tổng hợp kiến thức vật lý
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (205.12 KB, 16 trang )
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
CHỦ ĐỀ I. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
A. TÓM TẮT KIẾN THỨC CĂN BẢN
1. Suất điện động xoay chiều
Cho một khung dây dẫn phẳng quay đều với tốc độ
góc ω quanh một trục ∆ vuông góc với các đường sức
của một từ trường đều có cảm ứng từ
B
. Theo định
luật cảm ứng điện từ thì trong khung dây xuất hiện một
suất điện động biến thiên tuần hoàn theo thời gian theo
quy luật :
)cos(
0 e
tEe
ϕω
+=
trong đó :
0
0
>E
là suất điện động cực đại
e
là suất điện động tức thời
ω
là tần số góc của suất điện động
e
ϕ
là pha ban đầu (pha ở thời điểm t = 0)
)(
e
t
ϕω
+
là pha ở thời điểm t
Chu kì T và tần số f của suất điện động e xác định theo tần số góc ω theo các công thức :
ω
π
2
=T
π
ω
2
1
==
T
f
Suất điện động của máy phát điện xoay chiều cũng có dạng
)cos(
0 e
tEe
ϕω
+=
.
2. Điện áp xoay chiều. Dòng điện xoay chiều
Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều với một đoạn mạch tiêu thụ điện thì giữa hai
đầu đoạn mạch có một hiệu điện thế biến thiên điều hoà theo theo thời gian với tần số bằng
tần số của suất điện động do máy phát điện tạo ra và được gọi là hiệu điện thế xoay chiều
hay điện áp xoay chiều.
Trong trường hợp tổng quát, biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch điện xoay chiều
nào đó và cường độ dòng điện qua nó có dạng lần lượt là :
)cos(
0 u
tUu
ϕω
+=
và
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
trong đó : u là điện áp tức thời
U
0
là điện áp cực đại (biên độ của điện áp)
ω là tần số góc của điện áp
φ
u
là pha ban đầu của điện áp (pha tại thời điểm t = 0)
)(
u
t
ϕω
+
là pha tại thời điểm t của điện áp
và i là cường độ tức thời của dòng điện
I
0
là cường độ cực đại (biên độ) của dòng điện
ω là tần số góc của dòng điện
φ
i
là pha ban đầu của dòng điện (pha tại thời điểm t = 0)
)(
i
t
ϕω
+
là pha tại thời điểm t của dòng điện
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
1
n
B
ω
Khi khung dây quay đều trong từ
trường, trong khung dây xuất
hiện suất điện động xoay chiều
∆
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Độ lệch pha giữa điện áp u và cường độ dòng điện i là :
iu
ϕϕϕ
−=
Nếu φ > 0 thì u sớm pha (nhanh pha) so với i.
Nếu φ < 0 thì u trễ pha (chậm pha) so với i.
Nếu φ = 0 thì u đồng pha (cùng pha) với i.
3. Giá trị hiệu dụng
Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng toả nhiệt như dòng điện một chiều. Xét về mặt
toả nhiệt trong một thời gian dài thì dòng điện xoay chiều
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
tương đương với
dòng điện một chiều không đổi có cường độ bằng
2
0
I
.
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện
không đổi, nếu cho hai dòng điện đó lần lượt đi qua cùng một điện trở trong những
khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì nhiệt lượng toả ra bằng nhau. Nó có giá trị bằng
cường độ cực đại chia cho
2
.
Dòng điện xoay chiều
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
có cường độ hiệu dụng là :
2
0
I
I =
Tương tự, điện áp xoay chiều
)cos(
0 u
tUu
ϕω
+=
và suất điện động xoay chiều
)cos(
0 e
tEe
ϕω
+=
có trị hiệu dụng lần lượt là :
2
0
U
U =
2
0
E
E =
Để đo điện áp hiệu dụng và cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều người ta dùng
vôn kế và ampe kế xoay chiều.
B. MỘT SỐ BÀI TẬP
Bài 1 : Một khung dây dẫn phẳng có diện tích S = 50 cm
2
, có N = 100 vòng dây, quay
đều với tốc độ 50 vòng/giây quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường
đều có cảm ứng từ B = 0,1 T. Chọn gốc thời gian t = 0 là lúc vectơ pháp tuyến
n
của diện
tích S của khung dây cùng chiều với vectơ cảm ứng từ
B
và chiều dương là chiều quay của
khung dây.
a) Viết biểu thức xác định từ thông
Φ
qua khung dây.
b) Viết biểu thức xác định suất điện động e xuất hiện trong khung dây.
c) Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của e theo thời gian.
Bài giải :
a) Khung dây dẫn quay đều với tốc độ góc :
ω = 50.2π = 100π rad/s
Tại thời điểm ban đầu t = 0, vectơ pháp tuyến
n
của diện tích S của khung dây có chiều
trùng với chiều của vectơ cảm ứng từ
B
của từ trường. Đến thời điểm t, pháp tuyến
n
của
khung dây đã quay được một góc bằng
t
ω
. Lúc này từ thông qua khung dây là :
)cos( tNBS
ωφ
=
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
2
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Như vậy, từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian với tần số góc ω và
với giá trị cực đại (biên độ) là Ф
0
= NBS.
Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm
2
= 50. 10
-4
m
2
và ω = 100π rad/s ta được biểu thức
của từ thông qua khung dây là :
)100cos(05,0 t
πφ
=
(Wb)
b) Từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian, theo định luật cảm ứng
điện từ của Faraday thì trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng.
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây được xác định theo định luật Lentz :
−==−=−=
2
cos)sin('
)(
π
ωωωωφ
φ
tNBStNBS
dt
d
e
t
Như vậy, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây biến đổi điều hoà theo thời
gian với tần số góc ω và với giá trị cực đại (biên độ) là E
0
= ωNBS.
Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm
2
= 50. 10
-4
m
2
và ω = 100π rad/s ta được biểu thức
xác định suất điện động xuất hiện trong khung dây là :
−=
2
100cos5
π
ππ
te
(V)
hay
−≈
2
314cos7,15
π
te
(V)
c) Suất điện động xuất hiện trong khung dây biến đổi điều hoà theo thời gian với chu khì
T và tần số f lần lượt là :
02,0
100
22
===
π
π
ω
π
T
s
50
02,0
11
===
T
f
Hz
Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của suất điện động e theo thời gian t là đường hình sin có
chu kì tuần hoàn T = 0,02 s.
Bảng giá trị của suất điện động e tại một số thời điểm đặc biệt như : 0 s,
005,0
4
=
T
s,
01,0
2
=
T
s,
015,0
4
3
=
T
s,
02,0=T
s,
025,0
4
5
=
T
s và
03,0
2
3
=
T
s :
t (s) 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03
e (V) 0 15,7 0 -15,7 0 15,7 0
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của e theo t như hình dưới :
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
3
t (s)
e (V)
0
+ 15,7
- 15,7
0,005
0,015
0,025
0,01
0,02
0,03
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Bài 2 : Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều và
cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch điện đó lần lượt là :
)(
4
100cos2220 Vu
+=
π
π
và
)(
6
100cos22 Ati
−=
π
π
, với t tính bằng giây (s).
a) Xác định giá trị cực đại, tần số góc, chu kì, tần số, pha ban đầu của điện áp giữa hai
đầu đoạn mạch.
b) Xác định giá trị cực đại, tần số góc, chu kì, tần số, pha ban đầu của dòng điện chạy
trong đoạn mạch.
c) Xác định độ lệch pha giữa điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện
chạy trong đoạn mạch.
Bài giải :
a) Từ biểu thức điện áp :
)(
4
100cos2220 Vu
+=
π
π
, t tính bằng giây (s), ta suy ra giá
trị cực đại, tần số góc, chu kì, tần số, pha ban đầu của điện áp giữa hai đầu đoạn mạch lần
lượt là :
2220
0
=U
V
≈
311 V
ω = 100π rad/s ≈ 314 rad/s
02,0
100
22
===
π
π
ω
π
T
s
50
02,0
11
===
T
f
Hz
4
π
ϕ
=
u
rad
b) Từ biểu thức cường độ dòng điện :
)(
6
100cos22 Ati
−=
π
π
, t tính bằng giây (s), ta
suy ra giá trị cực đại, tần số góc, chu kì, tần số, pha ban đầu của dòng điện chạy trong đoạn
mạch lần lượt là :
22
0
=I
A
≈
2,83 A
ω = 100π rad/s ≈ 314 rad/s
02,0
100
22
===
π
π
ω
π
T
s
50
02,0
11
===
T
f
Hz
6
π
ϕ
−=
i
rad
c) Độ lệch pha giữa điện áp u giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ i của dòng điện chạy
trong đoạn mạch là :
12
5
64
πππ
ϕϕϕ
=
−−=−=
iu
rad = 75
0
Như vậy, trong trường hợp này hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch nhanh pha hơn
dòng điện chạy trong mạch một góc 75
0
.
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
4
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Bài 3 : Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có cường độ biến đổi điều hoà
theo thời gian được mô tả bằng đồ thị ở hình dưới đây.
a) Xác định
biên độ,
chu kì và
tần số
của dòng
điện.
b) Đồ thị cắt trục tung tại điểm có toạ độ bao nhiêu ?
Bài giải :
a) Biên độ chính là giá trị cực đại I
0
của cường độ dòng điện. Dựa vào đồ thị ta có biên
độ của dòng điện này là : I
0
= 4 A.
Tại thời điểm 2,5.10
-2
s, dòng điện có cường độ tức thời bằng 4 A. Thời điểm kế tiếp mà
dòng điện có cường độ tức thời bằng 4 A là 2,25.10
-2
s. Do đó chu kì của dòng điện này là :
T = 2,25.10
-2
– 0,25.10
-2
= 2.10
-2
s
Tần số của dòng điện này là :
50
10.2
11
2
===
−
T
f
Hz
b) Biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều này có dạng :
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
Tần số góc của dòng điện này là :
πππω
10050.22 === f
rad/s
Tại thời điểm t = 0,25.10
-2
s, dòng điện có cường độ tức thời i = I
0
= 4 A, nên suy ra :
00
)0.100cos( II
i
=+
ϕπ
Hay
1
4
cos =
+
i
ϕ
π
Suy ra :
4
π
ϕ
−=
i
rad
Do đó biểu thức cường độ của dòng điện này là :
)(
4
100cos4)(
4
100cos
0
AtAtIi
−=
−=
π
π
π
π
Tại thời điểm t = 0 thì dòng điện có cường độ tức thời là :
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
5
t (10
-2
s)
i (A)
0
+ 4
- 4
0,25 0,75 1,25 1,75
2,25 2,75
3,25
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
22
2
4
2
)(
4
0.100cos
0
0
===
−=
I
AIi
π
π
A
83,2≈
A
Vậy đồ thị cắt trục tung tại điểm có toạ độ (0 s,
22
A).
Bài 4 : Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch và cường độ dòng điện
xoay chiều chạy qua đoạn mạch đó lần lượt là :
( )
)(100cos2220 Vtu
π
=
và
( )
)(25,0100cos2 Ati +=
π
, với t tính bằng giây (s). Tính điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn
mạch và cường độ hiệu dụng của dòng điện chạy qua đoạn mạch.
Bài giải :
Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch là :
220
2
2220
2
0
===
U
U
V
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch là :
2
2
2
2
0
===
I
I
A
41,1≈
A
Bài 5 : Biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch là
))(100cos(
0
AtIi
π
=
, với I
0
> 0 và t tính bằng giây (s). Tính từ lúc 0 s, xác định thời điểm đầu
tiên mà dòng điện có cường độ tức thời bằng cường độ hiệu dụng ?
Bài giải :
Cách 1 : Khi dòng điện có cường độ tức thời bằng cường độ hiệu dụng, nghĩa là :
2
)100cos(
0
0
I
tIi ==
π
Suy ra :
4
cos
2
1
)100cos(
π
π
==t
hay
π
π
π
2
4
100 kt +±=
,
Zk ∈
Do đó :
50
1
400
1
kt +±=
,
Zk ∈
Ta chọn k nguyên sao cho t có giá trị dương bé nhất.
