Giáo án môn Vật lý Lớp 12 - Bài 28: Đoạn mạch xoay chiều có RCL mắc nối tiếp, cộng hưởng điện

ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CÓ RLC MẮC NỐI TIẾP. CỘNG HƯỞNG ĐIỆN I / MỤC TIÊU : Biết cách vẽ và dùng giản đồ vectơ để nghiên cứu đoạn mạch RLC nối tiếp. Nắm được quan hệ giữa hiệu điện thế với cường độ dòng điện, biết cách tính tổng trở Z, độ lệch pha  của đoạn mạch RLC nối tiếp. Nắm được hiện tượng và điều kiện để xảy ra cộng hưởng. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Cuộn dây, điện trở, tụ điện, nguồn điện xoay chiều. 2 / Học sinh : Xem lại giản đồ vectơ của các bài 36 + 37 + 38 + 39 II / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Học sinh tự mắc sơ đồ mạch điện. HS : U = U1 + U2 + U3 HS : u = uR + uL + uC HS : i = Iocost HS : uR = UORcost uL = UOLcos 2 t      uC = UOCcos 2 t      HS : Cùng tần số  với các biểu thức hiệu thế thành phần. Hoạt động 2 : HS : Bằng 0 HS : Bằng 0 HS : Bằng 2  GV : Hướng dẫn học sinh cách mắc sơ đồ mạch điện 40.1 ? GV : Viết công thức hiệu điện thế của mạch điện một chiều mắc nối tiếp ? GV : Giáo viên cho biết các công thức đó vẫn đúng cho các giá trị tức thời của mạch điện xoay chiều ? GV : Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch ? GV : Viết biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu mỗi dụng cụ ? GV : Hiệu điện thế ở 2 đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa với tần số bao nhiêu ? GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay  I biểu diễn cường độ dòng điện i = Iocost hợp với trục Ox một góc bao HS : Bằng  2  HS : Học sinh sử dụng quy tắc hình bình hành để vẽ. Hoạt động 3 : HS : U =  22R L CU U U  HS : Z = 2 2 1R L C         HS : Giống nhau. HS : R HS : Cản trở dòng điện. Hoạt động 4 : HS : tg = 1L C R    HS : u nhanh pha so với i một góc  HS : u chậm pha so với i một góc  nhiêu ? GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay  RU  LU ,  CU biểu diễn các hiệu điện thế uR , uL, uC , hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ? GV : Hướng dẫn học sinh vẽ vectơ hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch ? GV : Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch ? GV : Hướng dẫn học sinh thành lập biểu tổng trở của đoạn mạch ? GV : Em hãy so sánh biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch một chiều chỉ có điện trở R ? GV : Vai trò của ZAB giống đại lượng nào ? GV : Nêu ý nghĩa của Z ? Hoạt động 5 : HS : L - 1 C = 0 HS : Zmin = R. HS : Im = U R HS : Có biên độ bằng nhau. HS : Bằng hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. HS : Đồng pha HS : Quan sát đồ thị HS : Điện trở lớn HS : Điện trở nhỏ. HS : Xem sách giáo khoa GV : Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định độ lệch pha giữa hai đầu đoạn mạch ? GV : Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng, nêu mối quan hệ giữa u và i ? GV : Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, nêu mối quan hệ giữa u và i ? GV : Nếu giữ nguyên giá trị của hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc  đến một giá trị sao cho cảm kháng bằng dung kháng ? GV : Tổng trở của đoạn mạch có giá trị như thế nào ? GV : Cường độ dòng điện hiệu dụng của đoạn mạch có giá trị như thế nào ? GV : Hiệu điện thế tức thời giữa hai bản tụ điện và hai đầu cuộn cảm có đặc điểm gì ? GV : Hiệu điện thế ở hai đầu R có đặc điểm gì ? GV : Pha của u và I biến đổi như thế nào ? GV : Giới thiệu đồ thị 40.4 GV : Đặc điểm của đường 1 GV : Giới thiệu ý nghĩa vật lý của đường cong cộng hưởng ? IV / NỘI DUNG : 1. Các giá trị tức thời trên từng phần của đoạn mạch Xét đoạn mạch gồm một điện trở thuần R, một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và một tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp. Hình 40.1 Sơ đồ đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Giả sử cường độ dòng điện trong đoạn mạch có biểu thức i = Iocost. Biểu thức của các hiệu điện thế tức thời : uR = UORcost uL = LIocos 2 t      = UOLcos 2 t      uC = UOCcos 2 t      Hiệu điện thế tức thời giữa hai đầu A, B là : u = uR + uL + uC (40.1) 2. Giản đồ vectơ. Quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế a) Giản đồ vectơ Hình 40.2 Giản đồ vectơ vẽ theo quy tắc hình bình hành b) Định luật Ôm cho đoạn mạch RLC nối tiếp. Tổng trở. Uo =   22 OR OL OCU U U  (40.3) Chia hai vế của công thức 40.3 cho 2 U =  22R L CU U U  (40.4) Thay U = IR; UL = IL; UC = 1 C vào công thức (40.4), ta tìm được cường độ dòng điện hiệu dụng : I =  2 22 2 1L C U U R Z Z R L C            Nếu đặt Z = 2 2 1R L C         (40.5) Thì I = U Z (40.6) Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc , đại lượng Z đóng vai trò tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi và được gọi là tổng trở của đoạn mạch. c) Độ lệch pha của hiệu điện thế so với dòng điện. tg = 1L C R    (40.7) Nếu đoạn mạch có tính cảm kháng thì  > 0, dòng điện trễ pha đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. Nếu đoạn mạch có tính dung kháng, thì  < 0, dòng điện sớm pha đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. 3. Cộng hưởng điện Nếu giữ nguyên giá trị của hiệu điện thế hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số góc  đến một giá trị sao cho L - 1 C = 0 thì có hiện tượng đặc biệt xảy ra trong mạch, gọi là hiện tượng cộng hưởng điện. - Tổng trở của đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu : Zmin = R. - Cường độ hiệu dụng dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại : Im = U R Hiệu điện thế trên điện trở R bằng hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch. - Dòng điện biến đổi đồng pha với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch.  = 1 LC (40.8) V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 và làm bài tập 1 Xem bài 41