Giáo án vật lý 12 - Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm

Bài 27.MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN, CUỘN CẢM I. Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Hiểu được các tác dụng của tụ điện và của Câuộn cảm trong mạch điện xoay chiều. - Nắm được khái niệm dung kháng, cảm kháng. Biết cách tính dung kháng, cảm kháng. Biết Biểu diễn u và i bằng vectơ quay cho đoạn mạch chỉ có tụ điện và đoạn mạch chỉ có Câuộn cảm thuần. 2) Kĩ năng: - HS vận dụng tốt được kiến thức vào việc giải các bài toán về mạch có tụ điện và Câuộn cảm bằng cách áp dụng công thức được xây dựng trong bài và phương pháp vectơ quay. II. Chuẩn bị: 1) GV: - Vẽ hình 27.1, 27.7 SGK trên giấy khổ lớn. - Chuẩn bị một tụ điện, một Câuộn cảm để bố trí TÁN như hình 27.1; 27.5 2) HS: Ôn tập kiến thức về dao động điện từ với quá trình tích và phóng điện của tụ điện; bài Hiện tượng tự cảm SGK lớp 11. II. Tổ chức các hoạt động dạy học: Tiết 1. Hoạt động 1. (10’) KIỂM TRA BÀI CŨ. + GV nêu câu hỏi kiểm tra: Câu 1. Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều: A. được xây dựng dựa trên tác dụng của dòng điện. B. chỉ được đo bằng Ampe kế xoay chiều. C. bằng giá trị trung bình chia cho 2 . D. bằng giá trị cực đại chia cho 2 . Câu 2. Dòng điện chạy trên đoạn mạch có điện trở R = 100 có Biểu thức 2 2 cos 100 6 i t A      . Viết Biểu thức hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch. Câu 3. Dòng điện chạy trên đoạn mạch có Biểu thức  2cos 100i t A . Viết Biểu thức điện áp u giữa hai đầu đoạn mạch, Biết điện áp này sớm pha 3  đối với cường độ dòng điện và có giá trị hiệu dụng là 12V. + GV phân tích, phê điểm sau phần trình bày của HS. Tiết 1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN Hoạt động 2. (10’) KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM TÌM HIỂU TÁC DỤNG CỦA TỤ ĐIỆN ĐỐI VỚI DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung 1) GV mắc mạch điện như hình 27.1. Đóng khóa K. gọi HS nhận Quan sát TÁN, trả lời câu hỏi: xét. H1. Tác dụng của tụ điện như thế nào đối với dòng điện xoay chiều? (nhìn thấy đèn Đ sáng) 2) Gv thay tụ điện bằng dây dẫn, gọi HS nhận xét. H2. Đèn Đ sáng hơn, chứng tỏ điều gì? 3) Cho HS xem giản đồ sóng (hình 27.2) H3 Dòng điện qua tụ điện và điện áp giữa 2 bản tụ như thế nào? 4) GV tổng kết kết quả TÁN và yêu cầu HS trả lời câu hỏi C1 của SGK - Dòng điện xoay chiều đi qua được tụ điện. -Tụ điện có tác dụng cản trở dòng điện. HS quan sát giản đồ sóng, thảo luận nhóm, trình bày kết quả: i nhanh pha hơn u một góc 2  TÁN chứng tỏ: -Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi qua” đồng thời có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều, nghĩa là có điện trở. -Cường độ dòng điện Bàiến đổi tuần hoàn và sớm pha 2  so với điện áp giữa 2 bản tụ. Hoạt động 3. (25’) KHẢO SÁT LÍ THUYẾT QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN GV nêu vấn đề (Bàiếu thức 27.1). Hướng dẫn bằng câu hỏi gợi ý: H1. Điện tích trên bản M xác định thế nào? H2. (Với qui ước chiều Xem SGK, lập các Biểu thức q, i theo hướng dẫn. 1) Giá trị cường độ dòng điện tức thời và điện áp. Giả sử: u = U0sint. dương của dòng điện là chiều từ A đến M) Xác định cường độ dòng điện tức thời qua mạch? GV lưu ý cho HS: + dqi dt  đúng cho cả trường hợp dòng điện chạy từ M đến A. Khi đó q giảm, 0 dq dt  : dòng điện chạy theo chiều ngược lại. * Việc xây dựng Biểu thức lí thuyết phù hợp với kết quả TÁN. H3 Hãy Biểu diễn mối liên hệ giữa điện áp và cđdđ bằng các vectơ quay ,U I ur r ? * Hướng dẫn HS xây dựng công thức định luật Ôm cho đoạn mạch. H4 Nhận xét gì về Biểu thức 1 CZ C  trong công -Một HS lên bảng thực hiện Bàiến đổi lượng giác để lập Biểu thức: 0 0 cos cos 2 i I t u U t           -Một HS lên bảng vẽ giản đồ vectơ quay Biểu diễn liên hệ giữa u và i. -Xem SGK, thực