TIẾT 18: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG ĐOẠN MẠCH CHỈ CÓ
ĐIỆN TRỞ THUẦN – CUỘN CẢM – HOẶC TỤ ĐIỆN
(Tiết 1: Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, tụ điện)
I. Mục đích yêu cầu:
- Viết được biểu thức cường độ dòng điện, hiệu điện thế trong mạch chỉ có R, C
- Biểu thức dung kháng, hiểu dung kháng là gì. Tác dụng làm lệch pha dòng điện
của C so với hiệu điện thế. Vẽ được giản đồ vectơ. Ý nghĩa của định luật Ohm.
* Trọng tâm: Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, tụ
điện
* Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng, thực nghiệm
II. Chuẩn bị: GV: Bộ nguồn 6V, 1 biến áp 6V, bóng đèn 6V, 1
tụ có thông số thích hợp
HS xem Sgk.
III. Tiến hành lên lớp:
A. Ổn định:
B. Kiểm tra: Dòng điện xoay chiều là dòng điện như thế nào? Định nghĩa
cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều?
C. Bài mới.
PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG
I. Cho mạch điện như hình vẽ:
Đặt vào AB: u = U0 sint (1)
Xét trong khoảng thời gian t bé, thì
i xem như không đổi. Áp dụng định
luật Ohm:
?
R
U
i (2)
Từ biểu thức dao động hiệu điện
thế (1) và dao động của cường độ
dòng điện (2) rút ra được nhận xét
gì?
* Biểu diễn (1) và (2) lên giản đồ
vectơ?
- Chọn trục Ox là trục dòng điện i.
- Biểu diễn pt i ta có 0
I
- Biểu diễn pt i ta có 0
U
I. Dòng điện xoay chiều trong mạch chỉ có điện trở
thuần:
1. Quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế:
Xét một mạch điện chỉ có một điện trở thuần R, giữa 2
đầu A, B có một hiệu điện thế xoay chiều là: u = U0
sint (1)
Áp dụng định luật Ohm cho một đoạn mạch tại một thời
điểm t bất kỳ: tsin
R
U
R
U
i0
Đặt:
R
U
I0
0, vậy: i = I0 sint (2)
Nhận xét: từ (1) và (2), ta thấy hiệu điện thế giữa 2 đầu
đoạn mạch chỉ có điện trở thuần biến thiên điều hòa
cùng pha vơi dòng điện.
Giản đồ vectơ:
2. Định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ có
điện trở thuần:
Từ biểu thức:
R
U
I0
0, chia 2 vế cho 2
* Từ biểu thức ?
R
U
I0
0 , chia 2 vế
cho 2 => I = ?
= > R.2
U
2
I00 =>
R
U
I
II. Mắc mạch điện như hình vẽ: II. Dòng điện xoay chiều trong mạch chỉ có tụ điện:
1. Tác dụng của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều:
Mắc mạch điện như hình vẽ. Đặt vào A, B một hiệu
điện thế xoay chiều:
- Đóng K vào M, ta thấy đèn D sáng lên với một độ
sáng nào đó.
- Đóng K vào N, ta thấy đèn D sáng kém hơn trước.
Nhưng nếu thay hiệu điện thế xoay chiều bằng hiệu
điện thế không đổi thì đèn không sáng.
Kết luận: tụ điện không cho dòng một chiều đi qua,
nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nó. Đồng thời,
nó cũng có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều,
nghĩa là nó có điện trở và gọi là dung kháng.
* Đặt vào A, B một hiệu điện thế
xoay chiều u = U0 sint (1)
Điện lượng q tích trên tụ ở tại thời
điểm t là q = C.u = ?
2. Quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế:
Nối hai đầu A, B của một tụ điện C với một hiệu điện
thế xoay chiều:
u = U0 sint (1)
Mặt khác, theo định nghĩa về cường
độ dòng điện là:
t
q
i
Nếu t vô cùng nhỏ ==> i = ?
Chuyển hàm cos hàm sin =>
phương trình i = ? (2)
Từ (1) và (2): hs rút ra nhận xét
gì về các dao động hiệu điện thế và
cường độ dòng điện?
Điện lượng q của tụ điện ở thời điểm t là:q = C.u =
C.U0 sint.
Với C: điện dung của tụ (F, mF)
Theo định nghĩa về cường độ dòng điện qua mạch trong
thời gian t là:
t
q
i
Nếu xét với t vô cùng nhỏ (t 0) thì:i = q' = C.
U0 sint.
Đặt: I0 = CU0
=> i = I0 cost =
2
tsinI0 (2)
* Từ nhận xét trên, hs có thể viết lại
biểu thức hiệu điện thế u = ? nếu
cho dòng điện qua mạch có dạng: i
= I0 sin t
(u = U0 sin
2
t)
Nhận xét: từ (1) và (2) ta thấy: dòng điện qua tụ
điệnbiến thiên điều hòa cùng tần số nhưng sớm pha
hơn hiệu điện thế là
2
Giản đồ vectơ:
* Từ biểu thức I0 = CU0, chia 2 vế 3. Định luật Ohm:
cho 2
=> I = ? , nếu đặt
Cw
1
ZC
=> biểu thức định luật Ohm cho
đoạn mạch chỉ có tụ điện C : I = ?
* Từ biểu thức I = CU => I ~
Nếu dòng điện có tần số lớn (w
lớn) thì dòng qua tụ như thế nào?
Nếu dòng điện có = 0 (hay f = 0,
dòng DC) thì dòng có qua tụ được
không?
Từ: I0 = CU0 .Đặt
Cw
1
ZC là dung kháng của tụ (
)
=> C
0
0Z
U
I; chia 2 vế cho 2=> C
Z
U
I
* Lưu ý:
+ Ta thấy I tỉ lệ với nếu càng lớn, nghĩa là
tần số càng lớn thì dòng điện dễ “đi qua” tụ, và
ngược lại.
+ Nếu = 0 (tức là f = 0) thì I = 0, nghĩa là dòng
không đổi thì không qua tụ.
D. Củng cố: Nhắc lại:
Đoạn mạch chỉ có Điện trở thuần
R
Tụ điện C
Biểu thức dòng
điện
i = I0 sint i = I0 sint
Hiệu điện thế u = U0 sint u = U0 sin
2
t
Hiệu điện thế hiệu
dụng U = IR U = IZC với
C
1
ZC