Giáo án Vật lý 12 nâng cao - Bài 28: Mạch điện xoay chiều có RLC mắc nối tiếp, cộng hưởng điện

BÀI 28 : MẠCH XOAY CHIỀU CĨ RLC MẮC NỐI TIẾP.
 CỘNG HƯỞNG ĐIỆN
I / MỤC TIÊU :
1. Kiến thức: 
* Viết được cơng thức tính tổng trở của các đoạn mạch cĩ 2, 3 phần tử R,L,C mắc nối tiếp. 
* Cơng thức tính hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch chứa các phần tử mắc nối tiếp 
* Cơng thức tính độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dịng điện.
* Nắm được hiện tượng và điều kiện để xảy ra cộng hưởng.
2. Kĩ năng:
 * Vận dụng các cơng thức tính:
tgj = 
* Biết cách vẽ và dùng giản đồ vectơ để nghiên cứu đoạn mạch chứa các phần tử R,L,C nối tiếp.
* Nắm được hiện tượng và điều kiện để xảy ra cộng hưởng.
II / CHUẨN BỊ :
	1 / Giáo viên :
	* Cuộn dây, điện trở, tụ điện, nguồn điện xoay chiều.(bố trí trên một bảng thẳng đứng )
	* nguồn điện xoay chiều 
	* Vơn kế để đo hiệu điện thế
	2 / Học sinh :
	* Ơn lại đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa các loại đoạn mạch
	* Oân lại phương pháp tổng hợp giản đồ Fre-nen
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC :
Hoạt động 1: Tìm hiểu hdt tức thời trong đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp
Hoạt động của học sinh
Hoạt động của giáo viên
HS: 
HS : Học sinh tự mắc sơ đồ mạch điện.
HS : U = U1 + U2 + U3
HS : u = uR + uL + uC	
HS : i = Iocoswt
HS : 	uR = UORcoswt
	uL = UOLcos
	uC = UOCcos
HS : Cùng tần số w với các biểu thức hiệu thế thành phần.
GV:Các phần tử mắc như thế nào thì gọi là mắc nối tiếp? Viết các công thức về cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch một chiều gồm điện trở mắc nối tiếp?
GV : Hướng dẫn học sinh cách mắc sơ đồ mạch điện 28.1 ?
GV: Xét đoạn mạch như hình vẽ 28.1 đặt vào hai đầu một điện áp u có tần số . Giả sử có cường độ trong đoạn mạch 
i=I0cost
GV : Viết cơng thức hiệu điện thế của mạch điện một chiều mắc nối tiếp ?
GV : Giáo viên cho biết các cơng thức đĩ vẫn đúng cho các giá trị tức thời của mạch điện xoay chiều ?
GV : Viết biểu thức cường độ dịng điện qua mạch ?
GV : Viết biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu mỗi dụng cụ ?
GV : Hiệu điện thế ở 2 đầu đoạn mạch biến thiên điều hịa với tần số bao nhiêu ? 
Hoạt động 2: Thiết lập về các biểu thức U,Z,I, độ lệch pha
Hoạt động của học sinh
Hoạt động của giáo viên
HS : Bằng 0
HS : Bằng 0
HS : Bằng 
HS : Bằng - 
HS : Học sinh sử dụng quy tắc hình bình hành để vẽ.
HS : U = 
HS : Z = 
HS : Giống nhau.
HS : R
HS : Cản trở dịng điện.
HS : tgj = 
HS : u nhanh pha so với i một gĩc j 
HS : u chậm pha so với i một gĩc j
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay biểu diễn cường độ dịng điện i = Iocoswt hợp với trục Ox một gĩc bao nhiêu ?
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ quay , biểu diễn các hiệu điện thế uR , uL, uC , hợp với trục Ox một gĩc bao nhiêu ?
GV : Hướng dẫn học sinh vẽ vectơ hiệu điện thế UAB giữa hai đầu đoạn mạch ?
GV : Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch ?
GV : Hướng dẫn học sinh thành lập biểu tổng trở của đoạn mạch ?
GV : Em hãy so sánh biểu thức định luật Ơm cho đoạn mạch một chiều chỉ cĩ điện trở R ?
GV : Vai trị của ZAB giống đại lượng nào ?
GV : Nêu ý nghĩa của Z ?
