Lý thuyết Đại cương về dòng điện xoay chiều (mới 2024 + Bài Tập) - Vật lí 12

Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều ngắn gọn, chi tiết sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm Vật lí 12 Bài 12.

1 4,826 22/12/2023
Tải về


Lý thuyết Vật lí 12 Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều

I. Khái niệm về dòng điện xoay chiều

- Phương trình tổng quát của dòng điện xoay chiều: i=I0cosω.t+φi

Trong đó:

+ i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời).

+ I0>0: giá trị cực đại của i (cường độ cực đại).

+ ω>0: tần số góc.

+ f:tần số của i và T là chu kì của i

+ ω=2πf=2πT.

+ ω.t+φi: pha của i.

+ φi: pha ban đầu (tại thời điểm t =0).

- Tại thời điểm , dòng điện đang tăng nghĩa là i'>0φi<0 và ngược lại, dòng điện đang giảm nghĩa là i'<0φi>0.

II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

- Để tạo ra được suất điện động xoay chiều, người ta dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cho khung dây có N vòng dây, có diện tích S, quay đều quanh trục của nó với tốc độ góc ω, trong một từ trường đều  B  có phương vuông góc với trục quay thì trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng. Tại thời điểm ban đầu góc giữa  B  và vectơ pháp tuyến n  của mặt phẳng khung dây là φ

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều (ảnh 1)

- Tại thời điểm t, từ thông qua cuộn dây:

Φ=NBScosα=NBScosωt+φΦ=Φ0cosωt+φ

Trong đó Φ0=NBS.

- Khi đó trong mạch xuất hiện một suất điện động cảm ứng:

e=dΦdt=NBSωsinω.t+φ=E0sinω.t+φ. Trong đó E0=NBSω.

- Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng là:

i=NBSωRsinωt+φ

- Đây là dòng điện xoay chiều với tần số góc ω và biên độ là: I0=NBSωR

III. Giá trị hiệu dụng

- Công suất trung bình: P=p¯=12RI02

- Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi hai dòng điện đó là như nhau.

- Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện: I=I02

- Giá trị hiệu dụng của điện áp: U=U02

- Giá trị hiệu dụng của suất điện động: E=E02

Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều

Câu 1. Một khung dây dẫn quay đều với tốc độ 150 vòng/phút quanh một trục trong một từ trường đều có cảm ứng từ B vuông góc với trục quay của khung. Từ thông cực đại qua khung là 10π Wb. Tính suất điện động hiệu dụng xuất hiện trong khung.

A. 252V.

B. 253V.

C. 50V.

D. 25V.

Đáp án: A

Giải thích:

Tần số góc quay của khung dây:

ω=150vòng/phút =150.2π60=5π rad/s.

Suất điện động hiệu dụng của khung:

E=E  02=Φ0ω2=10π.5π2=252 V.a

Câu 2. Từ thông xuyên qua một ống dây là Φ=Φ0cos(ωt+φ1) (Wb) biến thiên làm xuất hiện trong ống dây một suất điện động cảm ứng là e=Ec0os(ωt+φ2) (V). Khi đó (φ2φ1) có giá trị là:

A. 0,5π.

B. 0,5π.

C. 0.

D. π.

Đáp án: A

Giải thích:

Suất điện động cảm ứng:

e=dΦdt=Φ0ωsin(ωt+φ1)=Φ0ωcosωt+φ1π2

φ2=φ1π2(φ2φ1)=π2=0,5π.

Câu 3. Một khung dây dẫn hình chữ nhật có 100 vòng, diện tích mỗi vòng 50 cm2, quay đều quanh trục đối xứng của khung với vận tốc góc 1800 vòng/phút trong một từ trường đều có cảm ứng từ bằng 0,02 T. Trục quay vuông góc với các đường cảm ứng từ. Chọn gốc thời gian lúc vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với vectơ cảm ứng từ B một góc 300. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong khung là:

A. e=0,6πcos60πt+π6V.

B. e=0,6πcos30πtπ6V.

C. e=60πcos30πt+π3V.

D. e=0,6πcos60πtπ3V.

Đáp án: D

Giải thích:

Tần số góc của chuyển động quay của khung dây:

ω=1800 vòng/phút =1800.2π60=60πrad/s.

Suất điện động cực đại qua khung dây:

E  0=Φω0=NBSω=100.0,02.50.104.60π=0,6π(V).

Gốc thời gian lúc vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với vectơ cảm ứng từ B một góc 300 nên pha ban đầu của từ thông là φΦ=300=π6rad.

Pha ban đầu của suất điện động: φe=φΦπ2=π3rad.

Biểu thức suất điện động cảm ứng trong thanh:

e=Eocosωt+φe=0,6πcos60ππ3V

Câu 4. Điện áp tức thời giữa hai đầu một đoạn mạch xoay chiều có biểu thức u=220cos100πtV. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu một mạch điện là:

A. 110 V.

B. 220 V.

C. 2002V.

D. 1102V.

Đáp án: D

Giải thích:

Từ phương trình điện áp ta có điện áp cực đại: U0=220 V.

Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch: U=U02=1102 V.

Câu 5. Chọn phát biểu sai? Dòng điện xoay chiều có biểu thức: i=2cos(100πt)A thì có

A. cường độ dòng điện cực đại là 2 A.

B. chu kì là 0,02 s.

C. tần số 50 Hz.

D. cường độ dòng điện hiệu dụng là 22 A.

Đáp án: D

Giải thích:

Từ biểu thức dòng điện xoay chiều ta có:

Cường độ dòng điện cực đại: I0=2AA đúng.

Tần số góc của dòng điện: ω=100πrad/s Chu kì dòng điện T=2πω=0,02s

Và tần số dòng điện f=1T=50 HzB, C đúng.

Cường độ dòng điện hiệu dụng: I=I02=2 A D sai.

Câu 6. Cho dòng điện xoay chiều có cường độ i=5cos(100πt)A đi qua một điện trở 50Ω. Nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở trong thời gian 1 phút là:

A. 24000 J.

B. 12500 J.

C. 37500 J.

D. 48000 J.

Đáp án: C

Giải thích:

Từ phương trình dòng điện, ta có I0 = 5A

Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R=50Ω trong thời gian t = 1 phút = 60 giây là:

Q=I2Rt=I022Rt=522.50.60=37500 J.

Câu 7. Một dòng điện có biểu thức i=2+4cos100πt(A) đi qua một điện trở R=10Ω. Xác định nhiệt lượng tỏa ra trên R trong 1 phút?

A. 4,8 kJ.

B. 12 kJ.

C. 7,2 kJ.

D. 9,6 kJ.

Đáp án: C

Giải thích:

Biểu thức dòng điện i=2+4cos100πt(A) là sự tổng hợp của hai loại dòng điện:

+ Dòng điện không đổi I1=2A.

+ Dòng điện xoay chiều i2=4cos100πtgiá trị dòng điện hiệu dụng:

I2=I02=42=22A.

Nhiệt lượng tỏa ra trên R trong thời gian t = 1 phút = 60 giây:

Q=Q1+Q2=I12Rt+I22Rt=I12+I22Rt=22+22210.60=7200 J=7,2 kJ.

Câu 8. Một dòng điện có biểu thức i=4cos2100πt(A) đi qua một điện trở R. Xác định dòng điện hiệu dụng trong mạch?

A. 1,3 A.

B. 3A.

C. 6A.

D. 62A.

Đáp án: C

Giải thích:

Khai triển biểu thức dòng điện:

i=4cos2100πt (A)=4.1+cos(200πt)2=2+2cos200πt

Như vậy dòng điện đề bài cho là sự tổng hợp của:

+ Dòng điện không đổi I1=2A.

+ Dòng điện xoay chiều i2=2cos200πtA giá trị dòng điện hiệu dụng:

I2=2A.

Nhiệt lượng tỏa ra trên R trong thời gian t:

Q=Q1+Q2=I12Rt+I22Rt=I12+I22Rt (1)

Giả sử I là cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch, khi đó nhiệt lượng tỏa ra trên R trong thời gian t còn được tính bằng biểu thức: Q=I2Rt (2)

Từ (1) và (2) suy ra giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng: I=I12+I22=6A.

Câu 9. Một dòng điện có biểu thức i=8cos2100πt A đi qua một điện trở R=40Ω. Xác định công suất trung bình của dòng điện trong một chu kì?

A. 120 W.

B. 240 W.

C. 320 W.

D. 960 W.

Đáp án: D

Giải thích:

Khai triển biểu thức i: i=8cos2100πt=4+4cos200πt.

Dòng điện hiệu dụng: I=I12+I22=42+422=26 A.

Công suất trung bình của dòng điện trong một chu kì:

P=I2.R=262.40=960 W.

Câu 10. Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức là i=2cos100πtπ3A (t tính bằng s). Giá trị của cường độ dòng điện ở thời điểm t = 6 ms là:

A. 1,34 A.

B. 0,67 A.

C. -1,34 A.

D. -0,67 A.

Đáp án: A

Giải thích:

Thay t=6ms=6.103svào biểu thức cường độ dòng điện ta có:

i=2cos100π.6.103π31,34A.

Câu 11. Điện áp ở hai đầu một đoạn mạch có biểu thức là u=2202 cos100πtπ4V (t tính bằng s). Giá trị của u ở thời điểm t = 5 ms là:

A. -220V.

B. 1102V.

C. 220 V.

D. -1102V.

Đáp án: C

Giải thích:

Thay t=5ms=5.103svào biểu thức điện áp ta có:

u=2202cos100π.5.103π4=220V

Câu 12. Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức i=22cos100πtA, t tính bằng giây (s). Vào thời điểm t=1300(s) thì dòng điện chạy trong đoạn mạch có cường độ tức thời bằng

A. 1,0 A và đang tăng.

B. 2 A và đang giảm.

C. 1,0 A và đang giảm.

D. 2A và đang tăng.

Đáp án: B

Giải thích:

Thay t=1300s vào biểu thức cường độ dòng điện i có:

i=22cos100π.1300=2 A

Để biết dòng điện đang tăng hay giảm ta xét dấu của i’.

Tại thời điểm t=1300s ta có: i'=22.100π.sin100π.1300<0.

Dòng điện đang giảm.

Câu 13. Đặt điện áp u=2002cos100πtπ2V vào hai đầu đoạn mạch điện. Tại thời điểm t, điện áp có giá trị 1002V và đang giảm. Tại thời điểm t+1300s, điện áp này có giá trị bằng:

A. 200 V.

B. -100 V.

C. 1003V.

D. -1002V.

Đáp án: D

Giải thích:

Tại thời điểm t: u1=U02và đang giảm tức vì u1'<0.

Sau khoảng thời gian Δt=1300s thì góc quay được Δφ=ωΔt=π3rad.

Biểu diễn điểm M trên vòng tròn ứng với thời điểm t, sau khi quét được góc π3 thì tới vị trí điểm N.

Từ hình vẽ ta có φ2=ππ3π3=π3u=1002V.

Câu 14. Một mạch điện được mắc vào nguồn điện xoay chiều có tần số 50 Hz, hiệu điện thế hiệu dụng là 1102V. Lúc t = 0, hiệu điện thế tức thời ở hai đầu mạch là u = 110 V và đang tăng. Biểu thức của hiệu điện thế đặt vào hai đầu mạch:

A. u=220cos100πt+π3V.

B. u=2202cos100πtπ3V.

C. u=220cos100πtπ3V.

D. u=2202cos100πt+π3V.

Đáp án: C

Giải thích:

Tần số góc của dòng điện ω=2πf=2π.50=100πrad/s.

Hiệu điện thế cực đại giữa hai đầu mạch: U0=U2=1102.2=220V.

Tại t = 0 có u=110V=U02cosφ=12φ=±π3 mà u đang tăng

Nên u'>0φ<0φ=π3.

Phương trình điện áp: u=220cos100ππ3V.

Câu 15. Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có cường độ dòng điện biến đổi điều hòa theo thời gian được mô tả bằng đồ thị ở hình dưới. Biểu thức cường độ dòng điện tức thời của đoạn mạch đó là:

A. i=4cos100πt+π4A.

B. i=4cos120πtπ4A.

C. i=4cos100πtπ4A.

D. i=4cos120πt + π4A.

Đáp án: C

Giải thích:

Từ đồ thị, ta có điểm thấp nhất ứng với i=4A=I0I0=4A.

Từ thời điểm t1=0,25.102s đến thời điểm t2=1,25.102s dòng điện giảm từ giá trị I0 đến -I0 nên thời gian tương ứng là Δt=t2t1=T2T=0,02sω=100πrad/s.

Tại t = 0 có i=22 A=I02φ0=±π4 và đang tăng φ0=π4.

Vậy phương trình của i: i=4cos100πtπ4A.

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 12 đầy đủ, chi tiết khác:

1 4,826 22/12/2023
Tải về