4 bài toán trọng tâm về Dòng điện xoay chiều Vật lý 12 ôn thi THPT QG năm 2019

Tải về

Với mong muốn giúp các em học sinh dễ dàng ôn tập và nắm bắt kiến thức chương trình Vật lý 12 hiệu quả, HỌC247 xin giới thiệu đến các em Chuyên đề 4 bài toán trọng tâm về Dòng điện xoay chiều môn Vật lý 12 ôn thi THPT QG năm 2019. Tài liệu được biên tập đầy đủ, chi tiết kèm đáp án hướng dẫn. Mời các em cùng tham khảo và rèn luyện thêm. Chúc các em học tốt

4 BÀI TOÁN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRỌNG TÂM ÔN THI THPT QG 2019

BÀI TOÁN 1: SỰ TẠO THÀNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU.

*Mô tả bài toán: Thường yêu cầu tìm các đại lượng thường gặp như từ thông, cảm ứng từ, suất điện động, số vòng dây cuốn, tần số, các giá trị hiệu dụng...

* Phương pháp giải:

Từ thông qua khung dây của máy phát điện:

f =  NBScos(wt + j) = F0cos(wt + j); với F0 = NBS.       

Suất động trong khung dây của máy phát điện:

e = E0cos(wt + j - \(\frac{\pi }{2}\) ); với E0 = wF0 = wNBS.

Tần số dòng điện do máy phát điện xoay chiều một pha có P cặp cực, rôto quay với vận tốc n vòng/giây:

f = pn Hz

VÍ DỤ MINH HỌA:

VD1: Một khung dây dẫn phẳng dẹt hình chữ  nhật có 500 vòng dây, diện tích mỗi vòng   54 cm2. Khung dây quay đều quanh một trục đối xứng (thuộc mặt phẳng của khung), trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay và có độ lớn B = 0,2 T. Tính từ thông cực đại qua khung dây. Để suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây có tần số 50 Hz thì khung dây phải quay với tốc độ bao nhiêu vòng/phút?

HD:

Ta có: F0 = NBS = 0,54 Wb;

n = \(\frac{{60f}}{p}\) = 3000 vòng/phút.

VD4. Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng gồm bốn cuộn dây giống nhau mắc nối tiếp. Suất điện động xoay chiều do máy phát sinh ra có tần số 50 Hz và giá trị hiệu dụng \(100\sqrt 2 \) V. Từ thông cực đại qua mỗi vòng của phần ứng là \(\frac{5}{\pi }\) mWb. Số vòng dây trong mỗi cuộn dây của phần ứng là

     A. 71 vòng.     B. 200 vòng.   C. 100 vòng.   D. 400 vòng.

HD:

w = 2pf = 100p rad/s; E = \(\frac{{\omega 4N{\Phi _0}}}{{\sqrt 2 }}\)

=> N =  \(\frac{{E\sqrt 2 }}{{4\omega {\Phi _0}}}\) = 100 vòng.

Đáp án C.

VD6 : Một khung dây dẫn hình chữ nhật có 100 vòng, diện tích mỗi vòng 600 cm2, quay đều quanh trục đối xứng của khung với vận tốc góc 120 vòng/phút trong một từ trường đều có cảm ứng từ bằng 0,2T. Trục quay vuông góc với các đường cảm ứng từ. Chọn gốc thời gian lúc vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây ngược hướng với vectơ cảm ứng từ. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong khung là

    A. \(e = 48\pi \sin (40\pi t - \frac{\pi }{2})\,(V).\)                     B. \(e = 4,8\pi \sin (4\pi t + \pi )\,(V).\)

    C.   \(e = 48\pi \sin (4\pi t + \pi )\,(V).\)                    D. \(e = 4,8\pi \sin (40\pi t - \frac{\pi }{2})\,(V).\)

HD:

