Học tốt Vật lí 12, bài 13: Các mạch điện xoay chiều
- Thứ bảy - 10/08/2019 09:58
- In ra
- Đóng cửa sổ này
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 13: Các mạch điện xoay chiều
A. Kiến thức cơ bản
1. Độ lệch pha giữa hiệu điện thế u và cường độ dòng điện i
Biểu thức hiệu điện thế u và cường độ dòng điện i trong mạch điện là
i = I0cos(ωt + φi)
u = U0cos(ωt + φu)
Độ lệch pha giữa hiệu điện thế u và cường độ dòng điện i
φ = φu – φi
Nếu φ > 0: u sớm pha so với i
Nếu φ < 0: u trễ pha so với i
Nếu φ = 0: u cùng pha với i
2. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R
Biểu thức i và u: i = I
cos (ωt); u = U
cos (ωt)
Nhận xét: Trong đoạn mạch chỉ có điện trở, điện áp tức thời hai đầu mạch cùng pha với cường độ tức thời trong mạch.
Định luật Ôm: I =
3. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
Biểu thức u và i
i = I
cos (ωt); u = U
cos (ωt - 
)
Nhận xét: Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện, điện áp tức thời hai đầu mạch trễ pha
so với cường độ tức thời trong mạch.
Định luật Ôm: I =
= với ZC= 
là dung kháng; C: điện dung tụ điện có đơn vị là Fara (F), lµF = 10-6F; 1nF = 10-9F; 1pF = 10-12F
Lưu ý: ZC cản trở dòng điện xoay chiều, ZC càng nhỏ khi C càng lớn.
4. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Biểu thức i và u: i = I
cos (ωt); u = U
cos (ωt + 
)
Nhận xét: Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có một cuộn thuần cảm, điện áp tức thời hai đầu mạch sớm pha
so với cường độ tức thời trong mạch.
Định luật Ôm: I =
với ZL= Lω là cảm kháng; L: độ tự cảm có đơn vị là Henri (H).
1mH = 10-3H
Lưu ý: ZL cản trở dòng điện xoay chiều, ZL càng lớn khi L càng lớn.
B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3, C4, C5, C6 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 13
C1. Hãy nhắc lại các định nghĩa của u, U0 và u.
Trả lời:
Điện áp tức thời xoay chiều là điện áp biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin.
Điện áp cực đại là giá trị lớn nhất luôn dương khi hàm cos hay sin bằng 1.
Điện áp hiệu dụng xoay chiều hình sin bằng điện áp cực đại chia
.
C2. Phát biểu định luật Ôm đối với dòng diện một chiều trong kim loại.
Trả lời:
Cường độ dòng điện qua đoạn mạch thì tỉ lệ thuận với điện áp 2 đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở đoạn mạch.
C3. Dòng điện trên Hình 13.4 có "chạy qua" hai tấm của tụ điện không? Cơ chế của dòng điện ấy như thế nào?
Trả lời:
Dòng điện trong mạch hình 13.4 có tụ điện là dòng điện tích dịch chuyển từ bản dương (+q) sang bản âm (-q) ở phía ngoài tụ điện, do đó, dòng điện không chạy qua 2 tấm của tụ điện.
C4. Chứng minh rằng đại lượng ZC =
có đơn vị là ôm (đơn vị của điện trở).
Trả lời:
Ta có: ZC =
=> đơn vị của ZC là 
=>
= 
= 
= 
= 
= Ω
C5. Chứng minh hệ thức sau đây giữa điện áp u ở hai đầu cuộn cảm và dòng điện i chạy qua cuộn cảm đó (H.13.5).
UAB= ri + L
Trả lời:
Theo định luật Ôm cho toàn mạch UAB = ri - e với e = -L
Ta được: UAB = ri + L
C6. Chứng minh rằng ZL = ωL có đơn vị của điện trở.
Trả lời:
Ta có ZL = Lω với ω có đơn vị là
, L = 
=> độ tự cảm L tính bằng đơn vị Henri =
=> đơn vị cua ZL là:
= 
= 
=> 
Ω
Vậy ZL có đơn vị là ôm.
C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 13 TRANG 74
1. Phát biểu định luật Ôm của dòng điện xoay chiều đối với mạch chỉ có một tụ điện; một cuộn cảm thuần.
Trả lời:
+ Định luật Ôm của dòng điện xoay chiều chỉ có một tụ điện.
Cường độ hiệu dụng trong mạch chứa tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng của mạch.
+ Định luật Ôm của dòng điện xoay chiều chỉ có một cuộn cảm thuần.
Cường độ hiệu dụng trong mạch chứa một cuộn cảm thuần có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và cảm kháng của mạch.
2. So sánh tác dụng cản trờ dòng điện xoay chiều thể hiện trong
a. ZC.
b. ZL.
Trả lời:
+ Dung kháng ZC=
= 
; ZC tỉ lệ nghịch với C và f.
Nếu C và f tăng thì ZC giảm, ít cản trở dòng điện và ngược lại.
+ Cảm kháng ZL = Lω = 2πf.L; ZL tỉ lệ với L và f.
Nếu L và f tăng thì cản trở dòng điện nhiều và ngược lại.
3. Điện áp giữa hai đầu của một tụ điện: u = 100
cos 100πt (V). Cường độ hiệu dụng trong mạch I = 5A.
a) Xác định C.
b) Viết biểu thức của i.
Giải:
a) Theo định luật Ôm trong mạch C
ZC =
= 
= 20Ω => C = 
= 
=
(F)
b) Biểu thức cường độ trong đoạn mạch chỉ có C thì i sớm pha hơn u một góc
i = I0cos
+ với I0= 
= 
= 5
(A)
=> i = 5
cos
(A)
4. Điện áp giữa hai dầu của một cuộn cảm thuần: u = 100
cos 100πt (V). Cường độ hiệu dụng trong mạch I = 5A.
a) Xác định L.
b) Viết biểu thức của i.
Giải:
a) Định luật Ôm trong mạch L u 100
ZL=
= 
= 20Ω => L = 
= 
= 
(H)
b. Biểu thức cường độ trong đoạn mạch chỉ có L thì i trễ pha hơn u 1 góc π2
i = I0cos
+ với I0 = 
= 
= 5
(A)
=> i = 5
cos
(A)
5. Chứng minh rằng, khi hai cuộn cảm thuần L1 và L2 mắc nối tiếp trong một mạch điện xoay chiều thỉ cuộn cảm tương đương có cảm kháng cho bởi: ZL= (L1 + L2)ω
Giải:
L1 nối tiếp L2
Ta có u = u1+u2 => u = -L1
– L2
=> u = -(L1+L2)
đặt L = L1+L2
=> u = -L
Mà ZL= Lω => ZL= (L1+L2) ω
6. Chứng minh rằng, khi hai tụ điện C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương có dung kháng: ZC=
và 
= 
+ 
Giải:
C1 nối tiếp C2
Ta có u = u1+u2 => u =
+ 
với q1= q2= q
=> u =
q đặt
= 
=> u =
Mà ZC =
= 
+
= 
=> ZC= 
+ 
7. Một đoạn mạch chứa một số tụ điện có điện dung tương đương C, đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp tức thời u = Umcosωt (V). Cường độ hiệu dụng trong mạch là bao nhiêu?
A.
B.
C. U0Cω
D.
Cω
Giải:
Chọn đáp án D.
Vì I =
= 
Cω
8. Đoạn mạch chứa một cuộn cảm thuần L; đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp tức thời u = UMcosωt (V) thì cường độ hiệu dụng trong đoạn mạch là bao nhiêu?
A.
B.
C. U0Lω
D.
Lω
Giải:
Chọn đáp án B.
Vì I =
= 
9. Điện áp u = 200
cosωt (V) đặt vào hai đầu một cuộn cảm thuần thì tạo ra dòng điện có cường độ hiệu dụng I = 2A. Cảm kháng có giá trị là bao nhiêu?
A. 100 Ω
B. 200 Ω
C. 100
Ω
D. 200
Ω.
Giải:
Chọn đáp án A.
Theo định luật ôm ZL=
= 
= 100 (Ω)
1. Độ lệch pha giữa hiệu điện thế u và cường độ dòng điện i
Biểu thức hiệu điện thế u và cường độ dòng điện i trong mạch điện là
i = I0cos(ωt + φi)
u = U0cos(ωt + φu)
Độ lệch pha giữa hiệu điện thế u và cường độ dòng điện i
φ = φu – φi
Nếu φ > 0: u sớm pha so với i
Nếu φ < 0: u trễ pha so với i
Nếu φ = 0: u cùng pha với i
2. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R
Biểu thức i và u: i = I
cos (ωt); u = U cos (ωt)Nhận xét: Trong đoạn mạch chỉ có điện trở, điện áp tức thời hai đầu mạch cùng pha với cường độ tức thời trong mạch.
Định luật Ôm: I =
3. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
Biểu thức u và i
i = I
cos (ωt); u = U cos (ωt - )Nhận xét: Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện, điện áp tức thời hai đầu mạch trễ pha
so với cường độ tức thời trong mạch.Định luật Ôm: I =
= với ZC= là dung kháng; C: điện dung tụ điện có đơn vị là Fara (F), lµF = 10-6F; 1nF = 10-9F; 1pF = 10-12FLưu ý: ZC cản trở dòng điện xoay chiều, ZC càng nhỏ khi C càng lớn.
4. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần
Biểu thức i và u: i = I
cos (ωt); u = U cos (ωt + )Nhận xét: Trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có một cuộn thuần cảm, điện áp tức thời hai đầu mạch sớm pha
so với cường độ tức thời trong mạch.Định luật Ôm: I =
với ZL= Lω là cảm kháng; L: độ tự cảm có đơn vị là Henri (H).1mH = 10-3H
Lưu ý: ZL cản trở dòng điện xoay chiều, ZL càng lớn khi L càng lớn.
B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3, C4, C5, C6 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 13
C1. Hãy nhắc lại các định nghĩa của u, U0 và u.
Trả lời:
Điện áp tức thời xoay chiều là điện áp biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin.
Điện áp cực đại là giá trị lớn nhất luôn dương khi hàm cos hay sin bằng 1.
Điện áp hiệu dụng xoay chiều hình sin bằng điện áp cực đại chia
.C2. Phát biểu định luật Ôm đối với dòng diện một chiều trong kim loại.
Trả lời:
Cường độ dòng điện qua đoạn mạch thì tỉ lệ thuận với điện áp 2 đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở đoạn mạch.
C3. Dòng điện trên Hình 13.4 có "chạy qua" hai tấm của tụ điện không? Cơ chế của dòng điện ấy như thế nào?
Trả lời:
Dòng điện trong mạch hình 13.4 có tụ điện là dòng điện tích dịch chuyển từ bản dương (+q) sang bản âm (-q) ở phía ngoài tụ điện, do đó, dòng điện không chạy qua 2 tấm của tụ điện.
C4. Chứng minh rằng đại lượng ZC =
có đơn vị là ôm (đơn vị của điện trở).Trả lời:
Ta có: ZC =
=> đơn vị của ZC là =>
= = = = = ΩC5. Chứng minh hệ thức sau đây giữa điện áp u ở hai đầu cuộn cảm và dòng điện i chạy qua cuộn cảm đó (H.13.5).
UAB= ri + L
Trả lời:
Theo định luật Ôm cho toàn mạch UAB = ri - e với e = -L
Ta được: UAB = ri + L
C6. Chứng minh rằng ZL = ωL có đơn vị của điện trở.
Trả lời:
Ta có ZL = Lω với ω có đơn vị là
, L = => độ tự cảm L tính bằng đơn vị Henri =
=> đơn vị cua ZL là:
= = => ΩVậy ZL có đơn vị là ôm.
C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 13 TRANG 74
1. Phát biểu định luật Ôm của dòng điện xoay chiều đối với mạch chỉ có một tụ điện; một cuộn cảm thuần.
Trả lời:
+ Định luật Ôm của dòng điện xoay chiều chỉ có một tụ điện.
Cường độ hiệu dụng trong mạch chứa tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng của mạch.
+ Định luật Ôm của dòng điện xoay chiều chỉ có một cuộn cảm thuần.
Cường độ hiệu dụng trong mạch chứa một cuộn cảm thuần có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và cảm kháng của mạch.
2. So sánh tác dụng cản trờ dòng điện xoay chiều thể hiện trong
a. ZC.
b. ZL.
Trả lời:
+ Dung kháng ZC=
= ; ZC tỉ lệ nghịch với C và f.Nếu C và f tăng thì ZC giảm, ít cản trở dòng điện và ngược lại.
+ Cảm kháng ZL = Lω = 2πf.L; ZL tỉ lệ với L và f.
Nếu L và f tăng thì cản trở dòng điện nhiều và ngược lại.
3. Điện áp giữa hai đầu của một tụ điện: u = 100
cos 100πt (V). Cường độ hiệu dụng trong mạch I = 5A.a) Xác định C.
b) Viết biểu thức của i.
Giải:
a) Theo định luật Ôm trong mạch C
ZC =
= = 20Ω => C = = = (F)b) Biểu thức cường độ trong đoạn mạch chỉ có C thì i sớm pha hơn u một góc
i = I0cos
+ với I0= = = 5 (A)=> i = 5
cos (A)4. Điện áp giữa hai dầu của một cuộn cảm thuần: u = 100
cos 100πt (V). Cường độ hiệu dụng trong mạch I = 5A.a) Xác định L.
b) Viết biểu thức của i.
Giải:
a) Định luật Ôm trong mạch L u 100
ZL=
= = 20Ω => L = = = (H)b. Biểu thức cường độ trong đoạn mạch chỉ có L thì i trễ pha hơn u 1 góc π2
i = I0cos
+ với I0 = = = 5 (A)=> i = 5
cos (A)5. Chứng minh rằng, khi hai cuộn cảm thuần L1 và L2 mắc nối tiếp trong một mạch điện xoay chiều thỉ cuộn cảm tương đương có cảm kháng cho bởi: ZL= (L1 + L2)ω
Giải:
L1 nối tiếp L2
Ta có u = u1+u2 => u = -L1
– L2 => u = -(L1+L2)
đặt L = L1+L2=> u = -L
Mà ZL= Lω => ZL= (L1+L2) ω
6. Chứng minh rằng, khi hai tụ điện C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương có dung kháng: ZC=
và = + Giải:
C1 nối tiếp C2
Ta có u = u1+u2 => u =
+ với q1= q2= q=> u =
q đặt = => u =
Mà ZC =
= + = => ZC= + 7. Một đoạn mạch chứa một số tụ điện có điện dung tương đương C, đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp tức thời u = Umcosωt (V). Cường độ hiệu dụng trong mạch là bao nhiêu?
A.
B.
C. U0Cω
D.
CωGiải:
Chọn đáp án D.
Vì I =
= Cω8. Đoạn mạch chứa một cuộn cảm thuần L; đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp tức thời u = UMcosωt (V) thì cường độ hiệu dụng trong đoạn mạch là bao nhiêu?
A.
B.
C. U0Lω
D.
LωGiải:
Chọn đáp án B.
Vì I =
= 9. Điện áp u = 200
cosωt (V) đặt vào hai đầu một cuộn cảm thuần thì tạo ra dòng điện có cường độ hiệu dụng I = 2A. Cảm kháng có giá trị là bao nhiêu?A. 100 Ω
B. 200 Ω
C. 100
Ω D. 200
Ω.Giải:
Chọn đáp án A.
Theo định luật ôm ZL=
= = 100 (Ω)
Bản quyền bài viết thuộc về Sachgiai.com. Ghi nguồn Sách giải.com khi đăng lại bài viết này.