Giáo án môn Vật lí 12 - Tiết học: Truyền tải điện năng – máy biến áp

Tên bài học: TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG – MÁY BIẾN ÁP
	Ngày soạn: 21/11/2017	Số tiết: 01
A. Nội dung bài học
1. Mô tả chủ đề
Chủ đề gồm các nội dung:
- Truyền tải điện năng đi xa.
- Máy biến áp: cấu tạo, hoạt động, khảo sát thực nghiệm, ứng dụng máy biến áp.
2. Mạch kiến thức chủ đề
- Tìm hiểu cách phân phối và truyền tải điện năng đi xa hiện nay đang sử dụng ở các nước. 
- Trong truyền tải điện năng đi xa thì cần phải giảm tối đa hao phí, đề xuất các phương pháp giảm hao phí khả dĩ, biện luận các phương án đề ra.
- Lựa chọn phương án tối ưu: tăng điện áp khi truyền đi và giảm điện áp ở nơi sử dụng. Suy ra vai trò của máy biến áp.
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, khảo sát thực nghiệm một máy biến áp để xây dựng các công thức cho máy biến áp.
- Ứng dụng của máy biến áp trong cuộc sống, tìm hiểu thêm nghề điện cơ (quấn máy biến áp, quấn cuộn dây).
B. Tiến trình dạy học
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Viết được biểu thức của điện năng hao phí trên đường dây tải điện, từ đó suy ra những giải pháp giảm điện năng hao phí trên đường dây tải điện, trong đó tăng áp là biện pháp triệt để và hiệu quả nhất.
- Phát biểu được định nghĩa, nêu được cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy biến áp.
- Viết được hệ thức giữa điện áp của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp trong máy biến áp.
- Viết được biểu thức giữa cường độ dòng điện I trong cuộn thứ cấp và trong cuộn sơ cấp của một máy biến áp.
2. Kĩ năng
- Vận dụng đươc hệ thức giữa điện áp của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp trong máy biến áp để giải các bài tập.
- Vận dụng đươc hệ thức giữa cường độ dòng điện của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp trong máy biến áp
- Giải được các bài tập liên quan đến hao phí trong quá trình truyền tải điện năng đi xa.
3. Thái độ 
- Rèn thái độ tích cực tìm hiểu, học tập, tự lực nghiên cứu các vấn đề mới trong khoa học.
- Liên hệ kiến thức lý thuyết với thực tế, rèn kỹ năng học tập nhóm.
4. Định hướng hình thành năng lực
- Năng lực chung: Năng lực tự học, giải quyết vấn đề, suy luận lý thuyết, giao tiếp, hợp tác.
- Năng lực chuyên biệt: Năng lực tự nghiên cứu, vận dụng lý thuyết, hoạt động nhóm, quan sát.
II. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH
1. Chuẩn bị của giáo viên
- Thiết bị dạy học: Thước thẳng, máy chiếu, máy biến áp, đồng hồ đo điện đa năng, dây nối. 
- Học liệu: Các slide trình chiếu mô phỏng hoạt động của máy biến áp, phiếu học tập.
2. Chuẩn bị của học sinh
- Ôn lại các kiến thức cũ liên quan đến máy biến áp và truyền tải điện năng đi xa.
- Chuẩn bị các nội dung trong phiếu học tập.
- Nghiên cứu hình ảnh, hoạt động, sơ đồ hệ thống truyền tải điện năng của địa phương nơi sinh sống.
- Học bài cũ và làm các bài tập giáo viên giao về nhà.
3. Bảng tham chiếu các mức yêu cầu cần đạt của câu hỏi, bài tập, kiểm tra, đánh giá
Nội dung
Nhận biết
Thông hiểu
Vận dụng
Vận dụng cao
Bài toán truyền tải điện năng
- Biết được phương pháp để giảm hao phí trong quá trình truyền tải điện năng đi xa.
- Viết biểu thức xác định công suất hao phí.
- Phân tích các phương án có thể giảm hao phí trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, từ đó rút ra phương án tối ưu: tăng hiệu điện thế khi truyền tải.
- Xác định công suất hao phí trong quá trình truyền tải điện năng đi xa
- Hiệu suất truyền tải điện.
- Nhận xét sự biến đổi Php theo điện áp Uphát.
- Xác định sự biến đổi Php theo điện áp Uphát khi công suất tiêu thụ không đổi.
Máy biến áp
- Định nghĩa máy biến áp.
- Cấu tạo máy biến áp, các đại lượng trong máy biến áp.
- Máy biến áp chỉ biến đổi điện áp xoay chiều và cường độ dòng điện xoay chiều.
- Máy biến áp vừa là máy tăng áp vừa là máy giảm áp.
- Xác định các đại lượng của máy biến áp N1, N2, U1, U2, I1, I2.
- Hiệu suất của máy biến áp.
Ứng dụng của máy biến áp
Các ứng dụng của máy biến áp trong thực tế.
III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG HỌC TẬP (Tiến trình dạy học)
* Kiểm tra bài cũ
Câu 1: Viết biểu thức tính công suất điện tiêu thụ của mạch xoay chiều?
Câu 2: Viết biểu thức tính hệ số công suất và giải thích các đại lượng trong công thức?
Câu 3: Nêu tầm quan trọng của hệ số công suất? 
A. KHỞI ĐỘNG
HOẠT ĐỘNG 1. Tìm hiểu về hệ thống phân phối truyền tải điện năng đi xa của Việt Nam hiện nay, cũng như các nước khác trên thế giới.
(1) Mục tiêu: Nắm được sơ lược hệ thống phân phối, truyền tải điện năng đi xa bằng đường dây 500 kV, 220 kV. Tăng áp khi truyền đi và giảm áp khi đến nơi tiêu thụ bằng máy biến áp.
(2) Phương pháp/Kĩ thuật dạy học: Hoạt động nhóm, giải quyết vấn đề, vấn đáp.
(3) Hình thức tổ chức hoạt động: Học sinh tự tìm hiểu trước ở nhà, xem slide trình chiếu hình ảnh trả lời các câu hỏi của phiếu học tập.
(4) Phương tiện dạy học: Máy chiếu
(5) Sản phẩm: 
- Nắm được phương án truyền tải điện năng đi xa: tăng áp khi truyền đi, giảm áp khi đến nơi tiêu thụ.
Nêu nội dung của hoạt động 1
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Chuyển giao nhiệm vụ học tập: giáo viên trình chiếu các slide về hệ thống phân phối và truyền tải điện năng đi xa.
Theo dõi, hướng dẫn, giúp đỡ HS thực hiện nhiệm vụ.
Đánh giá kết quả (sản phẩm) thực hiện nhiệm vụ của học sinh.
Thực hiện nhiệm vụ học tập: học sinh theo dõi và hoàn thành các nội dung trong phiếu học tập số 1.
Trao đổi thảo luận.
Báo cáo kết quả, thảo luận. HS cập nhật sản phẩm của hoạt động học.
PHIẾU HỌC TẬP 1
Câu 1: Điện áp của mạng điện dân dụng (sinh hoạt và sản suất) hiện nay của Việt Nam có giá trị bằng....................................................................................................................................................
Câu 2: Đường dây tải điện Bắc Nam hiện nay của Việt Nam có giá trị điện áp bằng..............................
Câu 3: Máy biến áp xuất hiện trên đường dây tải điện đóng vai trò gì? Trạm biến áp xã Đông ở đầu thị trấn Kbang đóng vai trò gì?.................................................................................................................
............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
B. HÌNH THÀNH KIẾN THỨC 
HOẠT ĐỘNG 2. Bài toán truyền tải điện năng
(1) Mục tiêu: 
- Biểu thức xác định công suất hao phí trong quá truyền tải điện năng đi xa 
- Biện luận được các phương án để giảm hao phí, đề ra phương án tối ưu: tăng điện áp khi truyền tải.
(2) Phương pháp/Kĩ thuật dạy học: Giải quyết vấn đề, vấn đáp, hoạt động nhóm, đàm thoại.
(3) Hình thức tổ chức hoạt động: Giáo viên nêu nội dung bài toán truyền tải điện năng, các nhóm xây dựng biểu thức tính công suất hao phí, biện luận các phương án.
(4) Phương tiện dạy học: Máy chiếu, phiếu học tập, bảng phụ.
(5) Sản phẩm: 
- Công suất hao phí trong quá truyền tải điện năng đi xa 
- Để giảm công suất hao phí ta cần tăng điện áp trước khi đưa lên đường dây truyền tải và giảm áp khi đến nơi tiêu thụ, suy ra cần máy biến áp.
Nêu nội dung của hoạt động 2
I. Bài toán truyền tải điện năng
- Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây 
- Để giảm Php ta có hai phương án
+ Phương án 1: Giảm điện trở r với hao phí vật tư dây đồng, trụ điện, thi công...
+ Phương án 2: Tăng điện áp Uphát (tối ưu).
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
- Chuyển giao nhiệm vụ học tập: giáo viên chuyển giao nhiệm vụ ở phiếu học tập số 2.
- Viết công thức xác định điện trở r của đường dây tải điện? Biện luận cách giảm r và các khó khăn gặp phải?
- Nếu tăng Uphát lên n lần thì Php giảm bao nhiêu lần?
Thực hiện nhiệm vụ học tập.
Trao đổi thảo luận và thực hiện yêu cầu.
- Theo dõi, hướng dẫn, giúp đỡ HS thực hiện nhiệm vụ.
Đánh giá kết quả (sản phẩm) thực hiện nhiệm vụ của học sinh.
Báo cáo kết quả, thảo luận. 
HS cập nhật sản phẩm của hoạt động học.
Nhà máy điện
Nơi tiêu thụ điện
r/2
r/2
PHIẾU HỌC TẬP 2
Uphát
Câu 1: Bài toán truyền tải điện năng: Công suất nhà máy điện Pphát, điện trở dây dẫn r, điện áp nơi phát Uphát, hệ số công suất mạch điện . Tính công suất hao phí (tỏa nhiệt) trên dây.
Câu 2: Dựa vào công thức xác định công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải điện, đề xuất các phương án có thể giảm công suất hao phí trong quá trình tải điện?..........................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
So sánh các phương án giảm hao phí đề ra, nhận xét ưu điểm và nhược điểm từng phương án.........................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
HOẠT ĐỘNG 3. Máy biến áp
(1) Mục tiêu: 
- Cấu tạo của máy biến áp, nguyên tắc hoạt động của máy biến áp.
- Các công thức của máy biến áp.
(2) Phương pháp/Kĩ thuật dạy học: Giải quyết vấn đề, vấn đáp, hoạt động nhóm, đàm thoại.
(3) Hình thức tổ chức hoạt động: Giáo viên cho học sinh xem một máy biến áp thực tế, học sinh nêu cấu tạo. Trình chiếu slide giới thiệu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động. Tiến hành đo lường điện áp ra của máy biến áp khảo nghiệm lại công thức máy biến áp.
(4) Phương tiện dạy học: Máy chiếu, phiếu học tập, máy biến áp.
(5) Sản phẩm: 
- Cấu tạo máy biến áp: gồm hai cuộn dây sơ cấp (nối nguồn điện xoay chiều) và thứ cấp nối tải tiêu thụ.
- Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Công thức máy biến áp lý tưởng: 
Nêu nội dung của hoạt động 3
II. Máy biến áp
1. Định nghĩa – Cấu tạo – Nguyên tắc hoạt động
a. Định nghĩa: Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.
b. Cấu tạo – Nguyên tắc hoạt động
- Gồm hai cuộn dây quấn trên khung dây (lõi biến áp): Cuộn sơ cấp có N1 nối vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1. Cuộn thứ cấp có N2 vòng nối vào tải tiêu thụ.
- Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
2. Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp
Máy biến áp lý tưởng 
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
- Chuyển giao nhiệm vụ học tập: giáo viên cung cấp cho các nhóm máy biến áp, yêu cầu các nhóm nêu cấu tạo của máy biến áp.
- Trình chiếu slide cấu tạo máy biến áp.
- Trình chiếu slide mô phỏng nguyên tắc hoạt động của máy biến áp.
- Khảo nghiệm máy biến áp bằng cách đo U1; U2
- Theo dõi, hướng dẫn, giúp đỡ HS thực hiện nhiệm vụ.
Đánh giá kết quả (sản phẩm) thực hiện nhiệm vụ của học sinh.
Thực hiện nhiệm vụ học tập.
Trao đổi thảo luận và thực hiện yêu cầu.
Báo cáo kết quả, thảo luận. 
Học sinh thực hiện yêu cầu bài học
HS cập nhật sản phẩm của hoạt động học.
HOẠT ĐỘNG 4. Ứng dụng của máy biến áp
(1) Mục tiêu: 
- Ứng dụng máy biến áp để truyền tải điện năng đi xa, ổn áp điện gia đình
- Ứng dụng máy biến áp để hàn điện, nấu chảy kim loại
(2) Phương pháp/Kĩ thuật dạy học: Giải quyết vấn đề, vấn đáp, hoạt động nhóm, đàm thoại.
(3) Hình thức tổ chức hoạt động: Giáo viên cho học sinh xem sơ đồ truyền tải điện năng đi xa dùng máy biến áp, hình ảnh máy hàn điện hoạt động theo nguyên tắc biến áp.
(4) Phương tiện dạy học: Máy chiếu, máy biến áp, máy hàn điện.
(5) Sản phẩm: 
- Ứng dụng máy biến áp để truyền tải điện năng đi xa.
- Ứng dụng máy biến áp để hàn điện, nấu chảy kim loại theo nguyên tắc biến áp.
Nêu nội dung của hoạt động 3
III. Ứng dụng của máy biến áp
1. Truyền tải điện năng: Tăng áp khi truyền đi, giảm áp đến nơi tiêu thụ.
2. Nấu chảy kim loại, hàn điện
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
- Chuyển giao nhiệm vụ học tập: giáo viên cho học sinh xem sơ đồ hệ thống truyền tải điện hiện nay ở Việt Nam (trình chiếu slide)
- Giới thiệu máy hàn điện để nấu chảy kim loại hàn kim loại lại với nhau dùng cho thợ hàn
Thực hiện nhiệm vụ học tập.
Trao đổi thảo luận và thực hiện yêu cầu.
- Theo dõi, hướng dẫn, giúp đỡ HS thực hiện nhiệm vụ.
Đánh giá kết quả (sản phẩm) thực hiện nhiệm vụ của học sinh.
Báo cáo kết quả, thảo luận. 
Học sinh thực hiện yêu cầu bài học
HS cập nhật sản phẩm của hoạt động học.
C. LUYỆN TẬP
HOẠT ĐỘNG 5: Củng cố lý thuyết và luyện tập giải một số bài tập 
(1) Mục tiêu: Học sinh nắm được nội dung cơ bản của bài học, biết vận dụng kiến thức vừa được hình thành giải quyết một số bài tập.
(2) Phương pháp/Kĩ thuật dạy học: Vấn đáp, hoạt động nhóm, giải quyết vấn đề.
(3) Hình thức tổ chức hoạt động: Các học sinh lắng nghe nội dung củng cố của giáo viên phần lý thuyết, hoạt động nhóm thảo luận phần bài tập, đại diện nhóm lên bảng trả lời.
(4) Phương tiện dạy học: Máy chiếu, phiếu học tập.
(5) Sản phẩm: Học sinh tóm tắt được nội dung bài học, giải được các bài tập giáo viên giao.
Nêu nội dung của hoạt động
- Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây . Để giảm Php ta tăng điện áp Uphát (tối ưu).
- Máy biến áp là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.
+ Cấu tạo: gồm hai cuộn dây quấn trên khung dây (lõi biến áp): Cuộn sơ cấp có N1 nối vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1. Cuộn thứ cấp có N2 vòng nối vào tải tiêu thụ.
+ Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
+ Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp lý tưởng: Máy biến áp lý tưởng 
Bài 2/91 SGK: C
Bài 3/91 SGK: A
Bài 4/91 SGK: a. Cuộn sơ cấp N1=200 vòng, U2=11000V	
b. Cuộn có tiết diện dây lớn hơn là cuộn sơ cấp do chịu dòng I lớn.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Chuyển giao nhiệm vụ học tập: Giáo viên củng cố những nội dung trọng tâm của bài học.
Thực hiện nhiệm vụ học tập: học sinh lắng nghe, ghi chép, ghi nhớ những nội dung trọng tâm của bài học.
Yêu cầu học sinh hoạt động nhóm làm các bài tập 2,3 và 4 trang 91 SGK
Theo dõi, hướng dẫn, giúp đỡ HS thực hiện nhiệm vụ
+ Sử dụng công thức máy biến áp , tóm tắt các đại lượng đề bài cho, tìm các đại lượng còn thiếu.
+ Hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cuộn nào chịu dòng điện lớn hơn, dây cuộn nào có tiết diện lớn hơn, vì sao?
Đánh giá kết quả (sản phẩm) thực hiện nhiệm vụ của học sinh.
Trao đổi thảo luận thực hiện yêu cầu của giáo viên.
Báo cáo kết quả, thảo luận. HS cập nhật sản phẩm của hoạt động học.
D. VẬN DỤNG, TÌM TÒI, MỞ RỘNG
HOẠT ĐỘNG 6: Tìm hiểu ứng dụng của máy biến áp trong đời sống và kỹ thuật 
(1) Mục tiêu: Học sinh biết được các ứng dụng của máy biến áp trong đời sống và trong kỹ thuật, nhận biết được một máy biến áp, đọc thông số của một máy biến áp.
(2) Phương pháp/Kĩ thuật dạy học: Quan sát máy biến áp và các ứng dụng của máy biến áp.
(3) Hình thức tổ chức hoạt động: Cho học sinh quan sát máy biến áp, máy hàn điện, sơ đồ hệ thống phân phối điện, sạc điện thoại...
(4) Phương tiện dạy học: Máy biến áp, sạc điện thoại, máy chiếu, máy hàn điện...
(5) Sản phẩm: Nắm được một số ứng dụng của máy biến áp.
Nêu nội dung của hoạt động .
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Giáo viên giới thiệu cho học sinh máy biến áp, máy hàn điện để học sinh quan sát.
Học sinh quan sát, thảo luận
E. HƯỚNG DẪN HỌC Ở NHÀ
- Học bài cũ và làm bài tập 3; 5; 6 trang 91 SGK; làm thêm các bài tập từ 16.1 đến 16.11 trang 44, 45 và 46 sách bài tập.
- Đọc trước bài: “Máy phát điện xoay chiều”, nghiên cứu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều, tìm hiểu các nhà máy điện ở Việt Nam cũng như thế giới, tìm hiểu vài thông tin cơ bản về nhà máy thủy điện An Khê – Kanak.
- Chuẩn bị nội dung phiếu học tập giáo viên giao về nhà.
- Làm các bài tập Truyền tải điện năng – Máy biến áp.
NỘI DUNG CÁC CÂU HỎI, BÀI TẬP
1. Nội dung 1: Bài toán truyền tải điện năng
Câu hỏi 1: Công thức tính công suất hao phí trên đường dây truyền tải điện?
A. DP = 	B. DP = R2I	C. DP = UIcosj	D. DP = UIcos2j
Câu hỏi 2: Trong quá trình truyền tải điện đi xa biện pháp giảm hao phí nào là khả thi nhất?
A. Giảm điện trở 	B. Giảm công suất 	C. Tăng hiệu điện thế	D. Thay dây dẫn
Câu hỏi 3: Một máy phát điện xoay chiều có công suất 1000 kW. Dòng điện nó phát ra sau khi tăng thế ℓên 110kV được truyền đi xa bằng một dây dẫn có điện trở 20Ω. Coi hệ số công suất mạch bằng 1. Điện năng hao phí trên đường dây là
A. 6050W 	B. 2420W 	C. 5500W 	D. 1653W
Câu hỏi 4: Hiệu điện thế do nhà máy phát ra 10 kV. Nếu truyền tải ngay hao phí truyền tải sẽ là 5kW. Nhưng trước khi truyền tải hiệu điện thế được nâng lên 40kV thì hao phí trên đường truyền tải là
A. 1,25 kW 	B. 0,3125 kW 	C. 25 kW 	D. 1 kW
Câu hỏi 5: Cần truyền tải một nguồn điện có công suất P không đổi đi xa. Khi sử dụng điện áp truyền tải là U thì hiệu suất truyền tải là H. Hỏi nếu điện áp truyền tải là U’ = nU thì hiệu suất truyền tải là H’ bằng bao nhiêu so với H?
A. H' = 	B. H' = 	C. H' = 1 - 	D. H'=1 - 
Câu hỏi 6: Điện năng được truyền từ một trạm phát điện đến nơi tiêu thụ bằng đường dây tải điện một pha. Biết đoạn mạch tại nơi tiêu thụ (cuối đường dây tải điện) tiêu thụ điện với công suất không đổi và có hệ số công suất luôn bằng 0,8. Để tăng hiệu suất của quá trình truyền tải từ 80% lên 90% thì cần tăng điện áp hiệu dụng ở trạm phát điện lên
A. 1,33 lần.	B. 1,38 lần.	C. 1,41 lần.	D. 1,46 lần.
2. Nội dung 2: Máy biến áp
Câu hỏi 7: Nguyên tắc hoạt động của máy biến thế dựa trên hiện tượng
A. hiện tượng từ trễ 	B. cảm ứng từ 	C. cảm ứng điện từ 	D. cộng hưởng điện từ
Câu hỏi 8: Máy biến thế dùng để biến đổi hiệu điện thế của các
A. pin 	B. acqui 
C. nguồn điện xoay chiều	D. nguồn điện một chiều
Câu hỏi 9: Một máy biến thế có số vòng của cuộn sơ cấp là 5000 và thứ cấp là 1000. Bỏ qua mọi hao phí của máy biến thế. Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện thế xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100 V thì hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp khi để hở có giá trị là
A. 20 V. 	B. 40 V. 	C. 10 V. 	D. 500 V.
Câu hỏi 10: Điện áp và cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp là 220V và 0,5A, ở cuộn thứ cấp ℓà 20 V và 6,2A. Biết hệ số công suất ở cuộn sơ cấp bằng 1, ở cuộn thứ cấp ℓà 0,8. Hiệu suất của máy biến áp là tỉ số giữa công suất của cuộn thứ cấp và của cuộn sơ cấp là
A. 80% 	B. 40% 	C. 90,18% 	D. 95%