Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 14: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp - Trường THPT Trần Khai Nguyên

Trường THPT BC 
Trần Khai Nguyên 
Sở Giáo Dục – Đào Tạo 
Tp. Hồ Chí Minh 
CHƯƠNG 3 _ Bài 2 :  Dòng Điện Xoay Chiều Trong Các Mạch R-L-C 
Trường THPT BC Trần Khai Nguyên 
Tổ Vật Lý 
Bài 3  Dòng điện xoay chiều trong các loại đoạn mạch 
Trở về 
I. Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R. 
II. Đoạn mạch chỉ có tụ điện C . 
III. Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm L. 
Ôn Tập . 
I. Đoạn mạch chỉ có R : 
Là dụng cụ điện chỉ có tác dụng nhiệt khi có dòng điện truyền qua. 
1. Điện trở thuần R : 
2. Liên hệ giữa u và i : 
Xét một đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R. Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch : u = U 0 sin t . 
Định luật Ôm : 
  
Đặt : I 0 = U 0 /R 
 i = I 0 sin  t 
Vậy hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần biến thiên điều hòa cùng tần số và cùng pha với dòng điện. 
3. Biểu Thức Định Luật Ôm : 
Giản đồ vectơ quay: 
Cho dòng điện qua R là i = I 0 sin t 
	 u R = U 0 sin t 
U 0 
I 0 
 
4. Thí dụ: 
Cho dòng điện i = 5sin( 100t-/5) A qua một điện trở R = 10 . 
Tính nhiệt lượng toả ra ở R trong 10 phút. 
Viết biểu thức của hiệu điện thế ở hai đầu R. 
Bài giải 
Trở về 
a. Thí nghiệm : Mắc mạch điện như hình vẽ: 
1.Tác Dụng Của Tụ Điện Đối Với Dòng Điện Xoay Chiều : 
II. Đoạn mạch chỉ có tụ điện C : 
Nối AB với nguồn không đổi và K ở N đèn Đ không sáng chứng tỏ dòng điện không đổi không truyền qua tụ điện C 
Nối AB với nguồn xoay chiều: 
C 
K 
A 
B 
M 
N 
Đ 
+ 
- 
K ở M đèn Đ sáng 
K ở N đèn Đ sáng mờ hơn. 
Chứng tỏ dòng điện xoay chiều truyền qua được tụ điện và tụ điện C có điện trở đối với dòng điện xoay chiều. 
 
Tụ điện cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng cũng có tác dụng cản trở dòng điện. Ta nói tụ điện có một điện trở gọi là dung kháng, kí hiệu : Z C (  ) 	 . 
b. Dung Kháng Z C : 
C : Điện dung của tụ điện (F) 
f : Tần số dòng điện (Hz) 
Đối với dòng điện không đổi Z C   . 
2. Liên Hệ Giữïa u và i : 
Xét một đoạn mạch chỉ có tụ điện C, giữa hai đầu của đoạn mạch có hiệu điện thế : u = U 0 sin  t 
Điện tích q của tụ điện :	 q = Cu = CU 0 sin  t 
Cường độ dòng điện trong mạch là đạo hàm của q đối với t 
	 i = q’ =  CU 0 cos  t =  CU 0 sin(  t +  /2) 
Đặt I 0 =  CU 0  i = I 0 sin(  t +  /2) 
3. Biểu Thức Định Luật Ôm : 
Giản đồ vectơ quay: 
Cho dòng điện qua C là i = I 0 sin t 
 u C = U 0 sin( t-  /2) với U 0 =I 0 / C 
U 0 
I 0 
 
4. Thí dụ: Cho dòng điện i = 5sin( 100t+/5) A qua một tụ điện có điện dung C = 100/  F. 
Tính dung kháng của tụ điện. 
Viết biểu thức của hiệu điện thế ở hai bản của C. 
Bài giải 
Vậy hiệu điện thế u C giữa hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện biến thiên điều hòa cùng tần số và trễ pha hơn dòng điện i là  /2 : 	  u =  i -  /2 
Ta có : I 0 =  CU 0 
  
K 
A 
B 
M 
N 
Đ 
L 
Trở về 
a. Thí nghiệm : Mắc mạch điện như hình vẽ: 
1.Tác Dụng Của Cuộn Cảm Đối Với Dòng Điện Xoay Chiều : 
II. Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm L : 
Nối AB với nguồn xoay chiều: 
K ở M đèn Đ sáng 
K ở N đèn Đ sáng mờ hơn. 
Chứng tỏ dòng điện xoay chiều truyền qua cuộn cảm và cuộn cảm L có điện trở đối với dòng điện xoay chiều. 
 
Cuộn cảm cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng cũng có tác dụng cản trở dòng điện. Ta nói cuộn cảm có một điện trở gọi là cảm kháng, kí hiệu : Z L (  ) . 
b. Cảm kháng Z L : 
L : Độ tự cảm của cuộn cảm (H) 
f : Tần số dòng điện (Hz) 
Đối với dòng điện không đổi Z L = 0. 
2. Liên Hệ Giữïa u và i : 
Xét một đoạn mạch chỉ có cuộn cảm L, cường độ dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch là : i = I 0 sin  t 
Xét tại thời điểm t dòng điện i đang tăng và trong L xuất hiện suất điện động tự cảm e , đóng vai trò như một suất phản điện :	 e = Li’  e =  LI 0 cos  t 
Định luật Ôm cho đoạn mạch : u = (R + r’)i + e 
Mà R + r’ = 0  	 u = e =  LI 0 sin(  t +  /2) 
Đặt  LI 0 = U 0  	 u = U 0 sin(  t +  /2) 
 Z L = L = 2fL 
3. Biểu Thức Định Luật Ôm : 
Giản đồ vectơ quay: 
Cho dòng điện qua L là i = I 0 sin t 
 u L = U 0 sin( t+  /2) với U 0 =I 0 . L 
U 0 
I 0 
 
4. Thí dụ: Một cuộn cảm có L = 318 mH được mắc vào một hiệu điện thế u = 200sin( 100t-/5) V . 
Tính cảm kháng của cuộn cảm. 
Viết biểu thức của cường độ dòng điện qua cuộn cảm. 
Bài giải 
Vậy hiệu điện thế u L giữa hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn cảm biến thiên điều hòa cùng tần số và sớm pha hơn dòng điện i là  /2 : 	  u =  i +  /2 
Ta có : U 0 =  LI 0 
  
Ôn Tập 
1. Chọn câu đúng : 
a. Hiệu điện thế ở hai đầu điện trở thuần biến thiên điều hoà sớm pha hơn dòng điện là /2 . 
c. Cường độ dòng điện qua cuộn cảm thì sớm pha hơn hiệu điện thế ở hai đầu cuộn cảm. 
b. Dung kháng của tụ điện C tỷ lệ thuận với chu kỳ của dòng điện xoay chiều qua C. 
d. Ở tụ điện thì tần số của hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn tần số của dòng điện qua tụ . 
Trở về 
Trường THPT BC 
Trần Khai Nguyên 
Sở Giáo Dục –Đào Tạo 
Tp. Hồ Chí Minh 
Ta có i = 5sin( 100t-/5) A 
  
I 0 = 5 A 
 =100 rad/s 
 i = - /5 
Nhiệt lượng toả ra là : Q = RI 2 t 
Q = 75000 J 
R = 10  
I = I 0 / 
t = 600 s 
  
b. Biểu thức của hiệu điện thế ở hai đầu R. 
u = U 0 sin( t+  u ) 
U 0 = I 0 R= 50 V 
 =100 rad/s 
 u =  i = - /5 
  
 u = 50sin( 100t-/5) V 
Ta có i = 5sin( 100t+/5) A 
  
I 0 = 5 A 
 =100 rad/s 
 i = /5 
Dung kháng của tụ điện : Z C = 1/ C 
Z C = 100  
C = 100/  F = 10 -4 /  F 
 =100 rad/s 
  
b. Biểu thức của hiệu điện thế ở hai đầu C. 
u = U 0 sin( t+  u ) 
U 0 = I 0 Z C = 500 V 
 =100 rad/s 
 u =  i - /2 = -3 /10 
  
 u = 500sin( 100t-3/10) V 
Ta có u = 200sin( 100t-/5) V 
  
U 0 = 200V 
 =100 rad/s 
 u = - /5 
Cảm kháng của cuộn cảm: Z L = L 
Z L = 100  
L = 318 mH = 0,318H 
 =100 rad/s 
  
b. Biểu thức của cường độ dòng điện qua cuộn cảm. 
i = I 0 sin( t+  u ) 
I 0 = U 0 /Z L = 2 A 
 =100 rad/s 
 i =  u - /2 = -7 /10 
  
 i = 2sin( 100t-7/10) A