BÀI 38 : TỤ ĐIỆN TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
I / MỤC TIÊU :
Hiểu các tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
Nắm được khái niệm dung kháng. Biết cách tính dung kháng và vẽ
giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện.
II / CHUẨN BỊ :
Nên chuẩn bị tụ có dung kháng cùng bậc độ lớn với điện trở của đèn
để dễ quan sát hiện tượng đèn sáng lên khi thay tụ bởi dây dẫn. Nếu không
có dao động kí hai chùm tia thì GV cần vẽ trước đồ thị biểu diễn hiệu điện
thế và cường độ dòng điện qua tụ theo thời gian trên giấy to hoặc trên bảng.
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC :
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Hoạt động 1 :
HS : Học sinh mắc mạch điện.
HS : Đèn sáng.
HS : Dòng điện.
GV : Hướng dẫn học sinh cách
mắc sơ đồ như hình 38.1
GV : Sau khi đóng khóa K ta thấy
đèn như thế nào ?
GV : Hiện tượng này chứng tỏ
HS : Sáng hơn.
HS : Tụ điện có tác dụng cản trở đối
với dòng điện xoay chiều.
HS : u và i biến thiên điều hòa cùng
tần số và lệch pha /2 đối với hiệu
điện thế.
Hoạt động 2 :
HS : u = Uosint
HS : q = Cu = CUosint.
HS : i =
( sin )
o
d
CU t
dt
CUocost
Hay i = Iocost (38.2)
Với Io = CUo là biên độ của
dòng điện qua tụ điện.
HS : u = Uosint = Uocos(t -
2
)
trong mạch xuất hiện cái gì ?
GV : Nếu tụ điện bằng dây dẫn thì
độ sáng của đèn như thế nào ?
GV : Hiện tượng này chứng tỏ điều
gì ?
GV : Hướg dẫn học sinh quan sát
dao động ký điện tử ?
GV : Viết biểu thức hiệu điện thế
giữa hai bản của tụ điện ?
GV : Viết biểu thức điện tích tức
thời trên bản của tụ điện nối vào
điểm M ?
GV : Với quy ước : u > 0 nếu điện
thế của điểm M lớn hơn điện thế
của điểm N, i > 0 nếu dòng điện
chạy từ M đến N. Hãy tìm biểu
thức của cường độ dòng điện trong
mạch ?
HS :
2
Hoạt động 3 :
HS : Bằng 0
HS :
2
HS : Học sinh tự vẽ giãn đồ vectơ.
Hoạt động 4 :
HS : Giống nhau.
HS : R
HS : Cản trở dòng điện
GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi
biểu thức hiệu điện thế giữa 2 bản
của tụ điện ?
GV : So sánh pha của u và i ?
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ
quay
I
biểu diễn cường độ dòng
điện i = Iocost hợp với trục Ox
một góc bao nhiêu ?
GV : Tại thời điểm t = 0, vectơ
quay
C
U biểu diễn hiệu điện thế u
= Uocos(t -
2
) hợp với trục Ox
một góc bao nhiêu ?
GV : Em hãy so sánh biểu thức
định luật Ôm cho đoạn mạch một
chiều chỉ có điện trở R ?
GV : Vai trò của ZC giống đại
lượng nào ?
GV : Nêu ý nghĩa của ZC ?
IV / NỘI DUNG :
1. Thí nghiệm
Hình 38.1 Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu tác dụng của tụ điện trong mạch
điện xoay chiều
2. Giá trị tức thời của cường độ dòng điện và hiệu điện thế
Giả sử giữa hai bản tụ điện M và N có hiệu điện thế xoay chiều :
u = Uosint (38.1)
Điện tích trên bản M ở thời điểm t là :
q = Cu = CUosint.
Quy ước chiều dương của dòng điện là chiều từ A tới B thì i =
dq
do
đó :
i =
( sin )
o
d
CU t
dt
CUocost
hay i = Iocost (38.2)
với Io = CUo là biên độ của dòng điện qua tụ điện.
Vì u = Uosint = Uocos(t -
2
) nên ta thấy dòng điện qua tụ điện
sớm pha
2
đối với hiệu điện thế.
3. Giản đồ vectơ
Như vậy, trên giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện, vectơ
U
ur
lập với vectơ
I
r
một góc
2
theo chiều âm (xem Hình 38.4)
Hình 38.4 Giản đồ vectơ cho đoạn mạch chỉ có tụ điện và pha ban đầu của
dòng điện bằng không
4. Định luật Ôm cho đoạn mạch có tụ điện. Dung kháng.
Chia hai vế của biểu thức Io = CUo cho
2
ta có :
I = U
Nếu đặt
ZC =
C
(38.3)
Thì :