Trong giờ thực hành, học sinh mắc nối tiếp một quạt điện xoay chiều với điện trở R = 352 rồi mắc hai đầu đoạn mạch này vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 380V.. Hãy xác định[r]
Trang 1Lê Kim Đông
TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐH - CĐ
Chương 5: ĐIỆN XOAY CHIỀU
Tiên Phước, tháng 04 năm 2014
Trang 2Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
CHƯƠNG V DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
1.Khái niệm dòng điện xoay chiều
Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian (theo hàm
cos hay sin của thời gian)
Biểu thức: i I0cos( t )(A)
-Trong đó
+i: giá trị cường độ dòng điện xoay chiều tức thời(A) +I0 > 0: giá trị cường độ dòng điện cực đại của dòng điện xoay chiều + , : là các hằng số
+ > 0 tần số góc +( t ): pha tại thời điểm t +:Pha ban đầu
Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều
-Định tính: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
-Định lượng:
+Giả sử khi t = 0 pháp tuyến n
của khung dây trùng với Từ thông qua khung dây tại thời điểm t là: NBS cos t
+Từ thông biến thiên làm xuất hiện trong khung dây một suất điện động cảm ứng tức thời tại thời
2cos(
+Với N,B,S là các đại lượng không đổi
=>Vậy suất điện động trong khung biến thiên điều hòa với tần số góc
2.Các loại mạch điện xoay chiều
Đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần
-Nếu:uR U0Rcos t V ( ) iR I0Rcos t A ( )
-Dòng điện và điện áp giữa hai đầu R cùng pha nhau
-Biểu thức định luật Ohm: 0
Đoạn mạch chỉ chứa tụ điện
Đoạn mạch chỉ chứa cuộn cảm thuần
Trang 3Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
-Nếu cho biểu thức uU0cost V( ) i I0cos(t)( )A
-Nếu cho biểu thức i I0cos( t A )( ) u U0cos( t )( ) V
-Dung kháng của đoạn mạch 1 1
( ) 2
Nếu ZL > ZC : thì 0, mạch có tính cảm kháng, u nhanh pha hơn i góc
Nếu ZL < ZC : thì 0, mạch có tính dung kháng, u chậm pha hơn i góc
Nếu ZL = ZC : thì 0, u cùng pha i, khi đó max U
R
Hiện tượng cộng hưởng điện
-Hệ quả của hiện tượng cộng hưởng điện
Zmin = R => Imax = U/R
3.Công suất của mạch điện xoay chiều
Biểu thức: Công suất tiêu thụ trung bình của mạch điện 2
-Mạch RLC nối tiếp công suất tiêu thụ trong mạch là công suất tiêu thụ trên điện trở R
Ý nghĩa hệ số công suất: -Hệ số công suất càng cao thì hiệu quả sử dụng điện năng càng cao Để tăng hiệu
quả sử dụng điện năng ta phải tìm mọi cách để làm tăng hệ số công suất
4.Biến áp và sự truyền tải điện năng
Các khái niệm
-Máy biến áp là thiết bị dùng thay đổi điện áp xoay chiều
-Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ
-Cấu tạo: Gồm có hai phần:
+Lõi thép: Bao gồm nhiều lá thép kĩ thuật điện mỏng được ghép xác với nhau, cách điện nhau tạo thành lõi thép
+Các cuộn dây quấn: Được quấn bằng dây quấn điện từ, các vòng dây của các cuộn dây được quấn trên lõi thép và cách điện với nhau Số vòng dây của các cuộn dây thường là khác nhau
Trang 4Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
-Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp làm phát sinh từ trường biến thiên trong lõi thép =>gây ra từ thông xuyên qua mỗi vòng dây của hai hai cuộn là 0cos t
-Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lược là: 1 N1 0 cos tvà2 N2 0 cos t
-Suất điện động trong cuộn thứ cấp e2 d 2 N2 0cos t
Giảm hao phí điện năng khi truyền tải điện năng đi xa
-Công suất hao phí khi truyền tải điện năng đi xa
Gọi Pphát : là công suất điện ở nhà máy phá điện cần truyền tải
Uphát : là điện áp ở hai đầu mạch I: cường độ dòng điện hiệu dụng trên dây truyền tải R: điện trở tổng cộng của dây truyền tải
P phát = U phát I
=> Công suất hao phí trên đường dây truyền tải là
P hao phí = I 2 R = R.P phát /U 2 phát
-Hai cách làm giảm hao phí trong quá trình truyền tải điện năng đi xa
+Giảm điện trở dây truyền tải bằng cách: R l
S
Tăng tiết diện dây dẫn (Tốn kém vật liệu) Làm dây dẫn bằng các vật liệu có điện trở suất nhỏ => Không kinh tế
+Tăng điện áp trước khi truyền tải bằng cách dùng máy biến thế =>Đang được sử dụng rộng rãi
5.Máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha
Nguyên lí hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
Nguyên tắc cấu tạo máy phát điện xoay chiều một pha
-Phần cảm (Rôto): là phần tạo ra từ trường, là nam châm
-Phần ứng (Stato): là phần tạo ra dòng điện xoay chiều, gồm các cuộn dây giống nhau cố định trên vòng tròn(Phần cảm có bao nhiêu cặp cực thì phần ứng có bấy nhiêu cuộn dây)
-Tần số dòng điện xoay chiều do máy phát điện xoay chiều phát ra là:
Nếu rôto quay độ với tốc n (vòng/giây) hoặc n (vòng/phút)thì
np
+p: Số cặp cực của rôto +f: Tần số dòng điện xoay chiều(Hz)
Nguyên tắc cấu tạo máy phát điện xoay chiều ba pha(Hình bên)
-Phần cảm ( Rôto) thường là nam châm điện
-Phần ứng (Stato) gồm ba cuộn dây giống hệt nhau quấn quanh trên lõi thép
và lệch nhau 1200 trên vòng tròn
Dòng điện xoay chiều ba pha
-Là một hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều có cùng tần số, cùng biên
độ, nhưng lệch pha nhau 2
-Gồm 4 dây trong đó có ba dây pha và một dây trung hòa
-Tải tiêu thụ không cần đối xứng
N
S
Trang 5Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
Ưu điểm dòng xoay chiều ba pha
-Tiết kiệm dây dẫn
-Dòng điện xoay chiều ba pha đối xứng cho hiệu suất cao hơn so với
dòng điện xoay chiều một pha
-Tạo ra từ trường quay dùng trong động cơ không đồng bộ ba pha dễ
dàng
Động cơ không đồng bộ(Hình bên)
-Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và từ
trường quay
-Cấu tạo:Gồm hai phần:
+Stato giống stato của máy phát điện xoay chiều ba pha
+Rôto: hình trụ có tác dụng giống như một cuộn dây quấn trên lõi thép
Trang 6Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
CHƯƠNG V ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỦ ĐỀ 1 MẠCH ĐIỆN Vấn đề 1 Đại cương về dòng điện xoay chiều:
2 Từ thông gửi qua khung dây của máy phát điện = NBScos(t +) = 0cos(t + )
Với 0 = NBS là từ thông cực đại, N là số vòng dây, B là cảm ứng từ của từ trường, S là diện tích của vòng dây,
B Bài tập áp dụng:
Câu 1: Một khung dây dẫn phẳng dẹt hình chữ nhật có 500 vòng dây, diện tích mỗi vòng 54 cm2 Khung dây quay đều quanh một trục đối xứng (thuộc mặt phẳng của khung), trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay và có độ lớn 0,2 T Từ thông cực đại qua khung dây là
A 0,27 Wb B 1,08 Wb C 0,81 Wb D 0,54 Wb
2
2.10 cos 100
Biểu thức của suất điện động cảm
ứng xuất hiện trong vòng dây này là
vuông góc với trục quay và có độ lớn 2
5 T Suất điện động cực đại trong khung dây
bằng
A.110 2V B.220 2V C.110V D.220V
Câu 4: Một khung dây dẫn phẳng quay đều với tốc độ góc quanh một trục cố định nằm trong mặt phẳng khung
dây, trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay của khung Suất điện động cảm ứng trong khung có biểu thức e = 0cos( )
+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 t 1 đến t 2 là Δq : Δq=i.Δt
2
t t
q i d t
*)Chú ý :Bấm máy tính phải để ở chế độ rad
B.Áp dụng : Câu 1 :Dòng điện xoay chiều i=2sin100t(A) qua một dây dẫn Điện lượng chạy qua tiết diện dây trong
khoảng thời gian từ 0 đến 0,15s là :
100 C D.
6( )
100 C
Trang 7Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
Câu 3 : Dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua một đoạn mạch có biểu thức có biểu thức cường độ là
Câu 4: Một dòng điện xoay chiều có cường độ hiệu dụng là I có tần số là f thì điện lượng qua tiết diện
của dây trong thời gian một nửa chu kì kể từ khi dòng điện bằng không là :
D
2
f I
Câu 5: Dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua một đoạn mạch có biểu thức cường độ là
)cos(
I
i , I0 > 0 Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn đoạn mạch đó trong thời
gian bằng chu kì của dòng điện là
Câu 6 : Hãy xác định đáp án đúng Dòng điện xoay chiều i = 10 cos100t (A),qua điện trở R =
5 Nhiệt lượng tỏa ra sau 7 phút là :
A 500J B 50J C.105KJ D.250 J
Câu 7: Dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở thuần R = 10 Ω có biểu thức i 2 cos( 120 t )( A ) , t tính bằng giây (s) Nhiệt lượng Q toả ra trên điện trở trong thời gian t = 2 min là :
A Q = 60 J B Q = 80 J C Q = 2 400 J D Q = 4 800 J
Câu 8: Một dòng điện xoay chiều đi qua điện trở R = 25 Ω trong thời gian t = 120 s thì nhiệt lượng toả ra
trên điện trở là Q = 6 000 J Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều này là
A 2 A B 3 A C 2 A D 3 A
Vấn đề 3 Viết biểu thức u hoặc i
A Phương pháp :
+Nếu đề cho: iI0cos(ti) thì suy ra uU0cos(ti)(1)
+ Nếu đề cho: u U0cos( t u) thì suy ra i I0cos( t u )(2)
7.0
10 4 (F); điện áp 2 đầu mạch là u=120 2cos100t (V), thì cường độ dòng điện trong mạch là
Câu 2:Cho đoạn mạch gồm R, L, C mắc nối tiếp; R = 10 3; L = 0,3 / (H); C = 10 / 23
(F) Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế u 100 2 cos 100 t (V)
a) Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch
A i5 2 os 100c t / 6(A) B i5 2 os 100c t / 6(A)
Trang 8Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
C i5 os 100c t / 6(A) D i5 os 100c t / 6(A)
b) Viết biểu thức hiệu điện thế hai đầu mỗi phần tử R; L; C
A uR 86, 5 2 cos 100 t / 6 ; uL 150 2 cos 100 t / 3 ; uC 100 2 cos 100 t 2 / 3
B A u R 86, 5 2 cos 100 t / 6; u L 150 cos 100 t / 3; u C 100 cos 100 t2 / 3
C A uR 86, 5 2 cos 100 t / 6 ; uL 150 2 cos 100 t / 3 ; uC 100 2 cos 100 t 2 / 3
D A uR 86, 5 2 cos 100 t / 6 ; uL 150 2 cos 100 t / 3 ; uC 100 2 cos 100 t 2 / 3
Câu 3: Cho mạch xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp có R=30, C=
4
10
(F) , L thay đổi được cho hiệu điện
thế 2 đầu mạch là U=100 2 cos100t (V) , để u nhanh pha hơn i góc
Câu 6: Một đoạn mạch điện gồm điện trở R = 50 mắc nối tiếp với cuộn thuần cảm L = 0,5/ (H) Đặt vào hai
đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = 100 2cos(100t - /4) (V) Biểu thức của cường độ dòng điện qua đoạn mạch là:
A i = 2cos(100t - /2) (A) B i = 2 2cos(100t - /4) (A)
C i = 2 2cos100t (A) D i = 2cos100t (A)
Câu 7: Khi đặt điện áp không đổi 30V vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần mắc nối tiếp với cuộn cảm
Câu 8: Cho đoạn mạch xoay chiều LRC mắc nối tiếp hai đầu AB, L mắc vào AM, R mắc vào MN, C mắc vào NB
Biểu thức dòng điện trong mạch i = I0 cos 100t (A) Điện áp trên đoạn AN có dạng
Trang 9Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
mắc nối tiếp Nếu đặt vào hai đầu một điện áp u200 cos100t(V) thì điện
áp giữa hai đầu điện trở hoạt động có biểu thức
Lưu ý: Điện trở R cho dòng điện không đổi đi qua và có U
I R
* Đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm L:
u L nhanh pha hơn i là /2, ( = u – i = /2)
Z
C Z C
là dung kháng
Lưu ý: Tụ điện C không cho dòng điện không đổi đi qua (cản trở hoàn toàn)
II Đoạn mạch RLC không phân nhánh:
Trang 10Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
R U c
Câu 2: Đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R, cuộn dây thuần cảm (cảm thuần) L và tụ điện C mắc nối
tiếp Kí hiệu uR , uL , uC tương ứng là hiệu điện thế tức thời ở hai đầu các phần tử R, L và C Quan hệ về pha của các hiệu điện thế này là
A uR trễ pha π/2 so với uC B.uC trễ pha π so với uL C uL sớm pha π/2 so với uC D.UR sớm pha π/2 so với uL
Câu 3: Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần
A cùng tần số với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch và có pha ban đầu luôn bằng 0
B cùng tần số và cùng pha với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch
C luôn lệch pha π/2 so với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch
D có giá trị hiệu dụng tỉ lệ thuận với điện trở của mạch
Câu 4: Đặt điện áp u U 2 cos tvào hai đầu một tụ điện thì cường độ dòng điện qua nó có giá trị hiệu dụng là
I Tại thời điểm t, điện áp ở hai đầu tụ điện là u và cường độ dòng điện qua nó là i Hệ thức liên hệ giữa các đại lượng là
A.140 V B 220 V C 100 V D 260 V
Trang 11Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
Câu 8: Đoạn mạch điện xoay chiều AB chỉ chứa một trong các phần tử: điện trở thuần, cuộn dây hoặc tụ điện Khi
đặt hiệu điện thế u = U0cos (ωt +π/6) lên hai đầu A và B thì dòng điện trong mạch có biểu thức i = I0cos(ωt - π/3) Đoạn mạch AB chứa
A cuộn dây thuần cảm (cảm thuần) B điện trở thuần C tụ điện D.cuộn dây có điện trở thuần
Câu 9: Lần lượt đặt hiệu điện thế xoay chiều u = 5√2cos(ωt)với ω không đổi vào hai đầu mỗi phần tử: điện trở
thuần R, cuộn dây thuần cảm (cảm thuần) có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C thì dòng điện qua mỗi phần tử trên đều có giá trị hiệu dụng bằng 50 mA Đặt hiệu điện thế này vào hai đầu đoạn mạch gồm các phần tử trên mắc nối tiếp thì tổng trở của đoạn mạch là
Câu 10: Đặt hiệu điện thế u = 125√2cos100πt(V) lên hai đầu một đoạn mạch gồm điện trở thuần R = 30 Ω, cuộn
dây thuần cảm (cảm thuần) có độ tự cảm L = 0,4/π H và ampe kế nhiệt mắc nối tiếp Biết ampe kế có điện trở không đáng kể Số chỉ của ampe kế là
Câu 11: Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh một hiệu điện thế xoay chiều u = U0cosωt thì dòng điện trong mạch là i = I0cos(ωt + π/6) Đoạn mạch điện này luôn có
A ZL < ZC B ZL = ZC C ZL = R D.ZL > ZC
Câu 12: Trong một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện thì hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch
A sớm pha π/2 so với cường độ dòng điện B sớm pha π/4 so với cường độ dòng điện
C trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện D trễ pha π/4 so với cường độ dòng điện
Câu 13: Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp Biết R = 10 Ω, cuộn cảm thuần có
L=1/(10π) (H), tụ điện có C = (F) và điện áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần là uL= 20 cos(100πt + π/2) (V) Biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là
Câu 14: Đặt hiệu điện thế u = U0sinωt (U0 không đổi) vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh Biết điện trở thuần của mạch không đổi Khi có hiện tượng cộng hưởng điện trong đoạn mạch, phát biểu nào sau đây sai?
A Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch đạt giá trị lớn nhất
B Hiệu điện thế tức thời ở hai đầu đoạn mạch cùng pha với hiệu điện thế tức thời ở hai đầu điện trở R
C Cảm kháng và dung kháng của đoạn mạch bằng nhau
D Hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu điện trở R nhỏ hơn hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch
Câu 15: Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện RLC không phân nhánh một hiệu điện thế xoay chiều có tần
số 50 Hz Biết điện trở thuần R = 25 Ω, cuộn dây thuần cảm (cảm thuần) có L = 1/π H Để hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch trễ pha π/4 so với cường độ dòng điện thì dung kháng của tụ điện là
Câu 16: Trong một đoạn mạch điện xoay chiều không phân nhánh, cường độ dòng điện sớm pha φ (với 0 < φ <
0,5π) so với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch Đoạn mạch đó
A gồm điện trở thuần và tụ điện B chỉ có cuộn cảm
C gồm cuộn thuần cảm (cảm thuần) và tụ điện D gồm điện trở thuần và cuộn thuần cảm (cảm thuần)
Câu 17: Đặt hiệu điện thế u = 100√2sin 100πt(V) vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh với C, R có độ
lớn không đổi và L = 1/π H Khi đó hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu mỗi phần tử R, L và C có độ lớn như nhau Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là
Câu 18: Một đoạn mạch gồm tụ điện có điện dung C, điện trở thuần R, cuộn dây có điện trở trong r và hệ số tự
cảm L mắc nối tiếp Khi đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện thế u = U 2sinωt (V) thì dòng điện trong mạch có giá trị hiệu dụng là I Biết cảm kháng và dung kháng trong mạch là khác nhau Công suất tiêu thụ trong đoạn mạch này là
A U2/(R + r) B (r + R ) I2 C I2R D UI
Câu 19: Đoạn mạch điện xoay chiều không phân nhánh gồm cuộn dây có độ tự cảm L, điện trở thuần R và tụ điện
có điện dung C Khi dòng điện có tần số góc 1
LC chạy qua đoạn mạch thì hệ số công suất của đoạn mạch này
C phụ thuộc tổng trở của đoạn mạch D bằng 1
Câu 20: Khi đặt hiệu điện thế u = U0 sinωt (V) vào hai đầu đoạn mạch RLC không phân nhánh thì hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu điện trở, hai đầu cuộn dây và hai bản tụ điện lần lượt là 30 V, 120 V và 80 V Giá trị của U0
bằng
Trang 12Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
Câu 21: Nếu trong một đoạn mạch điện xoay chiều không phân nhánh, cường độ dòng điện trễ pha so với hiệu
điện thế giữa hai đầu đoạn mạch, thì đoạn mạch này gồm
A.tụ điện và biến trở B.cuộn dây thuần cảm và tụ điện với cảm kháng nhỏ hơn dung kháng
C điện trở thuần và tụ điện D.điện trở thuần và cuộn cảm
Câu 22: Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện RLC không phân nhánh một hiệu điện thế u 220 2 cos t
1.Chú ý dạng phức trong máy tính Casio fx – 570ES
2 2
) ( ZL ZCR
Tổng trở
2 2
)( LMN CMN
MN
C C
U
MN
MN Z
u
i
MN
MN Z
u
i
Z Z
U IZ U
u u
MN
MN
Z Z
u u MN
MN
U MN = I.Z MN nhưng u MN iZ MN u MN i Z MN
MN MN
Z
U IZ
L R
Z
u Z
u Z
u R
u Z
u
3.Cách cài đặt tính toán số phức trong máy tính Casio fx – 570ES
+Bấm MODE 2 để cài đặt tính toán với số phức
Trang 13Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014 +Bấm SHIFT MODE 3 2 để hiển thị số phức dạng A
+Bấm SHIFT MODE 4 để cài đặt đơn vị góc là rad
B Vận dụng Câu 1: Một đoạn mạch gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm 1
4 100
25,
cos(
4100cos(
25,
H thì cường độ dòng điện qua
6 100 sin(
C
F Điện áp uAF 120cos100 t (V) Hãy lập biểu thức của điện áp hai đầu mạch AB
90
41100cos(
, mắc nối tiếp với một tụ điện có điện dung C 31 , 8 F
Biết điện áp giữa hai đầu cuộn dây có dạng ) ( )
6100cos(
Trang 14Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
6
5100cos(
Câu 7 Một đoạn mạch gồm một tụ điện có dung kháng ZC 200 và một cuộn cảm có cảm kháng ZL 100
mắc nối tiếp Điện áp tại hai đầu cuộn cảm có dạng )( )
6100cos(
)(
6100
Câu 9 Một đoạn mạch xoay chiều gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với hộp kín X Hộp kín X chỉ có một phần
tử R hoặc L hoặc C Biết u100 2cos100t(V)và )( )
4100cos(
2100
Trang 15Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
ut
M
U0
O -U0
+Sử dụng mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa
+Vẽ đường tròn tâm O bán kính bằng biên độ U0 hoặc I0
+Từ li độ u1 hoặc i1 xác định được điểm M1 hoặc M1’ trên đường tròn
+Từ li độ u2 hoặc i2 xác định được điểm M2 hoặc M2’ trên đường tròn
+Dựa vào tính chất chuyển động mà đề yêu cầu ta xác định được góc ở tâm
mà OM1(hoặc OM1’) quét được(đến M2 hoặc M2’)
=> Khoảng thời gian cần tìm: t 0T
*Chú ý: Nếu góc không đặc biệt ta dùng các công thức sau:
+Đi từ u đến O hoặc ngược lại thời gian được tính:
0
arcsin2
u T
2 Cho biết thời điểm t nào đó u hoặc i có giá trị u t hoặc i t theo một chiều
nào đó, tìm u hoặc i tại thời điểm sau hoặc trước thời điểm t một khoảng
thời gian t
+Dùng đường tròn lượng giác, đánh dấu vị trí ut trên trục Ox rồi kẻ đường vuông góc với Ox cắt đường tròn tại hai điểm Căn cứ vào chiều chuyển động để xác định Mduy nhất trên đường tròn Vẽ bán kính OM
+Xác định góc mà OM quét được: t
+Vẽ OM’ lệch với OM một góc , từ M’ kẻ vuông góc với Ox cắt Ox ở đâu thì đó là li độ u’ cần xác định
Chú ý: Sử dụng máy tính để giải nhanh bài toán: Xác định cường độ dòng điện tức thời: Ở thời điểm t 1
cho i = i 1 , hỏi ở thời điểm t 2 = t 1 + t thì i = i 2 = ? (Hoặc Ở thời điểm t 1 cho u = u 1 , hỏi ở thời điểm t 2
= t 1 + t thì u = u 2 = ?)
Phương pháp giải nhanh:
*Tính độ lệch pha giữa i1 và i2 : = .t Hoặc : Tính độ lệch pha giữa u1 và u2 : = .t *Xét độ lệch pha:
Trang 16Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
Câu 2: Tại thời điểm t, điện áp 200 2 cos(100 )
2
(trong đó u tính bằng V, t tính bằng s) có giá trị
100 2V và đang giảm Sau thời điểm đó 1
300s, điện áp này có giá trị là
Câu 6 Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V tần số 60Hz vào hai đầu một bóng đèn huỳnh quang Biết
đèn chỉ sáng lên khi điện áp đặt vào đèn không nhỏ hơn 60 2V Thời gian đèn sáng trong 1s là
I
cường độ dòng điện tức thời
Câu 10: Điện áp ở hai đầu một đoạn mạch là u=160cos100t(V) (t tính bằng giây) Tại thời điểm t1, điện áp ở hai đầu đoạn mạch có giá trị là 80V và đang giảm đến thời điểm t2=t1+0,015s, điện áp ở hai đầu đoạn mạch có giá trị bằng
Trang 17Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
Vấn đề 7 Phương pháp giản đồ véctơ
A.Phương pháp giải:
1.Phương pháp vectơ buộc
+ Chọn trục ngang là trục dòng điện, điểm O làm gốc
vàUC trước sau đó cộng tiếp với véc tơ U R
theo quy tắc hình bình hành (xem hình)
2 Phương pháp vectơ trượt
* Chọn trục nằm ngang là trục dòng điện, điểm đầu mạch làm gốc (đó là
điểm O)
* Vẽ lần lượt các véctơ biểu diễn các điện áp, lần lượt từ đầu mạch đến
cuối mạch nối đuôi nhau theo nguyên tắc: R - ngang; L - lên; C - xuống
* Nối các điểm trên giản đồ có liên quan đến dữ kiện của bài toán
* Biểu diễn các số liệu lên giản đồ
* Dựa vào các hệ thức lượng trong tam giác, các hàm số sin và cosin, các
công thức toán học để tìm các điện áp hoặc góc chưa biết
3 Một số lưu ý
- Hệ thức lượng trong tam giác:
a b c sin A sin B sin C
Câu 1: Cho mạch điện xoay chiều gồm hai đoạn mạch AM và MB nối tiếp nhau Đoạn mạch AM chỉ chứa cuộn
cảm thuần L, đoạn MB gồm điện trở thuần R và tụ điện C nối tiếp nhau Cho biết điện áp hiệu dụng giữa hai điểm
A, B là UAB 200 V , giữa hai điểm A, M là U AM 200 2 V và giữa M, B là UMB 200 V Điện thế hiệu dụng giữa hai đầu điện trở và hai đầu tụ điện lần lượt là
A.100 2; 100 2 B.100 2; 100 3 C.100 3; 100 2 B.100 3; 100 3
Câu 2: Cho đoạn mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây mắc nối tiếp với tụ điện Độ lệch pha của hiệu điện thế giữa
hai đầu cuộn dây so với cường độ dòng điện trong mạch là π/3 Hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện bằng
3 lần hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây Độ lệch pha của hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây so với
hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch trên là
A 0 B π/2 C -π/2 D 2π/3
Câu 3 Trên đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh có 4 điểm theo đúng thứ tự A, M, N, B Giữa hai điểm A, M
chỉ có cuộn cảm thuần, giữa hai điểm M, N chỉ có điện trở thuần, giữa hai điểm N, B chỉ có tụ điện Điện áp hiệu
dụng giữa hai điểm A, N là 400V và điện áp hiệu dụng giữa hai điểm M,B là 300V Điện áp tức thời trên đoạn AN
và đoạn MB lệch pha nhau 900 Điện áp hiệu dụng trên R là
Câu 4 Trên đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh có 4 điểm theo đúng thứ tự A, M, N, B Giữa hai điểm A, M
chỉ có cuộn cảm thuần, giữa hai điểm M, N chỉ có điện trở thuần, giữa hai điểm N, B chỉ có tụ điện Điện áp hiệu
dụng giữa hai điểm A, M là 150V và điện áp hiệu dụng giữa hai điểm N,B là 200/3V Điện áp tức thời trên đoạn
AN và đoạn MB lệch pha nhau 900 Điện áp hiệu dụng trên R là
Câu 5 Mạch điện xoay chiều nối tiếp AB theo đúng thứ tự gồm cuộn cảm thuần L, điện trở thuần R, và tụ điện C
Cho biết điện áp hiệu dụng URC = 0,75URL và R2 = L/C Hệ số công suất của đoạn mạch AB bằng
I
Trang 18Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
Câu 6 Mạch điện xoay chiều nối tiếp AB theo đúng thứ tự gồm L, R, C Biết điện áp hiệu dụng URL = 3URC và
R2 = L/C Hệ số công suất của đoạn mạch AB bằng
Câu 7 Trên đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh có 4 điểm theo thứ tự A, B, C và D Giữa hai điểm A và B
chỉ có tụ điện, giữa hai điểm B và C chỉ có điện trở thuần, giữa hai điểm C và D chỉ có cuộn cảm thuần Điện áp hiệu dụng giữa hai điểm A và D là 100 3V và cường độ hiệu dụng chạy qua mạch là 1A Điện áp tức thời trên đoạn AC và trên đoạn BD lệch pha nhau 600 và có giá trị hiệu dụng bằng nhau Dung kháng của tụ là
Câu 8 Trên đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh có 4 điểm theo đúng thứ tự A, M, N, B Giữa hai điểm A, M
