Giáo án Vật lý 12 Điện xoay chiều13216

ĐIỆN XOAY CHIỀU Thực chất phương pháp đại số lập hệ phương trình chưa đại lượng biết đại lượng cầm tìm nhờ cơng thức sau:  Z  R2  Z  Z  L C  Tổng trở  2  Z   R    Z L   ZC  Z L  ZC U L  U C    tan   R UR Độ lệch pha:    Z L   ZC   U L   U C  tan    R  UR    : u sớm pha i  mạch có tính cảm     : u trễ pha i  mạch có tính dung    : u, i pha Cường độ hiệu dụng: I  U U R U L UC U MN     Z R Z L ZC Z MN Điện áp đoạn mạch: U MN  IZ MN  Công suất tỏa nhiệt: P  I R  Hệ số công suất: cos   R  Z U Z MN Z U2R R  Z L  ZC  R R  Z L  ZC  Điện tiêu thụ sau thời gian t: A = phương trình Ví dụ 1: Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều 100 V – 50 Hz Đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L  /  H  tụ điện có dung kháng ZC Biết công suất tiêu thụ mạch 100 W không thay đổi mắc vào hai đầu L ampe-kế có điện trở khơng đáng kể Giá trị R ZC A 40 Ω 30 Ω B 50 Ω 50 Ω C 30 Ω 30 Ω D 20 Ω 50 Ω Hướng dẫn Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com Ptruoc  Psau  U2R R  Z L  ZC   1002 R R  100  ZC   100 1002 R U2R  ZC  50     100    Chọn B 2 2 R  ZC R  ZC  R  50   Ví dụ 2: Đặt điện áp u  U cos  t V  (với U  không đổi) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm đèn sợi đốt có ghi 220 V – 100 W, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C Khi đèn sáng công suất định mức Nếu nối tắt hai tụ điện đèn sáng với cơng suất 50 W Trong hai trường hợp, coi điện trở đèn nhau, bỏ qua độ tự cảm đèn Dung kháng tụ điện giá trị giá trị sau? A 345 Ω B 484 Ω C 475 Ω D 274 Ω Hướng dẫn Điện trở đèn: Rd  Ud Ud2   484   Id Pd Lúc đầu mạch Rd LC, sau tụ nối tắt mạch cịn RdL  Vì P’ = P/2 nên I '  I / hay Z '  Z  Rd2  Z L2  Rd2  Z L  ZC     Z L2  ZC Z L  ZC2  Zd2  Điều kiện để phương trình có nghiệm với biến số ZL     ZC2  ZC2  Rd2   ZC  R  342,23    Chọn D Chú ý: *Mạch nối tiếp chứa tụ cho dòng xoay chiều qua khơng cho dịng chiều qua *Mạch nối tiếp RL vừa cho dòng xoay chiều vừa cho dòng chiều qua Nhưng L cản trở dịng xoay chiều cịn khơng có tác dụng cản trở dịng chiều Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com  Nguồn chiều: I1  U ; P  I12 R  U R R    U U2R  ; P2  I2 R  ; ZL   L Nguồn xoay chiều: I2  R  Z L2 R  Z L2 Ví dụ 3: Đặt vào hai đầu ống dây điện áp chiều 12 V cường độ dịng điện ống dây 0,24 A Đặt vào hai đầu ống dây điện áp xoay chiều có tần số 50 Hz giá trị hiệu dụng 100 V cường độ dao động dụng ống dây A Mắc mạch điện gồm ống dây nối tiếp với tụ điện có điện dung C = 87 µF mạch điện xoay chiều nói Cơng suất tiêu thụ mạch là: A 50 W B 200 W C 120 W D 100 W Hướng dẫn U U  R   50   R I1 Nguồn chiều (RL): I1  U Nguồn xoay chiều (RL): I2  R  Z L2 Nguồn xoay chiều RLC: ZC  P3  I32 R  U2R R  Z L  ZC   100 1 502  Z L2  Z L  50    36,6   C 1002.50  502  50  36,6   100 W   Chọn D Chú ý: 1) Khi mắc đồng thời nguồn chiều xoay chiều ( u  a  b cos  t    ) mạch nối tiếp chưa tụ dòng điện xoay chiều qua: I xc  b R  Z L  ZC  2) Khi mắc đồng thời nguồn chiều xoay chiều ( u  a  b cos  t    ) vào mạch nối tiếp không chưa tụ dịng điện xoay chiều dịng chiều qua: I xc  I1c  b R  Z L  ZC  , a Do đó, dịng hiệu dụng mạch: I  I xc2  I12c R Ví dụ 4: Mạch gồm điện trở R = 100 Ω mắc nối tiếp với cuộn dây cảm L = 1/π H Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch có dạng u  400 cos2 50 t V  Cường độ dịng điện hiệu dụng qua mạch có giá trị Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com A A   C  A B 3,26 A D 5A Hướng dẫn Áp dụng công thức hạ bậc viết lại: u  400 cos2 50 t   200  200 cos 100 t V    R Z 100     U xc 100   A  Dòng xoay chiều: I xc   R  Z L2 1002  1002 Dòng chiều: I1c  U1c 2 1L 200   A   I  I12c  I xc2  A   Chọn D Ví dụ 5: Đặt vào đầu mạch điện có phần tử C R với điện trở R  ZC  100 nguồn điện tổng hợp có biểu thức u  100 cos 100 t   /   100  