Tài liệu lý thuyết bà bài tập điện xoay chiều môn Vật lý Lớp 12

Nội dung text: Tài liệu lý thuyết bà bài tập điện xoay chiều môn Vật lý Lớp 12

1. LÝ THUYẾT VÀ BT ĐIỆN XC MRS OANH - 0916911091 CHƯƠNG III. ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỦ ĐỀ 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỆN XOAY CHIỀU Dạng 1. Bài tập cách tạo ra dòng điện xoay chiều: + S: Là diện tích một vòng dây ; + N: Số vòng dây của khung +B : Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều (B vuông góc với trục quay ) + : Vận tốc góc không ổi của khung dây đ  ( Chọn gốc thời gian t=0 lúc ( n), B) 2 1 a. Chu kì và tần số của khung : T ; f  T b. Biểu thức từ thông của khung:  N.B.S.cost o.cos(t ) (Với  = L I và Hệ số tự cảm L = 4 .10-7 N2.S/l )  c. Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời: e = ' NBS.sin(t ) E cos(t ) t 0 2 d. Biểu thức của điện áp tức thời: u = U0 cos(t u) ( u là pha ban đầu của điện áp ) e. Biểu thức của cđộ dđiện tức thời trong mạch: i = I0 cos(t i) ; ( i là pha ban đầu của i) I 0 U 0 E 0 f. Giá trị hiệu dụng : + Cđdđ hiệu dụng: I = + Hđt hd: U = + S đđộng hdụng: E = 2 2 2 Bài tập Bài 1: Một khung dây dẫn gồm N = 100 vòng quấn nối tiếp, diện tích mỗi vòng dây là S = 60cm2 . Khung dây -2 quay đều với tần số 20 vòng/s, trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10 T. Trục quay của khung vuông góc với B . Lập biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời? Bài 2: Một khung dây dẫn có N = 100 vòng dây quấn nối tiếp, mỗi vòng có diện tích S = 50cm 2. Khung dây  được đặt trong từ trường đều B = 0,5T. Lúc t = 0, vectơ pháp tuyến của khung dây hợp với B góc . Cho 3 khung dây quay đều với tần số 20 vòng/s quanh trục (trục đi qua tâm và song song với một cạnh của khung) vuông góc với B . Tìm biểu thức của e theo t. Bài 3: Một khung dây dẫn hình chữ nhật có 100 vòng, diện tích mỗi vòng 600 cm 2, 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? Bài 4:Một khung dây quay đều trong từ trường B vuông góc với trục quay của khung với tốc độ n = 1800  vòng/ phút. Tại thời điểm t = 0, véctơ pháp tuyến n của mặt phẳng khung dây hợp với B một góc 300. Từ thông cực đại gởi qua khung dây là 0,01Wb. Biểu thức của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung? Dạng 2. Bài tập liên quan đến thời gian: Thiết bị chỉ hoạt động khi điện áp tức thời có giá trị không nhỏ hơn u. 1 u 1 u - Thời gian hoạt động trong ½ T: t 2 arccos ; - Thời gian hoạt động trong 1T: t 4 arccos  U0  U0 1 u 1 u - Thời gian hoạt động trong 1s: t f .4. arccos ; - Thời gian hoạt động trong t s: t t. f .4. arccos  U0  U0 Trung bình trong mỗi giây, dòng điện đổi chiều 2f lần. Bài tập: 1. Một điện áp xc có giá trị hiệu dụng 120V tần số 60Hz vào hai đầu một bóng đèn huỳnh quang. Biết đèn chỉ sáng lên khi điện áp đặt vào đèn không nhỏ hơn 602 . Thời gian đèn sáng trong mỗi giây là: A. ½ s B. 1/3 s C. 2/3 s D. 0,8 s 2. Một đèn ống sử dụng điện áp xc có giá trị hiệu dụng 220V. Biết đèn sáng khi điện áp đặt vào đèn không nhỏ 155V. Tỷ số giữa khoảng thời gian đèn sáng và khoảng thời gian đèn tắt trong một chu kỳ là: A. 0,5 B. 2 C. 2 D. 3 3. Một dòng điện xc qua một đoạn mạch có biểu thức I = I0sin100 t (A). Trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,01s cường độ dòng điện tức thời bằng 0,5I0 vào những thời điểm nào? Trang 1
2. LÝ THUYẾT VÀ BT ĐIỆN XC MRS OANH - 0916911091 A. 1/300 s và 2/300 s B. 1/400 s và 3/400 s C. 1/500 s và 3/500 s D. 1/600 s và 5/600 s 4. Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch có biểu thức u = U0cos(2 t/T). Tính từ thời điển t = 0 s, thì thời điểm lần thứ 2014 mà u = 0,5U0 và đang tăng là A. 12089.T/6 B. 12055.T/6 C. 12059.T/6 D. 12083.T/6 4. Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch có biểu thức u = U0cos(2 t/T). Tính từ thời điển t = 0 s, thì thời điểm lần thứ 2014 mà u = 0,5U0 và đang tăng là A. 12089.T/6 B. 12055.T/6 C. 12059.T/6 D. 12083.T/6 5. Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch có biểu thức u = U0cos(2 t/T). Tính từ thời điển t = 0 s, thì thời điểm lần thứ 2010 mà u = 0,5U0 và đang giảm là A. 6031.T/6 B. 12055.T/6 C. 12059.T/6 D. 6025.T/6 6. Dòng điện xc qua một đoạn mạch có biểu thức i = I0cos(100 t - /3) (A). Thời điểm thứ 2013 giá trị tuyệt đối của cường độ dòng điện tức thời bằng cường độ dòng điện hiệu dụng là A. 12043/12000 s B. 9649/1200 s C. 2411/240 s D. 12073/1200 s 7. Dòng điện xoay chiều có tần số 50 Hz. Trong 1 s dòng điện đổi chiều mấy lần? A. 25 lần B. 50 lần C. 100 lần D. 200 lần 8. Một đèn Neon mắc vào điện xoay chiều u =168 표푠 100 푡 ― (V). Nó sáng lên hoăc tắt đi mỗi khi điện áp 2 tức thời có giá trị 84V. Thời gian đèn sáng lên trong mỗi nửa chu kỳ của dòng điện là: A. 1/150s B. 1/200s C. 1/250s D. 1/300s 9. Một đèn neon được đặt dưới điện áp u=100cos100 t (V). Đèn sẽ tắt nếu điện áp tức thời đặt vào đèn có độ lớn không vượt quá 50V. khoảng thời gian đèn tắt trong mỗi chu kì của dòng điện xoay chiều? A. 1/600s B. 1/300s C. 1/50s D. 1/150s Dạng 3: Viết biểu thức của u và i: U R a) Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần: uR cùng pha với i : I = R Nếu i = I2 cos(t + i) thì u = U2 cos(t + i) b) Đoạn mạch chỉ có tụ điện C: uC trễ pha so với i góc . C 2 A B U C 1 - ĐL ôm: I = ; với ZC = là dung kháng của tụ điện. Z C  C -Đặt điện áp u U 2 cos(t ) vào hai đầu một tụ điện thì i = I2 cos(t + + /2) C uC uc i2 u2 i2 u2 u2 i2 Ta có: 2 2 1 2 2 1 2 2 2 I0 U0C 2I 2UC U I c) Đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm L: uL sớm pha hơn i góc . L 2 A B U L - ĐL ôm: I = ; với ZL = L là cảm kháng của cuộn dây. Z L -Đặt điện áp u U 2 cos(t ) vào hai đầu một cuộn cảm thuần thì i = I2 cos(t + - /2) L uL uL i2 u2 i2 u2 u2 i2 Ta có: 2 2 1 2 2 1 2 2 2 I0 U0L 2I 2UL U I R L C A B M N d) Đoạn mạch có R, L, C không phân nhánh: 1 L Z Z + Độ lệch pha giữa u và i xác định theo biểu thức: tan = L C = C R R = u - i : gọi là độ lệch pha giữa u và i. Trang 2