GV : Hướng dẫn học sinh tìm biểu thức xác định độ lệch pha giữa hai đầu đoạn mạch ?
GV : Nếu đoạn mạch cĩ tính cảm kháng, nêu mối quan hệ giữa u và i ? 
GV : Nếu đoạn mạch cĩ tính dung kháng, nêu mối quan hệ giữa u và i ?
Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng cộng hưởng
Hoạt động của học sinh
Hoạt động của giáo viên
HS : wL - = 0
HS : Zmin = R.
HS : Im = 
HS : Cĩ biên độ bằng nhau.
HS : Bằng hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch.
Im = èU=Im.R=UR
HS : Đồng pha
HS : Quan sát đồ thị
HS (1) Điện trở lớn
HS : (2) Điện trở nhỏ.
HS : Xem sách giáo khoa
GV : Nếu giữ nguyên giá trị của hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số gĩc w đến một giá trị sao cho cảm kháng bằng dung kháng ?
GV : Tổng trở của đoạn mạch cĩ giá trị như thế nào ?
GV : Cường độ dịng điện hiệu dụng của đoạn mạch cĩ giá trị như thế nào ?
GV : Hiệu điện thế tức thời giữa hai bản tụ điện và hai đầu cuộn cảm cĩ đặc điểm gì ?
GV : Hiệu điện thế ở hai đầu R cĩ đặc điểm gì ?
GV : Pha của u và I biến đổi như thế nào ?
GV : Giới thiệu đồ thị 28.4
GV : Đặc điểm của đường 1 , đường 2
GV : Giới thiệu ý nghĩa vật lý của đường cong cộng hưởng ?
IV / NỘI DUNG :
1. Các giá trị tức thời trên từng phần của đoạn mạch
Xét đoạn mạch gồm một điện trở thuần R, một cuộn cảm thuần cĩ độ tự cảm L và một tụ điện cĩ điện dung C mắc nối tiếp.
Hình 28.1 Sơ đồ đoạn mạch cĩ R, L, C mắc nối tiếp
Giả sử cường độ dịng điện trong đoạn mạch cĩ biểu thức i = Iocoswt. Biểu thức của các hiệu điện thế tức thời :
uR = UORcoswt
uL = wLIocos
= UOLcos
uC = UOCcos
Hiệu điện thế tức thời giữa hai đầu A, B là :
u = uR + uL + uC	(28.1)
2. Giản đồ vectơ. Quan hệ giữa cường độ dịng điện và hiệu điện thế
a) Giản đồ vectơ
Hình 28.2 Giản đồ vectơ vẽ theo quy tắc hình bình hành
b) Định luật Ơm cho đoạn mạch RLC nối tiếp. Tổng trở.
Uo = 	(28.2)
Chia hai vế của cơng thức 28.2 cho 
U = 	(28.3)
Thay U = IR; UL = IwL; UC = vào cơng thức (40.4), ta tìm được cường độ dịng điện hiệu dụng :
I = 
Nếu đặt 
Z = 	(28.4)
Thì 
I = 	(28.5)
Đối với dịng điện xoay chiều tần số gĩc w, đại lượng Z đĩng vai trị tương tự như điện trở đối với dịng điện khơng đổi và được gọi là tổng trở của đoạn mạch.
c) Độ lệch pha của hiệu điện thế so với dịng điện.
tgj = 	(28.6)
Nếu đoạn mạch cĩ tính cảm kháng thì j > 0, dịng điện trễ pha đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. Nếu đoạn mạch cĩ tính dung kháng, thì j < 0, dịng điện sớm pha đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch.
3. Cộng hưởng điện 
Nếu giữ nguyên giá trị của hiệu điện thế hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch và thay đổi tần số gĩc w đến một giá trị sao cho wL - = 0 thì cĩ hiện tượng đặc biệt xảy ra trong mạch, gọi là hiện tượng cộng hưởng điện.
- Tổng trở của đoạn mạch đạt giá trị cực tiểu :
Zmin = R.
- Cường độ hiệu dụng dịng điện trong mạch đạt giá trị cực đại : Im = 
Hiệu điện thế trên điện trở R bằng hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch.
- Dịng điện biến đổi đồng pha với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch.
w = 	(28.7)
V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DỊ :
Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 và làm bài tập 1,2,3,4/ 156-157
Xem bài 29