Giáo án chuyên đề vật lí 12 chân trời sáng tạo

Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu khái niệm, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của máy biến áp

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

 - GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận 1 (SGK – tr14)

Nối nguồn điện (220 V – 50 Hz) với một máy biến áp dùng trong phòng thí nghiệm có điện áp ở đầu ra dưới 18 V. Dùng đồng hồ đo điện đa năng hiện số (có chức năng đo tần số) đo điện áp và tần số ở đầu ra của máy biến áp, so sánh với điện áp và tần số của nguồn điện.

 - GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và nêu khái niệm máy biến áp.  - GV chiếu hình ảnh sơ đồ cấu tạo của máy biến áp (hình 2.2) cho HS quan sát.

 - GV có thể cung cấp thêm video để HS tìm hiểu thêm về máy biến áp và nguyên lí hoạt động của máy biến áp

https://www.youtube.com/watch?v=AOkUMF1pSQw

 - GV đặt câu hỏi:  + Em hãy nêu cấu tạo của máy biến áp?  + Cuộn sơ cấp là gì? Cuộn thứ cấp là gì?  - Sau khi HS trả lời, GV kết luận về cấu tạo của máy biến áp.  - GV giới thiệu cho HS kí hiệu của máy biến áp trong mạch điện (hình 2.3).

 - GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, quan sát video về nguyên lí hoạt động của máy biến áp và trả lời các câu hỏi sau:  + Em hãy nêu nguyên lí hoạt động của máy biến áp.  + Điện áp hiệu dụng ở hai đầu tỉ lệ như thế nào với số vòng dây?  - Sau khi HS trả lời, GV kết luận về nguyên lí hoạt động của máy biến áp.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

 - HS đọc thông tin SGK 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 (SGK – tr14)

 + Khi dùng đồng hồ đo điện đa năng, ta thấy điện áp ở đầu ra nhỏ hơn điện áp ở nguồn điện, nhưng tần số của nguồn điện không thay đổi.  - 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, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của máy biến áp.  - GV chuyển sang nội dung Điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng qua máy biến áp.

I. MÁY BIẾN ÁP

1. Khái niệm

 - Máy biến áp là thiết bị làm thay đổi giá trị điện áp hiệu dụng của dòng điện xoay chiều mà vẫn giữ nguyên tần số của dòng điện.

2. Cấu tạo của máy biến áp

 - Máy biến áp gồm hai cuộn dây được phủ chất cách điện có số vòng khác nhau cùng quấn trên một khung thép kín gồm nhiều lá thép mỏng được ghép cách điện với nhau.  + Cuộn dây thứ nhất có N1 vòng được nối với nguồn điện xoay chiều, gọi là cuộn sơ cấp/  + Cuộn dây thứ hai có N2 vòng được nối với thiết bị tiêu thụ điện năng, gọi là cuộn thứ cấp.

3. Nguyên lí hoạt động của máy biến áp

 - Máy biến áp hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.  - Khi nối cuộn sơ cấp N1 với nguồn điện xoay chiều, dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp sinh ra từ trường biển thiên khép kín trong lõi biến áp. Khi đó từ thông qua cuộn dây thứ cấp N2 biến thiên, làm xuất hiện suất điện động cảm ứng (hay điện áp) ở hai đầu cuộn thứ cấp.  - Nếu mạch ở cuộn thứ cấp là kín thì có dòng điện xoay chiều trong mạch.

Nhiệm vụ 2. Tìm hiểu về điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng qua máy biến áp

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

 - GV thông báo nội dung trong SGK – tr15 về biểu thức liên quan giữa cường độ dòng điện, điện áp hiệu dụng và số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.  - GV yêu cầu HS thực hiện biến đổi để thu được biểu thức (2.3) trong SGK – tr15.  - GV yêu cầu HS tìm hiểu về điều kiện của máy tăng áp và máy hạ áp.  - GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận (SGK – tr15)

Thảo luận 2 (SGK – tr15)

Từ biểu thức từ thông qua mỗi vòng dây , hãy chứng minh biểu thức .

Thảo luận 3 (SGK – tr15)

Có thể dùng máy biến áp để thay đổi điện áp của dòng điện không đổi hay không? Giải thích.

 - Sau khi HS trả lời, GV kết luận về nội dung điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng qua máy biến áp.  - GV yêu cầu HS đọc nội dung Mở rộng (SGK – tr15) để tìm hiểu về một số loại máy biến áp phổ biến hiện nay.

 - Để củng cố kiến thức vừa học, GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Luyện tập (SGK – tr15)

Một máy hạ áp có số vòng dây cuộn sơ cấp là 2000 vòng được nối vào dòng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng là 220 V. Biết điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp là 100 V, tính số vòng dây cuộn thứ cấp.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

 - HS đọc thông tin SGK 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 2 (SGK – tr15)

 + Với lõi sắt kín, hầu như mọi đường sức từ chỉ chạy trong lõi sắt nên từ thông qua mỗi vòng dây ở cả hai cuộn bằng nhau, suất điện động cảm ứng trong mỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây và tỉ số giữa các suất điện động tức thời không đổi nên cũng bằng tỉ số ấy:

 + Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn thì có thể coi điện áp hiệu dụng ở hai đầu mỗi cuộn dây bằng suất điện động hiệu dụng tương ứng trong mỗi cuộn:

U₁ = E₁, U₂ = E₂.

Do đó: .

*Trả lời Thảo luận 3 (SGK – tr15)

 + Dùng máy biến áp có thể thay đổi điện áp của dòng điện không đổi. Vì điện áp của dòng điện tỉ lệ với số vòng dây và tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện, nên khi thay đổi các yếu tố này có thể thay đổi điện áp của dòng điện.

*Trả lời Luyện tập (SGK – tr15)

Ta có:

N₁ = 2000 vòng

U₁ = 220 V

U₂ = 100 V

N₂ = ?

Dựa vào biểu thức của máy biến áp lí tưởng:

Suy ra số vòng dây cuộn thứ cấp là 909 vòng.

 - 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 từ trường.  - GV chuyển sang nội dung Từ phổ.

4. Điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng qua máy biến áp

 - Xét một máy biến áp lí tưởng. Gọi N1, E1, U1, I1 và N2, E2, U2, I2 lần lượt là số vòng dây, suất điện động hiệu dụng, điện áp hiệu dụng và cường độ dòng điện hiệu dụng của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.

Khi đó: 

Nếu bỏ qua điện trở cuộn sơ cấp và thứ cấp thì: U₁ = E₁, U₂ = E₂.

Do đó: 

Do máy biến áp lí tưởng nên: 

Suy ra: 

 - Nếu N2 > N1 thì U2 > U1: Máy tăng áp.  - Nếu N2 < N1 thì U2 < U1: Máy hạ áp.