Bài 2 DÒNG điện XOAY CHIỀU QUA điện TRỞ, tụ điện và CUỘN THUẦN cảm

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Phương pháp giải Đối với mạch điện chỉ chứa R thì u và i cùng pha với nhau nên ta có thể tìm các đại lượng cường độ dòng điện, điện áp, điệ

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BÀI 2: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU QUA ĐIỆN TRỞ, TỤ ĐIỆN VÀ CUỘN THUẦN CẢM Mục tiêu

1 Trình bày được độ lệch pha, mối quan hệ giữa u và i và các công thức tính ZL, ZC trong mạch điện chỉ

chứa một phần tử R hoặc L hoặc C

Đặc điểm của đoạn mạch

Giả sử đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ chứa điện trở R một

điện áp uU cos0   .t u thì cường độ dòng điện chạy

trong đoạn mạch là iI cos0   .t i

• Định luật Ôm: 0

0

UIR

2 Biểu diễn bằng vec tơ quay

Điện áp xoay chiều và dòng điện xoay chiều tuân

theo quy luật hàm sin nên tương tự với dao động

cơ, các đại lượng này cũng được biểu diễn bằng các

vectơ quay Cường độ dòng điện i và điện áp u

được biểu diễn bởi các vectơ quay tương ứng:

iI, uU

Do i và u cùng pha với nhau nên hai vectơ I và U

cùng hướng với nhau

Biểu diễn bằng vectơ quay cho đoạn mạch chỉ có điện trở

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA

CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1:

Phương pháp giải

Đối với mạch điện chỉ chứa R thì u và i cùng

pha với nhau nên ta có thể tìm các đại lượng

cường độ dòng điện, điện áp, điện trở dựa vào

Và mối quan hệ về pha   uR i

Ví dụ: Đặt một điện áp xoay chiều u vào hai đầu

đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần R = 100 Q thì cường độ dòng điện hiệu dụng của mạch là 2 A Tìm hiệu điện thế u?

Hướng dẫn giải Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch:

Mạch điện chỉ chứa điện trở R tuân theo định luật ôm: 0

0

URI

  B đúng, đồng thời u và i cùng pha với nhau nên C, D sai (không nhất thiết pha của u và i phải bằng không)

Ví dụ 4: Một điện trở R50 mắc vào một mạch điện xoay chiều có biểu thức hiệu điện thế

u200 2cos100 t (V) Xác định cường độ dòng điện trong mạch khi hiệu điện thế hai đầu mạch là 200

A 20 B 100 C 10 D 120

Hướng dẫn giải

Đèn sáng bình thường khi hoạt động ở đúng các giá trị định mức ghi trên đèn

Cường độ dòng điện chạyqua đèn khi đèn sáng bìnhthường: d

d d

   Đèn coi như là một điện trở và được mắc nối tiếp với điện trở R nên cường độ dòng điện qua R:

Câu 1: Đặt điện áp xoay chiều uU 2cos t V vào hai đầu một điện trở thuần R110 thì cường

độ dòng điện hiệu dụng qua mạch có giá trị 2 A Giá trị của U bằng:

A 110 V B 220 2 V C 110 2 V D 220 V

Câu 2: Đặt điện áp uU cos0  t V vào hai đầu điện trở R Tại thời điểm điện áp giữa hai đầu điện trở

có độ lớn bằng giá trị hiệu dụng thì cường độ dòng điện qua điện trở có độ lớn:

Câu 4: Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu điện trở có R100 thì cường độ dòng điện chạy qua điện

Câu 5: Một đèn điện có ghi 110 V-100 W mắc nối tiếp với một điện trở R vào một mạch điện xoay chiều

có u220 2 sin 100 t   V Để đèn sáng bình thường thì R phải có giá trị là bao nhiêu?

Câu 6: Chọn phát biểu đúng khi nói về đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R?

A Dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở luôn có pha ban đầu bằng không

B Dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở luôn cùng pha với điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở

C Nếu điện áp ở hai đầu điện trở có biểu thức dạng u U cos0 t

Câu 8: Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu điện trở có R20 thì cường độ dòng điện chạy qua điện

Đặc điểm của đoạn mạch

Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ chứa

Hiểu đơn giản cách dòng điện xoay chiều “đi qua” tụ điện

Giai đoạn 1: các hạt tải điện chạy đi khỏi bản số 2, chạy đến bản

số 1

đl qua tụ điện

Khác với dòng điện một chiều, tụ điện cho dòng điện xoay chiều đi qua và cản trở nó một phần Tần số dòng điện càng nhỏ dung

kháng càng lớn (cản trở càng nhiều)

2 Biễu diễn bằng vec tơ quay

Điện áp xoay chiều và dòng điện xoay

chiều tuân theo quy luật hàm sin nên

tương tự với dao động cơ, các đại

lượng này cũng được biểu diễn bằng

các vectơ quay Cường độ dòng điện i

và điện áp u được biểu diễn bởi các

vectơ quay tương ứng: iI,

uU

Do i và u vuông pha với nhau nên hai

vectơ I và U vuông góc với nhau

Do u chậm pha hơn i góc

2

 nên nếu biễu diễn I nằm ngang thì U hướng

xuống

Biểu diễn bằng vectơ quay cho đoạn mạch chỉ

có tụ điện

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HỎA

 , 0

0 C

UIZ

.1003

Hướng dẫn giải

Dung kháng của tụ điện: ZC 1 31 20

10.C

.1002

Ví dụ 3: Một tụ điện khi mắc vào nguồn uU 2cos 100 t    V thì cường độ chạy qua mạch là 2A

Nếu mắc tụ vào nguồn u Ucos 120 t

Hướng dẫn giải

Dòng điện trong mạch chỉ chứa tụ sớm pha hơn điện áp hai đầu đoạn mạch một góc

2



Ví dụ 5: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị cực đại là 200 V vào hai đầu một tụ điện thì cường độ trong

Đối với đoạn mạch chỉ chứa tụ điện thì điện áp hai đầu đoạn mạch vuông pha với dòng điện qua mạch, ta

có mối liên hệ sau:

3





 F một điện áp xoay chiều Biết điện áp có

giá trị tức thời 60 6 V thì dòng điện có giá trị tức thời 2 A và khi điện áp có giá trị tức thời 60 2 V

thì dòng điện có giá trị tức thời 6 A Hãy tính tần số của dòng điện?





 Ở thời

điểm điện áp giữa hai đầu tụ là 100 3 V thì cường độ dòng điện qua tụ là 0,5 A Biểu thức của cường độ

dòng điện qua tụ này là:

Ví dụ 8: Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện có điện dung 0,1

 mF một điện áp xoay chiều

Tại thời điểm t có: 1 u1 50VU cos 100 t0  1 (1)

Tại thời điểm t2 t1 0, 005 (s) cường độ dòng điện là:

Câu 1: Một tụ điện được nối với nguồn điện xoay chiều Điện tích trên một bản tụ điện đạt cực đại khi

A điện áp giữa hai bản tụ cực đại còn cường độ dòng điện qua nó bằng không

B điện áp giữa hai bản tụ bằng không còn cường độ dòng điện qua nó cực đại

C cường độ dòng điện qua tụ điện và điện áp giữa hai bản tụ đều đạt cực đại

D cường độ dòng điện qua tụ điện và điện áp giữa hai bản tụ đều bằng không

Câu 2: Khi mắc một tụ điện vào mạch điện xoay chiều, nó có khả năng

A cho dòng điện xoay chiều đi qua một cách dễ dàng

B cản trở dòng điện xoay chiều

C ngăn cản hoàn toàn dòng điện xoay chiều

D cho dòng điện xoay chiều đi qua, đồng thời cũng có tác dụng cản trở dòng điện

Câu 3: Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dung kháng Zc vào tần số của dòng điện xoay chiều qua tụ

điện ta được đường biểu diễn là:

A đường cong parabol B đường thẳng qua gốc tọa độ

C đường cong hypebol D đường thẳng song song với trục hoành

Câu 4: Đặt điện áp uU cos0   t u V vào hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện thì cường độ dòng điện

Câu 5: Một tụ điện có điện dung C 10 F  mắc vào mạch điện xoay chiều có tần số 50 Hz, tính dung kháng của tụ?

