Đề cương ôn tập môn Vật Lí Lớp 12 - Tuần 14 - Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm

Nội dung text: Đề cương ôn tập môn Vật Lí Lớp 12 - Tuần 14 - Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm

1. Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Giáo án Vật lí 12 Tuần 14. Tiết 27: BÀI TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU A. TĨM TẮT LÝ THUYẾT 1. dịng điện xoay chiều a) Định nghĩa: Dịng điện xoay chiều ℓà dịng diện cĩ cường độ biến thiên điều hịa theo thời gian b) Phương trình: i = I0.cos(t + ) ( A) Hoặc u = U0.cos(t + ) (V) Trong đĩ: - i: gọi ℓà cường độ dịng điện tức thời (A) - I0: gọi ℓà cường độ dịng điện cực đại (A) - u: gọi ℓà hiệu điện thế tức thời (V) - U0: gọi ℓà hiệu điện thế cực đại (V) - : gọi ℓà tần số gĩc của dịng điện (rad/s) c) Các giá trị hiệu dụng: I - Cường độ dịng điện hiệu dụng: I = 0 (A) 2 U0 - Hiệu điện thế hiệu dung: U = (V) 2 - Các thơng số của các thiết bị điện thường ℓà giá trị hiệu dụng - Để đo các giá trị hiệu dụng người ta dùng vơn kế nhiệt, am pe kế nhiệt... 2. Giới thiệu về các ℓinh kiện điện. Nội dung Điện trở Tụ điện Cuộn dây thuần cảm Ký hiệu  1 Tổng trở R = Z Z = Lω S C C L Cho cả dịng điện xoay Chỉ cho dịng điện xoay Chỉ cản trở dịng điện xoay Đặc điểm chiều và điện một chiều chiều đi qua chiều qua nĩ nhưng tỏa nhiệt Cơng thức của U U U U U I 0 I 0 I I I 0 0 R 0 Z Z Z 0 Z định ℓuật Ơm I = ; ; i = L ; L C ; C Cơng suất P = RI2 0 0 Độ ℓệch pha u - i u và i cùng pha u chậm pha hơn i gĩc /2 u nhanh pha hơn i gĩc /2 Phương trình u = U0cos(t + ) u = U0cos(t + ) u = U0cos(t + ) Tổ: Vật Lí – KTCN 1
2. Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Giáo án Vật lí 12 i = I0cos(t + ) i = I0cos(t + + /2) i = I0cos(t + - /2) Giản đồ u - i B. TRẮC NGHIỆM Ví dụ 1: Một dịng điện xoay chiều cĩ phương trình dịng điện như sau: i = 5cos(100 t + ) A. Hãy xác định giá trị hiệu dụng của dịng điện trong mạch? A. 5 A B. 5 2 A C. 2.5A D. 2,5 2 A [Đáp án C] Ta cĩ: I = = = 2,5 2 A Ví dụ 2: Tại thời điểm t = 1,5s cường độ dịng điện trong mạch cĩ giá trị ℓà i = 5A. Giá trị trên ℓà giá trị: A. Giá trị cực đại B. Giá trị tức thời C. Giá trị hiệu dụng D. Giá trị trung bình [Đáp án B] Cường độ dịng điện của dịng điện tại t = 1,5 s ℓà giá trị tức thời. Ví dụ 3: Dịng điện cĩ biểu thức i = 2cos100 t A, trong một giây dịng điện đổi chiều bào nhiêu ℓần? A. 100 ℓần B. 50 ℓần C. 110 ℓần D. 90 ℓần Hướng dẫn: Trong 1chu kỳ dịng điện đổi chiều 2 ℓần 1s dịng điện thực hiện 50 chu kỳ Số ℓần đổi chiều ℓà: 100 ℓần Chọn đáp án A Ví dụ 4: Mạch điện X chỉ cĩ một phần tử cĩ phương trình dịng điện và hiệu điện thế ℓần ℓượt như sau: i = 2 2 cos(100 t + ) A và u = 200 2 cos(100 t + ) V. Hãy xác định đĩ ℓà phần tử gì và độ ℓớn ℓà bao nhiêu? A. ZL = 100 Ω B. Zc= 100 Ω C. R = 100 Ω D. R = 100 2 Ω Hướng dẫn:[ Đáp án C] U Vì u và i cùng pha nên đây ℓà R, R = 0 = 100 Ω I0 Ví dụ 5: Dịng điện cĩ biểu thức i = 2cos100 t A, trong một giây đầu tiên dịng điện đổi chiều bao nhiêu ℓần? A. 100 ℓần B. 50 ℓần C. 110 ℓần D. 99 ℓần Hướng dẫn: - Chu kỳ đầu tiên dịng điện đổi chiều một ℓần - Tính từ các chu kỳ sau dịng điện đổi chiều 2 ℓần trong một chu kỳ Tổ: Vật Lí – KTCN 2
3. Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Giáo án Vật lí 12 Số ℓần đổi chiều của dịng điện trong một giây đầu tiên ℓà: n = 2.f - 1 = 2.50 - 1 = 99 ℓần. Chọn đáp án D Ví dụ 6: Một đoạn mạch chỉ cĩ L: L = H mắc vào mạng điện và cĩ phương trình i = 2cos(100 t + ) A, hãy viết phương trình hiệu điện thế hai đầu mạch điện? A. uL = 200 cos(100 t + ) V B. uL = 200 cos(100 t + ) V C. uL = 200 2 cos(100 t + ) V D. uL= 200 2 cos(100 t+ ) V [Đáp án A] u cĩ dạng: u = U cos(100 t + + ) V L 0L 6 2 ZL L 100  2 Trong đĩ: I0 2 A uL = 200cos(100 t + ) V 3 U0L I0ZL 2.100 200 V Ví dụ 7: Mạch điện cĩ giá trị hiệu dụng U = 220 V, tần số dịng điện ℓà 50Hz, đèn chỉ sáng khi |u| ≥ 110 2 V. Hãy tính thời gian đèn sáng trong một chu kỳ? A. 1/75s B. 1/50s C. 1/150s D. 1/100s Hướng dẫn: [Đáp án A] u Ta cĩ: cos = = = U0 = s = 4. = s s 4 ts= = s  2 f 3.2. .f 10 4 Ví dụ 8: Mạch điện X chỉ cĩ tụ điện C, biết C = F, mắc mạch điện trên vào mạng điện cĩ phương trình u = 100 2 cos(100 t + ) V. Xác định phương trình dịng điện trong mạch. A. i = 2 cos(100 t + ) A B. i = 2 cos(100 t + ) A C. i = cos(100 t + ) A D. i = cos(100 t + ) A [Đáp án A] Phương trình dịng điện cĩ dạng: i = I0cos(100 t + + ) A Tổ: Vật Lí – KTCN 3
4. Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Giáo án Vật lí 12 U I 0 0 Z C Trong đĩ: U0 100 2 V I0= = 2 A 1 ZC ... 100  C Phương trình cĩ dạng: i = 2 cos(100 t + ) A Ví dụ 9: Cho một cuộn dây cĩ điện trở thuần 40  và cĩ độ tự cảm 0,4/ (H). Đặt vào hai đầu cuộn dây điện áp xoay chiều cĩ biểu thức: u = U 0cos(100 t - ) (V). Khi t = 0,1 (s) dịng điện cĩ giá trị 2,75 2 2 (A). Giá trị của U0 ℓà A. 220 (V) B. 110 2 (V) C. 220 2 (V) D. 440 2 (V) [Đáp án B] 2 2 R = 40 Ω; ZL = .L = 100 . = 40. Z = R + Z L =40 2  Phương trình i cĩ dạng: i = I0cos(100 t - ) A. Tại t = 0,1s i = I0cos0 = 2,75 2 A I0 = -2,75 2 A U0 = 110 2 V Ví dụ 10: Một điện trở thuần R=100, khi dùng dịng điện cĩ tần số 50Hz. Nếu dùng dịng điện cĩ tần số 100Hz thì điện trở sẽ A. Giảm 2 ℓần B. Tăng 2 ℓần C. Khơng đổi D. Giảm 1/2 ℓần [Đáp án C.] Ta cĩ: R = nên R khơng phụ thuộc vào tần số của mạch Tiết 28: BÀI TẬP MẠCH R-L-C MẮC NỐI TIẾP -------o0o------ A. TĨM TẮT LÝ THUYẾT 1. Định luật Ơm cho đoạn mạch 2 2 2 2 1 a) Tổng trở của đoạn mạch: Z R ZL ZC R L- . C U0 U U R U L UC Ur b) Định luật Ơm : I0 hay I Z Z R ZL ZC r 2. Mối liên hệ giữa các điện áp cực đại hoặc hiệu dụng: Tổ: Vật Lí – KTCN 4
5. Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Giáo án Vật lí 12 2 2 2 2 U (U L UC ) U R hoặc U0 (U0L U0C ) U0R · d) Độ lệch pha của u so với i: U;I u u i i 1 L- U U Z Z tan L C L C C . UR R R Nếu UL > UC (hay ZL > ZC) : φ > 0 u sớm pha hơn i ZL ZC mạch cĩ tính cảm kháng Nếu UL < UC (hay ZL < ZC) : φ < 0 u chậm pha hơn i ZL ZC mạch cĩ tính dung kháng Nếu UL = UC (hay ZL = ZC) : φ = 0 u cùng pha với i ZL ZC mạch cĩ thuần trở. 3. Hiện tượng cộng hưởng: Hiện tượng cường độ dịng điện trong mạch đạt cực đại (Im ax ) khi ZL ZC hay tần số của mạch đạt giá trị 1 1 f  0 2 LC o LC B. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 10 3 Ví dụ 1: Mạch điện xoay chiều RLC khơng phân nhánh cĩ: R = 50; L = H; C = F. Đặt vào hai 2 đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều cĩ tần số 50 Hz thì tổng trở của đoạn mạch A. 50 . B. 50 2  C. 50 3  D. 50 5  Hướng dẫn [Đáp án B] Tính ZL, ZC và suy ra Z Ví dụ 2: Cho mạch điện gồm điện trở R =100 , cuộn dây thuần cảm L = H, tụ điện cĩ C = .10-4 F. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch cĩ tần số ℓà 50 Hz. Pha của hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch so với hiệu điện thế giữa hai bản tụ ℓà 3 A. Nhanh hơn B. Nhanh hơn C. Nhanh hơn D. Nhanh hơn 4 2 3 4 Hướng dẫn: [Đáp án A] Xác định độ ℓệch pha giữa i và u sau đĩ xác định độ ℓệch pha của i và u C từ đĩ suy ra độ ℓệch pha của u và uC. (Lấy pha của dịng điện ℓàm chuẩn) Tính được tan = -1 = - i nhanh pha hơn u gĩc /4; mà i cũng nhanh pha hơn uC gĩc 4 2 u nhanh pha hơn uC một gĩc 4 Ví dụ 3: Một đoạn mạch gồm cuộn dây cĩ điện trở thuần 100 3 Ω, cĩ độ tự cảm L nối tiếp với tụ điện Tổ: Vật Lí – KTCN 5
6. Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Giáo án Vật lí 12 cĩ điện dung 0,00005/ (F). Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = U0cos(100 t - /4) thì biểu thức cường độ dịng điện qua mạch i = 2 cos(100 t - /12) (A). Giá trị của L ℓà A. L = 0,4/ (H) B. L = 0,6/ (H) C. L = 1/ (H) D. L = 0,5/ (H) Hướng dẫn: [Đáp án C] Từ phương trình của u và i từ đĩ dựa vào cơng thức tính tan để tìm ZL L Ví dụ 4: Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC điện áp xoay chiều.Biết rằng ZL = 2ZC = 2R. A. điện áp ℓuơn nhanh pha hơn cường độ dịng điện ℓà 6 B. điện áp ℓuơn trễ pha hơn cường độ dịng điện ℓà 4 C. điện áp và cường độ dịng điện cùng pha D. điện áp ℓuơn nhanh pha hơn cường độ dịng điện ℓà 4 Hướng dẫn: [Đáp án D] Biện ℓuận từ tan với ZL = 2ZC, R = ZC Ví dụ 5: Một mạch RLC mắc nối tiếp trong đĩ R = 120 , L = 2/ H và C = 2.10 -4/ F, nguồn cĩ tần số f thay đổi được. Để i sớm pha hơn u, f cần thoả mãn A. f > 12,5Hz B. f 12,5Hz C. f< 12,5Hz D. f < 25Hz Hướng dẫn: [Đáp án D ] Với i sớm pha hơn u thì tan < 0 cơng thức tính f Ví dụ 6: Đoạn mạch như hình vẽ, uAB = 100 2 cos100 t (V). Khi K đĩng, I = 2(A), khi K mở dịng điện qua mạch ℓệch pha so với hiệu điện thế 4 hai đầu mạch. Cường độ dịng điện hiệu dụng qua mạch khi K mở ℓà: A. 2(A) B. 1(A) C. 2 (A) D. 2 Hướng dẫn: [Đáp án C] Khi K đĩng, mạch chỉ cĩ R, ta tính được R Khi K mở thì mạch cĩ R, L, C và cĩ độ ℓệch pha . Từ tan ZL -ZC Z I 4 Ví dụ 7: Lần ℓượt mắc điện trở R, cuộn dây thuần cảm cĩ độ tự cảm L, tụ điện cĩ điện dung C vào điện áp xoay chiều u = U0cost thì cường độ hiệu dụng của dịng điện qua chúng ℓần ℓượt ℓà 4A, 6A, 2A. Nếu Tổ: Vật Lí – KTCN 6
7. Trường THPT Nguyễn Bỉnh Khiêm Giáo án Vật lí 12 mắc nối tiếp các phần tử trên vào điện áp này thì cường độ hiệu dụng của dịng điện qua mạch ℓà A. 4A B. 12A C. 2,4A. D. 6A. Hướng dẫn: Ta cĩ: R = ; ZL = ; ZC = R 3 ZL= R ZL 2 R 1 ZL= 2R ZC 2 2 2 2 2 2 Z = R + (ZL - ZC) = R + ( R - 2R) = R Z = I = = = 2,4 A [Đáp án C ] Tổ: Vật Lí – KTCN 7