Giáo án Vật lý 12 nâng cao - Bài 27: Mạch điện xoay chiều chỉ có tự điện, cuộn cảm - Trường THPT Nguyễn Trãi

TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI 
BÀI 27 : MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN , CUỘN CẢM 
 ( SÁCH NÂNG CAO ) 
A .MỤC TIÊU :
 Kiến thức :
- Hiểu các tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
- Nắm được khái niệm dung kháng. Biết cách tính dung kháng và vẽ giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện.
- Hiểu các tác dụng của cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều.
- Nắm được khái niệm cảm kháng. Biết cách tính cảm kháng và vẽ giản đồ vectơ cho đm chỉ có cuộn cảm thuần.
 Kỉ năng :
- Giải bài toán cơ bản cho đoạn mạch chỉ có tụ điện , cuộn cảm .
B.CHUẨN BỊ :
 Giáo viên : 
- Nên chuẩn bị tụ có dung kháng cùng bậc độ lớn với điện trở của đèn để dễ quan sát hiện tượng đèn sáng lên khi thay tụ bởi dây dẫn. Nếu không có dao động kí hai chùm tia thì GV cần vẽ trước đồ thị biểu diễn hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua tụ theo thời gian trên giấy to hoặc trên bảng.
- Cuộn dây, khóa K, bóng đèn, nguồn điện xoay chiều, dao động ký điện tử.
Học sịnh : 
Xem lại bài 1 , 21 .
C. KIẾN THỨC CƠ BẢN 
1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN 
a. Thí nghiệm
Hình 27.1 Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều
b. Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và hiệu điện thế
. Giả sử giữa hai bản tụ điện M và N có hiệu điện thế xoay chiều : u = Uosinwt	(38.1)
. Điện tích trên bản M ở thời điểm t là : q = Cu = CUosinwt.
. Quy ước chiều dương của dòng điện là chiều từ A tới B thì i = do đó : i = CwUocoswt
 hay i = Iocoswt	(38.2)
 với Io = wCUo là biên độ của dòng điện qua tụ điện.
Vì u = Uosinwt = Uocos(wt - ) nên ta thấy dòng điện qua tụ điện sớm pha đối với hiệu điện thế.
c. Giản đồ vectơ
. Như vậy, trên giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện, vectơ lập với vectơ một góc theo chiều âm (xem Hình 27.4)
Hình 27.4 Giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện và pha ban đầu của dòng điện bằng không
d. Định luật Ôm cho đoạn mạch có tụ điện. Dung kháng.
Chia hai vế của biểu thức Io = wCUo cho ta có : I = wU
đặt ZC = 	(38.3) Thì : I = 	(38.4)
Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc w, đại lượng ZC giữ vai trò tương tự như điện trở đối với dòng
điện không đổi và được gọi là dung kháng của tụ điện.
Đơn vị của dung kháng cũng là đơn vị của điện trở.
2. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM.
a. Thí nghiệm
Hình 27.5 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát tác dụng của cuộn cảm trong mạch điện
b. Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và hiệu điện thế
. Giả sử có một dòng điện xoay chiều cường độ : i = Iocoswt	(39.1) chạy qua cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, cuộn cảm một suất điện cảm ứng e = -L= wLIosinwt
. Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là : u = iRAB – e
. Ở đây RAB là điện trở của đoạn mạch, có giá trị bằng không nên : u = -e = - wLIOsinwt
 u = Uocos(wt + )	(39.2) với Uo = wLIo
. Dòng điện qua cuộn cảm thuần biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng trễ pha đối với hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm.
c. Giản đồ vectơ
Như vậy, trong giản đồ vectơ vẽ cho đm chỉ có cuộn cảm thuần, lập với một góc theo chiều dương.
Hình 27.8 Giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần và pha ban đầu của dòng điện bằng không.
d. Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần. Cảm kháng.
.Chia hai vế của biểu thức Uo = wLIo cho ta có U = wLI. Nếu đặt ZL = wL (39.3) Thì I = 	(39.4)
. Đối với dòng điện xoay chiều tần số góc w, đại lượng ZL = wL đóng vai trò tương tự như điện trở đối với dòng điện không đổi và được gọi là cảm kháng. Đơn vị của cảm kháng cũng là đơn vị của điện trở.
D. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 
1. ổn định lớp 
2. Kiểm tra bài cũ : Câu 1/ 146 ; câu 3/ 146 .
 Công thức tính điện tích của tụ và suất điện động tự cảm 
3. Nội dung bài mới 
HOẠT ĐỘNG CỦA HS
HOẠT ĐỘNG CỦA GV
HĐ1. ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ TỤ ĐIỆN : ( thí nghiệm , giá trị tức thời của dđ và hđt , giản đồ véctơ, đl ôm ). 
HS : Đèn sáng.
HS : đèn sáng hơn trước .
HS : Tụ điện có tác dụng cản trở đối với dòng điện xoay chiều.
HS : u = Uosinwt
HS : q = Cu = CUosinwt.
HS : i = CwUocoswt
Hay i = Iocoswt	(38.2)
Với Io = wCUo là biên độ của dòng điện qua tụ điện.
HS : u = Uosinwt = Uocos(wt - )
HS : 
HS : Bằng 0
HS : - 
HS : Giống nhau.
HS : R
HS : Cản trở dòng điện
GV : Hướng dẫn học sinh cách mắc sơ đồ như hình 38.1
. Sau khi đóng khóa K ta thấy đèn như thế nào ?
GV : Nếu tụ điện bằng dây dẫn thì độ sáng của đèn như thế nào ?
GV : Hiện tượng này chứng tỏ điều gì ?
GV : Viết biểu thức hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện ?
GV : Viết biểu thức điện tích tức thời trên bản của tụ điện nối vào điểm M ?
GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi biểu thức hiệu điện thế giữa 2 bản của tụ điện ?
GV : So sánh pha của u và i ?
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay biểu diễn cường độ dòng điện i = Iocoswt hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ?
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay biểu diễn hiệu điện thế u = Uocos(wt - ) hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ?
GV: Cho hs tự vẽ giản đồ 
GV : So sánh biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch một chiều chỉ có điện trở R ?
GV : Vai trò của ZC giống đại lượng nào ?
GV : Nêu ý nghĩa của ZC ?
HĐ2 . ĐOẠN MẠCH XOAY CHIỀU CHỈ CÓ CUỘN CẢM : ( thí nghiệm , giá trị tức thời của dđ và hđt , giản đồ véctơ, đl ôm ). 
HS : Không đổi.
HS : Đèn sáng hơn rõ rệt so với khi mở khóa K.
HS : Cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện.
HS : i = Iocoswt
HS : e = - L= wLIosinwt
HS : u = iRAB – e
HS : u = Uocos(wt + )	
HS : 
HS : Bằng O
HS : Bằng 
HS : Giống nhau
HS : R
HS : Cản trở dòng điện.
GV : Lắp mạch điện như sơ đồ hình 39.1
GV : Nếu mắc A, B với nguồn điện một chiều thì sau khi đóng hay mở khóa K ta thấy độ sáng của đèn như thế nào ?
GV : Nếu mắc A, B với nguồn điện xoay chiều thì sau khi đóng hay mở khóa K ta thấy độ sáng của đèn như thế nào ?
GV : Hiện tượng này chứng tỏ điều gì ?
GV : Viết biểu thức dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây thuần cảm ?
GV : Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn cảm ?
 GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi biểu thức hiệu điện thế giữa 2 bản của cuộn dây 
GV : So sánh pha của u và i ?
GV: Tại thời điểm t = 0, vectơ quay biểu diễn cường độ dòng điện i = Iocoswt hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ?
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay biểu diễn hiệu điện thế u = Uocos(wt + ) hợp với trục Ox một góc bao nhiêu ?
GV: Hướng dẫn HS tự vẽ giản đồ 
GV : Em hãy so sánh biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch một chiều chỉ có điện trở R ?
GV : Vai trò của ZL giống đại lượng nào ?
GV : Nêu ý nghĩa của ZL ?
D. CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ :
- Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2
- Xem bài 39
- Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2
- Xem bài 40