hiện Bàiến đổi để có 1 CZ C  và C UI Z  Điện tích trên tụ: q = Câu = C U0sint. 0 cos dqi dt i CU t    Đặt 0 0I CU khi đó: 0 0 cos cos 2 i I t u U t           2)Biểu diễn bằng vectơ quay O I r x 2     U ur 3)Định luật Ôm đối với đoạn mạch. Dung kháng: Từ 0 0I CU Bàiến đổi: I = CÂU. Đặt 1 CZ C  thì C UI Z  thức C UI Z  vừa xây dựng? -Từ khái niệm dung kháng, quay lại giải thích vì sao dòng điện không đổi không “đi qua” được tụ điện. + ZC giữ vai trò tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi: ZC: dung kháng. Tiết 2 Hoạt động 1. (10’) Tìm hiểu: TÁC DỤNG CỦA CÂUỘN CẢM ĐỐI VỚI DĐXC -GV nêu vấn đề cần tìm hiểu: Câuộn cảm thuần không có ảnh hưởng tới dòng điện không đổi nhưng có ảnh hưởng thế nào đối với dòng điện xoay chiều? Lắp dụng cụ TÁN theo hình 27.5. H1. Hãy mô tả dụng cụ TÁN. Nêu vai trò của dụng cụ trong mạch? H2. Độ sáng của đền khi -Lắp dụng cụ TÁN theo hình 27.5, theo hướng dẫn của GV. -Tiến hành TÁN theo mô tả của SGK. a) TÁN chứng tỏ: Câuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều. Tác dụng cản trở này phụ thuộc vào độ tự cảm của nó. khóa K đóng hoặc mở chứng tỏ Câuộn cảm có tac 1dung5 gì đối với dòng điện xoay chiều? -Rút ra kết luận từ kết quả TÁN. Hoạt động 2. (25’) KHẢO SÁT LÍ THUYẾT QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN Hướng dẫn HS viết pt hiệu điện thế 2 đầu Câuộn cảm bằng các câu hỏi gợi ý. H1. (Giả sử có DĐXC cường độ 0 cosi I t qua Câuộn cảm). Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong Câuộn cảm có Biểu thức thế nào? H2. Công thức định luật Ôm viết cho đoạn mạch có máy thu thế nào? Áp dụng cho đoạn mạch với Câuộn cảm giữ vai trò máy thu điện. - Nêu câu hỏi C7. - Hướng dẫn HS Bàiến đổi toán học để có pt: 0 cos 2 u U t       - Trả lời câu hỏi. b) Giả sử: 0 cosi I t Dòng điện qua Câuộn cảm làm xuất hiện sđđ tự cảm: 0 sin die L LI t dt     Điện áp giữa 2 điểm A và B: AB ABu R i e  với RAB = 0 uAB = -e 0 sinABu LI t   Hay H3. Nhận xét gì về cđdđ qua Câuộn cảm? Có thể kiểm tra kết luận trên bằng cách cho HS quan sát trên màn hình dao động kí điện tử đồ thị Biểu diễn sự Bàiến đổi của cđdđ và điện áp. H4. Hãy Biểu diễn quan hệ giữa điện áp và cđdđ bằng các vectơ quay. H5. (kết quả TÁN) Tại sao khi rút lõi sắt khỏi Câuộn dây thì độ sáng của đèn tăng lên? Hướng dẫn HS trả lời câu hỏi bằng việc xem SGK, mục xây dựng công thức định luật Ôm cho đoạn mạch - Cần nhấn mạnh vai trò của ZL trong mạch xoay chiều, lưu ý trong việc sử dụng điện ở các vật tiêu thụ điện. - Sự lệch pha như trên chỉ đúng với Câuộn cảm thuần. Nếu Câuộn cảm có điện trở thuần thì qui luật liên hệ giữa - Xem nội dung câu hỏi C7, thảo luận nhóm, trả lời. Đọc SGK mục d. Vận dụng công thức định luật Ôm cho đoạn mạch và Biểu thức tính cảm kháng 0 cos 2 u U t       Với U0 = LI0. * Cường độ dòng điện Bàiến thiên điều hòa cùng tần số nhưng trễ pha 2  đối với điện áp giữa 2 đầu Câuộn cảm. c)Biểu diễn bằng vectơ quay LU uur I r O x d)Định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có Câuộn cảm thuần. Cảm kháng. Từ công thức U0 = LI0. Bàiến đổi 0 02 à 2U U v I I  , đặt: LZ L thì L UI = Z ZL đóng vai trò tương tự như điện điện áp và cđdđ phải khác đi. của Câuộn dây, phân tích. Khi rút lõi sắt: - Độ tự cảm L của Câuộn cảm giảm. - Cảm kháng ZL giảm, do U không đổi nên I tăng. trở đối với dòng điện không đổi: cảm kháng. Hoạt động 3. (10’) Vận dụng - củng cố: * GV + Nêu câu hỏi và bài tập củng cố bài học. Hướng dẫn HS thực hiện trên lớp và ở nhà: - Bài tập trắc nghiệm 1, 2, 3 SGK trang 151. - Bài tập tự luận 4, 5, 6 SGK trang 152 + Yêu cầu chuẩn bị ở nhà:. - Ôn tập nội dung của 3 đoạn mạch xoay chiều chỉ có R, L, C. Tìm hiểu đặc điểm của hiểu điện thế, cđdđ trong mạch RLC nối tiếp. - Giải bài tập về các loại đoạn mạch trong SBT. III. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: