Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 12 - Chủ đề 3: Dòng điện xoay chiều - Chuyên đề 1: Đại cương dòng điện xoay chiều

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 12 - Chủ đề 3: Dòng điện xoay chiều - Chuyên đề 1: Đại cương dòng điện xoay chiều

1. CHỦ ĐỀ 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CHUYÊN ĐỀ 1: ĐẠI CƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM 1. Từ thông Từ thông qua diện tích S được tính bởi công thức:  NBScos (Wb) Trong đó: N: Số vòng dây B: Độ lớn cảm ứng từ (T) S: Diện tích (m2) : Góc giữa vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây và vecto cảm ứng từ (rad) Góc giữa vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây và vecto cảm ứng từ 2. Hiện tượng cảm ứng điện từ Khi từ thông qua một khung dây biến thiên thì Ví dụ: Cho từ thông xuyên qua khung dây giảm đều trong khung xuất hiện một suất điện động gọi là từ 0,05 Wb về 0 trong thời gian 0,05 s thì trong dây suất điện động cảm ứng. có suất điện động cảm ứng: d d 0 0,05 e (V) e 1(V) C dt C dt 0,05 Trong toán học, ta tính eC bằng đạo hàm của  theo thời gian. 3. Dòng điện xoay chiều Cho khung dây quay đều trong từ trường khi đó từ thông qua khung dây biến thiên:  NBScos t Trong đó: : tốc độ quay của khung dây  : góc hợp bởi n và B ở thời điểm t = 0 Trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng: e '(t) NBSsin t Suất điện động biến đổi theo thời gian theo định luật dạng sin gọi là suất điện động xoay chiều. Đặt suất điện động xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch thì trong mạch có dòng điện xoay chiều và ở hai đầu mạch có điện áp xoay chiều. Trang 1
2. u U0 cos t u u 100cos 100 t (V) 2 i I0 cos t i i 2cos 100 t (A) 3 Trong đó: u, i: Giá trị tức thời Trong đó: U ,I : Biên độ 0 0 u, i: Giá trị tức thời : Tần số góc 100; 2: Biên độ u , i: : Pha ban đầu 100 : Tần số góc , : pha ban đầu 2 3 Độ lệch pha của u so với i: u i 2 3 6 - Nếu > 0 thì u sớm pha so với i Vì > 0 nên u sớm pha so với i - Nếu = 0 thì u cùng pha với i - Nếu < 0 thì u trễ pha so với i Chu kì: Chu kì của dòng điện xoay chiều: 2 2 2 T 0,02(s) T (s)  100  Tần số: Tần số của dòng điện xoay chiều:  100 1  f 50(Hz) f (Hz) 2 2 T 2 Cường độ dòng điện hiệu dụng: Cường độ dòng điện hiệu dụng: I 2 I I 0 2(A) I 0 2 2 2 Điện áp hiệu dụng: Điện áp hiệu dụng: U 100 U U 0 50 2(V) U 0 2 2 2 Chú ý: Trong đời sống, trên các thiết bị điện thường ghi giá trị hiệu dụng. Mạng điện dân dụng nước ta có giá trị hiệu dụng U = 200V, tần số f = 50 Hz PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Làm quen với các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều 1. Phương pháp giải Trang 2
3. Vận dụng các định nghĩa, các công thức đã học để 2. Ví dụ minh họa nhận biết các đại lượng đặc trưng của dòng điện Ví dụ 1: Điện áp xoay chiều có biểu thức xoay chiều u 200sin 100 t (V) . Giá trị hiệu dụng của 2 điện áp này bằng: A. 200V B. 100V C. 100 2V D. 50V Hướng dẫn Giá trị hiệu dụng của điện áp: U 200 U 0 100 2(V) 2 2 Chọn C Nếu bài toán hỏi pha ban đầu ta làm theo 2 bước Ví dụ 2: Điện áp xoay chiều có biểu thức như sau: u 200sin 100 t (V) . Pha ban đầu của điện 2 áp này bằng: A. (rad) B. (rad) C. 0(rad) D. (rad) 2 4 2 Hướng dẫn: Bước 1: Đưa biểu thức về dạng hàm cos. Đưa về hàm cos: u 200cos 100 t 200cos 100 t (V) 2 2 Bước 2: Đối chiếu với định nghĩa để xác định pha Đối chiếu với định nghĩa: ban đầu. u U0 cos t 0(rad) Chọn C Ví dụ 3: Điện áp xoay chiều có biểu thức Nếu bài toán cho phương trình và hỏi giá trị tức thời ở một thời điểm, ta thay t vào phương trình để u 200sin 100 t (V) . Ở thời điểm t = 2s tính giá trị tức thời đó. 2 điện áp này có giá trị bằng: A. 200V B. 100V C. 50V D. 100 2V Hướng dẫn Thay t = 2s vào phương trình ta được: u 200sin 100 t.2 200(V) 2 Chọn A Trong các bài tập chú ý vận dụng kiến thức về dao Ví dụ 4: Dòng điện xoay chiều chạy trong đoạn động điều hòa vào dòng điện xoay chiều. mạch có biểu thức i 2cos 100 t (A) . Số lần dòng điện đổi chiều trong 1 s là A. 50 lần B. 100 lần C. 150 lần D. 200 lần Trang 3
4. Hướng dẫn  100 Tần số dòng điện: f 50(Hz) 2 2 Số lần đổi chiều trong thời gian t là: 2ft (lần). Số lần dòng điện đổi chiều trong 1s: N 2ft 2.50.1 100 (lần) Chọn B 2. Bài tập tự luyện Câu 1. Dòng điện xoay chiều có biểu thức i 2cos100 t(A) thì có A. cường độ cực đại là 2AB. chu kì là 0,01s C. tần số 100HzD. cường độ hiệu dụng là 2 2A Câu 2. Một dòng điện xoay chiều có cường độ hiệu dụng 2 A, tần số 50 Hz chạy trên một dây dẫn. Trong thời gian 1 s, số lần cường độ dòng điện có độ lớn bằng 1 A là A. 50B. 100C. 200D. 400 Đáp án: 1 – A 2 - C Dạng 2: Tính thời gian đèn sáng – tối 1. Phương pháp giải Ví dụ: Đặt điện áp xoay chiều u 220cos 100 t (V) vào hai đầu một bóng đèn. Biết đèn chỉ sáng lên khi điện áp giữa hai đầu bóng đèn có độ lớn không nhỏ hơn 110V. Thời gian đèn sáng trong 1s là bao nhiêu? 1 2 A. 0,5s B. s C. s D. 0,8s Bước 1: Tính thời gian đèn sáng trong 1 chu kì. 3 3 4 Hướng dẫn t  Thời gian đèn sáng trong 1 chu kì: Udm cos 4 4. U t 3 1 0  t (s) 100 75 U 110 1 cos dm U 220 2 0 3 Bước 2: Tính xem khoảng thời gian t đang xét 2 2 bằng bao nhiêu lần chu kì. T 0,02(s) Chu kì:  100 Bước 3: Suy ra khoảng thời gian đèn sáng, tối trong t 1(s) 50T t thời gian t là: t .t Thời gian đèn sáng trong 1 giây là: t T Trang 4
5. 1 2 t 50. (s) 75 3 2. Bài tập tự luyện Câu 1. Đặt điện áp xoay chiều u 220cos 100 t (V) vào hai đầu một bóng đèn. Biết đèn chỉ sáng lên khi điện áp hai đầu đèn có độ lớn không nhỏ hơn 110 V. Thời gian đèn tắt trong 1 giây là 3 1 2 1 A. s B. s C. s D. 4 3 3 2 Câu 2. Một bóng đèn được mắc vào mạng điện dân dụng 220 V - 50 Hz. Biết đèn chỉ sáng lên khi điện áp giữa hai đầu bóng đèn lớn hơn hoặc bằng 110 2V . Thời gian đèn sáng trong 1 giây là 2 1 1 3 A. s B. s C. s D. s 3 3 2 4 Đáp án: 1 – B 2 - A PHẦN 3: BÀI TẬP TỔNG HỢP Câu 1. Điện áp tức thời giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều có biểu thức u 220 2 cos100 t(V) . Điện áp hiệu dụng có giá trị là A. 220VB. 220 2V C. 110 2V D. 110V Câu 2. Biểu thức cường độ dòng điện trong đoạn mạch xoay chiều là i 2cos 100 t (A) . Tần số của dòng điện là bao nhiêu? A. 100HzB. 50HzC. 100 Hz D. 50 Hz Câu 3. Điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch là u 150cos100 t(V) . Cứ mỗi giây số lần điện áp tức thời bằng không là A. 100 lầnB. 50 lầnC. 200 lầnD. 10 lần Câu 4. Một bóng đèn ne-on được mắc vào nguồn xoay chiều có điện áp u 200cos 100 t (V) . Đèn chỉ bật sáng khi điện áp đặt vào đèn có độ lớn vượt quá giá trị 100 V. Trong 1 giây đèn này bật sáng bao nhiêu lần? A. 100 lầnB. 50 lầnC. 200 lầnD. 10 lần Câu 5. Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch có biểu thức i 2sin 100 t (A) . Ở thời điểm 6 1 t s cường độ trong mạch có giá trị 200 A. -1AB. 1AC. 3A D. 3A Câu 6. Một điện áp xoay chiều có biểu thức: u 200cos 100 t (V) . Kể từ lúc t = 0, thời điểm đầu tiên điện áp có giá trị bằng 100 V là Trang 5
6. 1 1 1 1 A. s B. s C. s D. s 200 300 600 400 Đáp án: 1 – A 2 – B 3 – A 4 – A 5 – C 6 – B Trang 6