Giáo án Vật lí 12 chân trời Bài 13: Đại cương về dòng điện xoay chiều

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nhắc lại về khái niệm dòng điện xoay chiều và cách tạo ra dòng điện xoay chiều đã học ở môn KHTN lớp 9.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận 1 (SGK – tr84)

Dựa vào định luật Faraday, để xuất một số phương pháp tạo ra suất điện động cảm ứng trong khung dây dẫn kín.

- GV chiếu video-clip thí nghiệm với mô hình máy phát điện xoay chiều để HS thấy đèn LED sáng luân phiên chứng tỏ dòng điện đổi chiều, vành khuyên, chổi quét để đưa dòng điện từ khung dây ra mạch ngoài. 

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

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận 2 (SGK – tr85)

Hình 13.3 là mô hình máy phát điện xoay chiều đơn giản, bao gồm khung dây (1) được đặt trong từ trường của nam châm (2), khung dây được nối với hai vành khuyên (3) và hai thanh quét (4) để đưa dòng điện ra ngoài. Hãy trình bày nguyên tắc tạo suất điện động xoay chiều bởi máy này.

- GV kết luận về nội dung khái niệm về dòng điện xoay chiều và cách tạo ra dòng điện xoay chiều.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Luyện tập (SGK – tr85)

Có thể dùng thanh nam châm thẳng để tạo ra dòng điện xoay chiều trong khung dây kín không? Vì sao?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, 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 – tr84)

Để tạo ra suất điện động cảm ứng trong khung dây dẫn kín, ta cần làm cho từ thông gửi qua mặt giới hạn bởi khung dây biến thiên bằng cách: 

+ Thay đổi độ lớn cảm ứng từ qua khung dây: đưa nam châm lại gần hoặc ra xa khung dây; hoặc đưa khung dây lại gần hoặc ra xa nam châm. 

+ Thay đổi diện tích mặt giới hạn của khung dây: khung dây co dãn; hoặc khung dây có một cạnh trượt ra vào. 

+ Thay đổi góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ đơn vị pháp tuyến của mặt phẳng khung dây: quay nam châm trước khung dây; hoặc quay khung dây trước nam châm.

*Trả lời Thảo luận 2 (SGK – tr84)

Khi khung dây quay trong từ trường của nam châm, từ thông qua khung dây thay đổi liên tục, suất điện động cảm ứng được tạo ra, do đó sinh ra dòng điện xoay chiều.

*Trả lời Luyện tập (SGK – tr85)

- Cho nam châm thẳng quay đều xung quanh một trục vuông góc với vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây kín thì trong khung dây xuất hiện dòng điện xoay chiều. Trong nửa vòng quay đầu của nam châm, từ thông qua mặt giới hạn của khung dây tăng; trong nửa vòng quay sau của nam châm, từ thông qua mặt giới hạn của khung dây giảm; vì thế, dòng điện xuất hiện trong khung dây là dòng điện xoay chiều. 

- Hoặc bố trí ba khung dây xung quanh một nam châm thẳng, tuần tự lệch nhau 120^o trong một vòng tròn. Khi thanh nam châm quay đều thì trong ba cuộn dây đều xuất hiện dòng điện cảm ứng.

- 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.

- GV chuyển sang nội dung Điện áp xoay chiều và cường độ dòng điện xoay chiều.

I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Khái niệm

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

- Có thể tạo ra dòng điện xoay chiều bằng cách cho khung dây dẫn quay đều với tốc độ góc ω trong một từ trường đều. Chu kì và tần số của dòng điện xoay chiều được xác định bởi các công thức:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và thực hiện nhiệm vụ:

+ Phác hoạ đồ thị biến thiên theo thời gian của điện áp xoay chiều và cường độ dòng điện xoay chiều. 

+ Viết biểu thức biến thiên theo thời gian của điện áp xoay chiều và cường độ dòng điện xoay chiều. Giải thích các đại lượng trong biểu thức. 

+ Từ biểu thức u, i, xác định chu kì và tần số của dòng điện xoay chiều. 

+ Thảo luận 3 (SGK – tr86): Quan sát Hình 13.4, hãy xác định độ lệch pha của i(t) và u(t).

- GV chốt kiến thức về biểu thức điện áp xoay chiều và cường độ dòng điện xoay chiều. 

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, 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 3 (SGK – tr86)

- Chu kì: T = 5 ô.

- Độ lệch pha:

- Cường độ dòng điện sớm pha hơn điện áp .

- 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 thức điện áp xoay chiều và cường độ dòng điện xoay chiều.

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

I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Biểu thức dòng điện xoay chiều

- Biểu thức điện áp xoay chiều và cường độ dòng điện xoay chiều có dạng:

u = U₀cos(ωt + φ_u) (V)

i = I₀cos(ωt + φ_i)  

Trong đó u, i lần lượt là điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời; U₀, I₀ là điện áp cực đại và cường độ dòng điện cực đại; ω là tần số góc của dòng điện xoay chiều.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đặt vấn đề: Dòng điện xoay chiều có trị số điện áp và cường độ dòng điện biến thiên điều hoà theo thời gian. Vậy khi sử dụng vôn kế và ampe kế xoay chiều thì số hiển thị trên màn hình có ý nghĩa gì?

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung

+ Thảo luận 4 (SGK – tr86): Nêu ví dụ thực tế chứng tỏ dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt.

+ Phân tích tác dụng nhiệt của dòng điện xoay chiều, từ đó rút ra khái niệm cường độ dòng điện hiệu dụng. 

+ Từ khái niệm cường độ dòng điện hiệu dụng, suy ra biểu thức xác định điện áp hiệu dụng và suất điện động hiệu dụng.

+ Thảo luận 5 (SGK – tr87): Đồng hồ đo điện đa năng hiện số là thiết bị có thể được sử dụng để đo cường độ dòng điện và điện áp của dòng điện xoay chiều. Số hiển thị trên màn hình khi tiến hành đo thể hiện giá trị nào của dòng điện?

- GV kết luận về các giá trị hiệu dụng.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Luyện tập (SGK – tr88)

Xét dòng điện xoay chiều đi qua đoạn mạch chỉ chứa điện trở R. Đồ thị điện áp - thời gian và cường độ dòng điện - thời gian được mô tả trong Hình 13.5.

a) Hãy xác định giá trị cực đại, giá trị hiệu dụng, chu kì và tần số của cường độ dòng điện và điện áp.

b) Nhận xét về pha dao động của cường độ dòng điện và điện áp.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, 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

…………………………….

II. CÁC GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG

- Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều bằng cường độ của dòng điện không đổi, nếu cho hai dòng điện này lần lượt đi qua cùng một điện trở thì nhiệt lượng toả ra trong thời gian đủ dài là bằng nhau.

Điện áp hiệu dụng:

Suất điện động hiệu dụng: