Giáo án Vật lý 12 cơ bản tiết 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều

Chương III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Tiết: 0 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa dòng điện xoay chiều. - Viết được biểu thức tức thời của dòng điện xoay chiều. - Nêu được ví dụ về đồ thị của cường độ dòng điện tức thời, chỉ ra được trên đồ thị các đại lượng cường độ dòng điện cực đại, chu kì. - Giải thích tóm tắt nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều. - Viết được biểu thức của công suất tức thời của dòng điện xoay chiều chạy qua một điện trở. - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của I, U. 2. Kĩ năng: 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Mô hình đơn giản về máy phát điện xoay chiều. - Sử dụng dao động kí điện tử để biểu diễn trên màn hình đồ thị theo thời gian của cường độ dòng điện xoay chiều (nếu có thể). 2. Học sinh: Ôn lại: - Các khái niệm về dòng điện một chiều, dòng điện biến thiên và định luật Jun. - Các tính chất của hàm điều hoà (hàm sin hay cosin). III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 ( phút): Giới thiệu về những nội dung chính trong chương III - Các nội dung chính trong chương: + Các tính chất của dòng điện xoay chiều. + Các mạch điện xoay chiều cơ bản; mạch R, L, C nối tiếp; phương pháp giản đồ Fre-nen. + Công suất của dòng điện xoay chiều. + Truyền tải điện năng; biến áp. + Các máy phát điện xoay chiều; hệ ba pha. + Các động cơ điện xoay chiều. Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu các khái niệm về dòng điện xoay chiều Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Dòng điện 1 chiều không đổi là gì? ® Dòng điện xoay chiều hình sin. - Dựa vào biểu thức i cho ta biết điều gì? - Y/c HS hoàn thành C2. + Hướng dẫn HS dựa vào phương trình tổng quát: i = Imcos(wt + j) Từ ® , - Y/c HS hoàn thành C3. i = Imcos(wt + j) ® ® ® ® chọn - Dòng điện chạy theo một chiều với cường độ không đổi. - HS ghi nhận định nghĩa dòng điện xoay chiều và biểu thức. - Cường độ dòng điện tại thời điểm t. C2 a. 5A; 100p rad/s; 1/50s; 50Hz; p/4 rad b. 2A; 100p rad/s; 1/50s; 50Hz; -p/3 rad c. i = 5cos(100pt ± p) A ® 5A; 100p rad/s; 1/50s; 50Hz; ± p rad C3 1. 2. Khi thì i = Im Vậy: ® t = 0 ® I. Khái niệm về dòng điện xoay chiều - Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin, với dạng tổng quát: i = Imcos(wt + j) * i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời). * Im > 0: giá trị cực đại của i (cường độ cực đại). * w > 0: tần số góc. f: tần số của i. T: chu kì của i. * (wt + j): pha của i. * j: pha ban đầu Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, khép kín, quay quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong từ trường đều có phương ^ với trục quay. D w a - Biểu thức từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường đều? - Ta có nhận xét gì về suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây? - Ta có nhận xét gì về về cường độ dòng điện xuất hiện trong cuộn dây? ® Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều? - Thực tế ở các máy phát điện người ta để cuộn dây đứng yên và cho nam châm (nam châm điện) quay trước cuộn dây đó. Ở nước ta f = 50Hz. - HS theo sự dẫn dắt của GV để tìm hiểu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều. F = NBScosa với ® F biến thiên theo thời gian t. - Suất điện động cảm ứng biến theo theo thời gian. - Cường độ dòng điện biến thiên điều hoà ® trong cuộn dây xuất hiện dòng điện xoay chiều. - Dùng máy phát điện xoay chiều, dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều - Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, khép kín, quay quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong từ trường đều có phương ^ với trục quay. - Giả sử lúc t = 0, a = 0 - Lúc t > 0 ® a = wt, từ thông qua cuộn dây: F = NBScosa = NBScoswt với N là số vòng dây, S là diện tích mỗi vòng. - F biến thiên theo thời gian t nên trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng: - Nếu cuộn dây kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng cho bởi: Vậy, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện xoay chiều với tần số góc w và cường độ cực đại: Nguyên tắc: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Hoạt động 4 ( phút): Tìm hiểu về giá trị hiện dụng Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt như dòng điện một chiều. - Ta có nhận xét gì về công suất p? ® do đó có tên công suất tức thời. - Cường độ hiệu dụng là gì? - Do vậy, biểu thức hiệu điện thế hiệu dung, suất điện động hiệu dụng cho bởi công thức như thế nào? - Lưu ý: Sử dụng các giá trị hiệu dụng đa số các công thức đối với AC sẽ có dùng dạng như các công thức tương ứng của DC. + Các số liệu ghi trên các thiết bị điện là các giá trị hiệu dụng. + Các thiết bị đo đối với mạch điện xoay chiều chủ yếu cũng là đo giá trị hiệu dụng. - HS ghi nhận giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều. - p biến thiên tuần hoàn theo thời gian. - HS nêu định nghĩa. , III. Giá trị hiệu dụng - Cho dòng điện xoay chiều i = Imcos(wt + j) chạy qua R, công suất tức thời tiêu thụ trong R p = Ri2 = RI2mcos2(wt + j) - Giá trị trung bình của p trong 1 chu kì: - Kết quả tính toán, giá trị trung bình của công suất trong 1 chu kì (công suất trung bình): - Đưa về dạng giống công thức Jun cho dòng điện không đổi: P = RI2 Nếu ta đặt: Thì I: giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều (cường độ hiệu dụng) * Định nghĩa: (Sgk) 2. Ngoài ra, đối với dòng điện xoay chiều, các đại lượng như hiệu điện thế, suất điện động, cường độ điện trường, … cũng là hàm số sin hay cosin của thời gian, với các đại lượng này Giá trị hiệu dụng Giá trị cực đại = Hoạt động 5 ( phút): Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Hoạt động 6 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. IV. RÚT KINH NGHIỆM