Giáo án vật lý 12 - Bài tập về dòng điện xoay chiều

BÀI TẬP VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Mục tiêu: 1) Hệ thống kiến thức và phương pháp giải bài tập về dòng điện và mạch điện xoay chiều. 2) Rèn luyện kĩ năng vận dụng, phân tích và tính toán ở HS thông qua bài toán về dòng điện xoay chiều. II. Chuẩn bị: 1) GV: Chọn bài tập với nội dung cần luyện tập, chọn phương pháp thích hợp cho việc giải từng nội dung bài toán. 2) HS: Ôn tập những kiến thức cơ bản cho bài toán về mạch xoay chiều.. II. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (5’) ÔN TẬP. GV yêu cầu HS nhắc lại những kiến thức cơ bản, đặc trưng cho một đoạn mạch điện xoay chiều. -Cách tính điện trở ZL; ZC; Z của đoạn mạch. -Liên hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện trong đoạn mạch. -Phương pháp giản đồ vec-tơ áp dụng cho từng đoạn mạch. Hoạt động 2. (80’) GIẢI BÀI TẬP 1) Bài toán trắc nghiệm: 20’ Hoạt động của GV Hoạt động của HS - GV chuẩn bị trước 10 bài toán trắc nghiệm với nội dung: + Tóm tắt các công thức áp dụng cho từng đoạn mạch. + Hoán đổi các đại lượng trong các công thức. + Tính nhanh Z, U, I cho các dạng đoạn mạch. - Yêu cầu HS trong mỗi nhóm trao đổi, giải bài tập, đại diện mỗi nhóm trình bày kết quả. GV nhận xét, cho điểm cho mỗi nhóm. - HS đọc kĩ đề bài toán, cá nhân thực hiện việc giải bài toán, thảo luận nhóm, so sánh kết quả. - Lắng nghe, phân tích cách trình bày của nhóm, so sánh với cách giải cá nhân, rút ra phương pháp giải nào hiệu quả hơn. 2) Bài toán tự luận: 60’ Bài 1. BÀI TOÁN VỀ ĐẠI CƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU. (20’) Mạch điện xoay chiều như hình vẽ : Điện trở thuần của mạch R = 90. Câuộn cảm có điện trở R0 = 30 và hệ số tự cảm 0,4L H   Tụ điện có điện dung thay đổi được. Đặt một điện áp u = 120cos100t (V) vào hai đầu mạch. 1- Khi 100 1,6 C F   . Xác định: a) Tổng trở và cường độ hiệu dụng qua mạch. b) Công suất của dòng điện trên mạch. c) Viết Biểu thức hiệu điện thế hai đầu Câuộn cảm. 2- Điều chỉnh điện dung C của tụ đến giá trị C’ để công suất của mạch cực đại. Tính C’ và công suất cực đại. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Hướng dẫn HS phân tích nội dung bài toán. Gọi 1HS lên bảng thực hiện tính toán. GV nêu lần lượt câu hỏi gợi ý: H1. Mạch có các loại điện trở nào? Hãy tính giá trị các loại điện trở đó? H2. Viết công thức tính tổng trở của mạch. Cường độ hiệu dụng tính bằng công thức nào? H3. Viết Biểu thức liên hệ về pha của hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong một đoạn mạch? - HS thảo luận nhóm, phân tích cách giải, cá nhân thực hiện tính toán. - Một HS thực hiện việc giải bài toán trên bảng. + Tính ZL = L + Tính ZC = 1 C + Tính ZAB =    2 20 L CR R Z Z   AB AB UI Z  + Tìm công suất P của dòng điện trên mạch bằng công H4. Trường hợp nào của mạch có công suất đạt cực đại, Pmax tính thế nào? -Hướng dẫn HS phân Biết sự khác nhau về công suất của mạch khi có cộng hưởng và công suất cực đại ứng với một giá trị điện trở thuần của mạch (đã làm ở tiết bài tập) -Nhận xét bài giải của HS. - Mở rộng thêm trường hợp ghép thêm tụ điện C’ với tụ C trong 2 trường hợp: + Ghép nối tiếp. thức: P = (R + R0)I2. - Cá nhân thực hiện tính toán để tìm kết quả. 40 ; 160 ; 1120 2 ; ; 30 . 2 L C AB Z Z Z I A P W         - Thảo luận nhóm viết Biểu thức:     0 0 cos 100 cos 100 MN AB MN AB MN i I t u U t            - Cá nhân thực hiện những tính toán tính: 0 0 0 0 tan ; tan MN MN L C L AB MN U I Z Z Z Z R R R        -Tính C’ từ ZC = ZL để mạch có cộng hưởng -Tính max 0 UI R R   . -Tính lại 2max 0 max( )P R R I  + Ghép song song Vẫn có thể làm thay đổi độ lệch pha của u và i trong mạch. Bài 2. (20’) BÀI TOÁN VỀ ĐỘ LỆCH PHA CỦA HAI HIỆU ĐIỆN THẾ TRÊN MẠCH RLC. Mạch xoay chiều có dạng: Cho ZL = 100; ZC = 200. Xác định giá trị R để uAN và uMB vuông pha. Hướng dẫn HS phân tích nội dung bài toán. H. Nhận xét gì về đoạn mạch AN, MB. Hiệu điện thế của đoạn AN và MB xác định thế nào? H. Vẽ giản đồ vec-tơ các hiệu điện thế của hai đoạn mạch. Nhận xét sự lệch pha của uAN, uMB đối với dòng điện? H. Góc lệch pha của hai hiệu điện thế -Thảo luận nhóm. Phân tích: AN AM MN AN AM MN MB MN NB MB MN NB u u u U U U u u u U U U           uuuur uuuur uuuur uuuur uuuur uuuur -Mỗi nhóm vẽ giản đồ vec-tơ cho hai đoạn mạch. Nhận Biết: tan LAN Z R   ANU uuuur tan CMB Z R    O AN MNU uuuur i MB uAN, uMB được tính thế nào? -Hướng dẫn HS nhận Biết góc ∆ =AN - MB (là góc giữa AN MBU à Uv uuuur uuuur ) là góc lệch pha của hiệu điện thế uAN, uMB. - Hướng dẫn HS thực hiện tính toán bằng cách áp dụng công thức lượng giác: tan1.tan2 = -1 cho trường hợp u1 và u2 vuông pha. - Xem, nhận xét và hướng dẫn các nhóm thực hiện việc giải bài toán. MBU uuuur Mỗi nhóm thảo luận, giải bài toán. Tan(AN).tan(MB) = -1 . 1 100 2 CL L C ZZ R R R Z Z             Bài 3. (15’) XÁC ĐỊNH PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỆN DỰA VÀO ĐẶC TÍNH CỦA MẠCH. Bài toán số 3, SGK trang 175. Mạch có hai trong 3 phần tử: C, R và L. Điện áp hai đầu mạch: u = 60cos100t (V) Dòng điện i = 0,5sin 100 6 t      (A) - GV nêu câu hỏi hướng dẫn: H. Dòng điện và điện áp lệch pha như thế nào? H. Hãy vẽ giản đồ vec-tơ cho đoạn mạch. Suy ra u hai đầu mạch phải là điện áp tổng hợp của điện áp hai đầu mỗi phần tử nào? H. Hãy tính tổng trở của mạch? H. Tính ZL và R của mạch như thế nào? -Hướng dẫn HS thực hiện tính toán. Nhận xét kết quả. - Thảo luận nhóm, xác định sự lệch pha của u và i. + Biến đổi i = 0,5cos 100 6 2 t        → i = 0,5cos 100 3 t      (A) + Nhận Biết i chậm hơn u một góc 3  - Mỗi nhóm thực hiện vẽ giản đồ vec-tơ. Suy ra u = uR + uL. U ur LU uur 3 RU uuur O i - Thảo luận nhóm, thực hiện tính toán tính Z, ZL và R. + Từ U0; I0  Z (1) + Từ 3 (2) 3 L Z R    Từ (1) và (2). Tính ZL, R → L. Bài 4. (5’) BÀI TOÁN VỀ SẢN XUẤT VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG: GV hướng dẫn HS xem SGK trang 176- 177; bài tập 4, bài tập 5. - Hướng dẫn HS cách giải bài toán, kiến thức cần vận dụng. - Yêu cầu HS thực hiện việc giải bài toán ở nhà. Ghi nhận những yêu cầu thực hiện ở nhà của GV hướng dẫn. Hoạt động 3: (5’) CỦNG CỐ - HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ: - GV tổng kết nội dung và cách giải các bài toán, rút ra kết luận chung để HS Biết cách vận dụng. Hướng dẫn các dạng bài toán cần thực hiện ở nhà. - HS ghi nhận yêu cầu của GV. III. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: