Giáo án vật lý 12 - Mạch có R, L, C mắc nối tiếp cộng hưởng điện

Bài 28.MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾPCỘNG HƯỞNG ĐIỆN I. Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Xác định tổng trở của mạch R, L, C mắc nối tiếp, mối quan hệ giữa điện áp và cđdđ thông qua góc lệch pha . - Hiên tượng cộng hưởng điện và điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng. 2) Kĩ năng: - Biết cách vẽ giản đồ vec tơ nghiên cứu đoạn mạch RLC. - Vận dụng tốt công thức được xây dựng trong bài. II. Chuẩn bị: 1) GV: - Bố trí một mạch RLC trên mặt bảng thẳng đứng để làm TÁN. - Một nguồn điện xoay chiều. - Vôn kế đo điện áp trên mỗi phần tử. 2) HS: Ôn tập kiến thức về R, L, C trong mạch xoay chiều. Phương pháp giản đồ Frenen cho mỗi đoạn mạch. II. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (10’) Kiểm tra: Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung - GV dùng nội dung này để ôn tập kiến thức, xây dựng vấn đề mới ở mục 1 (SGK) về: Các giá trị tức thời. Câu hỏi kiểm tra: H1. Với dòng điện qua R hoặc L hoặc C có Biểu thức 0 cos( )i I t . Hãy viết Biểu thức điện áp 2 đầu mỗi phần tử, nêu mối quan hệ giữa điện áp và cđdđ cho mỗi trường hợp? H2. Hãy nêu các công thức áp dụng cho đoạn mạch một chiều mắc nối tiếp? -GV giới thiệu: các công thức trên vẫn áp dụng được cho dòng điện xoay chiều với các giá trị tức thời. Nêu yêu cầu của nội dung bài học. H3. (Theo qui luật của dao động tổng hợp). Điện áp 2 đầu mạch AB như thế nào? HS được kiểm tra thực hiện yêu cầu trên bảng. HS ghi lại hai công thức: I = I1+I2+…+In U = U1+U2+…+Un -Thảo luận nhóm, dự 1) Các giá trị tức thời: Giả sử dòng điện có cường độ: 0 cos( )i I t Bàiều thức điện áp tức thời 2 đầu mỗi phần tử. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cos( ); cos ; 2 cos ; 2 R AM R R L MN L L L C NB C C C u u U t U I R u u U t U I Z u u U t U I Z                         Điện áp tức thời giữa hai đầu mạch AB. u = uR + uL + uC. u: là điện áp Bàiến thiên điều hòa với tần số góc. đoán kết quả: u Bàiến thiên điều hòa với tần số góc . Hoạt động 2. (20’) Tìm hiểu: GIẢN ĐỒ FRE-NEN. QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP. -Hướng dẫn HS vẽ và trình bày về giàn đồ Frenen cho đoạn mạch.Nêu câu hỏi: H1. Góc hợp bởi các vectơ , ,R L CU U U uuur uur uuur với trục Ox vào thời điểm t= 0 như thế nào? - Gọi 1 HS lên bảng vẽ giản đồ Frenen cho đoạn mạch. (HS có thể tiến hành 1 trong 2 qui tắc tổng hợp vectơ) H2. Từ giản đồ Frenen, lập Biểu thức xác định điện áp hiệu dụng 2 đầu mạch? H3 Điện áp hiệu dụng 2 đầu một phần tử trong đoạn mạch RLC nối tiếp có thể lớn hơn điện áp hiệu dụng - Vẽ các vectơ , ,R L CU U U uuur uur uuur và vec tơ tổng U ur theo qui tắc hình bình hành. -Lập Biểu thức 28.3 SGK. a) Giản đồ Frenen: uR  UR;uL  UL;uC  UC; vào thời điểm t = 0, góc hợp bởi các vec tơ , ,R L CU U U uuur uur uuur với trục Ox lần lượt là: 0; 2  ; 2   . giữa 2 đầu đoạn mạch được không? Cho VD? H4. Nêu nhận xét về đại lượng Z (Biểu thức 28.5)? H5. Trên giản đồ vectơ; góc  được xác định thế nào? - GV giới thiệu qui luật liên hệ về pha của điện áp và cđdđ bằng nội dung được ghi ở cột phụ: Nếu 0 cos( )uu U t   thì 0 cos( )ui I t     với  được xác định từ công thức (28.6) - Suy nghĩ cá nhân, thảo luận nhóm tìm VD: Chọn L và C sao cho: 200 400 200 L C R U V U V U V      Khi đó 200 2U V ; UC > U -Nhận xét về đại lượng Z. -Lập Biểu thức tính độ lệch pha của điện áp so với cđdđ. Nhận ra sự lệch pha của u và i theo các gái b) Định luật Ôm cho đoạn mạch RLC nối tiếp. Tổng trở  22R L CU U U U   với UR = IR; UL = IZL; UC = IZC.  22 L C UI R Z Z    Đại lượng  22 L CZ R Z Z   đóng vai trò tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi: tổng trở của đoạn mạch. UI Z  c) Độ lệch pha của điến áp so với cường độ dòng điện. tan L C L C R U U Z Z U R      +  > 0: i trễ pha so với u. +  < 0: u trễ pha so với i. trị của ZL và ZC Hoạt động 3. (5’) Tìm hiểu: CỘNG HƯỞNG ĐIỆN. Gợi ý HS tìm hiểu hiện tượng cộng hưởng: H1. Để I đạt cực đại, cần có điều kiện gì? - Hướng dẫn HS lập luận, tìm điều kiện để có cộng hưởng điện: khi nghiên cứu đoạn mạch xoay chiều, ta quan tâm đến 4 đại lượng: Z, U, I, , hình 28.4 đề cập đến sự liên hệ giữa các đại lượng trên. H2. Khi có cộng hưởng điện, các đại lượng trên đạt giá trị thế nào? H3 Trong trường hợp nào khi tăng dần điện dung C của tụ điện trong đoạn mạch RLC mắc nối tiếp thì cđdđ - Quan sát hình 28.4. Tìm hiểu sự phụ thuộc của cđdđ vào tần số góc. - Đọc SGK, ghi nhận kết quả và điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng. * Giữ nguyên giá trị của U, thay đổi  đến giá trị sao cho 1 0L C     thì xảy ra hiện tượng công hưởng điện. Khi đó: Z = Zmin = R max UI I R   UL = UC;  = 0 * Để có cộng hưởng điện: ZL = ZC 1 1 L C LC       hiệu dụng tăng rồi giảm? - Trả lời. Nếu 1 L C    + Khi tăng C thì 1 C giảm, khi đó (ZL-ZC) giảm  Z giảm thì I tăng. + Khi I vượt quá Imax thì lại giảm. Hoạt động 4. (5’) củng cố - dặn dò: * GV: Hướng dẫn HS sử dụng công thức tính Z, I,  của mạch RLC nối tiếp. Vận dụng cho từng trường hợp đặc Biết của đoạn mạch chỉ có 1 phần tử R, L, C hoặc 2 phần tử RL, LC, RC. * HS: Ghi nội dung tổng hợp, những yêu cầu chuẩn bị ở nhà. Xem lại cách tính công suất của dòng điện không đổi. III. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: