Học tốt Vật lí 12, bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều

Thứ sáu - 09/08/2019 11:54

Hệ thống kiến thức lí thuyết cơ bản cần nhớ, hướng dẫn trả lời câu hỏi sách giáo khoa và giải bài tập Vật lí 12, bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều

A. Kiến thức cơ bản
1. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Từ thông qua khung: Ф = NBScosωt.
N: Số vòng dây, s (m²) là tiết diện mỗi vòng dây
Suất điện động cảm e = -Ф' = ωNBSsinωt = E_msinωt
Nếu nối khung dây ra mạch ngoài ta có dòng điện xoay chiều.
2. Dòng điện xoay chiều: Là dòng điện biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay côsin
i = I₀cos(ωt + φ)
3. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều
i : cường độ tức thời (A)
I₀ : cường độ cực đại (A)
ω : tần số góc (rad/s)
T =

: chu kì (s)
f =

: tần số của dòng điện (Hz)
(ωt + φ) : pha của dòng điện (rad)
φ : pha ban đầu (rad)

4. Cường độ hiệu dụng: Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của dòng điện không đổi nếu chúng lần lượt đi qua cùng một điện trở thuần trong những thời gian như nhau thì công suất tiêu thụ trong R bởi dòng điện không đổi và công suất trung bình tiêu thụ bởi dòng điện xoay chiều bằng nhau.
I =

5. Hiệu điện thế hiệu dụng U =

6. Suất điện động hiệu dụng E =

Lưu ý: các thiết bị đo (vôn kế, ampe kế...), các số liệu ghi trên các thiết bị điện đều là các giá trị hiệu dụng.

B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3, C4, C5 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 12
C1. Nhắc lại định nghĩa dòng điện một chiều không đổi.
Trả lời:
Dòng điện một chiều không đổi là dòng điện chạy theo một chiều với
cường độ không đổi.

C2. 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:
a. i = 5cos

b. i = 2

cos

c. i = -5

cos100πt
Trả lời:
a) I₀ = 5A; ω = 100π rad/s
T =

s
f =

= 50Hz;
φ =

rad
b) I₀ = 2

A; ω = 100π rad/s
T =

s
f =

= 50Hz;
φ = -

rad
c) i = -5

cos 100πt = 5

cos(100πt ± π)
I₀= 5

A; ω = 100π rad/s
T =

s
f =

= 50Hz;
φ = ± rad

C3. Trên hình 12.1, đồ 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 nhiêu I_max?
Trả lời:
a) Đồ thị hình sin cắt trục hoành tại những điểm có giá trị:
t =

+ k

với k = 0, 1, 2, 3...
t₁=

; t₂=

; t₃=

; t₄=

; t₅=

b. Đồ thị cắt trục tung tại điểm có giá trị i bằng bao nhiêu I_m
Tại thời điểm t =

thì i = I₀ vậy i = I₀ sin

Tại thời điểm t = 0 thì i = I₀sin

C4. Tính diện năng tiêu thụ của dòng điện xoay chiều trên diện trở R trong 1h như thế nào?
Trả lời:
Công suất trung bình kí hiệu là p, đơn vị là oát (W). Điện năng tiêu thụ trong 1 giờ bằng P (W.h).

C5. Mạch điện xoay chiều có ghi 220V. Tính giá trị cực dại của hiệu điện thế.
Trả lời:
Giá trị cực đại của hiệu điện thế U₀ = U

= 220

.

C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 12 TRANG 66
1. Phát biểu các định nghĩa:
a. Giá trị tức thời;
b. Giá trị cực đại;
c. Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều hình sin.
Trả lời:
a. Giá trị tức thời giá trị biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin.
b. Giá trị cực đại là giá trị lớn nhất luôn dương khi hàm cos hay sin bằng 1.
c. - Giá trị hiệu dụng xoay chiều hình sin của cường độ bằng giá trị cực đại của cường độ chia

- Giá trị hiệu dụng xoay chiều hình sin của điện áp bằng giá trị cực đại của điện áp chia

2. Tại sao phải quy định thống nhất tần số của dòng điện xoay chiều tạo ra trong kĩ thuật?
Trả lời:
Vì trong mạch mắc nối tiếp cường độ dòng điện là như nhau do đó trong kĩ thuật phải tạo ra dòng điện xoay chiều có cùng tần số thì các thiết bị điện xoay chiều mới mắc nôối với nhau được.
Ở nước ta sử dụng dòng điện xoay chiều có tần số là f = 50Hz.

3. Xác định giá trị trung bình theo thời gian của :
a. 2sin 100π
b. 2cos 100π
c. 2sin

d. 2sin²100π
e. 3cos

Giải:
Các hàm côsin và sin của t thì giá trị trung bình trong 1 chu kì là bằng không.
Tổng quát:
hoc tot vat li 12 bai 12 cau 3

4. Trên một bóng đèn có ghi 220V - 100W, nối đèn ấy vào mạng điện xoay chiều có U = 220V. Xác định:
a. Điện trở của đèn;
b. Cường độ hiệu dụng qua đèn;
c. Điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ.
Giải:
a. R =

= 484Q
b. I =

(A)
c) A = Pt = 100W.h

5. Một mạch điện gồm hai đèn mắc song song, trên mỗi đèn có ghi: 220V - 115W; 220V - 132W. Nối hai đầu cứa mạch điện ấy vào mạng điện xoay chiều U = 220V. Xác định:
a. Công suất tiêu thụ trong mạch diện;
b. Cường độ dòng điện cung cấp cho mạch điện.
Giải:

a) Công suất tiêu thụ trong mạch : P = P_ĐM1+ P_ĐM2 = 247(W)
b) Cường độ dòng điện I =

với

R =

= 196 Ω => I =

1,12 (A)

6. Trên một đèn có ghi 100V - 100W. Mạch điện sử dụng có U = 110V. Để đảm bảo đèn sáng bình thường, phải mắc thêm vào mạch điện một điện trở bằng bao nhiêu?
Giải:
Để đèn sáng bình thường với hiệu điện thế hai đầu mạch là 110V thì phải mắc nối tiếp thêm một điện trở R.
Ta có U_R = U - U_d = 10V
Đèn sáng bình thường I =

= 1A =>

= 10(Ω)

7. Với dòng điện xoay chiều, cường độ hiệu dụng I liên hệ với cường độ cực đại I_m theo công thức nào?
A. I =

B. I =

C. I =

D. I =

Giải:
Chọn đáp án C

* Dùng cho câu hỏi 8 và 9: Điện áp tức thời giữa hai đầu của một đoạn mạch xoay chiều là u = 80cos100πt (V).
8. Tần số góc của dòng điện là bao nhiêu?
A. 100π rad/s
B. 100 Hz
C. 50 Hz
D. 100π Hz
Giải:
Chọn đáp án A. f =