Bạn đang xem bài viết Bài Tập Vật Lý 12 Chuyên Đề Dòng Điện Xoay Chiều Một Phần Tử Chọn Lọc. được cập nhật mới nhất tháng 10 năm 2023 trên website 2atlantic.edu.vn. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ là hữu ích với bạn. Nếu nội dung hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất.
I. Các bài tập vật lý 12 mạch điện xoay chiều 1 phần tử R.
1. Lý thuyết cơ bản.
Cho điện áp u = U0cos(ωt + φu ) vào hai đầu một đoạn mạch có điện trở giá trị R, cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch là: i = I0cos(ωt + φi ).
– Định luật Ohm: mối liên hệ giữa dòng điện, điện áp và điện trở trên một đoạn mạch: Io = Uo / R
– Độ lệch pha: Δφ= φu- φi=0. Dòng điện luôn cùng pha với điện áp ở trường hợp này.
Một số dạng bài toán thường gặp:
Dạng 1: Tính toán giá trị hiệu dụng: I=U/R. Chú ý độ lệch pha lúc nào cũng là 0, tức lúc nào dòng điện cũng trùng pha với điện áp.
Dạng 2: Tính toán nhiệt lượng.
Một dòng điện chạy qua dây dẫn có điện trở, nhiệt lượng tỏa ra được nước hấp thụ. Tính toán hiệu suất?
Để làm dạng này, cần sử dụng công thức tỏa nhiệt trên điện trở theo hiệu ứng Jun-Lenxo: Q1 = I2Rt.
Nhiệt lượng mà nước hấp thụ sẽ là Q2= mc(t2 – t1). Với t2 là nhiệt độ lúc sau, t1 là nhiệt độ ban đầu của nước.
Nếu Q1=Q2, tức là nước hấp thụ toàn bộ nhiệt từ điện trở tỏa ra, hiệu suất đạt 100%.
Dạng 3: Tính toán công suất bóng đèn.
Xét dòng điện xoay chiều chạy qua bóng đèn, ta xem đó là trường hợp dòng điện đi qua dây dẫn có điện trở trong. Các công thức phía trên đều được áp dụng.
Từ các chỉ số ghi trên bóng đèn, ta sẽ nắm được công suất định mức Pdm và hiệu điện thế định mức Udm . Ta tính được các đại lượng sau:
– Điện trở bóng: R = U2/P.
– Cường độ dòng điện định mức: I=P/U
Nhận xét:
Khi dòng điện chạy qua bóng bằng dòng điện định mức thì bóng sáng bình thường.
Trong trường hợp các bóng đèn mắc song song:
Còn nếu trường hợp mắc nối tiếp:
2. Các bài tập vật lý minh họa.
Ví dụ 1: Cho dòng điện xoay chiều i = 4√2cos(100πt) A đi qua đoạn dây dẫn có R=7 Ohm. Để đoạn dây dẫn trên vào bình chứa m=1.2 kg nước. Sau khoảng T=10 phút, thì nhiệt độ nước trong bình sẽ là bao nhiêu, biết rằng ban đầu, bình nước có nhiệt độ 200C và hiệu suất hấp thu nhiệt là H=100%.
A. 200C
B. 240C
C. 60C
D. 120C
Hướng dẫn giải:
Để giải bài này, ta sử dụng công thức tỏa nhiệt trên dây dẫn và công thức tính nhiệt lượng hấp thụ:
Do H=100%, tức là không có mất mát, toàn bộ nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn được nước hấp thu sạch sẽ. Khi đó:
Ví dụ 2: Cho điện áp xoay chiều u = U√2cos(ωt) vào đoạn dây có điện trở thuần R=110Ω, lúc này giá trị cường độ dòng điện qua điện trở là 2A. Giá trị của U là:
A. 220V
B. 110V
C. 380V
D. 24V
Hướng dẫn giải.
Sử dụng công thức tính hiệu điện thế hiệu dụng: U=IR=2.110=220V.
Chọn đáp án A.
3. Một số câu trắc nghiệm tự luyện bài tập lý 12.
Đáp án:
1
2
3
4
5
A
A
D
D
C
II. Các bài tập vật lý 12 mạch điện xoay chiều 1 phần tử L.
1. Lý thuyết cơ bản.
Cho dòng điện xoay chiều i = I0cos(ωt + φi ) và điện áp xoay chiều dạng u = U0cos(ωt + φu ) đi qua 1 cuộn dây.
Tính cản trở dòng điện được đặc trưng bằng đại lượng cảm kháng ZL = ωL.
Định luật Ohm: I=U/ ZL (dùng cho giá trị hiệu dụng)
Độ lệch pha: Δφ= φu- φi=π/2. Điện áp nhanh pha 1 góc π/2 so với dòng điện.
Các dạng toán thường gặp:
Dạng 1: xác định các đại lượng đặc trưng:
Cảm kháng ZL = ωL.
Cường độ dòng điện hiệu dụng I=U/ ZL
Dạng 2: Tính toán giá trị tức thời.
2. Ví dụ minh họa.
Ví dụ 1: Đặt điện áp u = U0cos(ωt) vào hai đầu một cuộn cảm thuần, giá trị tự cảm L. Khi đó, dòng điện đi qua cuộn cảm sẽ là?
Hướng dẫn giải.
Ta sử dụng định luật Ohm để tính: I=U/ ZL, suy ra I0=U0/ ZL .
Mặt khác, u sớm pha hơn i một góc π/2 nên ta chọn đáp án C.
Ví dụ 2: Cho một điện áp u = U√2cos(ωt) đi qua một cuộn cảm thuần, cường độ dòng điện có giá trị hiệu dụng I. Xét tại thời điểm t, điện áp ở hai đầu cuộn cảm là u và cường độ dòng điện là i. Hệ thức liên hệ nào sau đây sẽ đúng?
Hướng dẫn giải.
Do dòng điện vuông pha với điện áp ở mọi thời điểm t, suy ra
Đáp án là C.
3. Một số bài tập tự luyện.
Đáp án: 1-A ; 2-B ; 3-A
1
2
3
A
B
A
III. Các bài tập lý 12 mạch điện xoay chiều 1 phần tử C.
1. Lý thuyết cơ bản.
Cho dòng điện xoay chiều i = I0cos(ωt + φi ) và điện áp xoay chiều dạng u = U0cos(ωt + φu ) đi qua tụ điện thuần.
Đại lượng cản trở dòng điện dung kháng: ZC=1/Cω
Định luật Ohm: I=U/ZC (chú ý chỉ xài cho giá trị hiệu dụng)
Độ lệch pha Δφ= φu- φi=-π/2. Điện áp trễ pha 1 góc π/2 so với dòng điện.
Dạng toán thường gặp:
Dạng 1: tính toán đại lượng đặc trưng: dùng các công thức dung kháng và định luật Ohm.
Dạng 2: tính toán giá trị tức thời:
Nhận xét:
2. Ví dụ minh họa.
3. Bài tập vật lý 12 tự luyện.
Đáp án:
1
2
3
B
B
B
Bài 12. Đại Cương Về Dòng Điện Xoay Chiều
KIỂM TRA BÀI CŨCâu 1:Hãy nêu khái niệm về dòng điện không đổi và phát biểu định luật Jun?Câu 2:Hãy nhắc lại biểu thức tính từ thông và biểu thức tính suất điện động cảm ứng? Cách qui ước chiều của dòng điện cảm ứng?
Trường THPT Gò Công Đông VÕ THỊ LIÊN
TRẢ LỜI CÂU HỎICâu 1: +Khái niệm về dòng điện không đổi:Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không đổi theo thời gian. +Nhiệt lượng toả ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn ,với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó. Trường THPT Gò Công Đông VÕ THỊ LIÊN
TRẢ LỜI CÂU HỎICâu 2:+Biểu thức tính từ thông qua mạch kín:+Biểu thức tính suất điện động cảm ứng:+Cách qui ước chiều dòng điện cảm ứng:Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.Dòng điện xoay chiều sử dụng rất phổ biến trong thực tế .Vậy dòng điện xoaychiều là gì?nguyên tắc tạo ra nó như thế nào và trong thực tế khi nói về dòng điện xoay chiều ta quan tâm đến giá trị gì của nó ? Trường THPT Gò Công Đông VÕ THỊ LIÊN
BÀI 12I.KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUII.NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUIII.GIÁ TRỊ HIỆU DỤNGThế nào là dòng diện xoay chiều?I.KHÁI NiỆM VỀ DÒNG ĐiỆN XOAY CHIỀU:Dòng điện xoay chiều được hiểu là dòng điện có cường độ là hàm số sin hay côsin của thời gian :Cường độ tức thờiA):Cường độ cực đại(A):Tần số góc(rad/s):pha ban đầu(rad):pha của I ở thời điểm t(rad)Xác định giá trị cực đại ,tần số góc,chu kì ,tần số,pha ban đầu của các dòng điện xoay chiều có cường độ tức thời(tính ra Ampe) cho bởi :
Đồ thị của I theo t có dạng như thế nào?OtiIoT/8TĐồ thị hình sin của I cắt:1.Trục hoành tại những điểm có toạ độ bằng bao nhiêu? 2.Trục tung tại điểm có toạ độ bằng bao nhiêu Io?
a)Đồ thị cắt trục hoành tại những điểm có tọa độ
Với K=0,1,2….
b)Đồ thị cắt trục tung tại điểm có tọa độ:Ta có:ABCDT/2T/4EDòng điện xoay chiều được tạo ra như thế nào?Nếu có một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn ,hai đầu khép kín,quayxung quanh một trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trongmột từ trường đều có phương vuông góc với trục quay.Hãy nhắc lại biểu thức tính từ thông qua mạch
BÀI 12NÔI DUNGII.NGUYÊN TẮC TẠO RADÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUI.KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUGIÁ TRỊ HIỆU DỤNGII.NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐiỆN XOAY CHIỀU: Một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn,giả sử hai đầu dây khép kính,quay xung quanh một trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong một từ trường đều có phương vuông góc với trục quay. Khi đó trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều Ta có:BÀI 12NÔI DUNGI.KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUII.NGUYÊN TẮC TẠO RADÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUGIÁ TRỊ HIỆU DỤNGII.NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐiỆN XOAY CHIỀU:
Khi khung dây quay từ thông qua mạch sẽ như thế nào?Khi khung quay thì từ thông qua mạch kín sẽ biến thiên.Nếu từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch kín sẽ xuất hiện đại lượng nào? Hãy nhắc lại biểu thức của đại lượng đó ? Khi từ thông qua mạch kín biến thiên theo thời gian t thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng .Theo định luật Fa- ra-đây:
Nếu cuộn dây khép kín cóR thì cường độ dòng điện cảm ứng:Đây là dòng điện xoay chiều với tần số góc và cường độ dòng điện cực đại:Chiều dương của I thuận với chiều pháp tuyến cùa mặt phẳng chứa cuộn dâyTrường THPT Gò Công Đông VÕ THỊ LIÊN
BÀI 12NÔI DUNGI.KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUII.NGUYÊN TẮC TẠO RADÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUGIÁ TRỊ HIỆU DỤNGKhi tính toán đo lường… các mạch điện xoay chiều chủ yếu sử dụng các giá trị gì?(Cực đại hay hiệu dụng)?III.GIÁ TRỊ HiỆU DỤNG:Dòng điện xoay chiều cũng có hiệu ứng tỏa nhiệt Jun-Lennhư dòngmột chiều.Nếu cho i qua R thì trong thời gian tCông suất tức thời tiêu thụ trong R được tính như thế nào?Công suất tức thời :
Công suất trung bình trong một chu kì:Đối với dòng điện không đổi:So sánh(1) và(2)::Cường độ hiệu dụng (A):Cường độ cực đại(A)VớiCường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng cógiá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi,sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng điện xoay chiều nói trênBÀI 12NÔI DUNGI.KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUII.NGUYÊN TẮC TẠO RADÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀUGIÁ TRỊ HIỆU DỤNG*Chú ý: +Đối với dòng điện xoay chiều những đại lượng :điện áp,suất điện động ,cường độ điện trường, điện tích…người ta định nghĩa các giá trị hiệu dụng như sau:
Giá trị hiệu dụng=Giá trị cực đại :
+Các số liệu ghi trên các thiết bị điện đều là các giá trị hiệu dụng +Các số liệu đo đối với mạch điện xoay chiều chủ yếu cũng là đo giá trị hiệu dụng.Trường THPT Gò Công Đông VÕ THỊ LIÊN
Mạch điện xoay chiều có ghi 220V.Tính giá trị cực đại của điện áp?Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mạch xoay chiều:
a)Tần số góc của dòng điện là bao nhiêu?b) Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch đó là bao nhiêu?
Trường THPT Gò Công Đông VÕ THỊ LIÊN
Đại Cương Về Dòng Điện Xoay Chiều, Trắc Nghiệm Vật Lý Lớp 12
Chủ đề này gồm các vấn đề: cách tạo ra dòng điện xoay chiều, khái niệm dòng điện xoay chiều, hiệu điện thế dao động điều hòa (điện áp), độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp.
A. LÍ THUYẾT 1. Cách tạo ra suất điện động xoay chiềua. Cơ sở lí thuyết– Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từb. Cách tạo ra và công thức:
– Xét một khung dây có diện tích S gồm N vòng dây
Đặt trong một từ trường đều B
Tại thời điểm t = 0:
Trong đó : + : từ thông (Vêbe (Wb));: là từ thông cực đại.
+: Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều B:Tesla(T)
+: là tần số góc bằng tốc độ quay của khung (rad/s)
2. Khái niệm dòng điện xoay chiều.a. Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ dòng điện (điện áp) biến đổi điều hòa theo thời gian (theo hàm cosin hay sin).
– Định nghĩa: Cường độ dòng điện hiệu dụng là cường độ của dòng điện không đổi mà nếu cho chúng lần lượt đi qua cùng một điện trở trong cùng một khỏang thời gian thì nhiệt lượng tỏa ra là như nhau
– Biểu thức giá trị hiệu dụng: ; ; E=
– Ý nghĩa giá trị hiệu dụng:
+ Trong thực tế người ta thường sử dụng giá trị hiệu dụng để nói về đại lượng của dòng điện: Ampe kế và Vôn kế nhiệt đo giá trị hiệu dụng
+ Dòng điện xoay chiều được sử dụng ở hệ thống điện gia đình là 220V – 50Hz (U = 220V; f = 50Hz)
c. Biểu thức. * Trong đó:
+ i,u: giá trị cường độ dòng điện và điện áp tức thời, đơn vị là (A).
+ ,: là các hằng số.
+ là tần số góc.
+ : pha của dòng điện tại thời điểm t.
+ ; : Pha ban đầu của dòng điện, điện áp
– Các đại lượng đặc trưng.
* Chu kì: (s).
* Tần số: .
3. Độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp.– Đặt , được gọi là độ lệch pha của điện áp và dòng điện trong mạch.
– Nếu thì khi đó điện áp nhanh pha hơn dòng điện hay dòng điện chậm pha hơn điện áp.
– Nếu thì khi đó điện áp chậm pha hơn dòng điện hay dòng điện nhanh pha hơn điện áp.
B. BÀI TẬP Dạng 1: XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNGThông thường bài tập thuộc dạng này yêu cầu ta tính từ thông, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây quay trong từ trường. Ta sử dụng các công thức sau để giải:
– Tần số góc: ω=2πf, Với f là số vòng quay trong mỗi giây bằng tần số dòng điện xoay chiều.
– Vẽ đồ thị: Đồ thị là đường hình sin:
* có chu kì :
C1: Với ,
*/Bài toán về số lần
Dòng điện xoay chiều
– Số lần đổi chiều(dòng điện đổi chiều là khi dòng điện bằng không)
* Mỗi giây đổi chiều 2f lần
* Nếu pha ban đầu hoặc thì chỉ giây đầu tiên đổi chiều 2f-1 lần.
– Số lần đèn sáng đèn tẳt trong 1s: 2f lần
DẠNG 3: TỔNG HỢP DAO ĐỘNGCách 1 : Sử dụng hình
Cách 2 : Sử dụng công thức
DẠNG 4: GIÁ TRỊ TỨC THỜI VÀ ĐỘ LỆCH PHA– Xác định đề bài: Giá trị tức thời (x 1; x 2); Biên độ (A 1; A 2) ; Độ lệch pha
– Xác định đại lượng xét giá trị tức thời: Với những đại lượng giá trị thời của u của đoạn có nhiều thiết bị:
C1: Có thể để nguyên đoạn
C2: Tách thành những hiệu điện thế thành phần
b. Các trường hợp về pha thường gặp
(Cùng cực đại, cùng cực tiểu và cùng bằng không tại một thời điểm)
+ Tính bằng giản đồ
+ Mối quan hệ giữa A 1 ; A 2 là mối quan hệ giữa (U, I) ; (U 1 ; U 2)
+ Dùng đường tròn để sử lí
DẠNG 5: ĐIỆN LƯỢNG CHUYỂN QUA DÂY DẪN– Điện lượng qua tiết diện S trong thời gian t là q với : q = i.t
Điện lượng qua tiết diện S trong thời gian từ t 1 đến t 2 là Δq :
Chú ý :Bấm máy tính phải để ở chế độ rad.
– Điện lượng chuyển qua tiết diện trong một chu kỳ là :0
Hướng dẫn
– Điện lượng chuyển qua tiết diện trong nửa chu kỳ từ thời điểm i = 0:
Ví dụ(Bài tập về suất điện động xoay chiều): (Trích đề thi đại học 2008) Một khung dây dẫn hình chữ nhật có 100 vòng, diện tích mỗi vòng , quay đều quanh trục đối xứng của khung với vận tốc góc 120 vòng/phút trong một từ trường đều có cảm ứng từ bằng 0,2T. Trục quay vuông góc với các đường cảm ứng từ. Chọn gốc thời gian lúc vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây ngược hướng với vectơ cảm ứng từ. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong khung là
A. B.
C. D.
Tần số góc: (rad/s).
Ví dụ(Bài toán về khoảng thời gian): Một đèn nêon mắc với mạch điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220V và tần số 50Hz .Biết đèn sáng khi điện áp giữa 2 cực không nhỏ hơn 155V .
Hướng dẫn
a. Trong một giây , số lần đèn sáng và số lần đèn tắt là
A. Sáng 100 lần, tắt 100 lần. B. Sáng 50 lần, tắt 50 lần.
C. Sáng 300 lần, tắt 100 lần. D. Sáng 100 lần, tắt 50 lần.
b. Tỉ số giữa thời gian đèn sáng và thời gian đèn tắt trong một chu kỳ của dòng điện ?
A. 3 B. 4 C. 2 D. 1
a.
-Trong một chu kỳ có 2 khoảng thời gian thỏa mãn điều kiện đèn sáng
Do đó trong một chu kỳ ,đèn chớp sáng 2 lần ,2 lần đèn tắt
-Số chu kỳ trong một giây : n = f = 50 chu kỳ
-Trong một giây đèn chớp sáng 100 lần , đèn chớp tắt 100 lần
b. Tìm khoảng thời gian đèn sáng trong nửa chu kỳ đầu
-Thời gian đèn sáng trong nửa chu kỳ :
-Thời gian đèn tắt trong chu kỳ :
-Tỉ số thời gian đèn sáng và thời gian đèn tắt trong một chu kỳ :
Ví dụ (Bài tập về tổng hợp dao động) : Đoạn mạch AC có điện trở thuần, cuộn dây thuần cảm và tụ điện mắc nối tiếp. B là một điểm trên AC với và .Tìm biểu thức hiệu điện thế u AC.
Với bài này ta phải vận dụng công thức lượng giác để tính.
(V).
Tóm Tắt Công Thức Giải Nhanh Vật Lý 12: 3 Dạng Bài Tập Dòng Điện Xoay Chiều Mạch Rlc.
I. Công thức giải nhanh vật lý 12: Các dạng toán cơ bản.
1. Tính tổng trở đoạn mạch RLC mắc nối tiếp.
Lý thuyết:
Cho mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp. Khi đó, tổng trở đoạn mạch là:
Trong đó:
Z là tổng trở (Ω)
R là điện trở thuần của đoạn mạch (Ω)
ZL=ωL gọi là cảm kháng (Ω)
ZC=1/ωC gọi là dung kháng (Ω)
Chú ý:
Trên mạch không có phần tử nào, ta hiểu giá trị của đại lượng thiếu đó sẽ là 0.
Trường hợp nhiều điện trở mắc song song hoặc nối tiếp, thì ta thay bằng điện trở tương đương theo công thức sau:
Tương tự, khi nhiều cuộn cảm ghép song song hoặc nối nối, ta thay bằng cảm kháng tương đương, tính bằng công thức:
Tượng tự cho tụ điện, ta sử dụng công thức sau nếu có nhiều tụ mắc song song hoặc nối tiếp
Ví dụ minh họa.
Ví dụ 1: xét mạch RLC (cuộn dây thuần cảm). gọi UR, UL, UC là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu phần tử điện trở, giữa hai đầu cuộn dây và giữa hai đầu tụ. Cho UR=UL=UC/2,khi đó dòng điện chạy qua mạch:
A. Trễ pha π/4 (rad) so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch.
B. Sớm pha π/4 (rad) so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch.
C. Trễ pha π/2 (rad) sơ với điện áp UR
D. Sớm pha π/2 (rad) so với điện áp UC.
Hướng dẫn giải:
Ta sử dụng sơ đồ sau:
Ta có công thức:
Vecto AD là vecto điện áp giữa hai đầu đoạn mạch. Vì UR=UL=UC/2 nên BC=BD. Suy ra tam giác ABD vuông cân tại B.
Mặt khác, dòng điện đi qua mạch lúc nào cũng cùng pha với điện áp đi qua điện trở. Mà
Suy ra điện áp giữa hai đầu đoạn mạch sẽ trễ pha π/4 (rad) so với điện áp UR. Vậy chọn đáp án B.
Ví dụ 2: Xét đoạn mạch xoay chiều có R=40 Ohm, cuộn cảm thuần có độ tự cảm là L=0.4/π H và một tụ điện có C=10-4π F. Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch có tần số 50Hz. Khi đó, tổng trở của mạch sẽ là:
A. 90Ω
B. 140Ω
C. 72Ω
D. 100Ω
Hướng dẫn giải:
Ta sử dụng các công thức tính cảm kháng và dung kháng:
Lại sử dụng công thức tổng trở:
Vậy chọn đáp án C.
2. Viết biểu thức dòng điện, hiệu điện thế.
Lý thuyết:
Để biểu diễn được một dòng điện hoặc hiệu điện thế, cần xác định các đại lượng sau:
+ Biên độ, pha lúc đầu, tần số.
+ Viết biểu thức của dòng ddienj I trước, sử dụng sơ đồ ứng dụng tính chất vuông pha giữa điện áp trên trở, trên cuộn cảm thuần và trên tụ để suy ra độ lệch pha giữa các đại lượng, từ đó suy ra biểu thức.
Nhận xét:
Cho phương trình u=U0cos(ωt+ϕU) và dòng điện i=I0cos(ωt+ϕI), ta có:
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Cho điện áp u=100cos(100πt) vào 2 đầu mạch điện RLC mắc nối tiếp. Biết rằng điện trở R=50√3 Ω, cuộn cảm thuần có giá trị L=1/π H và tụ điện có điện dung C=10-3π/5 F. Hãy xác định điện áp giữa hai đầu RC.
Hướng dẫn giải:
Vậy chọn đáp án A.
Ví dụ 2: Xét mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp, điện trở thuần R=10Ω, cuộn dây thuần cảm và tụ điện có C=10-3/(2π). Biết rằng biểu thức điện áp giữa 2 đầu tụ điện là uC=50√2cos(100πt-0.75π) (V). Hãy tính biểu thức cường độ dòng điện chạy qua mạch trên:
Hướng dẫn giải:
Ta sử dụng công thức tính dung kháng:
Điện áp đi qua tụ sẽ trễ pha 1 góc π/2 so với dòng điện đi qua mạch, từ đó ta có phương trình dòng điện trong mạch là:
Ta chọn đáp án B.
3. Bài toán về cộng hưởng điên.
Lý thuyết:
Cộng hương điện là trường hợp ở đó, công suất đạt cực đại. Điều kiện xảy ra cộng hưởng điện là ZL=ZC. Lúc này kéo theo tổng trở mạch sẽ là nhỏ nhất: Zmin=R, cường độ đi qua mạch sẽ là lớn nhất Imax=U/R
Khi cộng hưởng xảy ra, điện áp hai đầu mạch sẽ cùng pha với dòng điện chạy qua mạch đó.
Mối liên hệ giữa tần số với tổng trở:
Trong đó:
+ f0 là tần số cộng hưởng.
+ nếu f<f0 thì mạch có tính dung kháng.
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Xét một đoạn mạch gồm điện trở R=50 Ohm, cuộn cảm thuần độ tự cảm L và tụ điện có giá trị điện dung C=2.10-4/π F mắc nối tiếp. Áp vào hai đầu đoạn mạch điện áp có điện áp hiệu dụng 110V, f=50Hz thì xảy ra hiện tượng cổng hưởng. Tính độ tự cảm và công suất tiêu thụ của mạch.
Hướng dẫn giải:
Ta có ZC=1/(2πfC). Mặt khác khi xảy ra cộng hưởng: ZC=ZL=50 Ohm. Suy ra L=1/(2π) H.
Công suất tiêu thụ đạt cực đại Pmax=U2/R=242W
Ví dụ 2: Áp điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 200V có tần số không đổi f vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp. Biết rằng điện trở R, độ tự cảm L và điện dung C có thể thay đổi. Gọi N là điểm nằm giữa cuộn cảm và tụ điện. Các giá trị R,L,C hữu hạn khác không. Khi C=C1 thì điện áp giữa hai đầu biến trở R có giá trị không đổi và đồng thời cũng không thay đổi khi ta thay đổi giá trị của R. Tính điện áp hiệu dụng giữa A và N khi C=C1/2.
