Giáo án vật lý 12 - Dòng điện xoay chiều mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần

CHƯƠNG V. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MỤC TIÊU: Giới thiệu các nội dung và yêu cầu học sinh hiểu: - Khái niệm suất điện động xoay chiều, điện áp xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều, các giá trị tức thời và hiệu dụng của chúng. - Biết cách xác định các đại lượng cơ bản của một đoạn mạch xoay chiều mắc nối tiếp: cảm kháng; dung kháng, tổng trở; độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện, hệ số công suất. - Biết cách vận dụng phương pháp vectơ Frenen và những công thức của đoạn mạch xoay chiều mắc nối tiếp, có kĩ năng nhận Biết hiện tượng, phân tích dữ kiện trong bài toán điện xoay chiều và Bàiến đổi toán học để tìm kết quả. - Hiểu nguyên tắc hoạt động, cấu tạo, đặc điểm của các máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha, động cơ ba pha, máy Bàiến áp. - Hiểu và giải được bài toán về sự truyền tải điện năng đi xa. Bài 26. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN I. Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Hiểu được khái niệm dòng điện xoay chiều, điện áp xoay chiều. Biết cách xác định độ lệch pha của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều theo Biểu thức hoặc theo đồ thị Biểu diễn của chúng. - Hiểu được 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 trung bình của dòng điện xoay chiều. 2) Kĩ năng: - Vận dụng được mối liên hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện để giải bài toán về mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần. II. Chuẩn bị: 1) GV: chuẩn bị: nguồn điện xoay chiều, một điện trở thuần, một đoạn mạch điện bất kì, dao động kí điện tử hai chùm tia để quan sát đường Biểu diễn của cường độ dòng điện và điện áp. 2) HS: Ôn tập kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ, định luật Ôm cho đoạn mạch có điện trở thuần của dòng điện không đổi. II. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (10’) Tìm hiểu: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung - GV giới thiệu về nội dung của bài (SGK trình bày) - GV vẽ hình 26.1. Giới thiệu nội dung tìm -Quan sát hình 26.1. Nghe GV giới thiệu cách thực hiện TÁN, quan sát kết quả và phân tích, tìm nguyên hiểu bằng cách dùng mô hình máy phát điện xoay chiều, thực hiện TÁN tạo dòng điện xoay chiều cho HS quan sát. - GV nêu câu hỏi. H1. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu quay đều khung trong từ trường đều có B ur vuông góc với trục quay của khung? H2. Từ thông qua khung như thế nào? Suất điện động cảm ứng trong khung như thế nào? -GV nên bắt đầu xây dựng Biểu thức suất điện động 0 0cos( )e E t   bằng cách cho HS: + Viết Biểu thức từ thông qua khung khi khung chưa quay, khi khung quay với góc quay  của pháp tuyến với B ur bằng t. + Viết Biểu thức e = ’ và lí giải việc xuất hiện hằng số 0. + Chỉ ra Bàiên độ suất điện động E0 = N.B.S. nhân dẫn đến kết quả. -Trả lời câu hỏi: khi khung quay; + từ thông qua khung Bàiến thiên điều hòa. + trong khung xuất hiện suất điện động cảm ứng Bàiến đổi điều hòa. -Lưu ý nghe GV phân tích việc xuất hiện hằng số 0 trong Biểu thức suất điện động cảm ứng. Khung dây dẫn quay trong từ trường đều với tốc độ góc  quanh trục vuông góc với B ur . Trong khung xuất hiện suất điện động Bàiến đổi theo thời gian. 0 0cos( )e E t   e: suất điện động xoay chiều. , T, f liên hệ bằng công thức: 2 ; 2 T f      Hoạt động 2. (15’) Tìm hiểu: ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU-DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU. Nêu câu hỏi: H1. Bóng đèn sáng lên (từ mô hình máy xoay chiều đơn giản do GV thực hiện để tạo dòng điện) cho thấy khi nối 2 đầu khung dây với 2 đầu bóng đèn cho ta nhận xét gì? - Giới thiệu điện áp xoay chiều, dòng điện xoay chiều trong mạch. H2. Hình 26.2 cho Biết đại lượng u(t) và i(t). Đại lượng nào Bàiến thiên sớm pha hơn và sớm hơn một lượng bao nhiêu? H3 (Từ hình ảnh trên màn hình dao động kí