Đề thi thử vật lý : Bài giải-đề số 18 potx

Dòng điện xoay chiều a Cách tạo ra dòng điện xoay chiều - Cho một khung dây kim loại diện tích S quay đều với vận tốc góc w quanh trục đối xứng x’x của nó trong một từ trỷờng đều ĂB có p

Câu 18.1.

1 Dòng điện xoay chiều

a) Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

- Cho một khung dây kim loại diện tích S quay đều với vận tốc góc w quanh trục đối xứng x’x của nó trong một từ

trỷờng đều ĂB có phỷơng vuông góc với x’x Tại thời điểm t từ thông qua khung là F = BS coswt

- Vì từ thông qua khung biến đổi nên trong khung xuất hiện một suất điện động cảm ứng:

e = -d

dt

F

= BSwsinwt ;

- nếu khung có N vòng dây thì suất điện động sẽ N lần lớn hơn

E = N e = NBSwsinwt

hay E = Eosinwt với Eo= NBSw là suất điện động cực đại Suất điện động là một đại lỷợng biến thiên điều hòa

- nếu nối hai đầu của khung với một mạch ngoài thì trong mạch có dòng điện biến thiên điều hòa, gọi là dòng điện xoay chiều

b) Hiệu điện thế xoay chiều, c ỷờng độ dòng điện xoay chiều.

- Vì suất điện động biến thiên điều hòa, nên hiệu điện thế ở mạch ngoài cũng biến thiên điều hòa Với cách chọn điều kiện ban đầu thích hợp, có thể biểu diễn :

u = Uosinwt,

u là hiệu điện thế tức thời, Uolà hiệu điện thế cực đại

- ở mạch ngoài thỷờng có các dụng cụ tiêu thụ nhỷ bóng đèn, quạt điện, động cơ điện nói chung là có các điện trở, tụ điện, cuộn cảm Do hiệu điện thế biến thiên điều hòa nên dòng điện trong mạch cũng biến thiên điều hòa, có dạng : i = Iosin(wt + j)

Iolà cỷờng độ cực đại ; j là độ lệch pha giữa i và u nó phụ thuộc vào tính chất của mạch Vì điện trỷờng truyền với vận tốc rất lớn (cỡ 3.108m/s) nên ở mỗi thời điểm điện trỷờng tại mọi điểm trên mạch điện không phân nhánh là nhỷ nhau, tức là cỷờng độ dòng điện tại mọi điểm trên mạch không phân nhánh là nhỷ nhau

Với mạch điện không phân nhánh

+ Nếu chỉ có điện trở thuần R thìj = 0 : i và u cùng pha

+ nếu chỉ có tụ điện C :j = p/2 : i sớm pha p/2 so với u.

+ nếu chỉ có cuộn cảm L :j = - p/2 : i trễ pha p/2 so với u

+ nếu có cả các phần tử RLC : tgj =-L +C

R

w w

1

2 C ờng độ và hiệu điện thế hiệu dụng

a) Định nghĩa : Cỷờng độ hiệu dụng I của dòng điện xoay chiều bằng cỷờng độ của một dòng điện không đổi khi đi qua cùng một dây dẫn trong cùng một khoảng thời gian thì tỏa ra cùng một nhiệt lỷợng nhỷ dòng điện xoay chiều Độ lớn I = I

2

o

, Iolà cỷờng độ cực đại của dòng điện xoay chiều

- Tỷơng tự ta cũng có khái niệm hiệu điện thế hiệu dụng U, suất điện động hiệu dụng E :

U = U

2

o

; E = E

2

o

; trong đó Uo, Eolà hiệu điện thế cực đại và suất điện động cực đại

b) Lí do sử dụng I và U.

- Với dòng điện xoay chiều, ta không thể xác định đỷợc độ lớn tức thời của cỷờng độ cũng nhỷ không thể lấy giá trị trung bình của nó vì trong thời gian một chu kì giá trị đó bằng không Ta không thể dùng ampe kế, vônkế có khung quay để đo đỷợc vì mỗi khi dòng điện đổi chiều thì chiều quay của kim cũng thay đổi, do quán tính lớn của kim và cuộn dây nên kim không theo kịp sự đổi chiều nhanh của dòng điện, kim sẽ đứng yên

- Vì vậy muốn đo những đại lỷợng đặc trỷng cho dòng điện xoay chiều ta phải dựa trên tác dụng nào không phụ thuộc vào chiều của dòng điện mà cũng gây ra những kết quả nhỷ dòng không đổi Thỷờng là xét tác dụng nhiệt của dòng

điện vì lỷợng nhiệt tỏa ra tỉ lệ với bình phỷơng của cỷờng độ dòng điện Lỷợng nhiệt đó bằng : Q = R I

2

o 2

ổ ố

ỗỗ ỗ

ử ứ

ữữữ

ữ t Nếu có một dòng điện không đổi cỷờng độ I sao cho khi

đi qua cùng một điện trở, cùng một thời gian và cũng tỏa ra cùng một lỷợng nhiệt thì :

Q = RI2t Từ đó suy ra I = I

2

o Giá trị này đỷợc gọi là cỷờng độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

- Dựa vào nguyên tắc trên, ngỷời ta chế tạo các máy đo gọi là ampe kế, vônkế dùng cho dòng điện xoay chiều,

thỷờng là ampe kế nhiệt, vônkế nhiệt Số đo của chúng chỉ các giá trị hiệu dụng của cỷờng độ và hiệu điện thế

Câu 18.2.

1 T = 2p l

g ị l = gT

2

4

9 81 4

4 3 14

, ( , ) = 0,995m.