chỉ có cuộn dây, giữa hai điểm M, N chỉ có điện trở thuần, giữa hai điểm N, B chỉ có tụ điện Điện áp hiệu dụng
giữa hai điểm A, N là 60V và điện áp hiệu dụng giữa hai điểm M,B là 40 3V Điện áp tức thời trên đoạn AN và đoạn MB lệch pha nhau 900, điện áp tức thời trên đoạn MB và NB lệch pha nhau 300
và cường độ hiệu dụng trong mạch là 3A Điện trở thuần của cuộn dây là
Câu 9 Trên đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh có 4 điểm theo đúng thứ tự A, N, M, B Giữa hai điểm A, N
chỉ có điện trở thuần R, giữa hai điểm N, M chỉ có cuộn dây( có điện trở thuần r = R), giữa hai điểm M, B chỉ có tụ
điện Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp U – 50Hz thì điện áp hiệu dụng trên đoạn AM bằng trên đoạn NB và bằng 30 5V Điện áp tức thời trên đoạn AM vuông pha với điện áp trên đoạn NB Giá trị của U bằng
Câu 10 Trên đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh có 4 điểm theo đúng thứ tự A, M, N, B Giữa hai điểm A,
M chỉ có điện trở thuần, giữa hai điểm M, N chỉ có điện cuộn dây, giữa hai điểm N, B chỉ có tụ điện Cuộn dây có
điện trở thuần r = 0,5R Điện áp hiệu dụng trên đoạn AN là U 3và trên đoạn MB là U Điện áp tức thời trên đoạn
AN và MB lệch pha nha 900 Điện áp tức thời uAN sớm pha hơn dòng điện
A 3 3(A) B.3(A) C 2(A) D.4(A)
Câu 12 Đoạn mạch điện xoay chiều AB gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với cuộn dây Điện áp hiệu dụng ở hai
đầu điện trở, cuộn dây và hai đầu đoạn mạch lần lượt là 70V, 150V và 200V Hệ số công suất của cuộn dây là
Câu 13 Đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với cuộn dây Điện áp hiệu dụng ở hai đầu
điện trở, cuộn dây và hai đầu đoạn mạch lần lượt là 35V, 85V, 75 2V Cuộn dây tiêu thụ công suất 40W Tổng điện trở thuần của toàn mạch là
Câu 14 Đặt điện áp u120 2cos100 t(V)vào hai đầu đoạn mạch AB gồm 2 đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp Đoạn AM gồm cuộn cảm thuần L mắc nối tiếp với điện trở thuần R, đoạn MB chỉ có tụ điện C Biết điện áp giữa hai đầu đoạn mạch AM và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch MB lệch pha nhau
3
2
Điện áp hiệu dụng trên
AM bằng một nửa trên MB Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu AM bằng
A.40 3V B
3
220
Câu 15 Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây mắc nối tiếp với tụ điện C Đặt hai đầu mạch điện áp xoay chiều
200V – 50Hz thì điện áp hai đầu cuộn dây và hai đầu tụ có cùng giá trị hiệu dụng nhưng lệch pha nhau 1200 Điện
áp hiệu dụng trên tụ là
Câu 16 Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây mắc nối tiếp với tụ điện C Độ lệch pha giữa cường độ dòng
điện trong mạch và điện áp hai đầu mạch là 600 Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ bằng 3lần điện áp hai đầu cuộn dây Độ lệch pha của điện áp giữa hai đầu cuộn dây so với cường độ dòng điện trong mạch là
Trang 19Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014
Câu 17 Đặt điện áp 100 V-25 Hz vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm cuộn dây có điện trở thuần r, có độ tự
cảm L và tụ điện có điện dung C = 0,1/(mF) Biết điện áp hai đầu cuộn dây sớm pha hơn dòng điện trong mạch
là /6, đồng thời điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây gấp đôi trên tụ điện Công suất tiêu thụ của toàn mạch là
Câu 18 Đặt điện áp u=U ocost(U ovà không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB theo thứ tự gồm một tụ điện, một cuộn cảm thuần và một điện trở thuần mắc nối tiếp Gọi M là điểm nối giữa tụ điện và cuộn cảm Biết điện áp hiệu dụng giữa hai đầu MB gấp 3lần điện áp hiệu dụng giữa hai đầu AM và cường độ dòng điện trong đoạn mạch lệch pha /6 so với điện áp giữa hai dầu đoạn mạch Hệ số công suất của đoạn mạch MB là
Câu 19 (ĐH-2012) Đặt điện áp u=U ocost(U ovà không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB theo thứ tự gồm một tụ điện, một cuộn cảm thuần và một điện trở thuần mắc nối tiếp Gọi M là điểm nối giữa tụ điện và cuộn cảm Biết điện áp hiệu dụng giữa hai đầu AM bằng điện áp hiệu dụng giữa hai đầu MB và cường độ dòng điện trong đoạn mạch lệch pha /12 so với điện áp giữa hai dầu đoạn mạch Hệ số công suất của đoạn mạch MB là
Câu 20 (ĐH-2012) Đặt điện áp u=U ocos100t(V) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở thuần 100 3 mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có độ tự cảm L Đoạn mạch MB chỉ có có tụ điện có điện dung 104/(2)
(F) Biết điện áp giữa hai đầu AM lệch pha/3 so với điện áp giữa hai đầu AB Giá trị của L bằng
A 2/(H) B 1/ (H) C 2 / (H) D 3/(H)
Câu 21 Đặt điện áp xoay chiều tần số 50 Hz vào hai đầu đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối
tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở thuần 100 3mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, đoạn MB chỉ
có tụ điện có điện dung 0,05/ (mF) Biết điện áp giữa hai đầu đoạn mạch MB và điện áp giữa haai đầu đoạn mạch AB lệch pha nhau /3 Giá trị L bằng
A 2/(H) B 1/ (H) C 3 / (H) D 3/(H)
Câu 22 Đặt điện áp xoay chiều tần số 300V- 50 Hz vào hai đầu đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB
mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở thuần mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần, đoạn MB chỉ có tụ điện Biết điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch MB là 140 V và dòng điện trong mạch trễ pha hơn điện áp hai đầu đoạn mạch AB là sao cho cos=0,8 Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch AM là
Câu 23 Một đoạn mạch tụ điện mắc nối tiếp với một cuộn dây Điện áp giữa hai đầu cuộn dây lệch pha /3 so với cường độ dòng điện và lệch pha /2 so với điện áp hai đầu đoạn mạch Biết điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch bằng 100V, khi đó điện áp hiệu dụng trên tụ điện và trên cuộn dây lần lượt là
A.60V và 60 3V B.200V và 100 3V C.60 3V và 100V A.100 3V và 200V
Câu 24 Một đoạn mạch xoay chiều gồm một tụ điện có dung kháng 200và một cuộn dây mắc nối tiếp Khi đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có biểu thức )( )
3100cos(
2
đầu cuộn dây có giá trị hiệu dụng là 120V và sớm pha /2 so với điện áp đặt vào hai đầu mạch Công suất tiêu thụ của cuộn dây là
Câu 25 Trên mạch điện xoay chiều không phân nhánh có 4 điểm theo thứ thứ tự A, M, N và B Giữa A và M chỉ
có điện trở thuần, giữa M và N chỉ có tụ điện, giữa N và B chỉ có cuộn cảm thuần Đặt vào AB một điện áp xoay chiều 120V – 50Hz thì điện áp tức thời trên đoạn AN và trên đoạn AB lệch pha nhau 600, điện áp tức thời trên đoạn AB và NB lệch pha nhau 600 Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện là
1+ tanφ tanφ hoặc dùng giản đồ vectơ.
b Nếu Δφ = 0 (hai điện áp đồng pha) thì φ = φ1 2 tanφ = tanφ1 2
Trang 20Tài liệu LT ĐH - CĐ Vật lý – Năm 2014 Lúc này ta có thể cộng các biên độ điện áp thành phần: U = U + U1 2 Z = Z1 + Z2
Câu 1 Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM có điện trở thuần 50
mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có độ tự cảm 1
H, đoạn mạch MB chỉ có tụ điện với điện dung thay đổi được Đặt điện áp u = U0cos100t (V) vào hai đầu đoạn mạch AB Điều chỉnh điện dung của tụ điện đến giá trị C1 sao cho điện áp hai đầu đoạn mạch AB lệch pha
C
5
2.10 F
D
5
10 F
Nếu điện áp hai đầu đoạn mạch chứa RL vuông pha với điện áp hai đầu đoạn chứa RC thì R bằng
Câu 3 Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch AB gồm 2 đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp Đoạn AM
gồm điện trở thuần R = 100 3 mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có cảm kháng ZL, đoạn MB chỉ có tụ điện có dung kháng 200 Biết điện áp giữa hai đầu đoạn AM và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch AB lệch pha nhau
6
Giá trị ZL bằng
Câu 4 Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có điện trở 100 mắc nối tiếp với tụ điện có dung kháng
200 Nếu độ lệch pha của điện áp giữa hai đầu cuộn dây và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là
12
5
thì cảm kháng của cuộn dây bằng
A.100(2 - 3) hoặc 100 3 B.100 C 100 3 D.300 hoặc 100 3
Câu 5 Đặt điện áp xoay chiều ổn định vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm cuộn dây có điện trở thuần R, có
cảm kháng 150và tụ điện có điện dung C thay đổi được Khi dung kháng bằng 100 và 200 thì dòng điện trong mạch có pha hơn kém nhau
3
Điện trở R bằng
Câu 6 Sử dụng một điện áp xoay chiều ổn định và 3 dụng cụ gồm R,C, L Khi mắc lần lượt hai đoạn mạch nối tiếp
RC hoặc RL vào điện áp nói trên thì cường độ dòng điện tức thời trong hai trường hợp lệch pha nhau
3
2
và có cùng giá trị hiệu dụng 2A Khi mắc đoạn mạch nối tiếp RLC vào điện áp nói trên thì giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là