điện tử) Viết Biểu thức tổng quát của u(t) và i(t)? - Lưu ý HS viết Biểu thức cường độ dòng điện tức thời thì i phải theo qui ước chiều dương là chiều tính điện áp tức thời từ A đến B với một đoạn mạch AB. H4. Từ pt u(t) và i(t), suy ra độ lệch -HS cho rằng hai đầu bóng đèn có một hiệu điện thế, trong mạch có dòng điện. -Nhận Biết sự lệch pha của u(t) và i(t) từ hình 26.2: i(t) sớm pha hơn u(t) một góc 2  - u(t) và i(t) Bàiến đổi theo thời gian theo định luật dạng sin  pt u(t) và i(t) phải có dạng pt dao động điều hòa. -Viết hai pt: -Nếu hai cực của máy phát điện xoay chiều với 1 đoạn mạch tiêu thụ điện. Trong mạch có 1 dao động điện từ cưỡng bức với tần số của sđđ do máy phát ra. Giữa 2 đầu đoạn mạch có một hđt xoay chiều hay điện áp xoay chiều -Xét đoạn mạch AB. Qui ước chiều dương là chiều tính điện áp tức thời từ AB. Trường hợp tổng quát: 0 0 cos( ) cos( ) u i u U t i I t         -Độ lệch pha của u so với i: u i    pha của u so với i trong một đoạn mạch? - GV nói về điện áp xoay chiều trong thực tế. H5. (Từ dao động điều hòa cơ học) Nêu cách Biểu diễn dao động điều hòa u(t) và i(t) bằng vectơ quay? 0 0 cos( ) cos( ) u i u U t i I t         -Xác định góc: u i    -Đọc SGK mục 5, tìm hiểu Biểu diễn dao động u(t) và i(t) bằng vectơ quay. + 0  : u sớm pha hơn i. + 0  : u trễ pha hơn i. + 0  : u cùng pha với i. ( ) ( ) u t U i t I   ur r Đặc điểm của ,U I ur r (SGK) Hoạt động 3. (5’) Tìm hiểu: ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN. Nêu câu hỏi gợi ý: H1. Thế nào là đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần? Cho VD. H2. Có thể vận dụng công thức định luật Ôm cho đoạn mạch có R của dòng điện không đổi cho dòng điện xoay chiều -Cá nhân suy nghĩ, trả lời câu hỏi. + Đoạn mạch có bếp điện, bàn ủi điện là đoạn mạch chỉ có điện trở thuần. + Áp dụng được định luật Ôm u = U0cost. Áp dụng định luật Ôm như đối với dòng điện không đổi không? Vì sao? -Hướng dẫn HS xây dựng: u = U0cost. để có i = I0cost với 00 UI R  H3 Nêu quan hệ của u và i trong đoạn mạch chỉ có R? của dòng điện không đổi cho dòng điện xoay chiều vì nếu xét trong khoảng thời gian t rất ngắn, các giá trị tức thời u và i xem như không đổi. 0 cosUui t R R   i = I0cost với 00 UI R  Biểu diễn quan hệ của u và i bằng vectơ quay. Hoạt động 4. (10’). Xây dựng Biểu thức: GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG CỦA CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP, SUẤT ĐIỆN ĐỘNG. Nêu câu hỏi gợi ý: H1. Công suất tỏa nhiệt trên điện trở của dòng điện không đổi xác định bằng Biểu thức nào? H2. Áp dụng cho dòng điện xoay chiều, viết Biểu thức tính công suất tỏa nhiệt tức thời? - Thảo luận, xây dựng các Biểu thức. + Công suất tức thời: 2 2 2 0 cosp Ri RI t  Dòng xoay chiều i = I0cost qua đoạn mạch chỉ có R. +Công suất tỏa nhiệt tức thời: 2 2 2 0 2 2 0 0 cos 1 1 cos 2 2 2 p Ri RI t RI RI t       +Công suất tỏa nhiệt trung bình trong 1 chu kì: H3 Công suất tỏa nhiệt Bàiến thiên theo qui luật nào? So sánh chu kì Bàiến đổi của nó với chu kì Bàiến đổi của dòng điện. - Hướng dẫn HS xây dựng đến Biểu thức: 2 0 2 IQ R t - GV hướng dẫn, HS thảo luận nhóm xây dựng công thức: 0 2 II  . Yêu cầu HS nhận xét về cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều. - GV lưu ý HS: vôn kế, ampe kế đo các gái trị hiệu dụng U, I. - Xem SGK, theo hướng dẫn của GV, xây dựng công thức tính I, U, E. 2 2 2 0 0 1cos 2 p RI t RI   +Nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian t: 2 0 2 IQ R t +Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều: 0 2 II  Định nghĩa I: SGK. Điện áp hiệu dụng; Suất điện động hiệu dụng: 0 2 UU  0 2 EE  Hoạt động 5. (5’) Vận dụng - củng cố: * GV nêu câu hỏi 1-2 SGK. Yêu cầu HS vận dụng nội dung bài để trả lời. + Hướng dẫn HS giải bài toán số 3, số 4 của SGK trang 146. + Hướng dẫn HS chuẩn bì bài mới. * HS trả lời câu hỏi ôn tập. + Ghi nhận cách giải bài toán do GV hướng dẫn. + Ghi nhận những chuẩn bị ở nhà. III. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: