Giáo án vật lý -Tiết 17:hiệu điện thế dao động điều hòa –dòng điện xoay chiều

Chương III: DAO ĐỘNG ĐIỆN – DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TIẾT 17: HIỆU ĐIỆN THẾ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA – DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Mục đích yêu cầu: Nắm được khái niệm hiệu điện thế dao động điều hòa và dòng điện xoay chiều. Nắm được định nghĩa cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều, độ lớn của cường độ hiệu dụng, suất điện động, hiệu điện thế hiệu dụng. * Trọng tâm: Hiệu điện thế dao động điều hòa. Dòng điện xoay chiều. Cường độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng. * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng II. Chuẩn bị: HS xem Sgk. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Trả bài kiểm tra 45’ C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I. GV nhắc lại lớp 11: – Khung dây quay trong từ trường B I. Hiệu điện thế dao động điều hòa: * Cho một khung dây kim loại diện tích S gồm N đều thì trên không xuất hiện suất điện động cảm ứng t   Với: f = BS cos a Nếu khung có N vòng thì f = NBS cos a Suất điện động cảm ứng này gây ra ở mạch ngoài một dòng điện tự cảm IC. Tương tự: Xét khung dây có diện tích S có N vòng quay đều quanh trục x’x trong từ trường đều B với )x'xB(  , khung quay với vận tốc góc là  Khi khung quay với thời gian t, thì góc a = t => f qua khung = ? => e = ? Nếu nhỏ t => e = ? Vì phương trình e tuân theo định luật dạng sin => HS nhận xét về dao động của e như thế nào? - Nếu nối 2 đầu A, B của khung với vòng, khung quay đều quanh trục x’x với vận tốc góc w. Khung đặt trong một từ trường đều sao cho x'xB  . Giả sử vào thời điểm ban đầu (t = 0), pháp tuyến On khung trùng với phương của từ trường B . Đến thời điểm t bất kỳ, pháp tuyến On của khung quay được một góc bằng a = t. Vậy từ thông qua khung là: f = NBS cos a = NBS cost. Vì từ thông qua khung biến thiên theo thời gian, nên trong khung xuất hiện suất điện động cảm ứng: t e    Với t vô cùng nhỏ thì e = ' = NBS sint. Đặt: f0 = NBS: biên độ cực đại của từ thông (Wb) E0 = NBS: biên độ của suất điện động (V) e: giá trị tức thời của suất điện động (V) Vậy: e = E0 sint * Nếu ta nối hai đầu A và B của khung dây với mạch ngoài, thì trong mạch sẽ có dòng điện; khung mạch ngoài, thì ở mạch ngoài có một dòng điện, vậy khung đóng vai trò của nguồn điện. Dựa trên nguyên tắc này mà ta chế tạo máy phát điện xoay chiều. dây đóng vai trò của nguồn điện và suất điện động trong khung là suất điện động của nguồn điện. Vì suất điện động của nguồn biến thiên điều hòa với tần số góc , nên hiệu điện thế mà nó gây ra ở mạch ngoài cũng biến thiên điều hòa cùng với tần số  và có dạng: u = U0 sint. Trong đó: U0 : hiệu điện thế cực đại (V) u: hiệu điện thế tức thời (V) * GV lưu ý với HS: E ở mọi điểm bên trong mạch điện không phân nhánh là như nhau, nên cường độ dòng điện trên mạch không phân nhánh là như nhau. II. Dòng điện xoay chiều: Hiệu điện thế u = U0sint sẽ tạo ra trong mạch một dòng điện dao động cưỡng bức có tần số góc  là i = I0sin(t+j) Dòng điện i = I0sin(t+j) gọi là dòng điện xoay chiều. Với I0: cường độ cực đại (biên độ của cường độ dòng điện) (A) i: cường độ dòng điện tức thời (A) j: độ lệch pha giữa cường độ và hiệu điện thế (rad) Vậy: Dòng điện xoay chiều là dòng điện biến thiên điều hòa (có phương trình dao động được mô tả bằng một định luật dạng sin hoặc cosin). Hay dòng điện xoay chiều là dòng điện dao động điều hòa. * Chú ý: Giá trị của j phụ thuộc vào tính chất của mạch điện. III. Cường độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng: * Lý do đưa ra giá trị hiệu dụng: vì dòng điện xoay chiều đổi chiều rất nhanh, nhưng khi sử dụng dòng điện xoay chiều, cái mà ta quan tâm không phải là tác dụng tức thời của nó ở từng thời điểm mà là tác dụng của nó trong thời gian dài, giá trị dòng điện tác dụng trong thời gian dài gọi là giá trị hiệu dụng. II. GV hướng dẫn: Đối với dòng xoay chiều: i = I0 sint. Nhiệt lượng trung bình tỏa ra trên R trong thời gian dài là: (1)t 2 I RQ 2 0 Đối với dòng không đổi I thì Q = ? (Q = RI2t (2)) * Cho một dòng điện xoay chiều i = I0 sint chạy qua một điện trở thuần R trong một thời gian dài t, nhiệt lượng Q tỏa ra trên R là: (1)t 2 I RQ 2 0 Nếu thay dòng điện xoay chiều bằng dòng không đổi I, sao cho cũng qua R trong thời gian như So sánh Q trong 2 trường hợp trên thì I = ? => HS nhận xét? trên, thì nhiệt lượng Q tỏa ra cũng như trên, với Q = RI2t (2) So sánh (1) và (2) ta có 2 II 2 02  hay 2 II 0 Xét về tác dụng tỏa nhiệt trong thời gian dài thì dòng điện xoay chiều i = I0 sint cũng giống như dòng điện không đổi I, mà 2 I I 0 gọi là cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều. Định nghĩa cường độ hiệu dụng: Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của dòng điện không đổi nếu chúng lần lượt đi qua một điện trở thuần trong những thời gian như nhau thì chúng tỏa ra những nhiệt lượng như nhau * Tương tự: - Suất điện động hiệu dụng E của nguồn điện xoay chiều là: 2 E E 0 - Hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch xoay chiều là: 2 I I 0 D. Củng cố: Nhắc lại: Dòng xoay chiều là gì? Thế nào là cường độ hiệu dụng? E. Dặn dò: - Bài tập về nhà: 4 – Sgk trang 49; Bài tập 3.1  3.4 sách Bài tập trang 22, 23. - Xem bài “Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có R, L hoặc C"