3. LÝ THUYẾT VÀ BT ĐIỆN XC MRS OANH - 0916911091 -Nếu cho trước i I 2cos(t+ i ) thì biểu thức của u là: u U 2cos( t+ i + ) Hay i = Iocos(t + i ) thì u = Uocos(t + i + ). U + Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: I = ; Với Z = R 2 (Z - Z ) 2 là tổng trở của đm AB. Z L C U R U L UC U AB 2 2 2 2 2 I U U R (U L UC ) => U U R (U L UC ) TỔNG QUÁT: R ZL ZC Z AB ; 1 U U 2 + Cộng hưởng điện trong đmRLC: Khi ZL = ZC hay  = thì Imax = , Pmax = , u cùng pha với i ( = LC R R 0) Khi ZL > ZC thì u nhanh pha hơn i (đoạn mạch có tính cảm kháng). Khi ZL < ZC thì u trể pha hơn i (đoạn mạch có tính dung kháng). R tiêu thụ năng lượng dưới dạng toả nhiệt, ZL và ZC không tiêu thụ năng lượng điện. e) Đoạn mạch có R, L,r, C không phân nhánh: R L,r C + Độ lệch pha giữa uAB và i xác định theo biểu thức: A B 1 M N Z Z L tan = L C = C R r R r U + Cường độ hiệu dụng xác định theo định luật Ôm: I = ;Với Z = (R+r)2 (Z - Z )2 là tổng trở của Z L C đm. + Cách nhận biết cuộn dây có điện trở thuần r R -Xét toàn mạch, nếu: Z R2 (Z Z )2 ;U hoặcU 2 P( U I U )2 2R hoặc cos L C R L C Z thì cuộn dây có điện trở thuần r 0. -Xét cuộn dây, nếu: Ud UL hoặc Zd ZL hoặc Pd 0 hoặc cos d 0 hoặc d 2 thì cuộn dây có điện trở thuần r 0. BÀI TẬP: Ví dụ 1: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R= 100 có biểu thức u= 200 2 cos(100 t )(V ) . Viết biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch. 4 10 4 Ví dụ 2: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ có điện dung C= (F) có biểu thức u=200 2 cos(100 t)(V ) . Viết biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch. 1 Ví dụ 3: Hiệu điện thế giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm có độ tự cảm L= (H ) có biểu thức u=200 2 cos(100 t )(V ) . Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch. 3 Bài tập tự giải: Câu 1: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R= 200 có biểu thức u= 200 2 cos(100 t )(V ) . Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch. 4 Câu 2: Cho hiệu điện thế giữa hai đầu 1 đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn thuần cảm L = 1/π H là : 100 2 cos(100 t )(V ) . Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch. 3 Trang 3
4. LÝ THUYẾT VÀ BT ĐIỆN XC MRS OANH - 0916911091 Câu 3: Cho điện áp hai đầu tụ C là u = 100cos(100 t- /2 )(V). Viết biểu thức cường độ dòng điện trong 10 4 mạch. , biết C (F) Câu 4: Đặt điện ápu 200 2cos(100 t+ ) (V) vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm L = 1/π H thì cường độ dòng điện qua mạch là? Câu 5: Đặt điện áp u 200 2cos(100 t) (V) vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm L= 0,318(H) 1 (Lấy 0,318) thì cường độ dòng điện qua mạch là? Câu 6: Đặt một hiệu điện thế xoay chiều vào hai đầu cuộn dây chỉ có độ tự cảm L = 1/2π H thì cường độ dòng điện qua cuộn dây có biểu thức i=32 cos(100πt+ )(A). Biểu thức nào sau đây là hđthế ở hai đầu đoạn mạch? 6 Câu 7: Xác định đáp án đúng. Cường độ dòng điện qua tụ điện i = 4cos100 t (A). Điện dung là 31,8 F. Hiệu điện thế đặt hai đầu tụ điện là? 1 2 Câu 8: Một mạch điện xoay chiều RLC không phân nhánh có R = 100  ; C=.10 4 F ; L= H. cường độ dòng điện qua mạch có dạng: i = 2cos100 t (A). Viết biểu thức tức thời điện áp của hai đầu mạch và hai đầu mỗi phần tử mạch điện. Câu 9: Một mạch gồm cuộn dây thuần cảm có cảm kháng bằng 10  mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung 2 C .10 4 F . Dòng điện qua mạch có biểu thức i 2 2 cos100 t )A . Biểu thức hiệu điện thế của hai đầu 3 đoạn mạch là bao nhiêu Câu 10: Một đoạn mạch điện gồm điện trở R = 50 mắc nối tiếp với cuộn thuần cảm L = 0,5/ (H). Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = 1002 cos(100 t - /4) (V). Biểu thức của cường độ dòng điện qua đoạn mạch bao nhiêu? Câu 11: Điện áp đặt vào hai đầu một đoạn mạch R, L, C không phân nhánh. Điện áp hai đầu R là 80V, hai đầu L là 120V, hai bản tụ C là 60V. Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là bao nhiêu. 10 4 Câu 12: Cho mạch xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp có R=30  , C= (F) , L thay đổi được cho hiệu điện thế 2 đầu mạch là U=1002 cos100 t (V) , để u nhanh pha hơn i góc rad thì ZL và i khi đó là? 6 Dạng 4: Công suất tiêu thụ 1.Mạch RLC không phân nhánh: U 2 R + Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều: P = UIcos hay P = I2R = . Z 2 R + Hệ số công suất: cos = . Z + Ý nghĩa của hệ số công suất cos -Trường hợp cos = 1 tức là = 0: mạch chỉ có R, hoặc mạch RLC có cộng hưởng điện U 2 (ZL = ZC) thì: P = Pmax = UI = . R -Trường hợp cos = 0 tức là = : Mạch chỉ có L, hoặc C, hoặc có cả L và C mà không có R 2 thì: P = Pmin = 0. + Để nâng cao cos bằng cách thường mắc thêm tụ điện thích hợp sao cho cảm kháng và dung kháng của mạch xấp xỉ bằng nhau để cos 1. + Nâng cao hệ số công suất cos để giảm cường độ dđ nhằm giảm hao phí điện năng trên đường dây tải điện. Trang 4
5. LÝ THUYẾT VÀ BT ĐIỆN XC MRS OANH - 0916911091 Câu 1: Cho hiệu điện thê hai đầu đoạn mạch là : U 10 2 cos(100 .t )(V ) và cường độ dòng điện AB 4 qua mạch : i 3 2 cos(100 .t )(A) . Tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch? 12 Câu 2: Cho đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh. Điện trở R=50(  ), cuộn dây thuần cảm L = 1/π H và tụ 10 3 C (F). Điện áp hai đầu mạch: U 260 2.cos(100 .t) . Công suất toàn mạch là bao nhiêu. 22 10 3 Câu 3: Cho đoạCn mạch xoay chiều như hình vẽ: biết : L = 1/π H ; C (F) . Đặt vào hai đầu đoạn mạch 4 một hiệu điện thế : U 75 2.cos(100 .t) . R L C AB A B Công suất trên toàn mạch là : P=45(W). Tính giá trị R? 1 Câu 4: Cho mạch xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp cho R=30  ,L = (F). C thay đổi, hiệu điện thế 2 đầu mạch là u=1202 cos100 t (V) với C bằng bao nhiêu thì u,i cùng pha. Tìm P khi đó? Câu 5: Cho mạch R, L, C mắc nối tiếp, cuộn dây thuần cảm. U 100cos(100 .t)(V ) . Biết cường độ dòng điện trong mạch có giá trị hiệu dụng là 2 (A), và lệch pha so với điện áp hai đầu mạch một góc 36,80. Tính công suất tiêu thụ của mạch ? Câu 6: Một mạch điện xoay chiều RLC có điện trở thuần R = 110  được mắc vào điện áp u 220 2cos(100 t ) (V). Khi hệ số công suất của mạch lớn nhất thì công suất tiêu thụ bằng? 2 Trang 5