\(\begin{array}{l}
\Phi  = BS.c{\rm{os}}\left( {\omega t + \pi } \right) \Rightarrow e =  - N.\Phi ' = N\omega BS.\sin \left( {\omega t + \pi } \right)\\
 = 4,8.\sin \left( {4\pi t + \pi } \right)\;(V)
\end{array}\)

VD9: Một khung dây dẫn phẳng, hình chữ nhật, diện tích 0,025 m2, gồm 200 vòng dây quay đều với tốc độ 20 vòng/s quanh một trục cố định trong một từ trường đều. Biết trục quay là trục đối xứng nằm trong mặt phẳng khung và vuông góc với phương của từ trường. Suất điện động hiệu dụng xuất hiện trong khung có độ lớn bằng 222 V. Cảm ứng từ có độ lớn bằng

     A. 0,50 T.       B. 0,60 T.        C. 0,45 T.        D. 0,40 T.

HD:  w = 2pf = 40p rad/s; E =  \(\frac{{\omega NBS}}{{\sqrt 2 }}\)

=> B =  0,5 T.

Đáp án A. 

{-- xem đầy đủ nội dung ở phần xem online hoặc tải về --}

 

BÀI TOÁN 2. ĐOẠN MẠCH R,L,C CHỈ CHỨA MỘT PHẦN TỬ

PHƯƠNG PHÁP

Biểu thức của i và u: i= I0cos(wt + ji); u = U0cos(wt + ju).

Độ lệch pha giữa u và i: j = ju - ji.; tanφ = (ZL-Zc)/R

Biểu thức của cường độ dòng điện tức thời trong mạch:I = I  

Giá trị hiệu dụng :

+ Cường độ dòng điện hiệu dụng: I = \(\frac{{I0}}{{\sqrt 2 }}\)

 + Hiệu điện thế hiệu dụng:         U = \(\frac{{U0}}{{\sqrt 2 }}\)

VÍ DỤ MINH HỌA

VD1. Đặt vào hai đầu cuộn cảm L = 1/π(H) một hiệu điện thế xoay chiều 220V – 50Hz. Cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm là

A. I = 2,2A.                    B. I = 2,0A.                  C. I = 1,6A.                  D. I = 1,1A.

HD: Cảm kháng của cuộn cảm được tính theo công thức .

Cường độ dòng điện trong mạch I = U/ZL = 2,2A.

=> Chọn A.

VD3: Đặt vào hai đầu cuộn cảm  \(L = \frac{1}{\pi }(H)\) một hiệu điện thế xoay chiều u = 141cos(100πt)V. Cảm kháng của cuộn cảm là

A. ZL = 200Ω.                 B. ZL = 100Ω.              C. ZL = 50Ω.                D. ZL = 25Ω.

HD: Từ biểu thức u = 141cos(100πt)V, suy ra ω = 100π (rad/s).

Cảm kháng của cuộn cảm được tính theo công thức .

=>Chọn B.

VD4: Đặt vào hai đầu tụ điện \(C = \frac{{{{10}^{ - 4}}}}{\pi }(F)\) một hiệu điện thế xoay chiều u = 141cos(100πt)V. Cường độ dòng điện qua tụ điện là

A. I = 1,41A.                  B. I = 1,00A.                C. I = 2,00A.                D. I = 100Ω.

HD:

Từ biểu thức u = 141cos(100πt)V => U = 100V và tần số góc ω = 100π (rad/s).

Dung kháng của tụ điện được tính theo công thức  \({Z_C} = \frac{1}{{\omega C}} = \frac{1}{{2\pi fC}}\).

Cường độ dòng điện trong mạch I = U/Zc.

=> Chọn B. 

