Giáo án vật lý - Tiết 19: dòng điện xoay chiềutrong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần –cuộn cảm –hoặc tụ điện

TIẾT 19: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG ĐOẠN MẠCH CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN – CUỘN CẢM – HOẶC TỤ ĐIỆN (Tiết 2: Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có cuộn cảm) I. Mục đích yêu cầu: - Viết được biểu thức i, u trong mạch chỉ có cuộn cảm. Hiểu được cảm kháng là gì, biểu thức cảm kháng. Vẽ giản đồ vectơ. Tác dụng làm lệch pha dòng điện của L với hiệu điện thế. - Ý nghĩa của định luật Ohm đối với mạch chỉ có L. * Trọng tâm: Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có cuộn cảm * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng, thực nghiệm II. Chuẩn bị: GV: Bộ nguồn 6V, 1 biến áp 6V, bóng đèn 6V, 1 cuộn cảm có lõi sắt HS xem Sgk. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Cho dòng điện i = I0 sint. Viết biểu thức u; vẽ giản đồ vectơ; nhận xét về dao động của u với i, biểu thức định luật Ohm trong đoạn mạch chỉ có R và C? C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG III. GV mắc mạch điện như hình vẽ: GV hỏi HS: khi đóng K vào chốt M, dòng điện đi trong mạch sẽ đi như thế nào? Và đèn D có sáng không? Khi đóng K vào chốt N, dòng đi trong mạch sẽ đi như thế nào? Đèn D có sáng lên không? Và độ sáng có giống như lúc đầu không? => Hs nhận xét gì về tác dụng của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều? (cuộn cảm có điện trở làm cản trở dòng điện xoay chiều) III. Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có cuộn cảm: 1. Tác dụng của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều: Mắc một mạch điện như hình vẽ. Đặt vào A, B một hiệu điện thế xoay chiều (điện trở thuần trên cuộn cảm là không đáng kể) - Đóng ngắt K vào chốt M: đèn D sáng lên với một độ sáng nào đó. - Đóng ngắt K vào chốt N: đèn D sáng kém hơn trước Kết luận: cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều hay ta nói cuộn cảm có điện trở và gọi là cảm kháng. 2. GV: nhắc lại: lớp 11, ta đã biết, khi có một dòng 1 chiều qua cuộn cảmbiến thiên, thì trên cuộn cảm xuất hiện một suất điện động tự cảm: t ILE tc    Trong thí nghiệm trên,ta thấy L tiêu thụ một phần điện năng nên đóng vai trò của máy thu, nhắc lại định luật Ohm cho đoạn mạch chứa máy thu: 'rR 'EUI AB    Thay bằng dòng AC, xét trong khoảng thời gian t nhỏ, thì dòng điện xoay chiều xem như không đổi, vì thế ta thay: I bằng dòng tức thời i , UAB bằng hđt tức thời u , E’ bằng sđđ tức thời e => eu)'rR(i )'rR( eui     Vì mạch trên không có R, điện trở thuần của cuộn cảm không đáng kể: r’ 0 => (R + r’) = ? => u – e = ? => u =? Từ biểu thức u và i: hs nhận xét gì về mối 2. Quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế: Xét một mạch điện chỉ có cuộn cảm L, giả sử dòng điện qua cuộn cảm là dòng điện xoay chiều là: i = I0 sint (1) Giả sử tại thời điểm t, dòng điện qua L đang tăng. Khi đó L đóng vai trò của máy thu và có suất phản điện là: t iLe    L: độ tự cảm (hệ số tự cảm) ; đơn vị: H (henry) Nếu xét với t vô cùng nhỏ (t  0) thì: e = L.i’ = LI0 cost. Áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch chứa máy thu: 'rR eUi    hay i(R+ r’) = u – e; Vì mạch trên không có R, và (r’ = 0) điện trở thuần trên cuộn cảm là không đáng kể  (R + r’) = 0 ta có : u – e = 0 hay: u = e = LI0 cost. quan hệ giữa u và i? * Gọi hs lên bảng, biểu diễn dao động hiệu điện thế u, dao động cường độ dòng điện i trên cùng một giản đồ vectơ? Đặt: U0 = LI0 Vậy: u = U0 sin wt =         2 tsinU 0 (2) Kết luận: Từ (1) và (2) ta thấy: I qua cuộn cảmbiến thiên điều hòa cùng tần số nhưng lại trễ pha hơn u là 2  Giản đồ vectơ: 3. Từ bt: U0 = LI0, chia 2 vế cho 2 => bt: U0 = ? Nếu đặt ZL = L => bt định luật Ohm: I = ? 3. Định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm: Từ bt: U0 = LI0 Đặt: ZL = L: là cảm kháng của cuộn cảm ( ) => L 0 0 Z U I  ; chia hai vế cho 2 => LZ UI  * GV hỏi: - Vì I~  1 , nếu dòng điện có tần số lớn  ZL như thế nào? Ảnh hưởng như thế nào đối với dòng điện qua nó? * Chú ý: - Ta thấy   L UI hay I ~  1 nghĩa là dòng điện có tần số càng lớn thì càng bị cản trở nhiều. - Nếu  = 0  f = 0  ZL = 0: cuộn cảm - Đối với dòng không đổi (f = 0) => ZL = ?  và nó có ảnh hưởng gì đối với dòng điện qua nó không? - Thực tế, cuộn cảm nào cũng có điện trở thuần, nên tổng trở của cuộn cảm được xem gồm một điện trở thuần R0 và một cuộn cảm L mắc nối tiếp và 2L202R ZRL,Z 0  không có tác dụng cản trở dòng điện không đổi. - Thực tế, cuộn cảm nào cũng có điện trở thuần (dù rất nhỏ) do đó, ta xem trên cuộn cảm gồm một cuộn cảm L mắc nối tiếp với một điện trở thuần R0 và tổng trở trên cuộn cảm: 2 L 2 0R ZRL,Z 0  D. Củng cố: * Nhắc lại: Nếu ở đoạn mạch chỉ có cuộn cảm, dòng điện qua nó là dòng điện xoay chiều có dạng i = I0 sint, thì biểu thức hiệu điện thế là: u = U0 sin (t + 2  ) Với U0 = I0 . ZL và ZL = L: cảm kháng ( ) * Bài tập áp dụng: Cho mạch điện gồm R, L, C mắc nốt tiếp. Dòng điện qua mạch có dạng: i = 3sin100pt (A). Với R = 40 , L =  8,0 H , C = F110.2 4   a. Tính cảm kháng? Dung kháng? b. Viết biểu thức hiệu điện thế tức thời giữa 2 đầu R, L, C? c. Vẽ giản đồ vectơ cho đoạn mạch trên. E. Dặn dò: - BTVN: sgk trang - Chuẩn bị tiết sau: “Bài tập”