, 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?
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:
F = Li
Từ thông F biến thiên tuần hoàn theo t.
Trở thành đạo hàm của i theo t.
Khi i tăng ® etc < 0, tương đương với sự tồn tại một nguồn điện.
e = -L di = L di
dt	dt
® u	= ri + L di
AB	dt
HS ghi nhận và theo sự hướng dẫn của GV để khảo sát mạch điện này.
u = L di = -wLI 2sinwt dt
Hay
u = wLI 2cos(wt + p )
2
III. Mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thuần
Cuộn dây thuần cảm: có R không đáng kể
Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều :
Khi có dòng điện i chạy qua cuộn dây thì từ thông có biểu thức :
F= Li
Với i là dòng điện xoay chiều F biến thiên tuần hoàn theo t Þ suất điện động tự cảm :
e = -L Di
Dt
Khi Dt ® 0 Thì
e = -L di
dt
Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
a)Giả sử dòng điện chạy trong cuộn dây có dạng:
i = I 2 coswt	do r = 0
u = L di = -wLI 2 sin wt dt
Hay : u = wLI 2 cos(wt + p )
2
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?
Dựa vào phương trình i và u có nhận xét gì về pha của chúng?
i = I 2 coswt ®
u = U 2cos(wt + p )
2
Hoặc
u	=	U 2 coswt	®
i = I 2cos(wt - p )
2
ZL đóng vai trò gì trong công thức?
® ZL có đơn vị là gì?
æ	ö
Z = wL = w ç e ÷
L	ç di ÷
ç dt ÷
è	ø
Tương tự, ZL 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 dòng điện do định luật Len-
Vì -sina = cos(a + p )
2
u = U 2cos(wt +j)
® U = wLI
Trong đoạn mạch chỉ có một cuộn cảm thuần: i trễ pha p/2 so với u, hoặc u sớm pha p/2 so với i.
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 (W).
æ	ö
1 ç V ÷ = V = W
s ç A ÷ A
ç s ÷
è	ø
Biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều.
Vì ZL = wL nên khi f lớn thì ZL lớn, L lớn thì ZL lớn
Tiếp thu lưu ý của GV
Nếu đặt : U = wLI
Þ	I = U Lw
Ta có : u = U 2 cos(wt + p )
2
So sánh pha dao động của u và i :
i trễ pha hơn u một góc p
2
d) Định luật Ôm:
I = U	Với cảm kháng: Z = Lw
Z	L
L
3) Ý nghĩa cảu cảm kháng :
-Cảm kháng đặc trưng cho tính cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm .
-Khi L lớn và khi w Þ ZL lớn , dòng điện bị cản trở càng nhiều .
-R làm yếu dòng điện do hiệu ứng Jun còn cuộn cảm làm yếu dòng điện do định luật Len-xơ
xơ về cảm ứng từ.
HOẠT ĐỘNG 3: Hoạt động luyện tập (10') Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Câu 1: Trên đoạn mạch xoay chiều tần số 50 Hz chỉ có điện trở thuần,
pha của cường độ dòng điện bằng 0.
cường độ dòng điện trong mỗi giây có 200 lần đạt giá trị bằng một nửa giá trị cực đại.
cường độ dòng điện tức thời không tỉ lệ với điện áp tức thời.
cường độ dòng điện hiều dụng có giá trị bằng một nửa cường độ dòng điện cực đại. Câu 2: . Cho dòng điện xoay chiều có biểu thức i = I0 sin(wt + j) đi qua điện trở R trong khoảng thời gian t. Nhiệt lượng toả ra trên điện trở là:
2	2
A. Q = R I0 t	B. Q = Ri2t	C. Q = R I0 t	D. Q = R2It
2	4
Câu 3: Tác dụng cản trở dòng điện của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều đúng với trường hợp nào nêu dưới đây?
Đối với dòng điện có tần số càng lớn thì tác dụng cản trở càng lớn.
Đối với dòng điện có tần số càng lớn thì tác dụng cản trở càng nhỏ.
Cuộn cảm có độ tự cảm càng nhỏ thì tác dụng cản trở càng lớn.
Tác dụng cản trở dòng điện không phụ thuộc vào tần số của dòng điện.
Câu 4: Để tăng dung kháng của một tụ điện môi là không khí, ta có thể
tăng tần số của điện áp đặt vào hai bản tụ điện.
giảm điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ điện.
đưa bản điện môi vào trong lòng tụ điện.
tăng khoảng cách giữa hai bản tụ điện.
Câu 5: Đặt điện áp xoay chiều u=311cos100πt (V) vào 2 đầu của một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L=1/π (H). Cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm có giá trị bằng
A. 3,1 A	B. 2,2 A	C. 0,31 A	D. 0,22 A
Một dòng điện xoay chiều có tần số f = 60 Hz. Trong mỗi giây dòng điện đổi chiều mấy lần? Hãy chọn đáp án đúng.
120 lần.	B. 240 lần.	C. 30 lần .	D. 60 lần .
Điều nào sau đây là đúng khi nói về đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần?
Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở luôn luôn biến thiên điều hoà cùng pha với dòng điện.
Pha của dòng điện qua đoạn mạch chỉ có điện trở luôn bằng không.
Biểu thức định luật Ohm của đoạn mạch chỉ có điện trở là U = I
R
Nếu biểu thức cường độ dòng điện qua đoạn mạch chỉ có điện trở là	i = I0sinwt thì biểu thức hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch là u = U0 sin(wt + j) .
Chọn câu đúng. Đặt vào hai đầu đọan mạch chỉ có tụ điện thuần dung kháng một hiệu điện thế xoay chiều u = U0 sin wt thì biểu thức cường độ dòng điện qua mạch là :
i = wCU sin(wt + p)	B. i = U0 sin(wt + p)
0	2	wC	2
C. i = wCU sin(wt - p)	D. i = U0 sin(wt - p)
0	2	wC	2
Câu 9: Cho dòng điện xoay chiều i=2 cos⁡100πt (A) qua điện trở R = 50 Ω trong thời
gian 1 phút. Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở là
A. 600 J B. 1000 J C. 800 J D. 1200 J
Câu 10: Mắc một cuộn cảm vào một điện áp xoay chiều có tần số f, cuộn cảm có cảm kháng là ZL. Nếu giảm độ tự cảm của cuộn cảm đi một nửa và tần số lên 4 lần thì cảm kháng Z_L sẽ
A. tăng 8 lần B. giảm 8 lần
C. tăng 2 lần D. giảm 2 lần
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu 2: B
HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’) Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Yêu cầu hs đọc các bài tập 3, 4, 5 SGK thảo luận theo nhóm 2 đến 3 hs trả lời.
Yêu cầu hs trình bày cách giải
Gọi hs lên bảng giải.
Nhận xét, kết luận
Đọc đề
Bài 3 tìm ZC. Dựa vào công thức đã học tính C
Tương tự cho bài 4
Bài 5 Áp dụng công thức U = U1 + U2
Khi L1 và L2 nối tiếp
Dựa vào định luật Faraday suy ra đpcm
Tiến hành giải
Ghi nhận
Bài 3
Ta có
a) Z	= U = 100 = 20W
C	I	5
C =	1	=	1	=	1	F
wZC	100p .20	2000p
b) i = 5 2 cos(wt + p ) (A)
2
//
Bài 4
a) Z	= U = 100 = 20W
L	I	5
L = ZL =	20 = 0,2 (H )
w	100p	p
b) i = 5 2 cos(wt - p ) (A)
2
------//------
Bài 5
Khi L1 và L2 nối tiếp
U	=	U1	+	U2
= -L di - L di = -L di
1 dt	2 dt	dt
Với L = L1 + L2
ZL = Lw = (L1 + L2 )w
//
Bài 6
Tương tự bài 5
Câu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Đáp án
B
A
A
D
B
A
A
A
A
C
- Yêu cầu hs đọc và trả lời
- Đọc và trả lời câu hỏi theo
---------------//----------------
bài tập 7, 8, 9 trang thảo
yêu cầu của GV
Bài 7
luận theo bàn và trả lời
Đáp án D
//
- Kết luận và nhận xét tiết
Bài 8
dạy
Đáp án B
//
Bài 9
Đáp án A
HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’) Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Hệ thống lại kiến thức bài học qua sơ đồ tư duy
Hướng dẫn về nhà
Củng cố
Nhắc lại các công thức đã học Và hệ thống lại kiến thức bài hoc
BTVN
- Làm tất cả các bài tập trong SGK trang 66 và bài tập trong SBT lý 12 trang 18 và 19