Hướng dẫn giải:
II. Công thức giải nhanh vật lý 12: Bài tập tự luyện.
Đáp án:
1
2
3
4
5
6
A
C
D
A
C
D
Dòng Điện Là Gì ? Dòng Điện Xoay Chiều Và Dòng Điện Một Chiều Là Gì ?
Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Xin cám ơn !
Từ thời xa xưa hay thời cổ đại, con người đã biết đến dòng điện thông qua các hiện tượng tự nhiên như sấm chớp, các luồng sét khi trời mưa. Tuy nhiên mãi đến thế kỷ 17 và 18 thì các lý thuyết về điện mới được hình thành và phát triển. Trong thời gian này hầu như các kiến thức chỉ là để giải thích hiện tượng tự nhiên của dòng điện chứ thực ra cũng chẳng một ai có thể áp dụng vào các ứng dụng thực tế như bây giờ.
Mãi đến cuối thế kỷ 19 cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp năng lượng, trong đó có cả ngành công nghiệp điện. Và từ đây dòng điện bắt đầu được khai thác và ứng dụng sâu vào trong đời sống và sản xuất của chúng ta đến tận bây giờ. Chính vì dòng điện có khá nhiều tính linh hoạt nên cho phép con người có thể áp dụng chúng trong hầu hết các lĩnh vực đời sống từ ẩm thực, giao thông, kinh tế, xây dựng, giáo dục,…Và hơn thế nữa ngành công nghiệp năng lượng hiện nay dường như là ngành xương sống cho một thế giới hiện đại.
Có thể nói dòng điện là các dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện thường là các electron. Trong các mạch điện mà chúng ta đang sử dụng hiện nay thì cũng được xem là dòng điện. Vì chúng cũng là dòng electron di chuyển và có hướng theo dây dẫn mà đi qua các thiết bị tiêu thụ điện để phục vụ nhu cầu của con người. Dòng điện thường được các nhà khoa học quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương. Khi đó trong mạch điện có dây dẫn kim loại, electron là các hạt mang điện, dòng electron có độ lớn bằng với độ lớn của dòng điện và có chiều ngược với chiều của dòng điện trong mạch.
Trong các loại vật liệu dẫn, các hạt tích điện có khả năng dịch chuyển tạo ra dòng điện được gọi là các hạt mang điện. Trong vật liệu kim loại, chất dẫn điện phổ biến nhất là các hạt nhân tích điện dương không thể dịch chuyển, chỉ có các electron tích điện âm có khả năng di chuyển tự do trong vùng dẫn. Do đó, trong kim loại các electron là các hạt mang điện. Trong các vật liệu dẫn khác, ví dụ như các chất bán dẫn, hạt mang điện có thể tích điện dương hay âm phụ thuộc vào chất pha. Hạt mang điện âm và dương có thể cùng lúc xuất hiện trong vật liệu, ví dụ như trong dung dịch điện ly ở các pin điện hóa.
Nhắc tới dòng điện chúng ta sẽ có thêm khái niệm cường độ dòng điện. Cường độ của dòng điện khi chạy qua một bề mặt sẽ được định nghĩa là lượng điện tích đi qua bề mặt đó trong một đơn vị thời gian nhất định. Trong quá trình học môn Vật Lý từ trung học ta đã biết cường độ dòng điện có ký hiệu là chữ I, và chúng ta có công thức tính là:
Chúng ta cũng có công thức về cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng thời gian. Nó được định nghĩa bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và khoảng thời gian mà chúng ta đang xét. Cụ thể là:
I tb là cường độ dòng điện trung bình, có đơn vị là A (hay còn gọi là Ampe)
ΔQ là điện lượng chuyển qua bề mặt mà chúng ta đang xét trong khoảng thời gian Δt, đơn vị là C (hay coulomb)
Δt là khoảng thời gian được xét, đơn vị là s (giây).
Từ lâu chúng ta đã biết thì kim loại được xem như một vật liệu dẫn điện được dùng rất phổ biến trong việc dẫn điện. Chúng ta có thể thấy chúng trong hầu hết các loại dây điện hiện nay như bạc, đồng, vàng, chì,…Và bản chất thì dòng điện chạy trong vật liệu kim loại sẽ là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều điện trường.
nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh thì chuyển động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một phần electron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm. Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế nào đấy. Nếu lấy hai dây kim loại khác loại nhau và hàn hai đầu với nhau bằng một mối hàn giữa ở nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế ở đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau. Điều này khiến trong mạch có một suất điện động ξ.
ξ được gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu và nhau gọi là cặp nhiệt điện, và chúng có hệ thức như sau:
T1 – T2 là hiệu nhiệt điện đầu nóng và đầu lạnh của kim loại.
αt là hệ số nhiệt điện động, chúng phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.
Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ. Ứng dụng này chúng ta có thể thường thấy nhất trong các loại cảm biến nhiệt độ, đầu dò nhiệt độ,…
Điện trở là một yếu tố cản trở dòng điện trong kim loại. Bên cạnh định luật ôm thì chúng còn được thể hiện thông qua công thức:
R là điện trở của dây dẫn kim loại (Ω)
ρ là điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào bản chất của kim loại (Ωm)
S là tiết diện ngang của dây (m2)
l là chiều dài của đoạn dây (m)
Bên cạnh đó thì điện trở suất của kim loại còn được thể hiện thông qua công thức:
ρ0 là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ ban đầu.
ρ là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ đã thay đổi.
Δt là độ biến thiên của nhiệt độ.
α là hằng số nhiệt điện trở.
Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau. Các ion dương chạy về phía catôt nên gọi là cation, ion âm chạy về phía anôt nên gọi là anion. Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có êlectron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.
Theo định luật Faraday thứ nhất:
Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó, và chúng được xác định thông qua:
Trong đó: k được gọi là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng ở điện cực.
Bên cạnh đó thì cũng có định luật Faraday thứ 2:
Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố sẽ tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó. Với F = 96494 C/mol, ta có công thức như sau:
Ngọn lửa ga (nhiệt độ rất cao), tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là các tác nhân ion hoá. Nhờ có năng lượng cao, chúng ion hoá chất khí, tách phân tử khí trung hoà thành ion dương và êlectron tự do. Êlectron tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà thành ion âm. Các hạt tích điện này là hạt tải điện trong chất khí.
Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.
Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa môt ả gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào. Thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta thấy quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.
Nói về khái niệm một chiều thì các bạn có thể hiểu như sau. Dòng điện một chiều một là dòng chuyển dời các điện tích theo một hướng nhất định và không thay đổi trong suốt quá trình truyền. Dòng điện một chiều thường được viết tắt là 1C, hoặc theo tiếng anh chúng ta có dạng viết tắt là DC. Nghĩa là ” Direct Current ”
Ngoài ra chúng ta còn có thể nghe đến khái niệm điện áp một chiều. Là hiệu điện thế giữa hai cực của dòng điện một chiều, thường có giá trị là 5VDC, 12VDC, 24VDC.
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ thay đổi liên tục theo thời gian. Thông thường sự thay đổi của dòng điện trong quá trình truyền sẽ có tính chu kì theo biên dạng hình sin. Chúng thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặc là được biến đổi từ nguồn điện một chiều. Có kí hiệu là AC theo tiếng anh (nghĩa là Alternating Current)
Có thể vấn đề này mình không cần đề cập thì các bạn cũng có thể hình dung ra được đúng không nào. Để thế giới có thể phát triển về khoa học – kỹ thuật hay các lĩnh vực khác thì điện dường như đóng vai trò chủ đạo. Cũng giống như là vai trò của nước đối với sự sống thì điện có vai trò trong việc phát triển một thế giới mới của thời đại 4.0.
Tuy nhiên mình cũng xin chia sẻ thêm về các lợi ích ít được biết đến của dòng điện để các bạn có thể tham khảo. Cụ thể là với lượng điện cần thiết để có thể mang lại mặt tốt cho con người, chúng ta hoàn toàn có thể dùng chúng cho việc chữa bệnh. Dòng điện có các tác dụng sinh lý như:
Có thể nói dòng điện đi qua cơ thể con người phần lớn đều không tốt. Các mối nguy hiểm sẽ phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy qua cơ thể chúng ta. Ứng với từng mức cường độ cụ thể mà sẽ xảy ra các hiện tượng và hệ lụy khác nhau. Tuy nhiên các bạn có thể tham khảo một số số liệu mà các nhà nghiên cứu đã thu thập được trong quá trình thực nghiệm.
1 mA: Sẽ gây ra cảm giác đau nhói tại chỗ tiếp xúc với dòng điện.
5 mA: sẽ gây cho chúng ta cảm giác bị giật nhẹ.
50 – 150 mA: mức này có thể gây chết người thông qua các tác động phân hủy cơ và suy thận.
1 – 4 A: Khi ở mức này tim chúng ta sẽ bị loạn nhịp dẫn đến việc lưu thông máu bị rối loạn.
10 A: Đây là mức nguy hiểm có thể dẫn đến chết người trong thời gian ngắn. Chính vì thế các cầu chì hay các câu giao chống giật trong gia đình thường được thiết kế theo mức 10A để đảm bảo an toàn.
Tuy nhiên dòng điện sẽ không đi qua cơ thể chúng ta một cách toàn diện. Chúng sẽ phụ thuộc vào mức điện trở của cơ thể cũng như vào cách thức mà chúng ta tiếp xúc với nguồn điện. Và các bạn cũng có thể suy ra từ định luật Ohm để có thể giải thích cho hiện tượng này.
Chạm tay vào dây điện: 40.000 – 1.000.000 ohm (khô ráo) và 4.000 – 15.000 ohm (ẩm ướt)
Cầm dây điện: 15.000 – 50.000 ohm (khô ráo) và 3.000 – 5.000 ohm (ẩm ướt)
Cầm vào ống nước: 5.000 – 10.000 ohm (khô ráo) và 1.000 – 3.000 ohm (ẩm ướt)
Chạm bàn tay vào đường dây điện: 3.000 – 8.000 ohm (khô ráo) và 1.000 – 2.000 ohm (ẩm ướt)
Khi ta nắm chặt một tay vào ống nước: 1.000 – 3.000 ohm (khô ráo) và 500 – 1.500 ohm (ẩm ướt)
Khi ta nắm chặt cả hai tay vào ống nước: 500 – 1.500 ohm (khô ráo) và 250 – 750 ohm (ẩm ướt)
Khi ta nhúng tay vào chất lỏng dẫn điện tốt: 200 – 500 ohm (ẩm ướt)
Khi ta nhúng chân vào chất lỏng dẫn điện tốt: 100 – 300 ohm (ẩm ướt)
Tuy nhiên mức điện trở của từng người sẽ không hoàn toàn chính xác theo thang đo trên 100%. Điện trở sẽ phụ thuộc vào từng người, độ tuổi, giới tính, chiều cao, cân nặng,…
Bài 2: Dòng Điện Xoay Chiều Là Gì ? Ứng Dụng Của Dòng Điện Xoay Chiều
Định nghĩa dòng điện xoay chiều
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và giá trị biến đổi theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định.
