Phương pháp ôn tập chương Điện xoay chiều & Sóng điện từ

I/ Chương dòng điện xoay chiều: 1- Viết được biểu thức của cường độ dòng điện tức thời i và điện áp tức thời u.. 4- Sử dụng định luật Oâm để tính cường độ dòng điện I và điện áp U hai đầ

PHƯƠNG PHÁP ÔN TẬP CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ.

A/ VỊ TRÍ CỦA CHƯƠNG.

1- Trong chương trình - Chương trình cơ bản : 21/70 tiết, chiếm 30% thời lượng.

- Chương trình nâng cao:

2- Trong đề thi - Phần chung : 9/24 câu.

- Phần riêng : Chương trình cơ bản từ 1 – 2 câu

Chương trình nâng cao 1 câu

Cả hai phần chiếm tỷ lệ : khoảng 25%

B/ YÊU CẦU VỀ KIẾN THỨC.

I/ Chương dòng điện xoay chiều:

1- Viết được biểu thức của cường độ dòng điện tức thời i và điện áp tức thời u.

2- Tính được cảm kháng ZL, dung kháng ZC và tổng trở Z của các đoạn mạch.

3- Tính được độ lệch pha ϕ giũa u và i Dựa vào ϕ xác định được tính chất của các đoạn mạch 4- Sử dụng định luật Oâm để tính cường độ dòng điện I và điện áp U hai đầu các đoạn mạch 5- Tính được công suất tiêu thụ và hệ số công suất của các đoạn mạch.

6- Biết được đặc điểm của mạch RLC có cộng hưởng điện.

7- Vẽ được giãn đồ Fre-nen, dựa vào giãn đồ này để giải các bài toán về độ lệch pha hoặc tính điện áp hai đầu các đoạn mạch.

8- Biết được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của các máy điện và các công thức liên quan đến các máy điện.

II/ Chương dao động và sóng điện từ.

1- Biết được cấu tạo của mạch dao động LC.

2- Viết được biểu thức điện tích của tụ điện ( hoặc điện áp hai đầu tụ điện) và cường độ dòng điện trong mạch.

3- Định nghĩa được và tính được chu kỳ và tần số của dao động điện từ.

4- Năng lượng dao động điện từ.

5- Biết được định nghĩa sóng điện từ, các đặc điểm của sóng điện từ, công thức liên hệ giữa bước sóng, chu kỳ, tần số và tốc độ truyền sóng.

6- Nắm được nguyên tắc truyền thông bằng sóng điện từ.

Chú ý: Đối với chương trình nâng cao phải viết được biểu thức của năng lượng từ trường, điện trường và năng lượng điện từ của mạch dao động Có thể áp dụng các định luật của dòng điện xoay chiều cho mạch dao động.

C/ PHƯƠNG PHÁP ÔN TẬP.

1/ Học sinh ôn tập trước ở nhà Đọc lại sách giáo khoa, vở ghi theo yêu cầu của giáo viên và giải một số bài tập tự luận, đề trắc nghiệm do giáo viên đề nghị.

2/ Giáo viên hướng dẫn học sinh hệ thống lại kiến thức.

3/ Giáo viên và học sinh giải một số đề trắc nghiệm theo tài liệu hướng dẫn ôn tập của nhà xuất bản GD hoặc tài liệu của giáo viên biên soạn trên cơ sở tài liệu trên Giải đáp các thắc mắc của học sinh.

I/ Dòng điện xoay chiều, điện áp xoay chiều.

1/ Biểu thức của dòng điện xoay chiều và điện áp xoay chiều.

i = I0 cos ω t

u = U0 cos ( ω t + ϕ )

Trong đó: i và u là cường độ và điện áp tức thời.

I0 và U0 là cường độ và điện áp cực đại.

ω = 2 2 f

T

là tần số góc của dòng điện.

ϕ là độ lệch pha của u so với i.

Chú ý: Trong trường hợp tổng quát, biểu thức của i vàu là: i = I0 cos ( ω t + ϕi)

u = U0 cos ( ω t + ϕu)

Với ϕi ,ϕu là pha ban đầu của I và u, chúng liên hệ với nhau theo hệ thức: ϕ = ϕu - ϕi

Nếu ϕ > 0 thì u sớm pha hơn i.

Nếu ϕ < 0 thì u trễ pha hơn i.

Nếu ϕ = 0 thì u và I cùng pha.

2/ Cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu dụng.

0

2

I

I = 0

2

U

II/ Dòng điện xoay chiều trong các đoạn mạch

Đoạn mạch chỉ có

R Đoạn mạch chỉ có L Đoạn mạch chỉ có C Đoạn mạch có R,L,C n.tiếp

Tổng

trở

C

2 ( L C)2

Định

luật

Ôm

R U I

R

L

U I Z

C

U I Z

Z

=

Độ

lệch

pha

giữa u

và i

UR cùng pha với i:

π

so với i:

ϕ = 2 π

uC trễ pha

2

π

so với i:

ϕ = - 2 π

u lệch pha so với i một góc ϕ

tan ZL ZC

R

Hệ số

công

suất

Z

Công

suất

tiêu

thụ

Biểu

thức

của u

và i

i = I0 cos ω t

uR = U0 cos ω t i = I0 cos uL = U0 cos ( ω t ω t +

2

π )

i = I0 cos ω t

uC = U0 cos ( ω t -

2

π )

i = I0 cos ω t

u = U0 cos ( ω t + ϕ )

Giãn

đồ

Fre-nen

U

III/ Cộng hưởng điện

1/ Điều kiện để có cộng hưởng điện : 1

LC

C

ω ω

= hay ZL = ZC 2/ Đặc điểm của đoạn mạch RLC mắc nối tiếp:

- Tổng trở nhỏ nhất : Zmin = R

- Điện áp hai đầu mạch bằng điện áp hai đầu điện trở: U = UR.

- I đạt giá trị lơn nhất : Imax = U

R

- Diện áp hai đầu mạch u cùng pha với I : ϕ = 0

- Hệ số công suất của mạch lớn nhất: Cos ϕ = 1

- Công suất tiêu thụ trên mạch đạt cực đại Pmax = U2

R

IV/ Giá trị cực đại của công suất.

1- Nếu đoạn mạch có R không đổi, L hoặc C hoặc ω thay đổi thì công suất tiêu thụ của mạch cực đại khi trong mạch có cộng hưởng điện Khi đó Pmax = U2

R và hệ số công suất Cos ϕ = 1.

2- Nếu đoạn mạch có L hoặc C hoặc ω không đổi , R thay đổi thì công suất đạt cực đại khi R = (ZL – ZC)2 Khi đó Pmax = 2

2

U

R và hệ số công suất Cos ϕ = 2

2

A/ TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I/ Dòng điện xoay chiều, điện áp xoay chiều

1/ Biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều.

i = I0 cos ωt

u = U0 cos (ωt + ϕ)

Trong đó i và u là cường độ dòng điện và điện áp tức thời

I0 và U0 là cường độ dòng điện và điện áp cực đại

ω = 2πf = 2

T

π là tần số góc của dòng điện

ϕ là độ lệch pha của u so với i

Chú ý Trong trường hợp tổng quát u và I có biểu thức :

i = I0 cos (ωt + ϕi)

u = U0 cos (ωt + ϕu)

Trong đó : ϕu , ϕi là pha ban đầu của u vài, chúng liên hệ với nhau theo hệ thức: ϕ = ϕu - ϕi

( Nếu : ϕ > 0 thì u sớm phaso với I; ϕ < 0 thì u trễ pha so với I; ϕ = 0 thì u cùng pha với i)

2/ Cường độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng

0

2

I

I = 0

2

U

Chú ý Khi nói về các giá trị của dòng điện xoay chiề là nói về giá trị hiệu dụng

Các dụng cụ đo điện xoay chiều chỉ đo được giá trị hiệu dụngcủa DĐXC

II/ Dòng điện xoay chiều trong các loại đoạn mạch

1/ Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở

a- Biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp

i = I0 cos ωt

uR = U0R cos ωt

Kết luận: Hiệu điện thế hai đầu điện trở biến thiên cùng pha với cường độ dòng điện.

b- Giãn đồ Fre-nen

O I uur0

U uuur0R

c- Định luật Oâm

UR

I R

= hay 0

U I R

= 2/ Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có tụ điện

a- Dung kháng của tụ điện

ZC 1

C

ω

= Trong đó : ω là tần số góc của dòng điện

C là điện dung của tụ điện (Fara – F)

b- Biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp

i = I0 cos ωt

uC = U0C cos (ωt -

2

π )

Kết luận: Hiệu điện thế hai đầu tụ điện biến thiên trễ pha

2

π

so với cường độ dòng điện

c- Giãn đồ Fre-nen

O I uur0

U uuurC

d- Định luật Oâm

C

C

U I Z

= hay 0

0

C C

U I Z

=

3/ Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần

a- Cảm kháng của cuộn dây

ZL = ω L

Trong đó : ω là tần số góc của dòng điện

L là độ tự cảm của cuộn dây (Henry – H)

b- Biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp

i = I0 cos ωt

uL = U0L cos (ωt +

2

π )

Kết luận: Hiệu điện thế hai đầu cuộn cảm thuần biến thiên sớm pha

2

π

so với cường độ dòng điện

c- Giãn đồ Fre-nen

U uurL

O I uur0

d- Định luật Oâm

L

L

U I Z

= hay 0

0

L L

U I Z

= III Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp

1/ Biểu thức của cường độ dòng điện và hiệu điện thế

i = I0 cos ωt

u = U0 cos (ωt + ϕ)

2/ Giãn đồ Fre-nen U uurL

U uurL

+U uuurC

U ur

O U uuurR

U uuurC

3/ Độ lệch pha của u so với i

tan L C L C

R

- Nếu ZL > ZC ( đoạn mạch được gọi là có tính cảm kháng ) → ϕ > 0 ↔ u sớm pha hơn i

- Nếu ZL < ZC ( đoạn mạch được gọi là có tính dung kháng ) → ϕ < 0 ↔ u trễ pha hơn i

4/ Quan hệ giữa hiệu điện thế hai đầu mạch và các hiệu điện thế hai đầu các phần tử của mạch

U ur = U uuurR

+ U uurL +U uuurC → U = UR2 + ( UL− UC)2 5/ Tổng trở của mạch

Z = R2+ ( ZL− ZC)2 = 2 1 2

C

ω ω

6/ Định luật Oâm

I U

Z

= hay 0

0

U I Z

= 7/ Công suất của dòng điện xoay chiều

a- Công suất của dòng điện xoay chiều

P = UI cosϕ = I2R

b- Hệ số công suất của đoạn mạch

cos R

Z

ϕ =

8/ Cộng hưởng điện

Khi tần số góc của dòng điện có giá trị: 1

LC

C

ω ω

= ↔ ZL = ZC , khi đócường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch đạt giá trị lớn nhất Ta nói trong mạch có hiện tượng cộng hưởng điện Khi có cộng hưởng điện thì : Z = Zmin = R

I = Imax = U

R

UL và UC triệt tiêu nhau nên UR = U

U và I cùng pha với nhau

P = Pmax =

2

U R

9/ Chú ý: + Trong trường hợp cuộn dây vừa co cảm kháng vừa có điện trở thuần, thì ta coi nói như một đoạn mạch gồm điện trở thuần mắc nối tiếp với một cuộn cảm thuần

+ Trường hợp mạch R, L, C thiếu đi phần tử nào thì đại lượng tương ứng với nó trong các công thức coi như bằng 0

+ Trường hợp mạch R, L, C có nhiều phần tử cùng loại mắc nối tiếp thì R là tổng điện trở thuần, ZL và ZC là tổng cảm kháng và tổng dung kháng của mạch

-D/ GIẢI MỘT SỐ ĐỀ TRẮC NGHIỆM VÍ DỤ.

I/ Đề dùng để củng cố kiến thức.

1/ Phát biểu nào sau đây không đúng đối với mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần.

A Điện áp tức thời hai đầu đoạn 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 hiệu dụng trong mạch được tính bằng công thức I = ω LU.

D Cảm kháng của đoạn mạch tỷ lệ nghịch với chu kỳ của dòng điện.

2/ Chọn phát biểu sai Một đoạn mạch điện gồm điện trở R, cuộn cảm thuần L và tụ điện C mắc nối tiếp Dòng điện qua mạch có cường độ : i = I0 cos ( ω t + α ) Gọi uR, uL, uC, uLC là điện áp hai đầu R, L , C thì:

A uR có giá trị cực đai I0R và pha ban đầu bằng α

B uL có giá trị cực đai I0 L ω và pha ban đầu bằng

2

π

α +

C uC có giá trị cực đại I0 C ω và pha ban đầu bằng

2

π

−

D uC có giá trị cực đại I0 /C ω và pha ban đầu bằng α

2

π

− 3/ Đặt vào hai đầu đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp một điện áp xoay chiều u = U0 cos ω t Nếu tăng tần số của điện áp thì:

A- Dung kháng tăng B- Cảm kháng giảm.

C- Tổng trở tăng D- Cảm kháng tăng và dung kháng giảm.

II/ Đề dùng để hiểu kiến thức.

4/ Dòng nào ở cột số tương ứng với dòng nào ở cột chữ?

1 Mạch có R a u sớp pha so với i.

2 Mạch có R, C mắc nối tiếp b u sớm pha

2

π so với i

3 Mạch có R, L mắc nối tiếp c u trễ pha so với i

4 Mạch có R,L,C mắc nối tiếp (ZL>ZC) d u trễ pha

2

π so với i

5 Mạch có R,L,C mắc nối tiếp (ZL<ZC) e u cùng pha so với i

6 Mạch có R,L,C mắc nối tiếp (ZL=ZC) f cộng hưởng

5/ Một đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp Cho biết ωL= 2R, 1

C

ω = R Dòng nào ở cột số tương ứng với dòng nào ở cột chữ?

1 Đoạn mạch gồm R và C a i sớm pha

2

π

so với u và tổng trở bằng R 3

2 Đoạn mạch gồm R và L b i trễ pha

2

π so với u và tổng trở bằng R

3 Đoạn mạch gồm L và C c i sớm pha

4

π

so với u và tổng trở bằng R 2

4 Đoạn mạch gồm R,L và C d i trễ pha

4

π

so với u và tổng trở bằng R 2

e i sớm pha so với u một góc lớn hơn

4 π và tổng trở bằng R 5

f i trễ pha

4

π so với u và tổng trở bằng R 5 6/ Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 40 Ω ghép nối tiếp với cuộn cảm thuần L Cho biết điện áp tức thời hai đầu mạch u = 80 cos 100 π t (V) và điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm

UL = 40 V Cảm kháng ZL có giá trị nào sau đây?

A- 40 Ω B- 80 Ω C- 40 2 Ω D- 40 3 Ω

III/ Đề dùng để nâng cao kiến thức.

7/ Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R = 50 Ω mắc nối tiếp một cuộn cảm thuần và một tụ điện Biết cường độ dòng điện trên đoạn mạch cùng pha với điện áp hai đầu đoạn mạch Nếu dùng dây nối tắt hai bản tụ điện thì cường độ dòng điện lệch pha

3

π

so với điện áp Tụ điện có dung kháng bằng

A- 25 Ω B- 50 Ω C- 50 2 Ω D- 50 3 Ω

8/ Cho đoạn mạch AB gồm hai đoạn AM và MB mắc nối tiếpĐiện áp trên hai đoạn có giá trị hiệu dụng bằng nhau U1 = U2 Giãn đồ Fre-nen biểu diễn i, u1, u2 như hình vẽ

Chọ đáp án đúng U uur1

A- U = U1 3

B- Điện áp uAB trễ pha

12

π so với i.

C- Hệ số công suất của đoạn AM bằng 0,5 300 I r D- Hệ số công suất của đoạn MB bằng 0,5 3

U uur2

B/ ĐỀ TRẮC NGHIỆM

1/ Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều được tính theo công thức nào sau đây?

a- I =

2

0

I

b- I =

2

0

I

c- I = 2I0 d- I = 2I0

2/ Dòng điện xoay chiều chạy trong một đoạn mạch có cường độ : i = 2 cos(100π t +

4

π) (A) Khẳng định nào sau đây sai :

a- Cường độ hiệu dụng I = 2 A b- Cường độ cực đại I0 = 2 A

c- Tần số của dòng điện f = 50 Hz d- Dòng điện đổi chiều 100 lần trong 1 giây

3/ Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện là: u = 310 cos100πt (V) Thời điểm gần nhất sau đó ( kể từ t

= 0), điện áp tức thời đạt giá trị 155 V ?

a-

600

1

s b-

100

1

s c- 1

300s d-

150

1 s 4/ Một đèn ống được mắc vào mạng điện xoay chiều 220V-50Hz, điện áp mồi của đèn là 110 V Biết trong một chu kỳ đèn sáng và tắt 2 lần Khoảng thời gian một lần đèn tắt là bao nhiêu?

a-

300

1

s b-

150

1

s c-

150

2

s d- 1

100s 5/ Một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R Hai đầu mạch có điện áp: u = U0cos(ω t + α ) và cường độ dòng điện trong mạch có biểu thức i = I0cos(ω +t ϕ) I0 và ϕ có thể nhận những giá trị nào?

a- I0 =

R

U0

và ϕ = α b- I0 =

R

U0

và ϕ = 0

c- I0 =

2

0

R

U

và ϕ = α d- I0 =

2

0

R

U

và ϕ = 0

6/ Đặt vào hai đầu điện trở R = 50 Ω một điện áp xoay chiều có biểu thức : u = 100 2cos (100πt +

6

π ) V Cường độ dòng điện qua mạch có biểu thức nào sau đây?

a- i = 2 2cos(100πt +

6

π) (A) b- i = 2cos(100

πt + 6

π) (A) c- i = 2 2cos(100πt) (A) d- i = 2cos(100πt) (A)

7/ Một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm L Hai đầu mạch có điện áp: u

= U0cos (ω t + α ) và cường độ dòng điện trong mạch có biểu thức i = I0cos(ω +t ϕ) I0 và ϕ có thể nhận

những giá trị nào ?

a- I0 = ωLU0 và ϕ = α -

2

π b- I

0 = ωLU0 và ϕ =

-2 π

c- I0 =

L

U

ω0 và ϕ = α - 2

π d- I

0 =

L

U

ω0 và ϕ = - 2

π 8/ Đặt vào hai đầu cuộn dây thuần cảm có L = 2π

1 (H) một điện áp xoay chiều có biểu thức :

u = 100 2 cos(100πt +

6

π) V Cường độ dòng điện qua mạch có biểu thức nào sau đây?

a- i = 2 2cos(100πt -

3

π)(A) b- i = 2cos(100

πt - 3

π)(A) c- i = 2cos(100πt -

2

π) (A) d- i = 2

2cos(100πt -

2

π) (A) 9/ Tác dụng của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều là:

a- Gây cảm kháng nhỏ nếu tần số lớn b- Ngăn cản hoàn toàn dòng điện xoay chiều

c- Gây cảm kháng lớn nếu tần số lớn d- Chỉ cho phép dòng điện đi qua theo 1 chiều

10/ Phát biểu nào sau đây là đúng với mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm, hệ số tự cảm L, tần số góc ω :

a- Tổng trở của mạch bằng Lω

1 b- Điện áp hai đầu mạch trễ pha

2

π so với dòng điện.

c- Điện áp hai đầu mạch sớm pha hay trễ pha so với i tùy thuộc vào thời điểm mà ta xét

d- Mạch không tiêu thụ công suất

11/ Sự phụ thuộc của cảm kháng ZL vào tần số f của dòng điện xoay chiều được diễn tả theo đồ thị nào sau đây ?

ZL ZL ZL ZL

O f O f O f O f

A B C D

12/ Một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện C Hai đầu mạch có điện áp : u = U0cos(ω t + α ) và cường độ dòng điện trong mạch có biểu thức i = I0cos(ω +t ϕ) I0 và ϕ có thể nhận những giá trị nào ?

a- I0 = ωCU0 và ϕ = α +

2

π b- I

0 = ωCU0 và ϕ =

-2 π

c- I0 =

C

U

ω0 và ϕ = α - 2

π d- I

0 =

C

U

ω0 và ϕ = 2

π

13/ Tác dụng của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều là:

a- Gây dung kháng nhỏ nếu tần số lớn b- Ngăn cản hoàn toàn dòng điện xoay chiều

c- Gây dung kháng lớn nếu tần số lớn d- Chỉ cho phép dòng điện đi qua theo 1 chiều

14/ Phát biểu nào sau đây là không đúng với mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, điện dung C, tần số góc

ω :

a- Tổng trở của mạch bằng Cω

1 b- Hiệu điện thế trễ pha

2

π so với dòng điện c- Hiệu điện thế hai đầu mạch sớm pha hay trễ pha so với i tùy thuộc vào thời điểm mà ta xét

d- Mạch không tiêu thụ công suất

15/ Sự phụ thuộc của dung kháng ZC vào tần số f của dòng điện xoay chiều được diễn tả theo đồ thị nào sau đây ?

ZC ZC ZC ZC

O f O f O f O f

A B C D

16/ Ở hai đầu một tụ điện có một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi nhưng có tần số thay đổi Khi tần số bằng 50 Hz thì dòng điện qua tụ có cường độ hiệu 1 A Để dòng điện qua tụ có cường độ hiệu dụng 2 A thì tần số phải có giá trị nào sau đây ?

a- 100 Hz b- 50 Hz c- 25 Hz d- 200 Hz

17/ Đặt vào hai đầu tụ điện có C = 63,6 µF một điện áp xoay chiều, dòng điện qua tụ điện là: i

= 2 cos(100πt -

6

π) (A) Biểu thức nào sau đây là biểu thức của điện áp hai đầu tụ điện?

a- u = 100 2cos(100πt -

3

2π ) (V) b- u = 100cos(100πt -

3

2π ) (V)

c- u = 100 2cos(100πt -

2

π) (V) d- u = 100cos(100

πt + 3

π) (V) 18/ Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC một điện áp u = U0sinωt Nếu tăng tần số của điện áp thì:

a- Dung kháng tăng b- Cảm kháng giảm c- Tổng trở tăng d- Cảm kháng tăng và dung kháng gỉam 19/ Trong đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp, độ lệch pha giữa u và I phụ thuộc vào

a- cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch b- cách chọn gốc tính thời gian

c- hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu mạch d- tính chất của mạch điện

20/ Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC một điện áp u = U0sinωt thì tổng trở của mạch được tính theo công thức nào sau đây ?

a- Z = 2 2

)

R + ω −ω b- Z = 2 2

) (Lω Cω

c- Z = 2 ( 1 )2

ω

ω

C L

R + − d- Z = 2 ( 1 )2

ω

ω

C L

R + +