Giáo án vật lý - Tiết 21: dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch không phân nhánh (đoạn mạch rlc)

TIẾT 21: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG ĐOẠN MẠCH KHÔNG PHÂN NHÁNH (ĐOẠN MẠCH RLC) I. Mục đích yêu cầu: - Nắm được cách tính tổng trở và độ lệch pha của đoạn mạch RLC - Biết được điều kiện có cộng hưởng trong mạch RLC (chưa cần nắm sâu hiện tượng cộng hưởng) * Trọng tâm: Quan hệ giữa u và I trong mạch RLC. Định luật Ohm cho đạon mạch RLC. Hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng II. Chuẩn bị: HS xem Sgk. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Cho một dòng điện xoay chiều i = I0 sin t, hs hãy viết các phương trình: UR , UL , UC ? Vẽ giản đồ vectơ? C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I. Cho mạch: I. Dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch RLC Cho một dòng điện xoay chiều qua mạch có dạng: i = I0 sint => hs viết lại các pt: uR, uL , uC ? với U0C , U0L , U0R = ? Xét một đoạn mạch gồm R, L, C mắc nối tiếp như hình vẽ. Có một dòng điện qua mạch là: i = I0 sint - Hiệu điện thế ở 2 đầu R là: uR = U0R sint; với U0R = I0.R - Hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn cảm là: uL = U0Lsin(t + 2  ), với L0U = I0.R - Hiệu điện thế ở 2 đầu của tụ điện là:uC = U0C sin(t - 2  ), với C0U = I0.ZL Vì mạch RLC mắc nối tiếp, hiệu điện thế u giữa 2 đầu đoạn mạch là: u = uR + uL + uC Có dạng tổng quát là: u = U0 sin (t + j) Với: U0 = I0Z ; Z: tổng trở của đoạn mạch. j: độ lệch pha giữa hiệu điện thế và dòng điện. II. Pt dao động của hiệu điện thế u u = uR + uC + uL = U0 sin ( t+ j) Với : uR = U0R sin wt II. Quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch RLC: Ta biết dao động của hiệu điện thế u là sự tổng hợp của 3 dao động: UR, UL, UC, hay: u = uR + uC + uL Pt của hiệu điện thế u có dạng: u = U0 sin(t+j) uC = U0C sin (t - 2  ) uL = U0L sin (t + 2  ) Áp dụng phương pháp vectơ quay: * Xét tam giác vuông OSP, hs xác định các giá trị của: OP = ?, SP = ?, OS = ? Nhắc lại các giá trị: U0R = ?; U0L = ?; U0C = ? => U0 = ? => tg j = ? * Giản đồ vectơ: Áp dụng phương pháp vectơ quay Fresnel, biểu diễn các vectơ: CLR 000 U,U,U Và: RCL 0000 UUUU  . Góc hợp bởi 0U với trục x và j. * Xác định U0 ? Xét tam giác vuông OSP, có: OP = R0U = R0U SP = OQ = CL 00C0L0 UUUU  OS = 2200 SPOPUU  Vậy: 200200 )UU(UU CLR  Mà ta biết:  LIZ.IURIU 0L00o0 LR ; ;  C 1IZIU 0C00C => 2 2 00 C 1LRIU         (*) * Xác định j? Xét tam giác vuông OSP, ta có:  OP SPtg R ZZ R C 1L tg CL     * Các trường hợp đặc biệt: Nếu ZL > ZC : cảm kháng lớn hơn dung kháng => j ? => so sánh độ lệch pha giữa u và i? Tương tự xét với ZL j ? ZL = ZC => j ? * Để có hiện tượng cộng hưởng thì Z cực tiểu hay ZL = ZC và dòng điện cực đại. * Các trường hợp đặc biệt: + j > 0 khi ZL > ZC : đoạn mạch có tính cảm kháng (hiệu điện thế sớm pha hơn dòng điện). + j < 0 khi ZL < ZC: đoạn mạch có tính dung kháng (hiệu điện thế trễ pha hơn dòng điện). + j = 0 khi ZL = ZC : đoạn mạch có tính cộng hưởng (hiệu điện thế cùng pha với dòng điện). III. Từ bt (*), nếu đặt: 2 cL 2 )ZZ(RZ  => IC = ? chia hai vế cho 2 = > I = ? III. Định luật Ohm: Từ biểu thức (*) ta đặt 22 ) C 1L(RZ   Hay: 22 )( cL ZZRZ  gọi là tổng trở ( ) Vậy: U0 = I0.Z => I0 = Z U0 chia hai vế cho 2 , ta có: Z UI  IV. Khi có hiện tượng cộng hưởng: ZL = ZC => 2 = ? Khi ZL = ZC thay vào biểu thức tổng trở: IV. Hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi: ZL = ZC => L = C 1  => LC 1  hay LC 12  => Khi có hiện tượng cộng hưởng thì: Zmin = R => Z = ? => I = ? => R U Z UImax  : dòng điện cực đại. Lưu ý: từ tam giác vuôgn OSP, hs xác định cos j = ? Bài tập áp dụng: (từ bài áp dụng ở tiết 19) d. Hãy tính tổng trở? Tính I? e. Tính U? Nhận xét gì về mạch? Lưu ý: khi không cần biết tính chất của mạch thì độ lệch pha còn được tính theo công thức: cos j = Z R U U OS OP 0 R0  => Z Rcos  D. Củng cố: Nhắc lại: Ở đoạn mạch RLC không phân nhánh thì Z UI  với Z =  2CL2 ZZR  Và R ZZ tg CL   ; nếu j > 0: u sớm pha hơn I; j < 0: u trễ pha hơn I Điều kiện để có hiện tượng cộng hưởng: ZL = ZC hoặc Zmin = R hoặc Imax = R U E. Dặn dò: Xem bài “Công suất của dòng điện xoay chiều”