Giáo án chuyên đề Vật lí 12 chân trời Bài 3: Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

Ngày soạn:…/…/…

Ngày dạy:…/…/…

BÀI 3: CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Thời gian thực hiện: 3 tiết 

I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức

Sau bài học này, HS sẽ:

• Khái niệm về diode bán dẫn: Diode bán dẫn là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều nhất định.

• Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua diode bán dẫn.

• Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều: nửa chu kì sử dụng diode và cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.

2. Năng lực

Năng lực chung: 

• Năng lực tự học: Chủ động tích cực thực hiện những công việc của bản thân trong học tập thông qua việc tham gia đóng góp ý tưởng, đặt câu hỏi, làm thí nghiệm và trả lời các yêu cầu của GV đưa ra.

• Năng lực giao tiếp hợp tác: Thảo luận nhóm, tiếp thu sự góp ý và hỗ trợ thành viên trong nhóm khi tìm hiểu về chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

• Năng lực giải quyết vấn đề: Đề xuất vấn đề, nêu giả thuyết, lập kế hoạch, sáng tạo nhiều cách để giải quyết các tình huống thực tế liên quan đến chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.

Năng lực vật lí:

• Nhận thức vật lí:

• Vẽ được mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode.

• Vẽ được mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.

• So sánh được đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì.

• Tìm hiểu tự nhiên: Thực hiện được thí nghiệm và vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa 

• Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học: Giải thích được nguyên tắc hoạt động của mạch chỉnh lưu trong thực tế. 

3. Phẩm chất

• Trách nhiệm: Có trách nhiệm với bản thân – sẵn sàng chịu trách nhiệm về những quyết định và hành động của bản thân khi đưa ra kết quả của các câu hỏi.

• Trung thực: Tôn trọng kết quả đo được, không gian lận số liệu trong quá trình làm thí nghiệm.

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU:

1. Đối với giáo viên:

• SCĐ, SGV Chuyên đề học tập Vật lí 12, Kế hoạch bài dạy.

• Bộ sạc điện thoại di động (đã tháo rời).

• Bộ thí nghiệm khảo sát diode bán dẫn như Hình 3.3 SCĐ.

• Sơ đồ mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode, sơ đồ mạch chỉnh lưu cả chu kì

• sử dụng cầu chỉnh lưu, đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì.

• Mô hình mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.

• Giấy khổ A0.

• Máy chiếu, máy tính (nếu có).

• Video mô phỏng mạch chỉnh lưu nửa chu kì: https://www.falstad.com/circuit/e- rectify.html 

• Video mô phỏng mạch chỉnh lưu cả chu kì: https://www.falstad.com/circuit/e- fullrect.html

• Sơ đồ LED: https://dcaclab.com/en/experiments/11985-full-wave-bridge-rectifier

2. Đối với học sinh:

• SCĐ Chuyên đề học tập Vật lí 12.

• Hình vẽ liên quan đến nội dung bài học và các dụng cụ học tập theo yêu cầu của GV.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

a. Mục tiêu: Từ ví dụ thực tiễn trong đời sống, giúp HS bước đầu xác định được vấn đề của bài học, đưa ra được những ý tưởng ban đầu về mạch chỉnh lưu.

b. Nội dung: GV cho HS thảo luận về nội dung mở đầu trong SCĐ, từ đó định hướng HS vào nội dung của bài học.

c. Sản phẩm học tập: HS hứng thú tìm hiểu về mạch chỉnh lưu 

d. Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV nhấn mạch vai trò của dòng điện trong cuộc sống và mời 2 – 3 HS liệt kê một số thiết bị sử dụng dòng điện xoay chiều, một số thiết bị sử dụng dòng điện một chiều. 

- GV chiếu hình ảnh Sạc pin cho ô tô điện và sạc pin cho điện thoại di động (hình 3.1) 

- GV giới thiệu: Trong cuộc sống, bên cạnh các thiết bị điện sử dụng dòng điện xoay chiều như quạt điện, nồi cơm điện, bóng đèn, ... còn có các thiết bị điện sử dụng dòng điện một chiều như điện thoại, xe đạp điện, xe máy điện, ô tô điện (Hình 3.1a), ... Tuy nhiên, khi sạc pin cho điện thoại (Hình 3.1b) ta vẫn cắm điện thoại vào ổ điện xoay chiều thông qua bộ sạc pin. 

.

- GV nêu câu hỏi: Làm thế nào có thể chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS làm việc cá nhân, suy nghĩ và trả lời câu hỏi.

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

- GV mời 1 – 2 bạn ngẫu nhiên đứng dậy trình bày suy nghĩ của mình.

Gợi ý đáp án:

Nhờ có bộ chuyển đổi dòng điện từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều, thông thường thiết bị chính của bộ chuyển đổi đó là diode.

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

- GV nhận xét và ghi nhận ý kiến của HS.

- GV chưa chốt kiến thức mà dẫn dắt vào bài mới: Để có được câu trả lời đầy đủ và chính xác, chúng ta cùng tìm hiểu bài học mới: Bài 3: Máy biến áp. Truyền tải điện năng.

B. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1. Tìm hiểu khái niệm về diode bán dẫn và thực hiện thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua diode bán dẫn 

a. Mục tiêu: HS mô tả sơ lược được cấu tạo và đặc tính của diode bán dẫn, vẽ được kí hiệu của diode bán dẫn; thực hiện được thí nghiệm, vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điện chạy qua diode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó.

b. Nội dung: HS quan sát một số diode, đọc SCĐ, thảo luận để tìm hiểu khái niệm về diode bán dẫn và thực hiện thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua diode bán dẫn

c. Sản phẩm: Sơ lược cấu tạo và đặc tính của diode bán dẫn, kí hiệu của diode bán dẫn. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điện chạy qua diode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó. 

d. Tổ chức thực hiện:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS	DỰ KIẾN SẢN PHẨM
Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu về diode bán dẫn Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập - GV phát một số linh kiện diode bán dẫn (hoặc trình chiếu hình ảnh diode) cho các nhóm HS. - GV yêu cầu HS quan sát linh kiện diode bán dẫn, đọc SCĐ và thực hiện những nhiệm vụ sau:  + Mô tả cấu tạo của diode bán dẫn.  + Nêu đặc tính của diode bán dẫn. + Vẽ kí hiệu của diode bán dẫn. - GV hướng dẫn HS nhận biết cấu tạo của diode từ bân ngoài, không phân tích cấu tạo bên trong.  - GV lưu ý HS nhận biết cực dương (anode) và cực âm (cathode) của diode như hình sau:  - GV nhấn mạnh đặc tính dẫn điện một chiều từ A sang K của diode và tầm quan trọng của việc xác định đúng cực dương và cực âm của diode.  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 - 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 diode bán dẫn - GV chuyển sang nội dung thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua diode bán dẫn	1. THÍ NGHIỆM VỀ SỰ DẪN ĐIỆN CỦA DIODE BÁN DẪN  a. Khái niệm về diode bán dẫn  - Diode bán dẫn có hai cực: cực dương (A) và cực âm (K).  - Diode bán dẫn chỉ dẫn điện theo một chiều từ A sang K.  - Kí hiệu của diode bán dẫn:
Nhiệm vụ 2. Thực hiện thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua diode bán dẫn  Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập - GV chia lớp thành các nhóm (4 – 5 thành viên), đọc SCĐ, tìm hiểu mục đích, dụng cụ và các bước tiến hành thí nghiệm khảo sát diode.  - GV sử dụng phương pháp dạy học hợp tác kết hợp kĩ thuật khăn trải bàn, yêu cầu các nhóm HS thảo luận và trả lời câu hỏi Thảo luận 1 (SCĐ – tr19) Tiến hành thí nghiệm theo các bước gợi ý từ đó thu thập và ghi nhận số liệu vào vở theo mẫu bảng 3.1, bảng 3.2 - Lưu ý: GV liên tục di chuyển để hỗ trợ kịp thời khi các nhóm HS gặp khó khăn.  - GV hướng dẫn HS dựa vào bảng số liệu để vẽ đồ thị I theo U của diode (đường đặc trưng I – U của diode bán dẫn)  - GV yêu cầu HS làm việc nhóm trả lời câu hỏi Thảo luận 2 (SCĐ – 19) Từ đồ thị, nhận xét về tính dẫn điện của diode khi phân cực thuận và phân cực ngược.   - Để củng cố kiến thức vừa học, GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Luyện tập (SCĐ – tr20) Quan sát Hình 3.4 và 3.5, nhận xét và giải thích về cách mắc ampe kế A trong mạch điện. 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 – tr19) HS dựa vào các bước tiến hành thí nghiệm trong SCĐ để thực hiện *Trả lời Thảo luận 2 (SCĐ – tr20) Khi phân cực ngược: diode không cho dòng điện chạy qua  Khi phân cực thuận: diode dẫn điện, ban đầu cường độ dòng điện tăng chậm theo điện áp; khi điện áp vượt qua một ngưỡng nhất định thì cường độ dòng điện tăng rất nhanh  Như vậy, diode chỉ dẫn điện một chiều từ A sang K.  *Trả lời Luyện tập (SCĐ – tr20) + Trong Hình 3.4, diode phân cực thuận, ampe kế được mắc nối tiếp với bộ gồm diode và vôn kế mắc song song. + Trong Hình 3.5, diode phân cực ngược, ampe kế được mắc nối tiếp với diode và bộ gồm hai dụng cụ này mắc song song với vôn kế. Cách mắc ampe kế như vậy nhằm làm giảm sai số trong phép đo cường độ dòng điện và điện áp của diode. Khi diode được phân cực thuận (Hình 3.4), cường độ dòng điện thuận qua diode lớn hơn rất nhiều so với cường độ dòng điện qua vôn kế (do điện trở của vôn kế có một giá trị lớn hữu hạn nào đó chứ không phải lớn vô cùng nên vẫn có dòng điện chạy qua nó), số chỉ của ampe kế xấp xỉ cường độ dòng điện thuận qua diode và số chỉ của vôn kế đúng bằng điện áp hai đầu của diode. Khi diode được phân cực ngược (Hình 3.5), cường độ dòng điện ngược qua diode là rất nhỏ, số chỉ của ampe kế đúng bằng cường độ dòng điện ngược qua diode và số chỉ của vôn kế xấp xỉ điện áp hai đầu diode (vì ampe kế vẫn có một điện trở nhỏ nòa đó nên có một điện áp nhỏ ở hai đầu của nó).  - 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 đặc tính dẫn điện của diode bán dẫn dựa vào đồ thị I – U thu được. - GV chuyển sang nội dung Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều	b. Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua diode bán dẫn  Đường đặc trưng I – U của diode bán dẫn có dạng:

Hoạt động 2. Tìm hiểu mạch điện chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode và mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu 

a. Mục tiêu: HS vẽ được mạch chỉnh lưu, đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode và mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.

b. Nội dung: HS đọc SCĐ, thảo luận để vẽ mạch chỉnh lưu, đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode và mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.

c. Sản phẩm: Mạch chỉnh lưu, đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode và mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.

d. Tổ chức thực hiện:

--------------- Còn tiếp ---------------