Giáo án chuyên đề Vật lí 12 chân trời Bài 1: Các đặc trưng của dòng điện xoay chiều

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành 4 nhóm và giao các nhóm thực hiện các nhiệm vụ sau:

+ Nhóm 1: Trả lời câu Thảo luận 1 (SCĐ – tr5). Hãy viết biểu thức cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều. Giải thích các đại lượng. So sánh giá trị hiệu dụng và giá trị cực đại của cường độ dòng điện, điện áp.

+ Nhóm 2: HS quan sát hình 1.3 kết hợp thông tin trong SCĐ, thảo luận nguyên lí tạo ra dòng điện xoay chiều.

+ Nhóm 3: Hoàn thành câu Luyện tập trang 6 SCĐ. Từ đồ thị cường độ của dòng điện xoay chiều theo thời gian ở Hình 1.2, hãy xác định:

+ Nhóm 4: Nghiên cứu SCĐ, thảo luận về công suất toả nhiệt trung bình của dòng điện xoay chiều trên điện trở thuần.

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về một số kiến thức chung về dòng điện xoay chiều và yêu cầu HS ghi nội dung chính vào vở. 

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời Thảo luận 1 (SCĐ – tr5)

Biểu thức cường độ dòng điện: 

i = I₀cos(ωt+φ_i)

i: cường độ dòng điện tức thời, tức là cường độ dòng điện tại thời điểm t

I₀: cường độ dòng điện cực đại

ω: tần số góc

φ_i: pha ban đầu của cường độ dòng điện

Giá trị hiệu dụng

Biểu thức điện áp: u = U₀cos(ωt+φ_u)

u: điện áp tức thời, tức là điện áp tại thời điểm t

U₀: điện áp cực đại

ω: tần số góc

φ_u: pha ban đầu của điện áp

Giá trị hiệu dụng

*Trả lời Luyện tập 1 (SCĐ – tr6)

a) Biên độ I₀ = 2 A

+ Chu kì: T = 0,02 s

+ Tần số: f = 1/T = 50 Hz 

+ Tần số góc: ω = 2pf = 100p rad/s

+ Pha ban đầu: φ₀ = 0 

b) Biểu thức cường độ dòng điện: 

i = 2 cos (100pt) (A)

c) Khoảng thời gian cường độ dòng điện tăng trong chu kì đầu tiên là 0,01s (từ t = 0,01s đến t = 0,02s)

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung khái niệm dòng điện xoay chiều, nguyên lí tạo ra dòng điện xoay chiều, các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều và biểu thức xác định công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở thuần.

- GV chuyển sang nội dung Thí nghiệm đo tần số, điện áp xoay chiều

1. NHẮC LẠI MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 

• Khái niệm dòng điện xoay chiều 

- Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian 

• Nguyên lí tạo ra dòng điện xoay chiều 

- Cho cuộn dây dẫn kín quay với tốc độ góc ω  không đổi trong từ trường đều   để từ thông qua tiết diện của cuộc dây biến thiên theo thời gian 

• Các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều 

- Cường độ dòng điện hiệu dụng:

- Điện áp hiệu dụng:

- Suất điện động hiệu dụng: 

• Công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở thuần

- Khi cho dòng điện xoay chiều: 

i = I₀cos(ωt+φ_i)  chạy qua một điện trở thuần R thì làm điện trở tỏa nhiệt. 

Công suất tỏa nhiệt tức thời trên điện trở là: 

- Công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở bằng một nửa công suất cực đại của dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở đó. 

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành 3 nhóm, sử dụng phương pháp dạy học hợp tác kết hợp kĩ thuật khăn trải bàn, yêu cầu HS thảo luận và trả lời câu Thảo luận 2 (SCĐ – 7)Từ các dụng cụ thí nghiệm như Hình 1.4, đề xuất phương án thí nghiệm đo tần số và điện áp của dòng điện xoay chiều từ đầu ra của biến áp nguồn.

- GV có thể sử dụng các câu hỏi sau để hỗ trợ HS thiết kế và lựa chọn phương án đo điện áp và tần số của dòng điện xoay chiều:

+ Vai trò của biến áp nguồn là gì? Vì sao không tiến hành đo trực tiếp điện áp và tần số của dòng điện xoay chiều từ ổ điện trên tường? 

+ Phải điều chỉnh thang đo trên đồng hồ đo điện đa năng như thế nào để thực hiện chức năng đo điện áp và tần số?

+ Để đo điện áp, đồng hồ đo phải được mắc như thế nào vào mạch điện?

+ Phải cắm hai que đo (đỏ và đen) như thế nào vào các lỗ cắm trên đồng hồ đo điện đa năng? Nếu cắm ngược hai que đo vào lỗ cắm của đồng hồ hoặc cắm ngược hai que đo vào lỗ cắm đầu ra của biến áp nguồn thì kết quả đo có bị ảnh hưởng không? Vì sao?

- Sau khi HS lựa chọn được phương án thí nghiệm phù hợp, GV chốt lại câu trả lời và đúc kết các bước tiến hành thí nghiệm 

- GV yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm theo phương án đã dề xuất và ghi lại các số liệu thu thập được vào bảng số liệu – theo mẫu bảng 1.1 (SCĐ – tr8)

- Lưu ý: GV liên tục di chuyển để hỗ trợ kịp thời khi các nhóm gặp khó khăn 

- GV yêu cầu HS dựa vào bảng số liệu để tính giá trị trung bình, sai số rồi từ đó nhận xét giá trị tần số đo được với tần số đã biết của mạng lưới điện 

- GV yêu cầu HS làm việc nhóm đôi để hoàn thành câu Luyện tập (SCĐ – tr8) Thay biến áp nguồn bằng máy phát âm tần, thực hiện lại phép đo biên độ và tần số của tín hiệu xoay chiều do máy phát âm tần tạo ra.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*  Trả lời Thảo luận (SCĐ – tr7)

Phương án thí nghiệm:

- Cắm biến áp nguồn vào ổ điện 220 V - 50 Hz. Bật công tắc cho biến áp hoạt động. Vặn núm xoay phía trước để điều chỉnh điện áp đầu ra xoay chiều hoặc tần số.

-  Ấn nút ON/OFF để đồng hồ đo điện đa năng hoạt động, vặn núm xoay để điều chỉnh chế độ đo điện áp xoay chiều hoặc tần số.

- Cắm hai dây nối của que đo vào đồng hồ đo điện đa năng.

-  Cắm hai đầu kim nhọn của hai dây nối vào hai lỗ cắm đầu ra của biến áp nguồn. Quan sát số chỉ điện áp hiệu dụng và tần số trên mặt đồng hồ đo.

*  Trả lời mục Báo cáo kết quả (SCĐ – tr8)

Giá trị trung bình của điện áp: 

Sai số tuyệt đối ứng với các lần đo điện áp:

Sai số tuyệt đối trung bình của 3 lần đo:

Sai số tuyệt đối của phép đo: 

Kết quả phép đo:

Giá trị trung bình của tần số:

Sai số tuyệt đối ứng với các lần đo tần số:

Sai số tuyệt đối trung bình của 3 lần đo:

Sai số tuyệt đối của phép đo:

Kết quả phép đo:

Giá trị tần số đo được với tần số đã biết của mạng lưới điện gần bằng nhau.

*Trả lời Luyện tập (SCĐ – tr8)

HS tiến hành đo theo yêu cầu (thay biến áp nguồn bằng máy phát âm tần) và lập bảng báo cáo tương tự Bảng 1.1 SCĐ – tr8 

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV tổng hợp kết quả đo và đánh giá sai số đo của các nhóm 

- GV kết luận về nội dung thí nghiệm đo tần số, điện áp xoay chiều.

- GV chuyển sang nội dung Các mạch điện xoay chiều

2. THÍ NGHIỆM ĐO TẦN SỐ, ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 

* Mục đính

Đo được tần số và điện áp xoay chiều bằng dụng cụ thực hành

* Dụng cụ 

- Biến áp nguồn có điện áp đầu ra xoay chiều và có thể thay đổi được 

- Đồng hồ đo điện đa năng hiện số có chức năng đo tần số 

- Que đo đồng hồ đa năng 

* Tiến hành thí nghiệm  

- Bước 1: Cắm biến áp nguồn vào ổ điện 220 V - 50 Hz. Bật công tắc cho biến áp hoạt động. Vặn núm xoay phía trước để điều chỉnh điện áp đầu ra xoay chiều 

-  Bước 2: Ấn nút ON/OFF để đồng hồ đo điện đa năng hoạt động, vặn núm xoay để điều chỉnh chế độ đo điện áp xoay chiều 

- Bước 3: Cắm hai dây nối của que đo vào đồng hồ đo điện đa năng.

-  Bước 4: Cắm hai đầu kim nhọn của hai dây nối vào hai lỗ cắm đầu ra của biến áp nguồn. Quan sát số chỉ điện áp hiệu dụng và tần số trên mặt đồng hồ đo.

- Bước 5: Lặp lại bước 4 hai lần 

- Bước 6: Tắt biến áp nguồn và rút phích cắm khỏi ổ điện. Tắt đồng hồ đo. 

* Báo cáo kết quả thí nghiệm 

Bảng 1.1 (SCĐ – TR8)