Giáo án môn Vật lý Lớp 12 - Bài 36+37: Dòng điện xoay chiều vật dẫn có điện trở thuần trong mạch điện xoay chiều các giá trị hiệu dụng

DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VẬT DẪN CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CÁC GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG I / MỤC TIÊU : Nắm được khái niệm dòng điện xoay chiều và hiệu điện thế xoay chiều. Biết cách xác định độ lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều theo biểu thức hoặc theo đồ thị biểu diễn chúng. Hiểu các đặc điểm của đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần. Nắm được các giá trị hiệu dụng và cách tính công suất tỏa nhiệt của dòng điện xoay chiều. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên :  Dao động kí điện tử hai chùm tia.  Nguồn điện xoay chiều.  Một điện trở thuần và một đoạn mạch xoay chiều bất kì ( có thể gồm một điện trở thuần và một cuộn dây mắc nối tiếp ). 2 / Học sinh : Xem lại kiến thức hiện tượng cảm ứng điện từ. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Quan sát mô hình hoặc hình vẽ 36.1 HS : Cho khung dây quay với vận tốc vừa phải để HS thấy kim vôn kế dao động sang phải rồi sang trái một cách tuần hoàn. HS : e = E0 cos (  t + 0 ) HS : T = 2  , f = 2   Hoạt động 2 : HS : Có cùng tần số với lực cưỡng bức. HS : Dao động điện cưỡng bức trong GV : GV có thể dùng mô hình máy phát điện xoay chiều có nối với một vôn kế nhạy để minh họa cho nguyên tắc tạo suất điện động xoay chiều. GV : Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động xoay chiều được xác định như thế nào ? GV : GV yêu cầu HS nhắc lại các công thức tính chu kì và tần số của dao động điều hòa để vận dụng nó cho dao động điện. GV : Đặc điểm cơ bản của dao động cưỡng bức trong cơ học là gì ? GV : Dao động điện cưỡng bức trong mạch có cùng tần số với tần số dao động của nguồn. HS : u và i biến đổi điều hòa cùng tần số nhưng lệch pha với nhau. HS : u = Uocos( t + 1 ) i = Iocos( t + 2 ) HS : Giá trị dương của dòng điện chính là chiều tính hiệu điện thế. HS : Nêu định nghĩa hiệu điện thế xoay chiều. HS : Nêu định nghĩa cường độ dòng điện xoay chiều. HS : Vẽ u và 1 HS : Vẽ i và 2 HS : Vẽ góc  HS :  = 1  2 Hoạt động 3 : mạch có đặc điểm gì ? GV : Hướng dẫn học sinh quan sát hình ảnh bằng dao động kí hoặc quan sát đồ thị. GV : Viết biểu thức hiệu điện thế và cường độ dòng điện xoay chiều ? GV : Về biểu thức của dòng điện và hiệu điện thế, cần cho HS thấy rõ các đại lượng tức thời là các giá trị đại số được viết theo một quy ước dấu cụ thể. GV : Hiệu điện thế xoay chiều là gì ? GV : Cường độ dòng điện xoay chiều là gì GV : Hướng dẫn vẽ giãn đồ vectơ biểu diễn u và I trên cùng một hệ trục từ đó rèn luyện HS tìm độ lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế. GV : Độ lệch pha  được xác định HS : I = R U HS : u = Uocost HS : i = cos coso o Uu t I t R R    HS : Cùng pha HS : I0 = R U 0 Hoạt động 4 : HS : i = I0 cos t HS : p = Ri2 = R 2oI cos 2t HS : p = 2 2 cos 2 2 2 o oRI RI t HS : Một không đổi và một biến đổi điều hòa theo thời gian. như thế nào ? GV : Viết biểu thức định luật Ohm cho đoạn mạch có R đối với dòng điện một chiều ? GV : Viết biểu thức hiệu điện thế xoay chiều ở hai đầu đoạn mạch chứa R ? GV : Trong từng khoảng thời gian rất nhỏ, hiệu điện thế và cường độ dòng điện coi như không đổi, ta có thể áp dụng định luật Ohm như đối với dòng điện không đổi ? GV : Dòng điện trên điện trở thuần R biến thiên như thế nào so với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch ? GV : Biên độ được xác định như thế nào ? GV : Viết biểu thức cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch có điện trở thuần R ? GV : Viết biểu thức công suất tỏa HS : P = 2 2 oRI HS : I = 2 oI HS : Nêu định nghĩa. nhiệt tức thời ? GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi biểu thức ? GV : Nêu nhận xét đặc điểm 2 số hạng trên ? GV : Công suất tỏa nhiệt trung bình của dòng điện trong thời gian  ? GV : Hướng dẫn học sinh đi tới biểu thức cường độ dòng điện hiệu dụng ? GV : Định nghĩa cường độ dòng điện hiệu dụng ? GV : Giới thiệu ampere kế và volt kế ? IV / NỘI DUNG : 1. Suất điện động xoay chiều Cho một khung dây có diện tích S quay đều với vận tốc góc  quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ B  . Theo định luật cảm ứng điện từ, suất điện động biến đổi điều hòa theo thời gian : e = Eocos(t + o) (36.1) Đó là suất điện động xoay chiều, chu kì và tần số biến đổi của suất điện động T = 2  , f = 2   2. Hiệu điện thế xoay chiều. Dòng điện xoay chiều u = Uocos(t + 1) (36.2) i = Iocos(t + 2) (36.3) Hiệu điện thế biến đổi điều hòa theo thời gian gọi là hiệu điện thế xoay chiều. Dòng điện có cường độ biến đổi điều hòa theo thời gian gọi là dòng điện xoay chiều. Độ lệch pha của hiệu điện thế xoay chiều đối với dòng điện xoay chiều là  = 1 - 2 3. Vật dẫn có điện trở thuần trong mạch điện xoay chiều. Hình 36.3 Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần Đặt một hiệu điện thế xoay chiều u = Uocost vào hai đầu đoạn mạch chỉ có một điện trở thuần R. Áp dụng định luật Ôm i = cos coso o Uu t I t R R    Như vậy, dòng điện trên điện trở thuần biến thiên đồng pha với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và có biên độ xác định bởi : Io = o U R (36.4) Hình 36.4 Giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có điện trở thuần 4. Các giá trị hiệu dụng Cho dòng điện xoay chiều có cường độ i = Iocost chạy qua đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R. Công suất tỏa nhiệt tức thời có biểu thức : p = Ri2 = R 2oI cos 2t p = 2 2 cos 2 2 2 o oRI RI t Công suất tỏa nhiệt trung bình của dòng điện trong thời gian  là P = 2 2 oRI (36.5) Nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian  là : Q = 2 2 oRI  Cho dòng điện không đổi cường độ I chạy qua điện trở nói trên trong cùng thời gian  sao cho nhiệt lượng tỏa ra cũng bằng Q, nghĩa là Q = RI2 (36.6) I = 2 oI (36.7) Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi, mà khi cho hai dòng điện đó lần lượng đi qua cùng một điện trở trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì tỏa ra những nhiệt lượng bằng nhau. Tương tự suất điện động hiệu dụng E = 2 oE (36.8) Và hiệu điện thế hiệu dụng U = 2 oU (36.9) V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2 Xem bài 38