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

CHÀO MỪNG CÁC EM

ĐẾN VỚI BUỔI HỌC HÔM NAY!

KHỞI ĐỘNG

Hiện nay, dòng điện xoay chiều được dùng rộng rãi trong sản xuất và đời sống. Chúng ta đã biết mô tả cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều bằng các công thức đại số. 

Ngoài cách này, còn có cách mô tả nào trực quan hơn không?

Sử dụng đồ thị

CHUYÊN ĐỀ 1:

DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

BÀI 1:

CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

NỘI DUNG BÀI HỌC

I.

Mô tả cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều bằng đồ thị

II.

Cường độ dòng điện hiệu dụng và điện áp hiệu dụng

III.

Khảo sát đoạn mạch xoay chiều RLC

mắc nối tiếp

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

Câu hỏi 1 (SGK - tr.6)

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

Hình 1.1. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện theo thời gian trong một mạch điện xoay chiều, với I0 là cường độ dòng điện cực đại

Giống

với mô hình sóng

• 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.

Hình 1.1. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện theo thời gian trong một mạch điện xoay chiều, với I0 là cường độ dòng điện cực đại

Nhận xét:

Câu hỏi 2 (SGK - tr.7)

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

với t được đo bằng s.

• Tìm cường độ dòng điện cực đại I0, tần số góc ω và chu kì T của dòng điện này.
• Vẽ phác đồ thị mô tả cường độ dòng điện i theo thời gian t.

THẢO LUẬN NHÓM ĐÔI

Giải

a) Từ phương trình ta có:

• Cường độ dòng điện cực đại
• Tần số góc
• Chu kì

b) Vẽ phác đồ thị:

Câu hỏi 3 (SGK - tr.7)

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. 

Hình 1.2. Cường độ dòng điện xoay chiều i biến đổi theo thời gian t

Chu kì T = 12 ms

Tần số f = 1/T = 83 Hz

b) Xác định công thức mô tả cường độ dòng điện i theo thời gian t:

• Cường độ dòng điện cực đại .
• Tần số góc .
• Tại thời điểm ban đầu cường độ dòng điện cực đại và đang giảm nên pha ban đầu .

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

2. Biểu diễn điện áp xoay chiều bằng đồ thị

Câu hỏi 4 (SGK - tr.8)

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

Hình 1.3. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của điện áp u giữa hai đầu một đoạn mạch xoay chiều theo thời gian t, với U0 là điện áp cực đại

Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch đổi dấu tại các thời điểm:

; ; ; ,…

• 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.

Nhận xét:

Hình 1.3. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của điện áp u giữa hai đầu một đoạn mạch xoay chiều theo thời gian t, với U0 là điện áp cực đại

CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN HIỆU DỤNG VÀ ĐIỆN ÁP HIỆU DỤNG

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

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.

Nghiên cứu SGK, xây dựng công thức tính công suất tỏa nhiệt trung bình.

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.

Tìm hiểu thêm (SGK - tr.9)

Dùng công thức lượng giác chứng minh rằng:

Câu hỏi 5 (SGK - tr.8)

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?

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

2. Các giá trị hiệu dụng

THẢO LUẬN NHÓM ĐÔI

Câu hỏi 6 (SGK - tr.8)

Phát biểu định nghĩa cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

Cường độ dòng điện hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi I, nếu cho hai dòng điện đó lần lượt đi qua cùng một điện trở trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì nhiệt lượng tỏa ra bằng nhau.

Mối liên hệ giữa giá trị hiệu dụng và giá trị cực đại:

► Cường độ dòng điện hiệu dụng:

► Điện áp xoay chiều hiệu dụng:

I0 (A) và U0 (V) là các giá trị cực đại của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều.

Trong đó:

Câu hỏi 7 (SGK - tr.9)

Mạng điện xoay chiều ở Việt Nam có điện áp hiệu dụng là 220V. Hãy tìm giá trị điện áp cực đại.

Giá trị điện áp cực đại là .

Luyện tập 1 (SGK - tr.10)

Hãy viết công thức điện áp uAN và uMB được biểu diễn ở Hình 1.4.

Hình 1.4. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của hai điện áp xoay chiều theo thời gian

Giải

• Hai điện áp có cùng chu kì T = 2.10-2 s, tần số góc
• Điện áp cực đại U0AN = 200 V; U0MB = 100 V.
• Tại thời điểm ban đầu điện áp uAN = 200 V và đang giảm nên pha ban đầu φAN = 0 rad.
• Tại thời điểm ban đầu điện áp uMB = 50 V và đang giảm nên pha ban đầu

Giải

Vậy ta có biểu thức điện áp:

III.

KHẢO SÁT ĐOẠN MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU RLC MẮC NỐI TIẾP

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