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

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu đồ thị cường độ dòng điện xoay chiều

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Câu hỏi 1 (SGK – tr6)

Cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều được biểu diễn bằng đồ thị như thế nào?

- GV chiếu hình ảnh đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện theo thời gian (hình 1.1) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và mô tả sự biến đổi của i trong một chu kì.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Câu hỏi 2 (SGK – tr7)

Một dòng điện xoay chiều có cường độ được mô tả bằng

với t được đo bằng s.

a) Tìm cường độ dòng điện cực đại I₀, tần số góc ω và chu kì T của dòng điện này.

b) Vẽ phác đồ thị mô tả cường độ dòng điện i theo thời gian t.

- GV kết luận về nội dung đồ thị cường độ dòng điện xoay chiều.

- Để củng cố kiến thức vừa học, GV yêu cầu HS làm việc cá nhân và trả lời nội dung Câu hỏi 3 (SGK – tr7)

Dựa vào đồ thị Hình 1.2, hãy xác định:

a) chu kì T và tần số f của dòng điện i.

b) công thức mô tả cường độ dòng điện i theo thời gian t. 

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 Câu hỏi 1 (SGK – tr6)

- Có thể biểu diễn cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều bằng đồ thị như với mô hình sóng.

*Trả lời Câu hỏi 2 (SGK – tr7)

a) Từ phương trình ta có:

Cường độ dòng điện cực đại I₀ = 5 A

Tần số góc ω = 100π rad/s

Chu kì

b) 

*Trả lời Câu hỏi 3 (SGK – tr7)

a) Dựa vào đồ thị ta có:

- Chu kì T = 12 ms

- Tần số f = 1/T = 83 Hz

b) Cường độ dòng điện cực đại I₀ = 3 mA, tần số góc

Tại thời điểm ban đầu cường độ dòng điện cực đại và đang giảm nên pha ban đầu φ = 0 rad.

- Công thức mô tả cường điện i theo thời gian t là:

- 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 Biểu diễn cường độ dòng điện xoay chiều bằng đồ thị.

- GV chuyển sang nội dung Biểu diễn điện áp xoay chiều bằng đồ thị.

I. MÔ TẢ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU BẰNG ĐỒ THỊ

1. Biểu diễn cường độ dòng điện xoay chiều bằng đồ thị

- Từ đồ thị ta thấy dòng điện xoay chiều có cường độ biến đổi điều hòa theo thời gian.

- Trong một nửa chu kì, cường độ dòng điện mang giá trị dương, nửa chu kì còn lại cường độ dòng điện mang giá trị âm.

Nhiệm vụ 2. Tìm hiểu về đồ thị điện áp xoay chiều

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh đồ thị biểu diễn sự biến đổi của điện áp theo thời gian (hình 1.3) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và mô tả sự biến đổi của u trong một chu kì.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Câu hỏi 4 (SGK – tr8)

Ở Hình 1.3, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch đổi dấu tại các thời điểm nào?

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về nội dung đồ thị điện áp xoay chiều.

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 Câu hỏi 4 (SGK – tr8)

- Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch đổi dấu tại các thời điểm: 0; T/2; 3T/2,…

- 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 Biểu diễn điện áp xoay chiều bằng đồ thị.

- GV chuyển sang nội dung Công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở R.

2. Biểu diễn điện áp xoay chiều bằng đồ thị

- Từ đồ thị ta thấy điện áp xoay chiều có cường độ biến đổi điều hòa theo thời gian.

- Trong một nửa chu kì, điện áp mang giá trị dương, nửa chu kì còn lại điện áp mang giá trị âm.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu công thức tính công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở thuần

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đặt vấn đề: Thực nghiệm chứng tỏ rằng, dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt như dòng điện một chiều. Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn dây dẫn có điện trở R thì đoạn dây dẫn đó nóng lên. Nhiệt lượng làm đoạn dây dẫn nóng lên bằng năng lượng điện tiêu thụ ở R.

- HS yêu cầu HS nghiên cứu SGK và hướng dẫn HS về cách xây dựng công thức tính công suất tỏa nhiệt trung bình.

- GV hướng dẫn HS chứng minh công thức trong nội dung Tìm hiểu thêm (SGK – tr9)

Dùng công thức lượng giác  chứng minh rằng:

- GV yêu cầu HS suy nghĩ và trả lời nội dung Câu hỏi 5 (SGK – tr8)

Công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở R liên hệ như thế nào với công suất cực đại của dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua R?

- GV kết luận về công thức tính công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở R.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, 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 Tìm hiểu thêm (SGK – tr9)

(HS tự chứng minh)

*Trả lời Câu hỏi 5 (SGK – tr8)

- Công suất tỏa nhiệt trung bình bằng một nửa công suất cực đại.

- 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 Công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở R.

- GV chuyển sang nội dung Các giá trị hiệu dụng.

II. CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN HIỆU DỤNG VÀ ĐIỆN ÁP HIỆU DỤNG

1. Công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở R

- Công suất tỏa nhiệt trung bình của dòng điện xoay chiều trong một chu kì, gọi tắt là công suất tỏa nhiệt trung bình, có giá trị là:

Với là công suất cực đại.

Nhiệm vụ 2. Tìm hiểu ý nghĩa các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

…………..

2. Các giá trị hiệu dụng

…………..