Chuyên đề Bài tập Mạch điện xoay chiều theo dạng và có lời giải chi tiết

Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 12: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỦ ĐỀ I: ĐẠI CƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A TÓM TẮT LÝ THUYẾT : I CÁCH TẠO RA SUẤT ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU Cho khung d}y dẫn phẳng có N vòng ,diện tích S quay với vận tốc , xung quanh trục vuông góc với với c|c đường sức từ từ trường có cảm ứng từ B Theo định luật cảm ứng điện từ, khung d}y xuất suất điện động biến đổi theo định luật dạng cosin với thời gian gọi tắt l{ suất điện động xoay chiều: e  E0 cos(t  0 ) 1.Từ thông gởi qua khung dây : -Từ thông gửi qua khung d}y dẫn gồm N vòng d}y có diện tích S quay từ trường    B Giả sử t=0 : (n, B)    -Biểu thức từ thông khung:   N.B.S.cos t  o.cos t (Với  = L I Hệ số tự cảm L =  10-7 N2.S/l ) - Từ thông qua khung d}y cực đại 0  NBS ;  l{ tần số góc tốc độ quay khung (rad/s) Đơn vị : +  : Vêbe(Wb); + S: Là diện tích vòng dây (S: m ); + N: Số vòng dây khung + B : Véc tơ cảm ứng từ từ trường B:Tesla(T) ( B vuông góc với trục quay ) W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net T: 098 1821 807 Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai +  : Vận tốc góc không đổi khung dây ( Chọn gốc thời gian t=0 lúc ( n, B)  00) -Chu kì tần số khung : T  2  ;f  T Suất điện động xoay chiều: - Biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời: e =     '   NBS.sin t  E0cos(t  ) t e=E0cos(t+0) Đặt E0= NBS : Suất điện động cực đại ; 0     Đơn vị :e,E0 (V) II ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU- DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.Biểu thức điện áp tức thời: Nếu nối hai đầu khung d}y với mạch ngo{i th{nh mạch kín biểu thức điện |p tức thời mạch ngo{i l{: u=e-ir Xem khung dây có r = u  e  E0 cos(t  0 ) Tổng qu|t : u  U cos(t  u ) (  u l{ pha ban đầu điện áp ) 2.Khái niệm dòng điện xoay chiều - Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần ho{n với thời gian theo quy luật h{m số sin hay cosin, với dạng tổng qu|t: i = I0 cos(t  i) * i: gi| trị cường độ dòng điện thời điểm t, gọi l{ gi| trị tức thời i (cường độ tức thời) * I0 > 0: gi| trị cực đại i (cường độ cực đại) *  > 0: tần số góc f: tần số i T: chu kì i * (t + ): pha i *  i l{ pha ban đầu dòng điện) 3.Độ lệch pha điện áp u cường độ dòng điện i: Đại lượng :   u  i gọi l{ độ lệch pha u so với i Nếu  >0 u sớm pha (nhanh pha) so với i Nếu  2 = 3 Z C1 U = I1Z1 = I2Z2 => I2 = I1 Z1 I    (A) Z2 3 Cường độ dòng điện qua mạch: i2 = I2 cos(100t       ) = 2 cos(100t  5 ) (A) 12 Chọn B Câu 34( ĐH -2009): Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 60 V v{o hai đầu đoạn  mạch R, L, C mắc nối tiếp cường độ dòng điện qua đoạn mạch i1 = I0 cos(100t  ) (A) Nếu ngắt bỏ tụ điện C cường độ dòng điện qua đoạn mạch i2  I0 cos(100t   ) (A) 12 Điện |p hai đầu đoạn mạch A u  60 cos(100t   ) (V) 12 B u  60 cos(100t  ) (V)  C u  60 cos(100t   ) (V) 12 D u  60 cos(100t  ) (V)  Giải: Gọi biểu thức u = Uocos(100πt + φ) Ta thấy : I1 = I2 suy Z1 = Z2 hay Z L  ZC  Z L → ZL = ZC/2 Lúc đầu: tan 1  Z L  ZC Z   L → i1 = Io cos(100πt + φ + φ1 ) → φ + φ1 = π/4 R R Lúc sau: tan 2  ZL R Mà 1  2 → i2 = Io cos(100πt + φ - φ2 ) → φ - φ2 = - π/12; → φ = π/12 Vậy u  60 cos(100t   ) (V).Chọn C 12 Giải 2: Ta thấy I1 = I2 => (ZL – ZC)2 = ZL2 => ZC = 2ZL tan1 = 1 = u - Z L  ZC Z =- L R R (*) tan1 = ZL (**) => 1 + 2 = R      ; 2 = u + => 2u - + = => u = 12 12 4 12 Do u  60 cos(100t  W: www.hoc247.net  ) , Chọn C 12 F: www.facebook.com/hoc247.net T: 098 1821 807 Trang | 32 Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Câu 35 Cho linh kiện gồm điện trở R= 60Ω, cuộn cảm L tụ điện C Lần lượt đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U v{o hai đầu đoạn mạch nối tiếp RL π RC biểu thức cường độ dòng điện nạch i1= cos(100π-12 )(A) 7π i2= cos(100π+12 )(A) đặt điện |p v{o hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp dòng điện mạch có biểu thức: π A 2 cos(100πt+3 )(A) π B cos(100πt+3 )(A) π C 2 cos(100πt+4 )(A) π D 2cos(100πt+4 )(A) Giải 1: Theo đề I 01 φu -φi1 =φ1 Từ , Khi RLC nt φi1 φu φu -φi2 =φ2 φ1 I 02 Z RL φi2 ZL R φ1 =-φ2 ZL ZC Mặt khác π π Z RC cộng hưởng:  i= ZL 60 Ω U0 I 01Z RL 120 V π U0 cos(100πt+ φ u )= 2 cos(100πt+4 )(A) Chọn C R Giải 2: Ta thấy cường độ hiệu dụng đoạn mạch RL RC suy ZL = ZC độ lệch pha φ1 u i1 v{ φ2 u i2 đối tanφ1= - tanφ2 Giả sử điện |p đặt v{o c|c đoạn mạch có dạng: u = U cos(100πt + φ) (V) Khi φ1 = φ –(- π/12) = φ + π/12 φ2 = φ – 7π/12 tanφ1 = tan(φ + π/12) = - tanφ2 = - tan( φ – 7π/12) tan(φ + π/12) + tan( φ – 7π/12) =  sin(φ + π/12 +φ – 7π/12) = Suy φ = π/4 - tanφ1 = tan(φ + π/12) = tan(π/4 + π/12) = tan π/3 = ZL/R  ZL = R U = I1 R2  Z L2  2RI1  120 (V) Mạch RLC có ZL = ZC => có cộng hưởng I = U/R = 120/60 = (A) i pha với u: u = U cos(100πt + π/4) Vậy i = 2 cos(100πt + π/4) (A) W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net T: 098 1821 807 Chọn C Trang | 33 Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai CHỦ ĐỀ III: PHƯƠNG PHÁP DÙNG SỐ PHỨC TÌM BIỂU THỨC i HOẶC u VỚI MÁY CASIO FX-570ES; FX-570ES PLUS;VINACAL570ES PLUS (NHANH VÀ HIỆU QUẢ CHO TRẮC NGHIỆM) I TÌM HIỂU CÁC ĐẠI LƯỢNG XOAY CHIỀU DẠNG PHỨC Xem bảng liên hệ ĐẠI LƯỢNG CÔNG THỨC DẠNG SỐ PHỨC TRONG MÁY TÍNH FX-570ES ĐIỆN Cảm kháng ZL ZL Dung kháng ZC ZC Tổng trở: ZL i (Chú ý trước i có dấu cộng ZL ) - ZC i (Chú ý trước i có dấu trừ Zc ) Z L  L. ; ZC  ;  C Z  R   Z L  ZC  Cường độ dòng -Nếu ZL >ZC : Đoạn mạch có tính cảm kháng Định luật ÔM -Nếu ZL U  (U L  U C )2  U R2 - Biết u=U0 cos(t+u) hay : u  U cos(t  u ) với U  U0 Công thức tính I: I0 - Biết i=I0 cos(t+i) :Hay i  I cos(t  i ) với : I  - Biết U Z UR R UL L UC C: I  U U R U L UC    Z R Z L ZC II BÀI TẬP VẬN DỤNG Ví dụ Điện |p đặt v{o hai đầu đoạn mạch R, L, C không phân nhánh Điện |p hai đầu R l{ 80V, hai đầu L 120V, hai tụ C 60V Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là: A 260V B 140V C 100V D 20V Giải:Điện áp hai đầu đoạn mạch: U  U R2  (U L  UC )2  802  (120  60)2  100 (V) Đ|p |n C Ví dụ 2: Điện áp xoay chiều đặt v{o hai đầu đoạn mạch R, L, C không phân nhánh Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch l{ 100V, hai đầu cuộn cảm L 120V, hai tụ C 60V Điện áp hiệu dụng hai đầu R là: A 260V B 140V C 80V D 20V Giải : U  U R2  (U L  U C )2  U R2  U  (U L  U C )2 => U R  U  (U L  U C )2 Thế số:Nhập máy: 1002  (120  60)2  80V Đ|p |n C Giải : Sử dụng SOLVE Máy tính Fx 570ES ( COMP: MODE ) SHIFT MODE : Math W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net T: 098 1821 807 Trang | 41 Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Chú ý: Nhập biến X phím: ALPHA ) : hình xuất X Nhập dấu = phím : ALPHA CALC :màn hình xuất = Chức SOLVE phím: SHIFT CALC v{ sau nhấn phím = hiển thị kết X= Phương pháp truyền thống Phương pháp dùng SOLVE Giải:Điện áp hai đầu R: Ta có: -Với máy FX570ES: Bấm: MODE U  U R2  (U L  UC )2 Biển đổi ta được: Dùng công thức : U  U R2  (U L  UC )2 với biến X U R2  U  (U L  UC )2 Tiếp tục biến đổi: UR -Bấm: 100 x2 ALPHA CALC =ALPHA ) X x2 + ( U R  U  (U L  U C )2 số: 120 - 60 ) x2 Nhập máy: 100  (120  60)  80V Vậy: Màn hình xuất hiện: 1002 =X2 +(120-60)2 Điện áp hiệu dụng hai đầu R là: 80V Đ|p |n C -Tiếp tục bấm:SHIFT CALC SOLVE = Màn hình hiển thị: X UR cần tìm Vậy : UR = 80V 1002 = X2 + (120-60)2 X= 80 Ví dụ Điện |p đặt v{o hai đầu đoạn mạch R, L, C không phân nhánh Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch l{ 200V, hai đầu L 240V, hai tụ C 120V Điện áp hiệu dụng hai đầu R là: A 200V B 120V C 160V D 80V Giải : Điện áp hai đầu R : Ta có: U  U R2  (U L  UC )2 => U R2  U  (U L  UC )2 U R  U  (U L  U C )2 số: U R  U  (U L  U C )2 = 2002  (240  120)2  160V Đ|p |n C Ví dụ 4: Cho mạch hình vẽ , điện trở R, cuộn d}y cảm L v{ tụ C mắc nối tiếp C|c vôn kế có điện trở lớn , V1 Chỉ UR=5(V), V2 UL=9(V), V U=13(V) H~y tìm số V3 biết mạch có tính dung kháng? W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net T: 098 1821 807 Trang | 42 Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai R V V1 A 12(V) B 21(V) C 15 (V) C L V3 V2 D 51(V) Giải: |p dụng công thức tổng qu|t mạch Nối tiếp R, L, C ta có: U  U ñ  (U L  U C ) Hay : U  U ñ  (U L  U C ) ;Hay thay số ta có: 132  15  (U L  U C ) Tương đương: (U L  U C )  144  U L  U C  12 Vì mạch có tính dung kh|ng nên U C  U L Hay biểu thức ta lấy nghiệm U L  U C  12  U C  U L  12   12  21(V ) UC l{ số vôn kế V3 Đ|p |n B Ví dụ 5: Cho đoạn mạch RLC không ph}n nh|nh, cuộn d}y cảm, độ tự cảm cuộn d}y thay đổi Khi thay đổi gi| trị L thấy thời điểm điện |p hiệu dụng hai đầu điện trở cực đại điện |p n{y gấp bốn điện |p hiệu dụng hai đầu cuộn d}y Khi điện |p hiệu dụng hai đầu cuộn d}y cực đại điện |p n{y so với điện |p hiệu dụng hai đầu điện trở gấp: A 4,25 lần B 2,5 lần C lần D lần Giải:+ URmax (mạch có cộng hưởng), ta có: UL = UC URmax = U = 4UL => R = 4ZC (1) U R2  U C2 + ULmax ta có: ULmax = UC (2) Từ (1) suy UR = 4UC (3) Từ (2) v{ (3) suy ULmax = 4,25 UR ĐÁP ÁN A III TRẮC NGHIỆM: Câu Điện |p đặt v{o hai đầu đoạn mạch R, L, C không phân nhánh Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch l{ 100V, hai đầu R 80V , hai tụ C 60V Mạch điện có tính cảm kh|ng.Tính điện áp hiệu dụng hai đầu L: A 200V W: www.hoc247.net B 20V C 80V F: www.facebook.com/hoc247.net D 120V T: 098 1821 807 Trang | 43 Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Câu Cho đọan mạch RLC mắc nối tiếp, cuộn dây cảm Đặt v{o đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều, người ta đo c|c điện áp hiệu dụng đầu R, L, C UR = 30V; UL = 80V; UC = 40V Điện áp hiệu dụng UAB đầu đoạn mạch : A 30V B 40V C 50V D 150V Câu 3: Cho đoạn mạch xoay chiều nối tiếp gồm điện trở R, cuộn dây cảm L tụ C , đặt v{o hai đầu đoạn mạch điện áp u  50 cos(100 t )V , lúc ZL= 2ZC v{ điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở UR = 30V Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây là: A 30V B 80V C 60V D 40V Câu 4: Cho mạch điện hình vẽ với UAB = 300(V), UNB = 140(V), dòng điện i trễ pha so với uAB góc  (cos = 0,8), cuộn dây cảm Vôn kế V giá trị: R A L N C B V A 100(V) B 200(V) C 320(V) D 400(V) Câu 5: Chọn câu Cho mạch điện xoay chiều hình vẽ (Hình 5) Người ta đo c|c điện áp UAM = 16V, R A UMN = 20V, UNB = 8V Điện áp hai đầu đoạn mạch AB L M C N B Hình là: A 44V B 20V C 28V D 16V Câu 6: Chọn câu Cho mach điện xoay chiều hình vẽ (Hình 6) Người ta đo c|c điện áp UAN =UAB = 20V; UMB = 12V Điện áp UAM, UMN, UNB là: R A L M C N B Hình A UAM = 12V; UMN = 32V; UNB =16V B UAM = 12V; UMN = 16V; UNB =32V C UAM = 16V; UMN = 24V; UNB =12V W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net T: 098 1821 807 Trang | 44 Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai D UAM = 16V; UMN = 12V; UNB =24V Câu 7: Đoạn mạch xoay chiều gồm điện trở, cuộn dây cảm tụ điện mắc nối tiếp Đặt v{o hai đầu đoạn mạch điện áp có dạng u = 200 cos (100  t)(V) Măc c|c Vôn kế vào dụng cụ theo thứ tự V1 ,V2 , V3 Biết V1 V3 200V v{ dòng điện tức thời qua mạch pha so với điện |p hai đầu đoạn mạch : 1/ Số V2 : A/ 400V B/ 400 V C/ 200 V D/ 200V 2/ Biểu thức u2 : A/ 400cos(100  t + t+   )V B/400 cos(100  t - )V C/400 cos(100  t)V D/200 cos(100 4  )V 3/ Biểu thức u3 : A/ 200 cos (100  t -  )V C/ 200 cos(100  t )V B/ 200 cos (100  t -  )V D/ 200 cos (100  t +  )V Câu 8: Cho đoạn mạch điện gồm điện trở R , cảm L ,tụ điện C nối tiếp , đặt v{o đầu đoạn mạch điện áp hiệu dụng 100 2V , Vôn kế nhiệt đo điện |p c|c đoạn: đầu R l{ 100V ; Đầu tụ C 60V số vôn kế mắc đầu cuộn cảm L A 40V B 120V C 160V D 80V ĐÁP ÁN VÀ LỜI GIẢI 1A W: www.hoc247.net 2A 3B 4D 5D F: www.facebook.com/hoc247.net 6A 7D T: 098 1821 807 8A Trang | 45 Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Website Hoc247.vn cung cấp môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh, nội dung giảng biên soạn công phu giảng dạy giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi kiến thức chuyên môn lẫn kỹ sư phạm đến từ c|c trường Đại học c|c trường chuyên danh tiếng I Luyện Thi Online Học lúc, nơi, thiết bi – Tiết kiệm 90% - Luyên thi ĐH, THPT QG với đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ c|c Trường ĐH v{ THPT danh tiếng - H2 khóa tảng kiến thức luyên thi môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học Sinh Học - H99 khóa kỹ làm luyện đề thi thử: Toán,Tiếng Anh, Tư Nhiên, Ngữ Văn+ X~ Hội II Lớp Học Ảo VCLASS Học Online Học lớp Offline - Mang lớp học đến tận nhà, phụ huynh đưa đón học - Lớp học qua mạng, tương tác trực tiếp với giáo viên, huấn luyện viên - Học phí tiết kiệm, lịch học linh hoạt, thoải mái lựa chọn - Mỗi lớp từ đến 10 HS giúp tương t|c dễ d{ng, hỗ trợ kịp thời v{ đảm bảo chất lượng học tập Các chương trình VCLASS: - Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng phân môn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học Tổ Hợp dành cho học sinh khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia - Luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán: Ôn thi HSG lớp luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An v{ c|c trường Chuyên khác TS.Trần Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo Thầy Nguyễn Đức Tấn - Hoc Toán Nâng Cao/Toán Chuyên/Toán Tiếng Anh: Cung cấp chương trình VClass To|n N}ng Cao, Toán Chuyên Toán Tiếng Anh danh cho em HS THCS lớp 6, 7, 8, III Uber Toán Học Học Toán Gia Sư Kèm Online - Gia sư To|n giỏi đến từ ĐHSP, KHTN, BK, Ngoại Thương, Du hoc Sinh, Gi|o viên To|n v{ Giảng viên ĐH Day kèm Toán c}p độ từ Tiểu học đến ĐH hay c|c chương trình To|n Tiếng Anh, Tú tài quốc tế IB,… - Học sinh lựa chọn GV yêu thích, có thành tích, chuyên môn giỏi phù hợp - Nguồn học liệu có kiểm duyệt giúp HS PH đ|nh gi| lực khách quan qua kiểm tra độc lập - Tiết kiệm chi phí thời gian hoc linh động giải pháp mời gia sư đến nhà W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net T: 098 1821 807 Trang | 46 ... xoay chi u A gi| trị tức thời điện |p xoay chi u B gi| trị trung bình điện |p xoay chi u C gi| trị cực đại điện |p xoay chi u D gi| trị hiệu dụng điện |p xoay chi u Câu Số đo Ampe kế xoay chi u. .. trị tức thời dòng điện xoay chi u B gi| trị trung bình dòng điện xoay chi u C gi| trị cực đại dòng điện xoay chi u D gi| trị hiệu dụng dòng điện xoay chi u Câu Một mạng điện xoay chi u 220 V – 50... dòng điện tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện nên không phụ thuộc vào chi u dòng điện - Ampe kế đo cường độ dòng điện xoay chi u vôn kế đo điện áp xoay chi u dựa vào tác dụng nhiệt dòng điện