Luyện thi Vật lí Lớp 12 - Chủ đề 11: Mạch điện xoay chiều chỉ R hoặc chỉ C hoặc chỉ L hoặc L và C hoặc R và C hoặc R và L - Chu Văn Biên

Nội dung text: Luyện thi Vật lí Lớp 12 - Chủ đề 11: Mạch điện xoay chiều chỉ R hoặc chỉ C hoặc chỉ L hoặc L và C hoặc R và C hoặc R và L - Chu Văn Biên

1. MỤC LỤC CHƯƠNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Chủ đề 10. ĐẠI CƯƠNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A. TÓM TẲT LÍ THUYẾT 1 TỔNG HỢP LÝ THUYẾT 1 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 21 Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 49 VÍ DỤ MINH HỌA 49 BÀI TẬP TỰ LUYỆN (CÓ LỜI GIẢI) 62 LỜI GIẢI CHI TIẾT BÀI TẬP TỰ LUYỆN (CÓ LỜI GIẢI) 68 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 83 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 87 Dạng 2. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THỜI GIAN 88 1. Thời gian gian thiết bị hoạt động. 88 VÍ DỤ MINH HỌA 88 2. Thời điểm để dòng hoặc điện áp nhận một giá trị nhất định 89 VÍ DỤ MINH HỌA 89 3. Các giá trị tức thời ở các thời: 96 VÍ DỤ MINH HỌA 96 Dạng 3. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ĐIỆN LƯỢNG. GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG 98 1. Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng dây dẫn 98 VÍ DỤ MINH HỌA 99 2. Thể tích khí thoát ra khi điện phân dung dịch axit H2SO4 100 VÍ DỤ MINH HỌA 101 3. Giá trị hiệu dụng. Giá trị trung bình 101 VÍ DỤ MINH HỌA 102 ÔN TẬP DẠNG 2 + DẠNG 3 104 LỜI GIẢI CHI TIẾT ÔN TẬP DẠNG 2 + DẠNG 3 106 BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 2 BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THỜI GIAN 112 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 115 BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 3. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG 115 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 118 Chủ đề 11. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ R HOẶC CHỈ C HOẶC CHỈ L HOẶC L VÀ C HOẶC R VÀ C HOẶC R VÀ L 119 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 119 1. Mạch chỉ chứa điện trở thuần R 119 2. Mạch chỉ chứa tụ điện có điện dung C 119 3. Mạch chỉ chứa cuộn cảm có độ tự cảm L 119 4. Mạch chỉ chứa cuộn cảm L và tụ điện C 119 5 .Mạch chứa điện trở R và tụ điện C 119 6. Mạch chứa điện trở R và cuộn cảm L 120 7. Mạch chứa cả 3 phân tử: R thuần, L thuần và C 120 B. TRẮC NGHIỆM LÝ THUYẾT 120 C. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 125 Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ĐỊNH LUẬT ÔM VÀ GIÁ TRỊ TỨC THỜI 125 1. Định luật Ôm 125 VÍ DỤ MINH HỌA 125 2. Quan hệ giá trị tức thời 127
2. VÍ DỤ MINH HỌA 128 Dạng 2. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN BIỂU THỨC ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN 130 VÍ DỤ MINH HỌA 130 ÔN TẬP BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN GIÁ TRỊ TỨC THỜI CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN .136 LỜI GIẢI CHI TIẾT ÔN TẬP BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN GIÁ TRỊ TỨC THỜI CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN 144 BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 1 176 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 1 179 BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 2 179 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 2 181 Chủ đề 12. MẠCH R, L, C NỐI TIẾP 67 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 67 I. MẠCH XOAY CHIỀU CÓ RLC MẮC NỐI TIẾP. CỘNG HƯỞNG ĐIỆN 67 1. Phương pháp giản đồ Fre−nen 67 a. Định luật về điện áp tức thời 67 b. Phương pháp giản đồ Fre−nen 67 2. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp 67 a. Định luật Ôm cho đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Tổng trở 67 b. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện: 67 c. Cộng hưởng điện 67 II. CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT 68 1. Công suất của mạch điện xoay chiều 68 a. Biểu thức của công suất 68 b. Điện năng tiêu thụ của mạch điện W = P.t (2) 68 2. Hệ số công suất 68 a. Biểu thức của hệ số công suất 68 a. Tầm quan trọng của hệ số công suất 68 c. Tính hệ số công suất của mạch điện R, L, C nối tiếp 68 B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 68 Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN TÔNG TRỞ, ĐỘ LỆCH PHA, GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG, BIỂU THỨC DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 68 1. Tổng trở, độ lệch pha, giá trị hiệu dụng 68 VÍ DỤ MINH HỌA 69 2. Biểu thức dòng điện và điện áp. 76 VÍ DỤ MINH HỌA 76 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 80 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 85 Dạng 2. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN BIỂU DIỄN SỐ PHỨC 86 1. Ứng dụng viết biểu thức 86 VÍ DỤ MINH HỌA 86 2. Ứng dụng để tìm hộp kín khi cho biết biểu thức dòng hoặc điện áp. 90 VÍ DỤ MINH HỌA 90 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 95 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 98 Dạng 3. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN CỘNG HƯỞNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KIỆN LỆCH PHA 99 1. Điều kiện cộng hưởng: 99 VÍ DỤ MINH HỌA 99 VÍ DỤ MINH HỌA 102 2. Điều kiện lệch pha 103 VÍ DỤ MINH HỌA 103 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 106 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 109 Dạng 4. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN CÔNG SUẤT VÀ HỆ SỐ CÔNG SUẤT 110
3. 1. Mạch RLC nối với nguồn xoay chiều 110 VÍ DỤ MINH HỌA 110 2. Mạch RL mắc vào nguồn một chiều rồi mắc vào nguồn xoay chiều 116 VÍ DỤ MINH HỌA 116 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 119 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 124 Dạng 5. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN GIẢN ĐỒ VÉC TƠ 125 1. Các quy tắc cộng véc tơ 125 2. Cơ sở vật lí của phương pháp giản đồ véc tơ 125 3. Vẽ giản đồ véc tơ bằng cách vận dụng quy tắc hình bình hành − Phương pháp véc tơ buộc (véc tơ chung gốc) 125 VÍ DỤ MINH HỌA 127 4.Vẽ giản đồ véc tơ bằng cách vận dụng quy tắc tam giác − phương pháp véc tơ trượt (véc tơ nối đuôi).132 a. Mạch nối tiếp RLC không quá 3 phần tử 132 VÍ DỤ MINH HỌA 133 b. Mạch nối tiếp RLC từ 4 phần tử trở lên 139 VÍ DỤ MINH HỌA 139 5. Lựa chọn phương pháp đại số hay phương pháp giản đồ véc tơ 144 VÍ DỤ MINH HỌA 145 6. Dùng giản đồ véc tơ để viết biểu thức dòng hoặc điện áp 148 VÍ DỤ MINH HỌA 148 7. Phương pháp giản đồ véctơ kép 152 VÍ DỤ MINH HỌA 152 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 157 ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN 163 DẠNG 6. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THAY ĐỔI CẤU TRÚC MẠCH, HỘP KÍN, GIÁ TRỊ TỨC THỜI 163 1. Khi R và giữ nguyên, các phần tử khác thay đổi 163 VÍ DỤ MINH HỌA 163 2. Lần lượt mắc song song ămpe−kế và vôn−kế vào một đoạn mạch 168 VÍ DỤ MINH HỌA 168 3. Hộp kín 170 VÍ DỤ MINH HỌA 170 4. Giá trị tức thời 176 a. Tính giá trị tức thời dựa vào biểu thức 176 b. Giá trị tức thời liên quan đến xu hướng tăng giảm 177 c. Cộng các giá trị tức thời (tổng hợp các dao động điều hòa) 177 d. Dựa vào dấu hiệu vuông pha để tính các đại lượng 179 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 184 Dạng 7. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN CỰC TRỊ 192 1. Điện trở thuần R thay đổi. 193 A. R thay đổi liên quan đến cực trị P 193 b. R thay đổi liên quan đến cực trị I, UR, UL, UC,URL,URC, ULC 205 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 208 1. Điện trở thuần R thay đồi. 208 2. Các đại lượng hoặc L hoặc C hoặc ω thay đổi liên quan đến cộng hưởng 215 2.1. Giá trị các đại lượng tại vị trí cộng hưởng. 215 b. Khi cho biết cảm kháng dung kháng khi ω = ω1 và khi ω = ω2 mạch cộng hưởng thì 219 c. Điện áp hiệu dụng trên đoạn LrC cực tiểu khi 219 2.2. Phương pháp chuẩn hóa số liệu 222 2.4. Hai trường hợp vuông pha nhau 237 2.5. Hai trường hợp tần số thay đổi f2 = nf1 liên quan đến điện áp hiệu dụng 238 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 239 3. Các đại lượng L, C thay đổi liên quan đến điện áp hiệu dụng. 246 3.1. Khi L thay đổi đổi để ULmax 246
4. 3.2. Khi C thay đổi để UCmax 254 3.3. Khi L thay đổi để URLmax. Khi C thay đổi để URCmax 263 Định lý thống nhất 2: 270 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 272 4. Tần số ω thay đổi liên quan đến điện áp hiệu dụng UL và UC. 276 4.1. Điều kiện điện áp hiệu dụng trên tụ, trên cuộn cảm cực đại. 276 4. 2. Giá trị điện áp hiệu dụng cực đại 279 4.3 . Khi ω thay đổi UL = U và UC = U 282 4.4 Độ lệch pha khi ULmax và UCmax khi ω thay đổi: 284 4.5. Khi ω thay đổi URL hoặc URC cực đại 290 B. Quan hệ về các tần số góc cực trị. Giá trị URlmax và URcmax 292 c. Hai giá trị ω1 và ω2 điện áp URL hoặc URC có cùng giá trị: 297 4.6. Phương pháp đánh giá kiểu hàm số 300 a. Quan hệ hai trị số của biến với vị trí cực trị 300 b. Quan hệ hai độ lệch pha tại hai trị số của biến vói độ lệch pha tại vị trí cực trị 306 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 307 Chủ đề 13. MÁY ĐIỆN 211 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 211 I. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 211 1. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều 211 2. Máy phát điện xoay chiều một pha 211 3. Máy phát điện xoay chiều ba pha 211 II. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 212 1. Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ 212 2. Các cách tạo ra từ trường quay 212 III. MÁY BIẾN ÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN 212 1. Máy biến áp 212 2. Truyền tải điện 213 B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 213 Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐÉN MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 213 1. Máy phát điện xoay chiều 1 pha 213 2. Máy phát điện xoay chiều 1 pha nối với mạch RLC nối tiếp 217 3. Máy phát điện xoay chiều 3 pha: 225 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 226 Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN MÁY PHAT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1 PHA 226 Dạng 2. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 230 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 235 Dạng 3. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN MÁY BIẾN ÁP 236 1. Các đại lượng cơ bản: 236 2. Máy biến áp thay đổi cấu trúc: 238 3. Ghép các máy biến áp: 242 4. Máy biến áp thay đổi số vòng dây 242 1. Máy biến áp mắc với mạch RLC 244 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 246 4. Dạng 4. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN TRUYỀN TẢI ĐIỆN 250 1. Các đại lượng cơ bản: 250 2. Thay đổi hiệu suất truyền tải khi hệ số công suất toàn hệ thống không thay đổi 253 2. Hệ số công suất toàn hệ thống thay đổi: 260 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 262
5. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ Chủ đề 11. MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỈ R HOẶC CHỈ C HOẶC CHỈ L HOẶC L VÀ C HOẶC R VÀ C HOẶC R VÀ L A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 1. Mạch chỉ chứa điện trở thuần R R Mạch chi chứa điện trở thuần thì cường độ dòng điện cùng pha với hiệu điện thế. i I0 cos t i I 1 u Giả sử 0 i u U R R u U0 cos t 0 2. Mạch chỉ chứa tụ điện có điện dung C C Với mạch chỉ chứa tụ C thì uC vuông pha với i (cụ thể là trễ hơn) i I0 cos t 2 2 i u Giả sử C 1 I U uC U0C cos t U0C sin t 0C 0C 2 3. Mạch chỉ chứa cuộn cảm có độ tự cảm L L Với mạch chỉ chứa cuộn cảm L thì uL vuông pha với i (cụ thể là sớm hơn) i I0L cost 2 2 i u Giả sử C 1 uL U0L cos t U0L sin t I0L U0L 2 4. Mạch chỉ chứa cuộn cảm L và tụ điện C L C Với mạch chứa L và C thì uLC vuông pha với i (sớm pha hơn nên ZL > ZC) và trễ pha hơn khi ZL < ZC) 2 2 i u Ta có: LC 1 I0 U0LC u U cost L 0L uL U0L ZL Ngoài ra, vì uL và uC vuông pha nên ta có: uC U0C cos t U0C cost uC U0C ZC 5 .Mạch chứa điện trở R và tụ điện C R C Với mạch chứa R thuần và tụ điện C thì uC vuông pha với uR (cụ thể là trễ hơn). Thật vậy, vì uC vuông pha với cường độ dòng điện i, mà i cùng pha uR nên uC vuông pha với uR. Ta có: uR uR U0R cost cost U0R + Giả sử i I0 cost u u U cos t U sin t sin t C C 0C 0C 2 U0C 119
6. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ 2 2 u u Bình phương và cộng theo từng vế ta được: R C 1 U0R U0C 6. Mạch chứa điện trở R và cuộn cảm L R L Với mạch chứa R thuần và cuộn cảm thuần L thì uL vuông pha với uR (cụ thể là sớm hơn). Thật vậy, vì uL vuông pha với cường độ dòng điện i, mà i cùng pha uR nên uL vuông pha với UR. uR uR U0R cost cost U0R Ta có: i I0 cost u u U cos t U sin t sin t L L 0L 0L 2 U0L 2 2 u u Bình phương và công theo từng vế ta được: R L 1 U0R U0L 7. Mạch chứa cả 3 phân tử: R thuần, L thuần và C R L C Với mạch chứa cả 3 phần tử: R thuần, L thuần và C thì uLC vuông pha với uR. 2 2 u u Ta có: R LC 1 U0R U0LC u uR uL uC + Ngoài ra ta có: i iR iL iC Nhận xét: Ta không phải nhó hết tất cả công thức trên, mà chỉ cần nhớ đại lượng nào cùng pha, vuông pha, ngược pha với đại lượng nào. 2 2 x y + Hai đại lượng x và y dao động điều hòa vuông pha nhau thì ta luôn có: 1 xmax ymax m n + Hai đại lượng m và n dao động điều hòa ngược pha nhau thì ta luôn có: mmax nmax p q + Hai đại lượng p và q dao động điều hòa cùng pha nhau thì ta luôn có: pmax qmax B. TRẮC NGHIỆM LÝ THUYẾT Câu 1. Điều nào sau đây là đúng khi nói về đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần? A. Dòng điện qua điện trở và điện áp hai đầu điện trở luôn cùng pha. B. Pha của dòng điện qua điện trở luôn bằng không. C. Mối liên hệ giữa cuờng độ dòng điện và điện áp hiệu dụng là U = I/R. D. Nếu điện áp ở hai đầu điện trở là u = U0sin(ωt + ọ) V thì biểu thức dòng điện qua điện trở là i = I0sin(ωt)B Câu 2. Chọn phát biểu đúng khi nói về đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R? 120
7. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ A. Dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở luôn có pha ban ban đầu bằng không. B. Dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở luôn cùng pha với điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở. C. Nếu điện áp ở hai đầu điện trở có biểu thức dạng u = U0cos(eot + π/2) V thì biểu thức cường độ dòng điện chạy qua điện trở R có dạng i = U0/R cos(ωt)B D. Cường độ hiệu dụng I của dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở, điện áp cực đại U0 giữa hai đầu điện trở và điện trở R liêN hệ với nhau bởi hệ thức I = U0/R. Câu 3. Phát biểu nào sau đây đúng đối với cuộn cảm. A. Cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều, không có tác dụng cản trở dòng điện một chiều. B. Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn thuần cảm và cường độ dòng điện qua nó có thể đồng thời bằng một nửa các biên độ tương ứng của nó. C. Cảm kháng của cuộn cảm tỉ lệ với chu kỳ của dòng điện xoay chiều. D. Cường độ dòng điện qua cuộn cảm tỉ lệ với tần số dòng điện. Câu 4. Dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch chỉ có cuộn cảm hay tụ điện giống nhau ở điểm nào. A. Đều biến thiên trễ pha π/2 đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. B. Đeu có cường độ hiệu dụng tỉ lệ với hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch C. Đều có cường độ hiệu dụng tăng khi tần số dòng điện tăng. D. Đều có cường độ hiệu dụng giảm khi tần số dòng điện tăng. Câu 5. Phát biểu nào sau đây là đúng với mạch điện xoay chiều chi chứa cuộn cảm. A. Dòng điện sớm pha hơn hiệu điện thế một góc π/2 B. Dòng điện sớm pha hơn hiệu điện thế một góc π /4. C. Dòng điện trễ pha hơn hiệu điện thế một góc π /2 D. Dòng điện trễ pha hơn hiệu điện thế một góc π /4. Câu 6. Phát biêu nào sau đây là đúng với mạch điện xoay chiều chi chứa tụ điện. A. Dòng điện sớm pha hơn hiệu điện thế một góc π /2 B. Dòng điện sớm pha hơn hiệu điện thế một góc π /4. C. Dòng điện trễ pha hơn hiệu điện thế một góc π /2 D. Dòng điện trễ pha hơn hiệu điện thế một góc π/4. Câu 7. Khi chu kỳ dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chỉ chứa cuộn cảm giảm 4 lần thì cảm kháng của cuộn dây A. tăng lên 2 lần B. tăng lên 4 lần C. giảm đi 2 lần D. giảm đi 4 lần. Câu 8. Khi tần số dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chỉ chứa tụ điện tăng lên 4 lần,điện áp hai đầu tụ điện và điện dung được giữ ổn định thì dòng điện qua tụ điện sẽ: A. tăng lên 2 lần B. tăng lên 4 lần C. giảm đi 2 lần D. giảm đi 4 lần. Câu 9. Đặt điện áp u = U0cosωt vào hai đầu cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thì cường độ dòng điện qua cuộn cảm là U 2 U 2 A. i cos t B. i cos t L 2 L 2 2 U 2 U 2 C. i cos t D. i cos t L 2 L 2 2 Câu 10. Đặt điện áp xoay chiều u = U0cosωt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần. Gọi U là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch, i, I0 và I lần lượt là giá trị tức thời, giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện trong đoạn mạch. Hệ thức nào sau đây sai. U I U I u i i2 u2 A. 0 B. 2 C. 0 D. 2 2 1 U0 I0 U0 I0 U I I U Câu 11. Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R một điện áp xoay chiều có biểu thức u = U0cos(ωt) thì cường độ dòng điện chạy qua điện trở có biểu thức i = I 2 cos(ωt + φi), trong đó I và φi được xác định bởi các hệ thức tương ứng là U U U U A. I 0 ; B. I 0 ; 0 C. I 0 ; D. I 0 ; 0 R i 2 2R i 2R i 2 2R i 121
8. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ Câu 12. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm có dạng u = U0cos(ωt + π/6) và i = I0cos(ωt + φ). I0 và φ có giá trị nào sau đây? U0 2 U0 L A. I0 U0L; B. I0 ; C. I0 ; D. I0 ; 3 L 3 L 3 U0 6 Câu 13. Trong đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L, điện áp giữa hai đầu cuộn dây có biểu thức u =U0cos(ωt) thì cường độ điện chạy qua đoạn mạch có biểu thức i = I 2 cos(ωt + φi), trong đó I và φi được xác định bởi các hệ thức U0 U0 U0 A. I U L; 0 B. I ; i C. I ; D. I ; 0 i L 2 2L i 2 2L i 2 Câu 14. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong đoạn mạch chỉ có tụ điện có dạng u = U0cos(ωt + π/4) và i = I0cos(ωt + α). I0 và α có giá trị nào sau đây: U 3 A. I 0 ; B. I U C; 0 C 4 0 0 2 3 U C. I U C; D. I 0 ; 0 0 4 0 C 2 Câu 15. Đặt điện áp u = U0cosωt vào hai đầu cuộn cảm thuần có độ tự cảm L. Tại thời điểm điện áp giữa hai đầu cuộn cảm có độ lớn cực đại thì cường độ dòng điện qua cuộn cảm bằng U U U A. 0 B. 0 C. 0 D. 0 2L 2L L Câu 16. Để tạo ra suất điện động xoay chiều, ta cần phải cho một khung dây A. dao động điều hòa trong từ trường đều song song với mặt phang khung. B. quay đều trong một từ trường biến thiên đều hòa C. quay đều trong một từ trường đều, trục quay song song đường sức từ trường. D. quay đều trong từ trường đều, trục quay vuông góc với đuờng sức từ trường. Câu 17. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên A. hiện tượng cảm ứng điện từ B. hiện tượng quang điện, C. hiện tượng tự cảm D. hiện tượng tạo ra từ trường quay. Câu 18. Cường độ của một dòng điện xoay chiều có biểu thức i = 4cos( 120πt) (A). Dòng điện này: A. có chiều thay đối 120 lần trong ls B. có tần số bằng 50 Hz. C. có giá trị hiệu dụng bằng 2B D. có giá trị trung bình trong một chu kỳ bằng 2B Câu 19. Phát biểu nào sau đây không đúng đối với mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần? A. Điện áp tức thời ở hai đầu đoan mạch luôn sớm pha π/2 so với cường độ dòng điện. B. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch bằng không. C. Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch được tính bằng công thức: I = U.ωL . D. Tần số của điện áp càng lớn thì dòng điện càng khó đi qua cuộn dây. Câu 20. Đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần, phát biểu nào sau đây không đúng? A. Công suất tiêu thụ bằng 0. B. Độ lệch pha giữa cường độ dòng điện và điện áp giữa hai đầu mạch bằng π/2 C. Cường độ dòng điện hiệu dụng tăng khi tần số dòng điện giảm. D. Cảm kháng của đoạn mạch tỉ lệ thuận với chu kỳ của dòng điện. Câu 21. Cuộn cảm mắc trong mạch xoay chiều có tác dụng: A. không cản trở dòng điện xoay chiều qua nó. B. làm cho dòng điện trễ pha so với điện áp. C. có độ tự cảm càng lớn thì nhiệt độ tỏa ra trên nó càng lớn. D. có tác dụng cản trở dòng điện, chu kỳ dòng điện giảm thì cường độ dòng điện qua cuộn cảm giảm. Câu 22. Một tụ điện được nối với nguồn điện xoay chiều. Điện tích trên một bản tụ điện đạt cực đại khi A. điện áp giữa hai bản tụ cực đại còn cường độ dòng điện qua nó bằng không. B. điện áp giữa hai bản tụ bằng không còn cường độ dòng điện qua nó cực đại. C. cường độ dòng điện qua tụ điện và điện áp giữa hai bản tụ đều đạt cực đại. D. cường độ dòng điện qua tụ điện và điện áp giữa hai bản tụ đều bằng không. 122
9. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ Câu 23. Khi mắc một tụ điện vào mạch điện xoay chiều, nó có khả năng A. cho dòng điện xoay chiều đi qua một cách dễ dàng B. cản trở dòng điện xoay chiều C. ngăn cản hoàn toàn dòng điện xoay chiều. D. cho dòng điện xoay chiều đi qua, đồng thời cũng có tác dụng cản trở dòng điện. Câu 24. Đối với dòng điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm, cuộn cảm có tác dụng: A. cản trở dòng điện, dòng điện có tần số càng nhỏ càng bị cản trở nhiều. B. làm cho dòng điện nhanh pha π/2 so với điện áp C. ngăn cản hoàn toàn dòng điện. D. cản trở dòng điện, dòng điện có tần số càng lớn càng bị cản trở nhiều. Câu 25. Dung kháng của tụ điện A. tỉ lệ thuận với chu kỳ của dòng điện xoay chiều qua nó. B. tỉ lệ thuận với điện dung của tụ. C. tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện xoay chiều qua nó. D. tỉ lệ thuận với điện áp xoay chiều áp vào nó. Câu 26. Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần A. cùng tần số với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch và có pha ban đầu luôn bằng 0. B. cùng tần số và cùng pha với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch C. luôn lệch pha π/2 so với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch. Câu 27. (ĐH2011) Đặt điện áp u = U 2 cosωt vào hai đầu một tụ điện thì cường độ dòng điện qua nó có giá trị hiệu dụng là I. Tại thời điểm t, điện áp ở hai đầu tụ điện là u và cường độ dòng điện qua nó là i. Hệ thức liên hệ giữa các đại lượng là u2 i2 1 u2 i2 u2 i2 u2 i2 1 A. B. 1 C. 2 D. U2 I2 4 U2 I2 U2 I2 U2 I2 2 Câu 28. Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cảm kháng ZL vào tần số của dòng điện xoay chiều qua cuộn dây ta được đường biểu diễn là A. đường parabol B. đường thẳng qua gốc tọa độ. C. đường hypebol D. đường thắng song song với trục hoành. Câu 29. Đồ thị biểu diễn của uc theo i trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện có dạng là A. đường cong parabol B. đường thang qua gốc tọa độ. C. đường cong hypebol D. đường elip. Câu 30. Đồ thị biểu diễn của UR theo i trong mạch điện xoay chiều có dạng là A. đường cong parabol B. đường thắng qua gốc tọa độ. C. đường cong hypebol D. đường elip. Câu 31. Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung kháng zc vào tần số của dòng điện xoay chiều qua tụ điện ta được đường biểu diễn là A. đường cong parabol B. đường thẳng qua gốc tọa độ. C. đường cong hypebol D. đường thắng song song với trục hoành. Câu 32. Đồ thị biểu diễn của UL theo i trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần có dạng là A. đường cong parabol B. đường thắng qua gốc tọa độ. C. đường cong hypebol D. đường elip. Câu 33. Trong mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp thì A. điện áp tức thời ở hai đầu đoạn mạch bằng tổng các điện áp tức thời trên các phần tử. B. điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch bằng tổng các điện áp hiệu dụng trên các phần tử. C. điện áp cực đại ở hai đầu đoạn mạch bằng tổng các điện áp cực đại trên các phần tử. D. dòng điện tức thời trong mạch bằng tổng các dòng điện tức thời qua các phần tử. BẢNG ĐÁP ÁN 1.A 2.B 3.A 4.B 5.C 6.A 7.B 8.B 9.C 10.D 11.D 12.C 13.C 14.C 15.D 16.D 17.A 18.A 19.C 20.D 123
10. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ 21.D 22.D 23.D 24.D 25.A 26.B 27.C 28.B 29.D 30.B 31.C 32.D 33.A 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. C. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 1. Bài toán liên quan đến định luật Ôm và giá trị tức thời. 2. Bài toán liên quan đến biếu thức điện áp và dòng điện. Dạng 1. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ĐỊNH LUẬT ÔM VÀ GIÁ TRỊ TỨC THỜI 1. Định luật Ôm  Phương pháp: U U + Mạch chỉ có R: I ;I 0 R 0 R U U0 1 + Mạch chỉ C: I ;I0 với ZC ZC ZC C U U0 + Mạch chỉ L: I ;I0 với ZL L. ZL ZL VÍ DỤ MINH HỌA Câu 1. Đặt vào hai đầu một cuộn cảm thuần L một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng u không đổi và tần số f thay đổi. Khi f = 60 Hz thì cường độ hiệu dụng qua L là 2,4 A. Để cường độ hiệu dụng qua L bằng 3,6 A thì tần số của dòng điện phải bằng A. 75 Hz. B. 40 Hz. C. 25 Hz. D. 50 2 Hz Câu 1. Chọn đáp án B  Lời giải: U I 1 2 f L U U 1 I1 2,4 I f2 f1 60. 40 Hz Z 2 fL U I 3,6 1 I 2 2 2 f2L ✓ Chọn đáp án B Câu 2. Một tụ điện khi mắc vào nguồn u U 2 cos 100 t (V) thì cường độ hiệu dụng qua mạch là 2 A. Nếu mắc tụ vào nguồn u U cos 120 t 0,5 (V) (V) thì cường độ hiệu dụng qua mạch là bao nhiêu? A. 1,2 2 B. 1,2A C. 2A D. 3,5A. Câu 2. Chọn đáp án A  Lời giải: I CU U 1 1 1 I2 2U2 I C.U I2 1,2 2(A) ZC I2 2CU2 I1 1`U1 ✓ Chọn đáp án A Câu 3. Một tụ điện khi mắc vào nguồn 1 thì cường độ hiệu dụng qua u(x100V) mạch là 3 A. Nếu mắc tụ vào nguồn 2 thì cường độ hiệu dụng qua mạch 1,5 là bao nhiêu? Trên hình vẽ là đồ thị phụ thuộc thời gian của điện áp (1) 1 25 nguồn 1 và nguồn 2. 0,5 5 3 t(s) O A. 1,6−72 A. B. 1,6A. 0,5 (2) C. 2A. D. 3,5A 1 1,5 124
11. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ Hướng dẫn 3 Từ đồ thị ta nhận thấy: U01 150V;U02 100V;T1 / 4 5.10 s T1 0,02s 3 T2 /12 T2 / 4 25.10 / 3 T2 0,025s I CU U 1 1 1 I2 2U2 T1 U02 I2 0,02 100 I CU . I2 1,6 A ZC I2 2CU2 I1 1U1 T2 U01 3 0,025 150 ✓ Chọn đáp án B Câu 4. Đoạn mạch điện xoay chiều tần số f 1 = 60 Hz chỉ có một tụ điện. Nếu tần số là f 2 thì dung kháng của tụ điện tăng thêm 20%. Tần số A. f2 = 72Hz. B. f2 = 50 Hz. C. f2=10Hz. D. f2 = 250 Hz. Câu 4. Chọn đáp án B  Lời giải: ZC2 f1 f1 100% 20% 1,2 f2 50 Hz ZC1 f2 1,2 ✓ Chọn đáp án B  Chú ý: .S 1) Điện dung của tụ điện phẳng tính theo công thức: C (  là hằng số điện môi, d là khoảng cách 9.109.4 d giữa hai bản tụ và S là diện tích đối diện giữa các bản tụ). S 2) Khi chất điện môi trong tụ là không khí thì  1 nên C và cường độ hiệu dụng chạy qua tụ 0 0 9.109.4 d U I .C0U ZC * Nếu nhúng các bản tụ ngập vào trong điện môi lỏng (có hằng số điện môi  ) và các yếu S tố khác không đổi thì điện dung của tụ C C nên cường độ hiệu dung qua tụ  S 9.109.4 d 0 là I' CU I d • Nếu nhúng x phần trăm diện tích các bản tụ ngập vào trong điện môi lỏng x (có hằng số điện môi  ) vả các yếu tố khác không đổi thì bộ tụ C gồm hai tụ C 1; 1 x 1 x C2 ghép song song: S S 1 x S xS  C 1 x C ;C xC x  1 9.109.4 d 0 2 9.109.4 d 0 d C C1 C2 1 x x C0. d Cường độ hiệu dụng qua mạch lúc này là: I' CU 1 x x I. • Nếu ghép sát vào một bản tụ một tấm điện môi có hằng x số điện môi  có bề dày bằng x phần trăm bề dày của lóp không khí và các yếu tố khác không đổi thì bộ tụ C gồm hai tụ C1, C2 ghép nối tiếp: S C S C C 0 ;C 0 1 9.109.4 1 x d 1 x 2 9.109.4 xd x C1C2  C C0 ). C1 C2 x  1 x 125
12. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ  Cường độ hiệu dụng qua mạch lúc này là I' CU I. x  1 x Câu 5. Một tụ điện phẳng không khí được nối vào nguồn điện xoay chiều thì cường độ hiệu dụng qua mạch là 5,4 A. Nếu nhúng hai phần ba diện tích các ban tụ ngập vào trong điện môi lỏng (có hằng số điện môi  = 2) và các yếu tố khác không đôi thì cường độ hiệu dụng qua tụ là A. 7,2A. B. 8,1A. C. 10,8A. D. 9,0A. Câu 5. Chọn đáp án D  Lời giải: 1 S 3 C0 C1 9 S 9.10 .4 d 3 C1 //C2 5 C0  C C1 C2 C0. 9.109.4 d 2 3 . .S 4C C 3 0 2 9.109.4 d 3 Z 5 5 Z C0 I I .5,4 9,0 A C 5 3 0 3 3 ✓ Chọn đáp án D Câu 6. Một tụ điện phăng không khí hai bản song song cách nhau một khoảng d được nối vào nguồn điện xoay chiều thì cường độ hiệu dụng qua mạch là 6,8 A. Đặt vào trong tụ điện và sát vào một bản tụ một tấm điện môi dày 0,3d có hằng số điện môi  = 2 thì cường độ hiệu dụng qua tụ là A. 2,7 A. B. 8,0A. C. 10,8 A. D. 7,2 A. Câu 6. Chọn đáp án B  Lời giải: S 10C C 0 . 1 9.109.4 .0,7d 7 S C1 ntC2 C1C2 20 C0 9  C C0 9.10 .4 d .S 20C0 C1 C2 17 C2 9 9.10 .4 .0,3d 3 Z 20 Z C0 I .6,8 8(A) C 20 17 17 ✓ Chọn đáp án B 2. Quan hệ giá trị tức thời Phương pháp U U u + Mạch chỉ R thì u và i cùng pha nên R 0 . I I0 i U U0 u + Mạch chỉ L thì u sớm hơn i là / 2 nên ZL L I I0 i i I cost 2 2 0 i u I0 I 2 1 u U0 cos t U0 sin t I0 U0 U U 2 2 0 1 U U0 u + Mạch chỉ cần C thì u trễ pha hơn i là / 2 nên ZC C I I0 i 126
13. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ i I cost 2 2 0 i u I0 I 2 1 u U 0 cos t U0 sin t I0 U0 U U 2 2 0 2 2 i u + Đối với mạch chỉ L, C thì u vuông pha với i nên 1 I0 U0 i 0 u U0 (Đồ thị u, i là đường elip). u 0 i I0 VÍ DỤ MINH HỌA Câu 1. (ĐH−2011) Đặt điện áp u U 2 cost vào hai đầu một cuộn cảm thuần thì cường độ dòng điện qua nó có giá trị hiệu dụng là I. Tại thời điểm t, điện áp ở hai đầu tụ điện là u và cường độ dòng điện qua nó là i. Hệ thức liên hệ giữa các đại lượng là? u2 i2 1 u2 i2 u2 i2 u2 i2 1 A. B. 1. C. 2 D. . U2 I2 4 U2 I2 U2 I2 U2 I2 2 Câu 1. Chọn đáp án C  Lời giải: u u U 2 cost 2 cost U u2 i2 2 2 2 i I 2 cos t I 2 sin t i U I 2 2 sin t I ✓ Chọn đáp án C Câu 2. Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần một điện áp xoay chiều u U0 cos100 t (V). Biết giá trị điện áp và cường độ dòng điện tại thời điểm t1 là U1 50 2 (V), i1 2 (A) và tại thời điểm t2 là U2 50(V),i2 3 (A). Giá trị U0 là A. 50V B. 100 V. C. 50 3 V.D. 100 2V . Câu 2. Chọn đáp án B  Lời giải: i2 u2 2 2.2500 1 1 1 1 2 2 2 2 I0 U0 I0 U0 U0 120(V) + i2 u2 3 2500 I 2(A) 2 2 1 1 0 2 2 I2 U2 I0 U0 0 0 ✓ Chọn đáp án B Câu 3. Đặt vào hai đầu một cuộn căm thuần có độ tự cảm 0,3 / (H) một điện áp xoay chiều. Biết điện áp có giá trị tức thời 60 6 (V) thì dòng điện có giá trị tức thời 2 (A) và khi điện áp có giá trị tức thời 60 2 (V) thì dòng điện có giá trị tức thời 6 (A). Hãy tính tần số của dòng điện? A. 120 (Hz) B. 50 (Hz) C. 100(Hz) D. 60(Hz) Hướng dẫn i2 u2 2 360.6 1 1 1 1 2 2 2 2 I0 U0 I0 U0 U0 120 2 U Z 2 fL 0 60 f 100 Hz 2 2 L i u 6 360.2 I 2 2 I0 2 2 1 1 0 2 2 I2 U2 I0 U0 0 0 ✓ Chọn đáp án C 127
14. Group FACEBOOK: NGÂN HÀNG TÀI LIỆU VẬT LÝ Chú ý: Hộp kín X chi chứa một trong 3 phần tử là R hoặc C hoặc L. Đặt vào hai đầu hộp X một điện áp xoay chiều thì điện áp trên X và dòng điện trong mạch ở thời điểm t 1 có giá trị lần lượt là i 1, u1 và ở thời điểm t2 là i2, u2. u u • Nếu 1 2 a thì X R a i1 i2 • Ngược lại mạch chỉ có L hoặc C. (Để xác định được L hay C thì nên lưu ý: Nếu f tăng thì ZL tăng nên I giảm, còn ZC giảm nên I tăng) Câu 4. Một hộp X chỉ chứa một trong 3 phần tử là điện trở thuần hoặc tụ điện hoặc cuộn cảm thuần. Đặt vào hai đầu hộp X một điện áp xoay chiều chỉ có tần số f thay đổi. Khi f = 50Hz thì điện áp trên X và dòng điện trong mạch ở thời điểm t 1 có giá trị lần lượt là i1 1(A);u1 100 3 V , ở thời điểm t 2 thì i2 3 A ;u2 100V . Khi f = 100Hz thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là 0,5 2A . Hộp X chứa A. diện trở thuần R 100 B. Cuộn cảm thuần có độ tự cảm 1/ (H) C. tụ điện có điện dung C 10 4 / F . D. tụ điện có điện dung C 100 2 / F Câu 4. Chọn đáp án B  Lời giải: i2 u2 1 30000 1 1 1 1 2 2 2 2 U 200 I0 U0 I0 U0 0 i2 u2 3 10000 I 2 I 2 A 2 2 1 1 0 2 2 I2 U2 I0 U0 0 0 Khi tần số tăng gấp đôi nếu là tụ thì dung kháng giảm 2 lần nên dòng hiệu dụng tăng 2 lần, tức là I' 2I 2 2A . Nhưng theo bài ra I’ = 0,5 2 A I / 2 nên X = L sao cho: U0 200 1 ZL 2 fL L H I0 2 ✓ Chọn đáp án B Câu 5. Một mạch điện xoay chiều có độ lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch và dòng điện (i) là / 2.Tại thời điểm t, i 2A thì u 100 6 V . Biết k mắc amphe nối tiếp với mạch thì số chỉ của nó là 2,828A. Tìm điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch? A. 100V. B. 300V. C. 200V. D. 150V. Câu 5. Chọn đáp án C  Lời giải: 2 2 4 2 i u 2 100 6 1 Áp dụng công thức: 1 U 200 V I0 U0 4 U 2 ✓ Chọn đáp án C Câu 6. (THPT − 2017) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị cực đại là 100 V vào hai đầu cuộn cảm thuần thì cường độ dòng điện trong mạch là i 2cos100 t (A). Khi cường độ dòng điện i = 1 A thì điện áp giữa hai đầu cuộn cảm có độ lớn bằng A. 100 V. B. 50V. C. 50 2 V. D. 50 3 V. Câu 6. Chọn đáp án D  Lời giải: 2 2 2 2 u i u 1 Mạch chỉ L thì u và i vuông pha: 1 1 u 50 3 U0 I0 100 2 ✓ Chọn đáp án D 128