Đại cương về dòng điện xoay chiều, trắc nghiệm vật lý lớp 12 2022 | Mytranshop.com

by

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 chiều

a. Cơ sở lí thuyết

– Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

b. 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: left( {overrightarrow{n};overrightarrow{B}} right)=varphi

Trong đó :   +phi  : từ thông (Vêbe (Wb));{{phi }_{0}}: là từ thông cực đại.

                  + S: Là diện tích một vòng dây ();  N: Số vòng dây của khung

                  +displaystyle overrightarrow{B}: Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều B:Tesla(T)

                  +displaystyle omega : 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).

=> Dòng điện xoay chiều thay đổi về cả cường độ và phương chiều

b. Giá trị hiệu dụng: Dựa vào tác dụng nhiệt của dòng điện

– 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:  I=frac{{{{I}_{0}}}}{{sqrt{2}}};  U=frac{{{{U}_{0}}}}{{sqrt{2}}};  E= frac{{{{E}_{0}}}}{{sqrt{2}}}

– 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.

i={{I}_{0}}cos (omega t+{{varphi }_{i}})

u={{U}_{0}}cos (omega t+{{varphi }_{u}})

* Trong đó:

                  + i,u: giá trị cường độ dòng điện và điện áp tức thời, đơn vị là (A).

Mytranshop.com khuyên bạn nên xem:  Cửa Hàng Bán Ghế Massage Hải Phòng 2022 | Mytranshop.com

                  +I0; U0 >0 : giá trị cực đại của cường độ dòng điện, điện áp xoay chiều.

                  + omega ,{{varphi }_{i}},{{varphi }_{u}}: là các hằng số.

                  + omega >0 là tần số góc.

                  + (omega t+{{varphi }_{i}}): pha của dòng điện tại thời điểm t.

                  + {{varphi }_{i}} ; {{varphi }_{u}}: Pha ban đầu của dòng điện, điện áp

– Các đại lượng đặc trưng.

* Chu kì: text{T =}frac{{text{2 }!!pi!!text{ }}}{text{ }!!omega!!text{ }}text{=}frac{text{1}}{text{f}}(s).

* Tần số: text{f =}frac{text{1}}{text{T}}text{=}frac{text{ }!!omega!!text{ }}{{text{2 }!!pi!!text{ }}}.

3. Độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp.

– Đặt varphi ={{varphi }_{u}}-{{varphi }_{i}}, được gọi là độ lệch pha của điện áp và dòng điện trong mạch.

– Nếu varphi >0 thì khi đó điện áp nhanh pha hơn dòng điện hay dòng điện chậm pha hơn điện áp.

– Nếu varphi <0 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 ỨNG

Thông 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.

– Biểu thức từ thông: , Với Φ0 = NBS.

– Biểu thức suất điện động:  Với {{E}_{0}}=omega NBtext{S};  lúc t=0.

– Vẽ đồ thị: Đồ thị là đường hình sin:

* có chu kì : 

T=2πω                      Dạng 2: Bài toán về khoảng thời gian

Phân biệt u (giá trị tức thời) ; U(Giá trị hiệu dung) ; {{U}_{0}} (Giá trị cực đại)

– t <=> u, i

*/Đèn sáng đèn tắt:

Khi đặt điện áp u={{U}_{0}}cos (omega t+{{varphi }_{u}}) vào hai đầu bóng đèn, biết đèn chỉ sáng lên khi uge {{U}_{1}}

Gọi Delta t là khoảng thời gian đèn sáng trong một chu kỳ

C1: Delta t=frac{{4Delta varphi }}{omega } Với ctext{os}Delta varphi =frac{{{{U}_{1}}}}{{{{U}_{0}}}}, (0<Delta varphi <frac{pi }{2})

C2: Sử dụng trục thời


 

 


 

*/Bài toán về số lần

Dòng điện xoay chiều i={{I}_{0}}cos (2pi ft+{{varphi }_{i}})

– Số lần đổi chiều(dòng điện đổi chiều là khi dòng điện bằng không)

* Mỗi giây đổi chiều 2f lần

* Nếu pha ban đầu {{varphi }_{i}}=-frac{pi }{2} hoặc {{varphi }_{i}}=frac{pi }{2} 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 ĐỘNG 

+ Cho uAC và uCB tìm uAB

Mytranshop.com khuyên bạn nên xem:  Tổng hợp hơn 500+ từ vựng tiếng Anh chuyên ngành xây dựng 2022 | Mytranshop.com

                 uAB = uAC + uCB

Cách 1 : Sử dụng hình    

Cách 2 : Sử dụng công thức

DẠNG 4: GIÁ TRỊ TỨC THỜI VÀ ĐỘ LỆCH PHA

a. Chú ý khi sử lý bài tập

– Xác định đề bài: Giá trị tức thời (x1; x2); Biên độ (A1; A2) ; Độ lệch pha Delta varphi

– 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

{{u}_{{RLC}}}={{u}_{R}}+{{u}_{L}}+{{u}_{C}}

frac{{{{u}_{C}}}}{{{{u}_{L}}}}=-frac{{{{U}_{{0C}}}}}{{{{U}_{{0L}}}}}=-frac{{{{Z}_{C}}}}{{{{Z}_{L}}}}

– Các kiến thức điện liên quan:

  • Độ lệch pha: Sử dụng giản đồ chung gốc

  • Giá trị biên độ:

    • {{I}_{0}}=frac{{{{U}_{0}}}}{Z}
    • left{ begin{array}{l}U_{0}^{2}=U_{R}^{2}+{{left( {{{U}_{{0L}}}-{{U}_{{0C}}}} right)}^{2}}\frac{{{{U}_{{01}}}}}{{{{U}_{{02}}}}}=frac{{{{Z}_{1}}}}{{{{Z}_{2}}}}end{array} right.

b. Các trường hợp về pha thường gặp

Mối quan hệ cùng pha:

        (Cùng cực đại, cùng cực tiểu và cùng bằng không tại một thời điểm)

 frac{{{{x}_{1}}}}{{{{x}_{2}}}}=frac{{{{A}_{1}}}}{{{{A}_{2}}}} => frac{{{{u}_{R}}}}{i}=frac{{{{U}_{R}}}}{I}=1

Mối quan hệ ngược pha:

(1 đại lượng cực đại thì đại lượng kia cực tiểu ; cùng bằng không tại một thời điểm)

frac{{{{x}_{1}}}}{{{{x}_{2}}}}=-frac{{{{A}_{1}}}}{{{{A}_{2}}}}
=> frac{{{{u}_{C}}}}{{{{u}_{L}}}}=-frac{{{{U}_{C}}}}{{{{U}_{L}}}}

Mối quan hệ vuông pha :

( 1 đại lượng cực đại thì đại lượng còn lại bằng không, )

frac{{x_{1}^{2}}}{{A_{1}^{2}}}+frac{{x_{2}^{2}}}{{A_{2}^{2}}}=1 => frac{{u_{L}^{2}}}{{U_{{0L}}^{2}}}+frac{{u_{R}^{2}}}{{U_{{0R}}^{2}}}=1 ; frac{{u_{C}^{2}}}{{U_{{0C}}^{2}}}+frac{{u_{R}^{2}}}{{U_{{0R}}^{2}}}=1; frac{{u_{L}^{2}}}{{U_{{0L}}^{2}}}+frac{{i_{{}}^{2}}}{{I_{0}^{2}}}=1; frac{{u_{C}^{2}}}{{U_{{0C}}^{2}}}+frac{{i_{{}}^{2}}}{{I_{0}^{2}}}=1

Lệch pha nhau bất kì

+ Tính Delta varphi  bằng giản đồ

+ Mối quan hệ giữa A1 ; A2 là mối quan hệ giữa (U, I) ; (U1 ; U2)

+ 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 t1 đến t2 là Δq :

Delta q=i.Delta t
=>q=intlimits_{{t1}}^{{t2}}{{i.dt}}

Chú ý :Bấm máy tính phải để ở chế độ rad.

– Điện lượng chuyển qua tiết diện trong một chu kỳ là :0

– Điện lượng chuyển qua tiết diện trong nửa chu kỳ từ thời điểm i = 0: {{q}_{{T/2(i=0)}}}=frac{{2{{I}_{0}}}}{omega }

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 600c{{m}^{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 là

    A.e=48pi sin (40pi t-frac{pi }{2}),(V).                        B. e=4,8pi sin (4pi t+pi ),(V).

    C.e=48pi sin (4pi t+pi ),(V).                          D. e=4,8pi sin (40pi t-frac{pi }{2}),(V).

Mytranshop.com khuyên bạn nên xem:  Nước Mĩ giữa hai cuộc chiến tranh thế giới (1918 2022 | Mytranshop.com

Hướng dẫn

Tần số góc: omega =2pi {{n}_{o}}=2pi .2=4pi (ratext{d}/s) (rad/s).

displaystyle Phi =BS.ctext{os}left( {omega t+pi } right)=>e=-N.Phi '=Nomega BS.sin left( {omega t+pi } right)=4,8pi .sin left( {4pi t+pi } right) (V)

=> Đáp án B

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 .

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

Hướng dẫn 

a. u=220sqrt{2}sin (100pi t)V

-Trong một chu kỳ có 2 khoảng thời gian thỏa mãn điều kiện đèn sáng

left| u right|ge 155 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

=> Đáp án A.

b.Tìm khoảng thời gian đèn sáng trong nửa chu kỳ đầu

=>220sqrt{2}sin (100pi t)ge 155=>sin (100pi t)ge frac{1}{2}=>frac{pi }{6}le 100pi tle frac{{5pi }}{6}=>frac{1}{{600}}sle tle frac{5}{{600}}s

-Thời gian đèn sáng trong nửa chu kỳ : Delta t=frac{5}{{600}}-frac{1}{{600}}=frac{1}{{150}}s

Thời gian đèn sáng trong một chu kỳ : {{t}_{s}}=2.frac{1}{{150}}=frac{1}{{75}}s

-Thời gian đèn tắt trong chu kỳ : {{t}_{{tat}}}=T-{{t}_{s}}=frac{1}{{50}}-frac{1}{{75}}=frac{1}{{150}}s

-Tỉ số thời gian đèn sáng và thời gian đèn tắt trong một chu kỳ : frac{{{{t}_{s}}}}{{{{t}_{{tat}}}}}=frac{{frac{1}{{75}}}}{{frac{1}{{150}}}}=2

=> Đáp án C

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 {{u}_{{AB}}}=cos 100pi t(V) và {{u}_{{BC}}}=sqrt{3}cos (100pi t-frac{pi }{2})(V) .Tìm biểu thức hiệu điện thế uAC.

A{{u}_{{AC}}}=2sqrt{2}cos (100pi t)(V).                                          B.{{u}_{{AC}}}=sqrt{2}cos (100pi t+frac{pi }{3})(V).

C.{{u}_{{AC}}}=2cos (100pi t+frac{pi }{3})(V).                                       D. {{u}_{{AC}}}=2cos (100pi t-frac{pi }{3})(V)

Hướng dẫn

Với bài này ta phải vận dụng công thức lượng giác để tính.

begin{array}{l}{{u}_{{AC}}}={{u}_{{AB}}}+{{u}_{{BC}}}=cos 100pi t+sqrt{3}cos (100pi t-frac{pi }{2})\=cos 100pi t+sqrt{3}sin 100pi t\=2cos 100pi t.cos frac{pi }{3}+2sin 100pi t.sin frac{pi }{3}end{array}

=2cos (100pi t-frac{pi }{3}) (V).

=> Đáp án D.

Hướng dẫn

 i=frac{{dq}}{{dt}}=>q=int{{i.dt}}=intlimits_{0}^{{0,15}}{{2.sin 100pi t=>q=-frac{4}{{100pi }}}}

=> Đáp án B

Leave a Comment