V Tính cơng suất tỏa nhiệt điện trở A 50 W B 200 W C 25 W D 150 W Hướng dẫn Dịng chiều khơng qua tụ có dịng xoay chiều qua: U2R PI R  25 W   Chọn C R  RC2 Ví dụ 6: Đặt điện áp có biểu thức u  200 cos2 100 t   400 cos3 100 t V  hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở R = 100 Ω cuộn cảm có độ tự cảm 0,5/π (H) mắc nối tiếp Công suât tỏa nhiệt điện trở gần giá trị sau đây? A 480 W B 50 W C 320 W D 680 W Hướng dẫn Dùng công thức hạ bậc viết lại: u  100  100 cos 200 t   300 cos 100 t   100 cos 300 t V  Công suất mạch tiêu thụ: P  I12 R  I22 R  I32 R  I42 R       2   50 150 50 100     R  500,    P       2 2  R  R  200 L  R  100 L  R  300 L      Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com  Chọn A Chú ý: Phân biệt giá trị hiệu dụng giá trị trung bình Nếu h(t) làm hàm tuần hồn xác định đoạn [t1;t2] giá trị hiệu dụng tính theo: t 2 h dt t2  t1 t1 H Dòng điện biến thiên điều hòa theo thời gian i  I0 cos  t    giá trị hiệu dụng nó: I I0 Dịng điện biến thiên tuần hồn theo thời gian i  a  I01 cos 1t  1   I02 cos 2 t  2   I03 cos 3t  3   giá trị hiệu dụng nó: 2 I  I  I  I  a   01    02    03    2  2  2 Nếu dòng điện biến thiên theo đồ thị sau giá trị hiệu dụng tính theo cách: Q  Q1  Q2  Q3  I Rt  I12 Rt1  I22 Rt2  I32 Rt3  I  I12 t1 t2 t  I2  I32 t t t T Nếu h(t) tuần hoàn với chu kì T giá trị trung bình chu kì H   hdt T0 Quý thầy cô cần sách (bản word chỉnh sửa được) xin vui lịng liên hệ với chúng tơi qua địa mail : giaovienchuyenly@gmail.com Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com Ví dụ 7: Cường độ dịng điện xoay chiều có biểu thức i  cos2 100 t A  Cường độ có giá trị trung bình chu kì bao nhiêu? A A B A C 2 A D A Hướng dẫn Cách 1: Áp dụng công thức hạ bậc viết lại: i  cos2 100 t    cos 200 t A  i   cos 200 t   cos 200 t  A  Cách 2: Chu kì dòng điện này: T  2 /   2 / 200   0,01 s Giá trị trung bình chu kì: T i 1 idt   T0 0,01 0,01  2  cos 200 t dt  A   Chọn B Ví dụ 8: Cường độ dịng điện xoay chiều qua điện trở R = 10 Ω có biểu thức i  cos2 100 t   cos3 100 t A  Cường độ có giá trị trung bình chu kì bao nhiêu? Tính cường độ hiệu dụng, cơng suất tỏa nhiệt nhiệt lượng tỏa R thời gian phút Hướng dẫn Dùng công thức hạ bậc viết lại: i  i  cos 200 t   3cos 100 t   cos 300 t A  Giá trị trung bình chu kì: i  i  cos 200 t   3cos 100 t   cos 300 t   A  Cường độ hiệu dụng, công suất tỏa nhiệt nhiệt lượng tỏa R phút là: 2 26       I         A   2  2  2 26 10  65 W  Q  Pt  65.60  3900 J  P  I2R  Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com Ví dụ 9: Dịng điện chạy đoạn mạch có đặc điểm sau: phần tư đầu chu kì có giá trị A, phần ba chu kì có giá trị -2 A thời gian cịn lại chu kì có giá trị A Giá trị hiệu dụng dao động bao nhiêu? A A B 14 A C 1,5 A D / A Hướng dẫn Nhiệt lượng tỏa chu kì tổng nhiệt lượng tỏa ba giai đoạn: Q  Q1  Q2  Q3  I Rt  I12 Rt1  I22 Rt2  I32 Rt3  I  I12 t1 t2 t  I2  I32  t t t 1    2   32  A  \ 12  Chọn D   Z L  n1 R U  U R  Z L  UC   Chú ý: Thay đổi linh kiện tính điện áp   ZC  n2 R  2 U  U ' R  U ' L  U 'C   U ' R  ? Quý thầy cô cần sách (bản word chỉnh sửa được) xin vui lòng liên hệ với qua địa mail : giaovienchuyenly@gmail.com Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com ... hai tụ điện đèn sáng với cơng suất 50 W Trong hai trường hợp, coi điện trở đèn nhau, bỏ qua độ tự cảm đèn Dung kháng tụ điện giá trị giá trị sau? A 345 Ω B 484 Ω C 475 Ω D 274 Ω Hướng dẫn Điện. .. ống dây điện áp chiều 12 V cường độ dịng điện ống dây 0,24 A Đặt vào hai đầu ống dây điện áp xoay chiều có tần số 50 Hz giá trị hiệu dụng 100 V cường độ dao động dụng ống dây A Mắc mạch điện gồm... với tụ điện có điện dung C = 87 µF mạch điện xoay chiều nói Cơng suất tiêu thụ mạch là: A 50 W B 200 W C 120 W D 100 W Hướng dẫn U U  R   50   R I1 Nguồn chiều (RL): I1  U Nguồn xoay chiều