Ở trên là các dòng điện xoay chiều hình sin, xung vuông và xung nhọn.
Chu kỳ và tần số của dòng điện xoay chiềuChu kỳ của dòng điện xoay chiều ký hiệu là T là khoảng thời gian mà điện xoay chiều lặp lại vị trí cũ , chu kỳ được tính bằng giây (s)
Tần số điện xoay chiều: là số lần lặp lại trang thái cũ của dòng điện xoay chiều trong một giây ký hiệu là F đơn vị là Hz
Pha của dòng điện xoay chiềuNói đến pha của dòng xoay chiều ta thường nói tới sự so sánh giữa 2 dòng điện xoay chiều có cùng tần số .
Hai dòng điện xoay chiều cùng pha là hai dòng điện có các thời điểm điện áp cùng tăng và cùng giảm như nhau.
Hai dòng điện xoay chiều lệch pha : là hai dòng điện có các thời điểm điện áp tăng giảm lệch nhau.
Hai dòng điện xoay chiều ngược pha : là hai dòng điện lệch pha 180 độ, khi dòng điện này tăng thì dòng điện kia giảm và ngược lại.
Biên độBiên độ của dòng xoay chiều là giá trị điện áp đỉnh của dòng điện xoay chiều. Biên độ này thường cao hơn điện áp mà ta đo được từ các đồng hồ.
Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là gìThường là giá trị đo được từ các đồng hồ và cũng là giá trị điện áp được ghi trên giắc cắm nguồn của các thiết bị điện tử.
Ví dụ: nguồn 220V AC mà ta đang sử dụng chính là chỉ giá trị hiệu dụng, thực tế biên độ đỉnh của điện áp 220V AC khoảng 220V x 1,4 lần = khoảng 300V
Công suất của dòng điện xoay chiềuCông suất của dòng điện xoay chiều phụ thuộc vào cường độ, điện áp và độ lệch pha giữa hai đại lượng trên, công xuất được tính bởi công thức :
Trong đó:
Sự khác nhau giữa điện 1 pha và 3 pha Định nghĩa dòng điện xoay chiều 1 pha là gìDòng điện xoay chiều 1 pha là dòng điện xoay chiều trong mạch điện xoay chiều có hai dây nối với nguồn điện, hướng của cường độ dòng điện trong mạch AC thay đổi nhiều lần mỗi giây tùy theo tần số của nguồn điện trong mạch.
Điện 220V cung cấp cho mỗi hộ gia đình sử dụng là điện xoay chiều 1 pha và có 2 dây: dây pha và dây trung tính (dây nóng và dây nguội).
Ý nghĩa của dòng điện xoay chiều 1 pha:
Dòng điện xoay chiều 1 pha được sử dụng cho sinh hoạt gia đình, với các thiết bị có công suất nhỏ, không bị hao phí điện năng nhiều.
Định nghĩa dòng điện xoay chiều 3 pha là gìDòng điện xoay chiều 3 pha là dòng điện trong mạch điện xoay chiều mà về cơ bản tương tự như 3 đường điện 1 pha chạy song song, có chung 1 dây trung tính. Vì vậy hệ thống điện của chúng ta thường có 4 dây, 3 dây nóng và 1 dây lạnh (Trung tính – 0V).
Ý nghĩa của dòng điện xoay chiều 3 pha:
Điện 3 pha được sử dụng cho việc truyền tải, sản xuất công nghiệp sử dụng thiết bị điện có công suất lớn để giải quyết vấn đề hao tổn điện năng. Hệ thống điện 3 pha gồm 2 dây nóng, 1 dây lạnh, điện áp chuẩn ra 380V.
Ứng dụng của dòng điện xoay chiều Dòng điện xoay chiều 3 pha
Điện 3 pha được sử dụng cho việc truyền tải, sản xuất công nghiệp sử dụng thiết bị điện có công suất lớn để giải quyết vấn đề tổn hao điện năng.
Cũng theo đánh giá từ các chuyên gia thì máy phát điện 3 pha cho dòng điện 3 pha khỏe, tốt hơn rất nhiều, thậm chí hiệu suất hoạt động của máy cũng hiệu quả hơn. Do đó, sử dụng máy phát điện 3 pha và dòng điện xoay chiều 3 pha là một giải pháp tiết kiệm, an toàn và hiệu quả.
Dòng điện xoay chiều 1 phaĐiện 1 pha được sử dụng cho sinh hoạt gia đình, công suất thiết bị nhỏ, các thiết bị không bị hao phí về điện năng nhiều.
Cập nhật thông tin chi tiết về Bài Tập Vật Lý 12 Chuyên Đề Dòng Điện Xoay Chiều Một Phần Tử Chọn Lọc. trên website 2atlantic.edu.vn. Hy vọng nội dung bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu của bạn, chúng tôi sẽ thường xuyên cập nhật mới nội dung để bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!