2 T

l

l =

l (1 + t )

l (1 + t ) =

1 + t

1 + t

2

1

2 1

2 1

a a

a

Vìat1,at2rất bé so với 1, nên ta có :

T

2 1

1

1 2

ằ +ổốỗỗỗ a ửứữữữ -ổốỗỗỗ a ửứữữữằ + a - ,

T - T

T

1 2

D

suy ra T = T [1 +

2 (t - t )] = T (1 + 2 t) = T (1 + 0,5 t),

và T2lần lỷợt là chu kì dao động của con lắc ở nhiệt độ t1và t2vàDt = t2- t1

Số lần dao động n2mà con lắc T2thực hiện đỷợc trong một ngày (1 ngày = 24.60.60 = 86400 giây) là :

n =86400

86400

T (1 + 0,5 t)

2

= 86400

2 (1 - 0,5 1,85 10 10) = 43196,004 lần

-5

(1b)

Nhỷng cứ sau một lần dao động (sau một chu kì T2) kim đồng hồ ở nhiệt độ t2= 30oC vẫn chỉ thời gian biểu kiến là T1= 2 giây (chứ không chỉ thời gian thực T2); vậy sau n2lần dao động (sau một ngày) đồng hồ ở t2= 30oC chỉ thời gian biểu kiến

là :

t = n2T1= 43196,004.2 = 86392,008 giây (2)

nghĩa là đồng hồ ở t2= 30oC mỗi ngày chạy chậm là

q = 86400 - t = 86400 - 86392,008 = 7,992 giây

Thực ra không cần đến trị số của T1= 2 giây để giải câu này vì trong (1b) và (2) T1đã bị khử đi

3 Khi l không đổi (tức nhiệt độ không đổi) ta có :

T

g g

(2b)

Vì trọng lực là lực hấp dẫn giữa vật và Trái đất, nên ta có :

g

(R + h ) (R + h )

1 2

2 2

1

2 Thay vào (2) :

T

R + h

1 + h R

1 + h R

2

1

2 1

2

1

Vì h

R

1 << 1 và h

R

2 << 1, ta có

T - T

h R

1

Hệ thức (3) cho thấy khi nhiệt độ không đổi, độ cao tăng (Dh > 0), thì (DT > 0) chu kì tăng tức là đồng hồ chạy chậm Do đó, muốn cho đồng hồ chạy đúng giờ thì theo (1), nhiệt độ phải hạ thấp, để chu kì giảm đi Gọi DTtvà DTh lần lỷợt là độ biến thiên của chu kì gây ra bởi sự biến thiên của nhiệt độ và độ cao Ta phải có :

DT = DTt+DTh= 0ị DTh= -DTt; Dh

R =

-1

2a Dt,

Dt = -2 = - 21000- =

-1 85-10 564105 16 9

0

Dh

a

Vậy nhiệt độ ở độ cao 1000m bằng 20 - 16,9 = 3,1oC

Câu 18.3.

1 Ta vẽ hai tia sáng phát ra từ A đi qua tấm kính : tia thứ nhất đi theo phỷơng

vuông góc với tấm kính ; tia thứ hai làm với mặt tấm kính một góc rất nhỏ Hai tia

này đều vào mắt và cho ảnh A’ của A

Gọi AIJR là tia thứ hai Tại I : góc tới là i và góc khúc xạ là r, với sini = n sinr Vì

hai mặt của tấm kính song song với nhau, nên tại J góc tới sẽ là r và góc khúc xạ sẽ

là i Tia ló JR song song với tia tới

AI Đỷờng kéo dài của tia ló JR cắt tia thứ nhất tại A’ : ảnh A’ của A là một ảnh ảo

Đặt AA’ = a

Pháp tuyến với mặt kính tại I cắt tia JR ở K và mặt trên ở H Ta có IK = a và IH = l :

a = IK = IH - KH = l - JH

tgi = l - IH

tgr tgi

a = l 1 - tgr

tgi

ổ

ố

ỗỗ

ỗ

ử ứ

ữữữ

ữ,

với i nhỏ (và do đó r nhỏ), ta có

tgr

tgi

sinr

sini =

1 n

Vậy ta thu đỷợc :

a = l 1 - 1

n

ổ ố

ỗỗ ỗ

ử ứ

với l = 6mm ; n = 1,5 thay vào (1) ta đỷợc a = 2mm

2 Gọi L là tấm kính và O là kính lúp, AB là dòng chữ, ta có sơ đồ tạo ảnh sau :

ABđ A1B1 đ A2B2

Độ bội giác của ảnh là

G = tg

tg o

a

a = 6 với tgao=

AB

Đ và tga = A B

A B d

vì A1B1là ảnh của AB qua tấm kính nên A1B1= AB

Vậy : tga = AB

d .

d = 6 ; d =

À

6 =

25

6 cm = 4,17cm.

Độ bội giác của kính, khi ngắm chừng ở vô cực là

F

Vậy : tiêu cự của kính là

f = À

5 =

25

5 = 5cm.

d - f =

25

6 5 25

6 - 5

= -25cm

Độ phóng đại của ảnh là :

k = A B

A B

AB =

-d' d

2 2

1 1

2 2

= 6

Vậy : k = G = 6 vì ngỷời quan sát ngắm chừng ở điểm cực cận (d’ = - 25cm = - Đ)

Khoảng cách từ AB đến A1B1là a = 2mm

Khoảng cách từ A1B1đến kính là d =25

6 = 4,17cm.

Vậy : Khoảng cách từ kính lúp đến dòng chữ là

d + a = 4,17 + 0,2 = 4,37 cm