{-- xem đầy đủ nội dung ở phần xem online hoặc tải về --}

 

BÀI TOÁN 3: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐOẠN MẠCH R,L,C NỐI TIẾP

   * Đoạn mạch RLC không phân nhánh

            \(\begin{array}{l}
Z = \sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_C})}^2}}  \Rightarrow U = \sqrt {U_R^2 + {{({U_L} - {U_C})}^2}} \\
 \Rightarrow {U_0} = \sqrt {U_{0R}^2 + {{({U_{0L}} - {U_{0C}})}^2}} 
\end{array}\) 

   \(\tan \varphi  = \frac{{{Z_L} - {Z_C}}}{R};\sin \varphi  = \frac{{{Z_L} - {Z_C}}}{Z};c{\rm{os}}\varphi  = \frac{R}{Z}\)       với \( - \frac{\pi }{2} \le \varphi  \le \frac{\pi }{2}\)

            + Khi ZL > ZC  thì u nhanh pha hơn i

            + Khi ZL < ZC  thì u chậm pha hơn i

+ Khi ZL = ZC  thì u cùng pha với i=>hiện tượng cộng hưởng điện  

Lúc đó  : \({{\rm{I}}_{{\rm{Max}}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{U}}}{{\rm{R}}}\)

Chú ý: Nếu trong đoạn mạch có nhiều phần tử R, L, C mắc nối tiếp thì trong Khi tính tổng trở hoặc độ lệch pha j giữa u và i ta đặt R = R1 + R2 + ...; ZL = ZL1 + ZL2 + ...; ZC = ZC1 + ZC2 + ... .

Nếu mạch không có điện thành phần nào thì cho nó = 0.

VÍ DỤ MINH HỌA

VD 1:  Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ (Hình 49).

Người ta đo được các hiệu điện thế UAM = 16V, UMN = 20V, UNB = 8V. Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch AB là:   

            A. 44V                B. 20V                        C. 28V                       D. 16V

HD: 

Dùng các công thức: \({\rm{U = }}\sqrt {{\rm{U}}_{\rm{R}}^2{\rm{ + (}}{{\rm{U}}_{\rm{L}}}{\rm{ - }}{{\rm{U}}_{\rm{C}}}{)^2}} \) = 20V

VD7: Khi đặt hiệu điện thế không đổi 12 V vào hai đầu cuộn dây có điện trở thuần R và độ tự cảm L thì dòng điện qua cuộn dây là dòng điện một chiều  có cường độ 0,15 A. Nếu đặt vào hai đầu cuộn dây này một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100 V thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua nó là  1 A. Cảm kháng của cuộn dây là

    A. 50 W.                                  B. 30 W.                   C. 40 W.                      D. 60 W.

HD:  R = \(\frac{{{U_{1C}}}}{I}\) = 80 W;

Z = U/I = 100 W; ZL = \(\sqrt {{Z^2} - {R^2}} \) = 60 W.   

=> Đáp án D. 

{-- xem đầy đủ nội dung ở phần xem online hoặc tải về --}

 

BÀI TOÁN 4: TÌM THỜI GIAN ĐÈN SÁNG TỐI TRONG MỖI CHU KÌ

VÍ DỤ MINH HỌA

VD1: Một bóng đèn ống được nối vào nguồn điện xoay chiều u = 120 \(\sqrt 2 \) cos100 t(V). Biết rằng đèn chỉ sáng nếu hiệu điện thế hai cực U >60\(\sqrt 2 \) V. Thời gian đèn sáng trong 1s là:

            a) 1/3s                          b) 1s                            c) 2/3s                          d) 3/4s

HD:    

Hình vẽ dưới đây mô tả những vùng (tô đậm) mà ở đó U> 60\(\sqrt 2 \) V khi đó đèn sáng.

 Mỗi vùng sáng ứng với một góc quay 1200. Hai vùng sáng có tổng góc quay là 2400.

            Chu kỳ của dòng điện :    T = 1/60 s

 

{-- xem đầy đủ nội dung ở phần xem online hoặc tải về --}

 

Trên đây là phần trích đoạn một phần nội dung trong tài liệu 4 bài toán trọng tâm về Dòng điện xoay chiều Vật lý 12 ôn thi THPT QG năm 2019. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt ,nâng cao kỹ năng giải bài tập và đạt thành tích cao hơn trong học tập .