Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương III: Dòng điện xoay chiều - Tiết 29, Bài 15: Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất

Ngày soạn: /	/ Ngày dạy: /	/
Tiết 27
CÔNG SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT
o0o
MỤC TIÊU BÀI HỌC
Về 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.
Về kĩ năng
Vận dụng đươc công thức tính công suất và hệ số công suất của mạch R, L, C
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
Thái độ: Nghiêm túc, hứng thú trong học tập.
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.
HOẠT ĐỘNG DẠY 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.
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.
- Tương tự như mạch điện một chiều, các linh kiện trong mạch điện xoay chiều cũng tiêu thụ điện năng. Hôm nay ta tìm hiểu công thức tính công suất và điện năng của mạch xoay chiều như thế nào qua bài “CÔNG SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT”
Định hướng nội dung của bài
Tiết 27
CÔNG SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT
HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)
Mục tiêu: - định nghĩa và thiết lập được công thức của công suất trung bình tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều, định nghĩa của hệ số công suất.
vai trò của hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều.
công thức của hệ số công suất đối với mạch RLC nối tiếp.
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 tính công suất điện tiêu thụ trong mạch điện không đổi là gì?
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 ® công suất tiêu thụ trong mạch tại thời điểm t?
Giá trị trung bình của công suất điện trong 1 chu kì:
Trong đó cosj có giá trị như thế nào?
Còn cos(2wt + j) là một hàm tuần hoàn của t, với chu kì bao nhiêu?
Ta có cos(2wt + j) = 0
P = RI 2 = U2 = UI
R
p = ui
cosa.cosb = 1 [cos(a + b ) 2
+ cos(a - b )]
P = p = UI écosj + cos(2wt +j)ù
ë	û
Vì cosj không đổi nên
cosj = cosj
- Chu kì 2p = T ( T = 2p )
2w	2	w
Vậy P = UIcosj
Tiếp thu
Công suất của mạch điện xoay chiều
Biểu thức của công suất
Điện áp hai đầu mạch: u = U 2 coswt
Cường độ dòng điện tức thời trong mạch:
i = I 2 cos(wt+ j)
Mạch
i
~
Công suất tức thời của mạch điện xoay chiều:
p = ui = 2UIcoswtcos(wt+ j)
= UI[cosj + cos(2wt+ j)]
Công suất điện tiêu tụ trung bình trong một chu kì:
P = UIcosj (1)
Nếu thời gian dùng điện t >> T, thì P cũng là công suất tiêu thụ điện trung bình của mạch
- Giới thiệu điện năng têu thụ
trong thời gian đó (U, I không thay đổi).
2. Điện năng tiêu thụ của
mạch điện
W = P.t
(2)
Giới thiệu hệ số công suất
Hệ số công suất có giá trị trong khoảng nào?
Y/c HS hoàn thành C2.
Các thiết bị tiêu thụ điện trong nhà máy ® có L ® i nói chung lệch pha j so với u. Khi vận hành ổn định P trung bình giữ không đổi ® Công suất trung bình trong các nhà máy?
Nếu r là điện trở của dây dẫn ® công suất hao phí trên đường dây tải điện?
® Hệ số công suất ảnh hưởng như thế nào?
Nhà nước quy định: cosj ³ 0,85
Giả sử điện áp hai đầu mạch điện là:
u = U 2 coswt
Cường độ dòng điện tức thời trong mạch:
i = I 2 cos(wt+ j)
Định luật Ôm cho đoạn mạch có biểu thức?
Mặt khác biểu thức tìm j?
Từ đây ta có thể rút ra biểu thức cosj?
Có nhận xét gì về công suất trung bình
Vì |j| không vượt quá 900 nên 0 £ cosj £ 1.
Chỉ có L: cosj = 0
Gồm	R	nt	L:
cosj = R
R2 + w2 L
P = UIcosj với cosj > 0
® I = P 
UI cosj
P = rI 2 = r P2 1
hp	U2 cos2j
- Nếu cosj nhỏ ® Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh của công ti điện lực.
I =	U	= U R2 + (wL - 1 )2	Z
wC
wL - 1 
tanj = RwC
cosj = R
Z
- Bằng công suất toả nhiệt trên R.
Hệ số công suất
Biểu thức của hệ số công suất
- Từ công thức (1), cosj được gọi là hệ số công suất.
2. Tầm quan trọng của hệ số công suất
Các động cơ, máy khi vận hành ổn đinh, công suất trung bình được giữ không đổi và bằng:
P = UIcosj với cosj > 0
® I = P 
UI cosj
® P = rI 2 = r P2	1
hp	U2 cos2j
Nếu cosj nhỏ ® Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh của công ti điện lực.
3. Tính hệ số công suất của mạch điện R, L, C nối tiếp
cosj = R
Z
hay cosj =	R	
R2 + (wL - 1 )2
wC
- Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch:
P = UIcosj = U U R 
Z Z 
æ U ö2
= R ç	÷ = RI 2
è Z ø
tiêu thụ trong mạch?
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: Chọn phát biểu đúng.
Có hai cuộn day mắc nối tiếp, cuộn dây nào có hệ số công suất lớn hơn thì công suất sẽ lớn hơn.
Hệ số công suất của đoạn mạch cosφ=0,5 chứng tỏ cường độ dòng điện trong mạch trễ pha π/3 so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch.
Hệ số công suất của đoạn mạch cosφ=√3/2 chứng tỏ cường độ dòng điện trong mạch sớm pha π/6 so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch.
Hệ số công suất của đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp phụ thuộc tần số dòng điện trong mạch.
Câu 2: Đặt một điện áp xoay chiều vào hai đầu một mạch điện gồm một điện trở R = 12 Ω và một cuộn cảm thuần L mắc nối tiếp. Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là 26 V, hai đầu cuộn cảm thuần là 10 V. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là
A. 12 W	B. 48 W	C. 24 W	D. 16 W
Câu 3: Đặt điện áp xoay chiều có biểu thức u=30cos100πt (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R = 30 Ω, mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần thì công suất tiêu thụ trên đoạn mạch là 7,5 W. Biểu thức của cường độ dòng điện qua đoạn mạch là
A. 100 V B. 100√3 V C. 120 V D. 100√2 V
Câu 4: Cho mạch điện có R, L, C mắc nối tiếp. Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là u=50√2 cos100πt (V). Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm thuần là UL=35 V và giữa hai đầu tụ điện là UC=75 V. Hệ số công suất của mạch điện này là
A. cosφ=0,6 B. cosφ=0,7
C. cosφ=0,8 D. cosφ=0,9
Câu 5: Một đoạn mạch mắc nối tiếp gồm một cuộn dây có điện trở thuần r=10√3 Ω và độ tự cảm L = 0,191 H, tụ điện có điện dung C= 1/4π (mF), điện trở R có giá trị thay đổi được. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp u=200√2 cos100πt (V). Thay đổi giá trị của R để công suất tiêu thụ trên R đạt cực đại. Công suất cực đại đó có giá trị bằng
A. 200 W	B. 457 W	C. 168 W	D. 630 W
Câu 6: Một đoạn mạch xoay chiều AB có điện trở R và cuộn cảm thuần ZLmắc nối tiếp. Biết ZL=3R. Nếu mắc thêm một tụ điện có ZC=R thì hệ số công suất của đoạn mạch AB sẽ
A. tăng 2 lần B. giảm 2 lần
C. tăng √2 lần D. gỉảm √2 lần
Câu 7: Trong một đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp có điện trở R thay đổi được. Khi điện trở có giá trị là 30 Ω hoặc 120 Ω thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch bằng nhau. Muốn công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại cần điều chỉnh bằng nhau. Muốn công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại cần điều chỉnh điện trở đạt giá trị là
A. 75 Ω	B. 48 Ω	C. 25 Ω	D. 60 Ω
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu
1
2
3
4
5
6
7
Đáp án
D
B
A
A
B
C
D
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.
Đặt một điện áp xoay chiều, tần số f = 50 Hz và giá trị hiệu dụng U = 80 V vào hai đầu đoạn mạch gồm R, L, C mắc nối tiếp. Biết cuộn cảm có độ tự cảm L = 0,6/π (H), tụ điện có điện dung C = 10-4/π (F) và công suất toả nhiệt trên R là 80 W. Giá trị của điện
trở thuần R là
Thực hiện nhiệm vụ học tập:
- HS sắp xếp theo nhóm, và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV
Đáp án: 40 Ω
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.
- Làm tất cả các bài tập trong SGK trang 85 và bài tập trong SBT lý 12 trang 24 và 25.
Hướng dẫn về nhà
Củng cố
1) Hệ số công suất của mạch điện RLC nối tiếp bằng
A. RZ	B.
ZL	C.
Z
R	D. ZC
Z	Z
`	2) Hệ số công suất trong mạch RLC nối tiếp với ZL = ZC
A. bằng 0	B. bằng 1	C. phụ thuộc R	D. phụ thuộc ZL
ZC
BTVN