Với k = 0 thì t có giá trị dương bé nhất bằng
400
1
s.
Vậy tính từ lúc 0 s, thời điểm đầu tiên mà dòng điện có cưòng độ tức thời bằng cưòng độ
hiệu dụng là
400
1
s.
Cách 2 : Biểu thức cường độ dòng điện
))(100cos(
0
AtIi
π
=
giống về mặt toán học với
biểu thức li độ
)cos( tAx
ω
=
của chất điểm dao động cơ điều hoà. Do đó, tính từ lúc 0 s, tìm
thời điểm đầu tiên để dòng điện có cường độ tức thời bằng cường độ hiệu dụng
2
0
I
Ii ==
cũng giống như tính từ lúc 0 s, tìm thời điểm đầu tiên để chất điểm dao động cơ điều hoà có
li độ
2
A
x =
. Vì pha ban đầu của dao động bằng 0, nghĩa là lúc 0 s thì chất điểm đang ở vị
trí giới hạn x = A, nên thời điểm cần tìm chính bằng thời gian ngắn nhất để chất điểm đi từ vị
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
6
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
trí giới hạn x = A đến vị trí có li độ
2
A
x =
. Ta sử dụng tính chất hình chiếu của một chất
điểm chuyển động tròn đều lên một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo là một dao
động điều hoà với cùng chu kì để giải bài toán này.
Thời gian ngắn nhất để chất điểm dao động điều hoà chuyển động từ vị trí có li độ x = A
đến vị trí có li độ
2
A
x =
(từ P đến D) chính bằng thời gian chất điểm chuyển động tròn đều
với cùng chu kì đi từ P đến Q theo cung tròn PQ.
Tam giác ODQ vuông tại D và có OQ = A,
2
A
OD =
nên ta có :
2
2
cos ==
OQ
OD
α
Suy ra :
4
π
α
=
rad
Thời gian chất điểm chuyển động tròn đều
đi từ P đến Q theo cung tròn
PQ
là :
ωω
π
ω
α
4
1
4
===t
Trong biểu thức của dòng điện, thì tần số góc ω = 100π rad/s nên ta suy ra tính từ lúc 0 s
thì thời điểm đầu tiên mà dòng điện có cường độ tức thời bằng cường độ hiệu dụng là :
400
1
100.44
===
π
π
ω
π
t
s
Bài 6. Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
))(100cos(22 Ati
π
=
, t tính bằng giây (s). Viết biểu thức điện áp u giữa hai đầu đoạn mạch, biết điện áp này sớm
pha góc
3
π
so với dòng điện và có trị hiệu dụng là 12 V.
Bài giải :
Biểu thức cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch :
))(100cos(22 Ati
π
=
, t tính bằng giây (s).
Biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch có dạng :
)cos(
0
ϕω
+= tUu
Dòng điện i chạy qua đoạn mạch biến thiên điều hoà cùng tần số với điện áp giữa hai đầu
đoạn mạch nên tần số góc của điện áp u là :
πω
100
=
rad/s
Biên độ của điện áp u là :
2122
0
== UU
V
Điện áp u sớm pha hơn dòng điện i một góc
3
π
nên pha của điện áp u là :
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
7
O x
+
α
A
2
A
P
Q
(C)
D
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
+
3
100
π
π
t
rad
Vậy biểu thức điện áp u giữa hai đầu đoạn mạch là :
)(
3
100cos212 Vtu
+=
π
π
, t tính bằng giây (s)
Bài 7. Dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
= t
T
Ii
π
2
cos
0
, với I
0
là biên độ và T là chu kì của dòng điện. Xác định điện lượng chuyển
qua tiết diện thẳng của dây dẫn đoạn mạch trong thời gian bằng
a) một phần tư chu kì dòng điện tính từ thời điểm 0 s.
b) một phần hai chu kì dòng điện tính từ thời điểm 0 s.
Bài giải :
Cường độ i của dòng điện chạy trong dây dẫn bằng đạo hàm bậc nhất của điện lượng q
chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn theo thời gian t :
)(
'
t
q
dt
dq
i ==
Suy ra điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian rất bé dt là :
dq = idt
a) Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian bằng
T
4
1
tính từ
thời điểm 0 s là :
dtt
T
Idtt
T
Iq
TT
∫∫
=
=
4
0
0
4
0
0
2
cos
2
cos
ππ
π
ππ
π
π
π
2
0.
