Giáo án vật lý - Tiết 18: dòng điện xoay chiềutrong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần –cuộn cảm –hoặc tụ điện

TIẾT 18: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG ĐOẠN MẠCH CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN – CUỘN CẢM – HOẶC TỤ ĐIỆN (Tiết 1: Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, tụ điện) I. Mục đích yêu cầu: - Viết được biểu thức cường độ dòng điện, hiệu điện thế trong mạch chỉ có R, C - Biểu thức dung kháng, hiểu dung kháng là gì. Tác dụng làm lệch pha dòng điện của C so với hiệu điện thế. Vẽ được giản đồ vectơ. Ý nghĩa của định luật Ohm. * Trọng tâm: Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, tụ điện * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng, thực nghiệm II. Chuẩn bị: GV: Bộ nguồn 6V, 1 biến áp 6V, bóng đèn 6V, 1 tụ có thông số thích hợp HS xem Sgk. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Dòng điện xoay chiều là dòng điện như thế nào? Định nghĩa cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều? C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I. Cho mạch điện như hình vẽ: Đặt vào AB: u = U0 sint (1) Xét trong khoảng thời gian t bé, thì i xem như không đổi. Áp dụng định luật Ohm: ? R Ui  (2) Từ biểu thức dao động hiệu điện thế (1) và dao động của cường độ dòng điện (2) rút ra được nhận xét gì? * Biểu diễn (1) và (2) lên giản đồ vectơ? - Chọn trục Ox là trục dòng điện i. - Biểu diễn pt i ta có 0I - Biểu diễn pt i ta có 0U I. Dòng điện xoay chiều trong mạch chỉ có điện trở thuần: 1. Quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế: Xét một mạch điện chỉ có một điện trở thuần R, giữa 2 đầu A, B có một hiệu điện thế xoay chiều là: u = U0 sint (1) Áp dụng định luật Ohm cho một đoạn mạch tại một thời điểm t bất kỳ: tsin R U R Ui 0  Đặt: R U I 00  , vậy: i = I0 sint (2) Nhận xét: từ (1) và (2), ta thấy hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần biến thiên điều hòa cùng pha vơi dòng điện. Giản đồ vectơ: 2. Định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần: Từ biểu thức: R U I 00  , chia 2 vế cho 2 * Từ biểu thức ? R U I 00  , chia 2 vế cho 2 => I = ? = > R.2 U 2 I 00  => R UI  II. Mắc mạch điện như hình vẽ: II. Dòng điện xoay chiều trong mạch chỉ có tụ điện: 1. Tác dụng của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều: Mắc mạch điện như hình vẽ. Đặt vào A, B một hiệu điện thế xoay chiều: - Đóng K vào M, ta thấy đèn D sáng lên với một độ sáng nào đó. - Đóng K vào N, ta thấy đèn D sáng kém hơn trước. Nhưng nếu thay hiệu điện thế xoay chiều bằng hiệu điện thế không đổi thì đèn không sáng. Kết luận: tụ điện không cho dòng một chiều đi qua, nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nó. Đồng thời, nó cũng có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều, nghĩa là nó có điện trở và gọi là dung kháng. * Đặt vào A, B một hiệu điện thế xoay chiều u = U0 sint (1) Điện lượng q tích trên tụ ở tại thời điểm t là q = C.u = ? 2. Quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế: Nối hai đầu A, B của một tụ điện C với một hiệu điện thế xoay chiều: u = U0 sint (1) Mặt khác, theo định nghĩa về cường độ dòng điện là: t qi    Nếu t vô cùng nhỏ ==> i = ? Chuyển hàm cos  hàm sin => phương trình i = ? (2)  Từ (1) và (2): hs rút ra nhận xét gì về các dao động hiệu điện thế và cường độ dòng điện? Điện lượng q của tụ điện ở thời điểm t là:q = C.u = C.U0 sint. Với C: điện dung của tụ (F, mF) Theo định nghĩa về cường độ dòng điện qua mạch trong thời gian t là: t qi    Nếu xét với t vô cùng nhỏ (t  0) thì:i = q' = C. U0 sint. Đặt: I0 = CU0 => i = I0 cost =         2 tsinI0 (2) * Từ nhận xét trên, hs có thể viết lại biểu thức hiệu điện thế u = ? nếu cho dòng điện qua mạch có dạng: i = I0 sin t (u = U0 sin         2 t ) Nhận xét: từ (1) và (2) ta thấy: dòng điện qua tụ điệnbiến thiên điều hòa cùng tần số nhưng sớm pha hơn hiệu điện thế là 2  Giản đồ vectơ: * Từ biểu thức I0 = CU0, chia 2 vế 3. Định luật Ohm: cho 2 => I = ? , nếu đặt Cw 1ZC  => biểu thức định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có tụ điện C : I = ? * Từ biểu thức I = CU => I ~  Nếu dòng điện có tần số lớn (w lớn) thì dòng qua tụ như thế nào? Nếu dòng điện có  = 0 (hay f = 0, dòng DC) thì dòng có qua tụ được không? Từ: I0 = CU0 .Đặt Cw 1ZC  là dung kháng của tụ ( ) => C 0 0 Z U I  ; chia 2 vế cho 2 => CZ UI  * Lưu ý: + Ta thấy I tỉ lệ với   nếu  càng lớn, nghĩa là tần số càng lớn thì dòng điện dễ “đi qua” tụ, và ngược lại. + Nếu  = 0 (tức là f = 0) thì I = 0, nghĩa là dòng không đổi thì không qua tụ. D. Củng cố: Nhắc lại: Đoạn mạch chỉ có Điện trở thuần R Tụ điện C Biểu thức dòng điện i = I0 sint i = I0 sint Hiệu điện thế u = U0 sint u = U0 sin        2 t Hiệu điện thế hiệu dụng U = IR U = IZC với   C 1ZC E. Dặn dò: Hs về nhà xem tiếp phần còn lại của bài.