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

Bài 28. MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP CỘNG 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: - Bàiết 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 TN. - 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. Cu hỏi kiểm tra: H1. Với dịng điện qua R hoặc L hoặc C có Bàiểu thức 0 cos( )i I t . Hy viết Bàiểu thức điện áp 2 đầu mỗi phần tử, nêu mối quan hệ giữa điện áp và cđdđ cho mỗi trường hợp? H2. Hy nu cc cơng thức p dụng cho đoạn mạch một chiều mắc nối tiếp? -GV giới thiệu: các công thức trên vẫn áp dụng được cho dịng 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 cơng thức: I = I1+I2+…+In U = U1+U2+…+Un 1) Cc gi trị tức thời: Giả sử dịng 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 hịa với tần số gĩc. -Thảo luận nhóm, dự đoán kết quả: u Bàiến thiên điều hịa với tần số gĩc . Hoạt động 2. (20’) Tìm hiểu: GIẢN ĐỒ FRE-NEN. QUAN HỆ GIỮA DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP. -Hướng dẫn HS vẽ v trình by về gin đồ Frenen cho đoạn mạch.Nêu câu hỏi: H1. Góc hợp bởi các vectơ , ,R L CU U U    với trục Ox vào thời điểm t= 0 như thế nào? - Gọi 1 HS lên bảng vẽ giản đồ Frenen cho đoạn mạch. (HS cĩ thể tiến hnh 1 trong 2 qui tắc tổng hợp vectơ) H2. Từ giản đồ Frenen, lập Bàiểu thức xác định điện áp hiệu dụng 2 đầu mạch? - Vẽ các vectơ , ,R L CU U U    và vec tơ tổng U  theo qui tắc hình bình hnh. -Lập Bàiểu 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    với trục Ox lần lượt là: 0; 2  ; 2   . H3 Điện áp hiệu dụng 2 đầu một phần tử trong đoạn mạch RLC nối tiếp có thể lớn hơn điện áp hiệu dụng giữa 2 đầu đoạn mạch được không? Cho VD? H4. Nu nhận xét về đại lượng Z (Bàiểu 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 - Suy nghĩ c nhn, thảo luận nhĩm tìm VD: Chọn L v 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. 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 trị tương tự như điện trở đối với dịng điện không đổi: tổng trở của đoạn mạch. UI Z  c) Độ lệch pha của điến áp so với cường độ dịng điện. tan L C L C R U U Z Z U R      +  > 0: i trễ pha so với u. 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) -Lập Bàiểu thức tính độ lệch pha của điện áp so với cđdđ. Nhận ra sự lệch pha của u v i theo cc gi trị của ZL v ZC +  < 0: u trễ pha so với i. 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 - Quan st hình 28.4. Tìm hiểu sự phụ thuộc của cđdđ vào tần số góc. * 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 đạt giá trị thế no? H3 Trong trường hợp nào khi tăng dần điện dung C của tụ điện trong đoạn mạch RLC mắc nối tiếp thì cđdđ hiệu dụng tăng rồi giảm? - Đọc SGK, ghi nhận kết quả và điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng. - 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. 1 1 L C LC       Hoạt động 4. (5’) củng cố - dặn dị: * GV: Hướng dẫn HS sử dụng cơng thức tính Z, I,  của mạch RLC nối tiếp. Vận dụng cho từng trường hợp đặc Bàiệt 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 nh. Xem lại cch tính cơng suất của dịng điện không đổi. III. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: