Giáo án vật lý - Bài 27. mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm

Bài 27. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN, CUỘN CẢM I. Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Hiểu được các tác dụng của tụ điện và của cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều. - Nắm được khái niệm dung kháng, cảm kháng. Bàiết cách tính dung kháng, cảm kháng. Bàiết Bàiểu diễn u và i bằng vectơ quay cho đoạn mạch chỉ có tụ điện và đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần. 2) Kĩ năng: - HS vận dụng tốt được kiến thức vào việc giải các bài toán về mạch có tụ điện và cuộn cảm bằng cách áp dụng công thức được xây dựng trong bài và phương pháp vectơ quay. II. Chuẩn bị: 1) GV: - Vẽ hình 27.1, 27.7 SGK trn giấy khổ lớn. - Chuẩn bị một tụ điện, một cuộn cảm để bố trí TN như hình 27.1; 27.5 2) HS: Ôn tập kiến thức về dao động điện từ với quá trình tích v phĩng điện của tụ điện; bài Hiện tượng tự cảm SGK lớp 11. II. Tổ chức các hoạt động dạy học: Tiết 1. Hoạt động 1. (10’) KIỂM TRA BÀI CŨ. + GV nu cu hỏi kiểm tra: Cu 1. Cc gi trị hiệu dụng của dịng điện xoay chiều: A. được xây dựng dựa trên tác dụng của dịng điện. B. chỉ được đo bằng Ampe kế xoay chiều. C. bằng gi trị trung bình chia cho 2 . D. bằng giá trị cực đại chia cho 2 . Cu 2. Dịng điện chạy trên đoạn mạch có điện trở R = 100 cĩ Bàiểu thức 2 2 cos 100 6 i t A      . Viết Bàiểu thức hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch. Cu 3. Dịng điện chạy trên đoạn mạch cĩ Bàiểu thức  2cos 100i t A . Viết Bàiểu thức điện áp u giữa hai đầu đoạn mạch, Bàiết điện áp này sớm pha 3  đối với cường độ dịng điện và có giá trị hiệu dụng là 12V. + GV phân tích, phê điểm sau phần trình by của HS. Tiết 1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN Hoạt động 2. (10’) KHẢO ST THÍ NGHIỆM TÌM HIỂU TC DỤNG CỦA TỤ ĐIỆN ĐỐI VỚI DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung 1) GV mắc mạch điện như hình 27.1. Đóng khóa K. gọi HS nhận xét. H1. Tác dụng của tụ điện như thế nào đối với dịng điện xoay chiều? (nhìn thấy đèn Đ sáng) 2) Gv thay tụ điện bằng dây dẫn, gọi HS nhận xét. H2. Đèn Đ sáng hơn, chứng tỏ điều gì? 3) Cho HS xem giản đồ sóng (hình 27.2) H3 Dịng điện qua tụ điện và điện áp giữa 2 bản tụ như thế nào? 4) GV tổng kết kết quả TN v Yêu cầu HS trả lời cu hỏi C1 của SGK Quan st TN, trả lời cu hỏi: - Dịng điện xoay chiều đi qua được tụ điện. -Tụ điện có tác dụng cản trở dịng điện. HS quan sát giản đồ sóng, thảo luận nhóm, trình by kết quả: i nhanh pha hơn u một gĩc 2  TN chứng tỏ: -Tụ điện cho dịng điện xoay chiều “đi qua” đồng thời có tác dụng cản trở dịng điện xoay chiều, nghĩa là có điện trở. -Cường độ dịng điện Bàiến đổi tuần hoàn và sớm pha 2  so với điện áp giữa 2 bản tụ. Hoạt động 3. (25’) KHẢO SÁT LÍ THUYẾT QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN GV nêu vấn đề (Bàiếu thức 27.1). Hướng dẫn bằng câu hỏi gợi ý: 1) Giá trị cường độ dịng điện tức thời và điện áp. H1. Điện tích trên bản M xác định thế nào? H2. (Với qui ước chiều dương của dịng điện là chiều từ A đến M) Xác định cường độ dịng điện tức thời qua mạch? GV lưu ý cho HS: + dqi dt  đúng cho cả trường hợp dịng điện chạy từ M đến A. Khi đó q giảm, 0 dq dt  : dịng điện chạy theo chiều ngược lại. * Việc xy dựng Bàiểu thức lí thuyết ph hợp với kết quả TN. H3 Hy Bàiểu diễn mối lin hệ giữa điện áp và cđdđ bằng các vectơ quay ,U I   ? * Hướng dẫn HS xây dựng công thức định Xem SGK, lập các Bàiểu thức q, i theo hướng dẫn. -Một HS lên bảng thực hiện Bàiến đổi lượng giác để lập Bàiểu thức: 0 0 cos cos 2 i I t u U t           -Một HS lên bảng vẽ giản đồ vectơ quay Bàiểu diễn liên hệ giữa u và i. -Xem SGK, thực hiện Giả sử: u = U0sint. Điện tích trên tụ: q = Cu = C U0sint. 0 cos dqi dt i CU t    Đặt 0 0I CU khi đó: 0 0 cos cos 2 i I t u U t           2)Bàiểu diễn bằng vectơ quay O I  x 2     U  3)Định luật Ôm đối với đoạn mạch. Dung kháng: luật Ôm cho đoạn mạch. H4 Nhận xt gì về Bàiểu thức 1 CZ C  trong cơng thức C UI Z  vừa xy dựng? Bàiến đổi để có 1 CZ C  v C UI Z  -Từ khi niệm dung khng, quay lại giải thích vì sao dịng điện không đổi không “đi qua” được tụ điện. Từ 0 0I CU Bàiến đổi: I = CU. Đặt 1 CZ C  thì C UI Z  + ZC giữ vai trị tương tự như điện trở đối với dịng điện không đổi: ZC: dung khng. Tiết 2 Hoạt động 1. (10’) Tìm hiểu: TC DỤNG CỦA CUỘN CẢM ĐỐI VỚI DĐXC -GV nêu vấn đề cần tìm hiểu: Cuộn cảm thuần không có ảnh hưởng tới dịng điện không đổi nhưng có ảnh hưởng thế nào đối với dịng điện xoay chiều? Lắp dụng cụ TN theo hình -Lắp dụng cụ TN theo hình 27.5, theo hướng dẫn của GV. a) TN chứng tỏ: cuộn cảm cĩ tc dụng cản trở dịng điện xoay chiều. Tc dụng cản trở này phụ thuộc vào độ tự cảm của nó. 27.5. H1. Hy mơ tả dụng cụ TN. Nu vai trị của dụng cụ trong mạch? H2. Độ sáng của đền khi khóa K đóng hoặc mở chứng tỏ cuộn cảm cĩ tac 1dung5 gì đối với dịng điện xoay chiều? -Tiến hnh TN theo mơ tả của SGK. -Rút ra kết luận từ kết quả TN. Hoạt động 2. (25’) KHẢO SÁT LÍ THUYẾT QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN Hướng dẫn HS viết pt hiệu điện thế 2 đầu cuộn cảm bằng các câu hỏi gợi ý. H1. (Giả sử có DĐXC cường độ 0 cosi I t qua cuộn cảm). Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn cảm có Bàiểu thức thế nào? H2. Công thức định luật Ôm viết cho đoạn mạch có máy thu thế nào? Áp dụng cho đoạn mạch với cuộn cảm giữ vai trị my thu - Trả lời cu hỏi. b) Giả sử: 0 cosi I t Dịng điện qua cuộn cảm làm xuất hiện sđđ tự cảm: 0 sin die L LI t dt     Điện áp giữa 2 điểm A và B: điện. - Nu cu hỏi C7. - Hướng dẫn HS Bàiến đổi toán học để có pt: 0 cos 2 u U t       H3. Nhận xt gì về cđdđ qua cuộn cảm? Cĩ thể kiểm tra kết luận trn bằng cch cho HS quan st trn mn hình dao động kí điện tử đồ thị Bàiểu diễn sự Bàiến đổi của cđdđ và điện áp. H4. Hy Bàiểu diễn quan hệ giữa điện áp và cđdđ bằng các vectơ quay. H5. (kết quả TN) Tại sao khi Rút li sắt khỏi cuộn dy thì độ sáng của đèn tăng lên? Hướng dẫn HS trả lời câu hỏi bằng việc xem SGK, mục xây dựng công thức định luật Ôm cho đoạn - Xem nội dung cu hỏi C7, thảo luận nhĩm, trả lời. AB ABu R i e  với RAB = 0 uAB = -e 0 sinABu LI t   Hay 0 cos 2 u U t       Với U0 = LI0. * Cường độ dịng điện Bàiến thiên điều hịa cng tần số nhưng trễ pha 2  đối với điện áp giữa 2 đầu cuộn cảm. c)Bàiểu diễn bằng vectơ quay LU  I  O x d)Định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần. Cảm kháng. Từ cơng thức U0 = LI0. mạch - Cần nhấn mạnh vai trị của ZL trong mạch xoay chiều, lưu ý trong việc sử dụng điện ở các vật tiêu thụ điện. - Sự lệch pha như trên chỉ đúng với cuộn cảm thuần. Nếu cuộn cảm có điện trở thuần thì qui luật lin hệ giữa điện áp và cđdđ phải khác đi. Đọc SGK mục d. Vận dụng công thức định luật Ôm cho đoạn mạch và Bàiểu thức tính cảm kháng của cuộn dây, phân tích. Khi rút li sắt: - Độ tự cảm L của cuộn cảm giảm. - Cảm khng ZL giảm, do U không đổi nên I tăng. Bàiến đổi 0 02 à 2U U v I I  , đặt: LZ L thì L UI = Z ZL đóng vai trị tương tự như điện trở đối với dịng điện không đổi: cảm kháng. Hoạt động 3. (10’) Vận dụng - củng cố: * GV + Nêu câu hỏi và bài tập củng cố bài học. Hướng dẫn HS thực hiện trên lớp và ở nhà: - Bài tập trắc nghiệm 1, 2, 3 SGK trang 151. - Bài tập tự luận 4, 5, 6 SGK trang 152 + Yêu cầu chuẩn bị ở nh:. - Ôn tập nội dung của 3 đoạn mạch xoay chiều chỉ có R, L, C. Tìm hiểu đặc điểm của hiểu điện thế, cđdđ trong mạch RLC nối tiếp. - Giải bài tập về các loại đoạn mạch trong SBT. III. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: