Giáo án Vật lý 12 - Bài 13: Các mạch điện xoay chiều - Trường THPT Eah'Leo

TRƯỜNG THPT EAH’LEO 
 BÀI 13 : CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
 (Ban cơ bản)
I / MỤC TIÊU:
 * Phát biểu được định luật ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều thuần điện trở.
 * Phát biểu được định luật ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện 
 * Phát biểu được tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều 
 * Phát biểu được định luật ôm đối với đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
 * Phát biểu được tác dụng của cuộn cảm thuần trong mạch điện xoay chiều 
 * Viết được công thức tính dung kháng và cảm kháng.
II / CHUẨN BỊ :
 *Giáo Viên : Nếu điều kiện cho phép GV chuẩn bị dụng cụ làm thí nghiệm minh hoạ: dao động ký điện tử , ampe kế, vôn kế, điện trở , tụ điện , cuộn cảm..
 *Học sinh: Oân lại một số công thức về tụ điện : q = Cu và i = và suất điện động tự cảm : e = .
III/ TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC :
1. ổn định: sĩ số 
2. kiểm tra bài cũ : 
3. Bài mới: 
Thời lượng(phút)
 Nội Dung
Hoạt động của GV và HS
1. Mạch điện xoay chiều chỉ chứa điện trở.
Đặt vào hai đầu R điện áp xoay chiều 
u = U. cos .
Cường độ dòng điện tức thời qua mạch là 
i = u/R = U /R cosw t . 
 Đặt I = U /R ta có i = I cos w t.
Vậy hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần biến thiên điều hòa cùng pha với dòng điện .
2./ Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện :
a) Thí nghiệm :
Qua thí nghiệm cho thấy dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong những mạch điện có chứa tụ điện 
b) Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện :
 Đặt vào hai đầu tụ điện một hiệu điện thế xoay chiều u = U0cosw t = U cosw t điện lượng của tụ điện ở thời điểm t là q = Cu =CUcosw t
Điện lượng của tụ điện biến thiên điều hòa với tần số góc w .Dòng điện qua mạch là i=Dq/Dt . Xét sự biến thiên của q trong thời gian Dt rất ngắn ta coi như i = q’ .
Ta có i = -w CUsin w t
 = w CU cos(w t +p /2) 
Đặt I= w CU ta viết được 
 i = Icos( w t + p /2 )
Nếu lấy pha ban đầu của dòng điện bằng 0 thì ta sẽ có :
 i = Icos w t thì u = U cos( w t – p /2 )
Ta có thể viết : I = 
Đặt: ZC = 1/ Gọi là dung kháng .
thì I = U/ZC .
Kết luận : Cường độ hiệu dụng trong mạch chỉ chứa tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng của mạch .
Vậy hiệu điện thế giữa hai đầu đọan mạch chỉ có tụ điện biến thiên điều hoà chậm pha hơn dòng điện p /2 .
c. Ý nghĩa của dung kháng 
Đại lượng biểu thị sự cản trở dòng điện xoay chiều 
Nếu C càng lớn thì ZC càng nhỏ và dòng điện xoay chiều bị cản trở ít .
Dung kháng cũng có tác dụng làm cho i sớm pha p /2 so với u .
3. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần .
a/Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều
 Khi có i chạy qua 1 cuộn cảm thì từ thông có biểu thức : Li (L là độ tự cảm của cuộn dây)
Suất điện động trong cuộn cảm : e = -L
 e = --L
b.Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm .
Cường độ dòng điện qua mạch có biểu thức : i= I cosw t
Hiệu điện thế hai đầu cuộn cảm có dạng :
 u= U= - LI sin w t u= LI cos( w t + p /2 ) 
Đặt U = LI I= Với ZL =wL :Cảm kháng 
Ta có : I = U/ZL
Kết luận : Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần , cường độ hiệu dụng có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch . 
c. Ý nghĩa của cảm kháng
Đại lượng biểu thị sự cản trở dòng điện xoay chiều 
Nếu L càng lớn thì ZL càng lớnvà dòng điện xoay chiều bị cản trở nhiều . 
Cảm kháng cũng có tác dụng làm cho i chậm pha p /2 so với u .
Hoạt động 1 : Xây dựng định luật Oâm đối với đoạn mạch thuần điện trở
GV: Thực nghiệm và lý thuyết chứng tỏ rằng cường độ dòng điện và điện áp có cùng tần số 
Vậy CĐ D Đ có dạng i = I0 cos = I thì u = U0 cos() = U
Và gọi là độ lệch pha giữa u và i
GV: Nếu pha giữa u và I sẽ như thế nào ?
HS: Nếu thì u nhanh pha hơn i
Nếu thì u trễ pha so với i
Nếu thì u đồng pha với i
GV : ( Vẽ hình , nêu vấn đề )
 Đặt vào hai đầu R điện áp xoay chiều 
u = U. cos . Xét tại một thời điểm dòng điện i chạy theo 1 chiều xác định 
 GV : Viết biểu thức của dòng điện qua mạch -HS : i = u/R = U /R cosw t
GV : Có nhận xét gì về pha của i và u ? 
HS : Hiệu điện thế cùng pha với dòng điện .
Hoạt động 2: Xây dựng định luật Oâm đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện
GV : Bố trí thí nghiệm như hình vẽ SGK
GV : Ta có nhận xét gì về tác dụng của tụ điện đối với dòng điện không đổi và dòng điện xoay chiều
HS : tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua nhưng cho dòng điện xoay chiều “ đi qua” nó 
GV : Vẽ mạch điện và giới thiệu
A
B
C
GV : Điện lượng của tụ điện được xác định như thế nào ? 
HS : q = Cu =CUcos w t
GV : Có nhận xét gì về điện lượng của tụ điện ?
HS : Điện lượng của tụ điện biến thiên điều hòa với tần số góc w 
GV :Thông báo lý do i = q’ .
GV : Hãy biến đổi để tìm biểu thức của i?
HS : i = Icos( w t + p /2 )
GV :Nếu đổi gốc thời gian ta có thể viết
 i = Icos w t thì u = Ucos( w t – p /2 )
GV : Có nhận xét gì về quan hệ giữa i và u? Khi đổi gốc thời gian , hãy viết biểu thức u và i? 
HS : Hiệu điện thế giữa hai đầu đọan mạch chỉ có tụ điện biến thiên điều hoà chậm pha hơn dòng điện p /2 .
GV: Cho biết ý nghĩa của dung kháng .
Hoạt động 3: Xây dựng định luật Oâm đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần
GV:Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có R không đáng kể, khi có dòng điện xoay chiều chạy qua thì cuộn cảm chỉ xảy ra hiện tượng tự cảm.
GV: Nếu I là dòng điện xoay chiều thì từ thông sẽ như thế nào ?
HS:Từ thông biến thiên tuần hoàn theo t.
GV: Khi từ thông biến thiên thì trong cuộn cảm xuất hiện suất điện động tự cảm .
Nếu 0 thì là đạo hàm của I theo t , nên e = -L
GV: Xét đoạn mạch như HV 
GV: Cường độ dòng điện qua mạch có biểu thức : i= I cosw t
GV :Viết biểu thức điện áp hai đầu mạch ?
GV : Hãy nêu kết luận ?
GV : Từ các phương trình :
 u= U cos( w t + p /2 ) 
 i= I cosw t
Hãy phát biểu mối liên hệ giữa điện áp và dòng điện ?
HS:Trong mạch điện xoay chiềucó cuộn cảm thuần , dòng điện tức thời chậm pha p /2 so với điện áp tức thời .
4. Củng cố kiến thức: 
 - Sự giống nhau giữa R, ZC và ZL
 - Một bàn là có điện trở thuần R = 100 W , mắc vào hiệu điện thế u = 200 sin 100p t (V). Viết biểu thức dòng điện qua bàn là.
 - Tính ZL khi L = 1/p ( H) và f = 50Hz. Tăng f lên 3 lần thì ZL thay đổi như thế nào?
5. Dặn dò học sinh : Các câu hỏi và bài tập sau bài học SGK