A Cuộn dây L B Điện trở R C Tụ điện C D Cuộn dây L có lõi sắt

Câu 7: Mach điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện

3

10C6





 F, hiệu điện thế xoay chiều ổn định đặt vào hai

đầu hai đầu mạch là u U cos0 t

3



   

  V Tại thời điểm t ta có 1 u1 60V, i1 3 A, tại thời điểm t 2

ta có: u2 60 2V, i2  2 A Tìm biểu thức của điện áp u?





 F mắc nội tiếp với nhau Cường độ dòng điện

hiệu dụng chạy trong mạch là:

A 3 2 A B 0, 5 2 A C 2 A D 2, 25 2 A

Câu 9: Một điện trở thuần R mắc vào mạch điện xoay chiều tần số 50 Hz, muốn dòng điện trong mạch

sớm pha hơn điện áp giữa hai đầu đoạn mạch một góc

2

 người ta phải:

A mắc thêm vào mạch một tụ điện nối tiếp với điện trở

B thay điện trở nói trên bằng một tụ điện

C mắc thêm vào mạch một cuộn cảm nối tiếp với điện trở

D thay điện trở nói trên bằng một cuộn cảm

Câu 10: Đồ thị biểu diễn của u theo i trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện có dạng là c

A đường cong parabol B đường thẳng qua gốc tọa độ

C đường cong hypebol D đường elip

Câu 11: Đoạn mạch điện xoay chiều tần số f160 Hz vào hai đầu một đoạn mạch chỉ có một tụ điện Nếu tần số là f thì dung kháng của tụ điện tăng thêm 20% Tần số 2 f là: 2

Câu 12: Một tụ điện có điện dung

3

10C2

Câu 16: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị cực đại là 120 V vào hai đầu tụ điện thì cường độ dòng điện

trong tụ có biểu thức i 4cos 100 t



 F mắc song song với nhau Cường độ dòng điện

hiệu dụng chạy trong mạch là :

Khi đó suất điện động tự cảm xuất

Vì mạch không có điện trở nên hiệu

điện thế hai đầu mạch:

Trong đó ZL .L là đại lượng đặc

trưng cho sự cản trở dòng điện

Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện trở không đáng kể

Cuộn cảm thuần cho dòng điện xoay chiều đi qua và cản trở nó Tần số càng cao cảm kháng càng lớn (cản trở càng mạnh) Nếu cuộn cảm có điện trở thuần, ta coi nó như một đoạn mạch gồm cuộn cảm thuần L và điện trở r mắc nối tiếp

2 Biễu diễn bằng vec tơ quay

Điện áp xoay chiều và dòng điện xoay chiều tuân

theo quy luật hàm sin nên tương tự với dao động

cơ, các đại lượng này cũng được biểu diễn bằng

các vectơ quay Cường độ dòng điện i và điện áp u

được biểu diễn bởi các vectơ quay tương ứng:

iI, uU

Do i và u vuông pha với nhau nên hai vectơ I và

U vuông góc với nhau Do u nhanh pha hơn i góc

2



nên nếu biễu diễn I nằm ngang thì U hướng

 , 0

0 L

UIZ

- Công thức độc lập của hai đại lượng u và i vuông pha với nhau:

Ví dụ 2: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng là 200 V, tần số 50 Hz vào hai đầu một cuộn cảm

thuần có độ tự cảm L thì giá trị cực đại của cường độ dòng điện trong mạch bằng 2 A Độ tự cảm của

Ví dụ 3: Đặt vào hai đầu một cuộn cảm thuần L một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U không đổi

và tần số f thay đổi Khi f 60 Hz thì cường độ hiệu dụng qua L là 2,4 A Để cường độ hiệu dụng qua L

bằng 3,6 A thì tần số của dòng điện phải bằng

Ví dụ 4: Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần một điện áp xoay chiều có biểu thức

ví dụ 7: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị cực đại là 100 V vào hai đầu cuộn cảm thuần thì cường độ dòng

điện trong cuộn cảm có biểu thức i2cos 100 t   (A) Tại thời điểm điện áp có giá trị 50 V và đang tăng

Suy ra phương trình điện áp: u 100cos 100 t

Cảm kháng của cuộn dây: ZL  L 100

Áp dụng hệ thức độc lập thời gian cho đoạn mạch chỉ chứa cuộn cảm có:

Chọn B

Ví dụ 9: Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần có độ tự cảm 0, 4

 H một điện áp xoay chiều

Tại thời điểm t có: 1 u160VU cos 100 t0  1 (1)

Tại thời điểm t2  t1 0, 035 s  cường độ dòng điện là:

Câu 1: Khi chu kỳ dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chỉ chứa cuộn cảm giảm 4 lần thì cảm

kháng của cuộn dây

A tăng lên 2 lần B tăng lên 4 lần C giảm đi 2 lần D giảm đi 4 lần

Câu 2: Đặt điện áp xoay chiều uU cos 100 t0    vào hai đầu cuộn dây thuần cảm L5

Câu 5: Đặt điện áp xoay chiều uU cos t0  (có giá trị điện áp hiệu dụng là U) vào hai đầu cuộn thuần cảm L thì cường độ dòng điện tức thời, cường độ dòng điện cực đại, cường độ hiệu dụng trong mạch lần lượt là I, I , I Điều nào sau đây sai? 0

 H Ở thời điểm điện áp giữa hai đầu cuôn cảm là 100 2 V thì cường độ dòng điện qua cuộn cảm

là 2 A Biểu thức của cường độ dòng điện qua cuộn cảm là:

Câu 10: Cuộn cảm mắc trong mạch xoay chiều có tác dụng:

A không cản trở dòng điện xoay chiều qua nó

B làm cho dòng điện trễ pha so với điện áp

C có độ tự cảm càng lớn thì nhiệt độ tỏa ra trên nó càng lớn

D có tác dụng cản trở dòng điện, chu kỳ dòng điện giảm thì cường độ dòng điện qua cuộn cảm giảm Câu 11: Đặt điện áp uU cos0  t vào hai đầu cuộn cảm thuần có độ tự cảm L Tại thời điểm cường độ dòng điện cực đại thì điện áp có độ lớn:

0

IL

Câu 14: Một cuộn dây có độ tự cảm L và điện trở thuần không đáng kể, mắc vào mạng điện xoay chiều

tần số 60 Hz thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn dây là 12 A Nếu mắc cuộn dây trên vào mạng điện xoay chiều có tần số 1000 Hz thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn dây là

Câu 15: Đặt điện áp xoay chiều u220 2cos100 t V vào hai đầu một cuộn dây thuần cảm thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn dây bằng 2,2 A Cảm kháng của cuộn dây đó có giá trị là:

A 100 B 110 C 100 2 D 110 2

Câu 16: Dòng điện xoay chiều chạy qua mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm luôn:

A có pha ban đầu bằng 0 B trễ pha hơn điện áp hai đầu mạch góc

Câu 18: Đồ thị biểu diễn cường độ tức thời của dòng điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần có cảm

kháng ZL50 ở hình vẽ dưới Viết biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu cuộn cảm



Đáp án

1 – B 2 – C 3 – A 4 – B 5 – C 6 – A 7 – D 8 – C 9 – A 10 – D

11 – B 12 – B 13 – A 14 – A 15 – A 16 – B 17 – C 18 – B 19 - A 20 – B