2
sin
4
.
2
sin
2
.
2
sin
2
.
0
0
4
0
0
TI
T
T
T
T
It
T
T
Iq
T
=
−
=
=
b) Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian bằng
T
2
1
tính từ
thời điểm 0 s là :
dtt
T
Idtt
T
Iq
TT
∫∫
=
=
2
0
0
2
0
0
2
cos
2
cos
ππ
00.
2
sin
2
.
2
sin
2
.
2
sin
2
.
0
2
0
0
=
−
=
=
T
T
T
T
It
T
T
Iq
T
ππ
π
π
π
Lưu ý : Các hàm điều hoà có dạng
)cos(
ϕω
+= tAx
hoặc
)sin(
ϕω
+= tAx
thì tích phân
của nó theo biến t với cận trên và cận dưới chênh nhau một lượng bằng chu kì
ω
π
2
=T
của
nó hoặc bằng một số nguyên chu kì của nó thì bằng 0.
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
8
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
9
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
C. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM
Câu 1: Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên
A. từ trường quay. B. hiện tượng quang điện.
C. hiện tượng tự cảm. D. hiện tượng cảm ứng điện từ.
Câu 2: Khung dây kim loại phẳng có diện tích S, có N vòng dây, quay đều với tốc độ góc ω
quanh trục vuông góc với đường sức của một từ trường đều
B
. Chọn gốc thời gian t = 0 s là
lúc pháp tuyến
n
của khung dây có chiều trùng với chiều của vectơ cảm ứng từ
B
. Biểu
thức xác định từ thông
φ
qua khung dây là
A.
)sin( tNBS
ωφ
=
. B.
)cos( tNBS
ωφ
=
. C.
)sin( tNBS
ωωφ
=
. D.
)cos( tNBS
ωωφ
=
.
Câu 3: Khung dây kim loại phẳng có diện tích S = 50 cm
2
, có N = 100 vòng dây, quay đều
với tốc độ 50 vòng/giây quanh trục vuông góc với đường sức của một từ trường đều B = 0,1
T. Chọn gốc thời gian t = 0 s là lúc pháp tuyến
n
của khung dây có chiều trùng với chiều
của vectơ cảm ứng từ
B
. Biểu thức xác định từ thông
φ
qua khung dây là
A.
Wb))(100sin(05,0 t
πφ
=
. B.
Wb))(100sin(500 t
πφ
=
.
C.
Wb))(100cos(05,0 t
πφ
=
. D.
Wb))(100cos(500 t
πφ
=
.
Câu 4: Khung dây kim loại phẳng có diện tích S, có N vòng dây, quay đều với tốc độ góc ω
quanh trục vuông góc với đường sức của một từ trường đều
B
. Chọn gốc thời gian t = 0 s là
lúc pháp tuyến
n
của khung dây có chiều trùng với chiều của vectơ cảm ứng từ
B
. Biểu
thức xác định suất điện động cảm ứng e xuất hiện trong khung dây là
A.
)sin( tNBSe
ω
=
. B.
)cos( tNBSe
ω
=
. C.
)sin( tNBSe
ωω
=
. D.
)cos( tNBSe
ωω
=
.
Câu 5: Khung dây kim loại phẳng có diện tích S = 100 cm
2
, có N = 500 vòng dây, quay đều
với tốc độ 3 000 vòng/phút quanh quanh trục vuông góc với đường sức của một từ trường
đều B = 0,1 T. Chọn gốc thời gian t = 0 s là lúc pháp tuyến
n
của khung dây có chiều trùng
với chiều của vectơ cảm ứng từ
B
. Biểu thức xác định suất điện động cảm ứng e xuất hiện
trong khung dây là
A.
V))(314sin(7,15 te
=
. B.
V))(314sin(157 te
=
.
C.
V))(314cos(7,15 te
=
. D.
V))(314cos(157 te
=
.
Câu 6: Khung dây kim loại phẳng có diện tích S = 40 cm
2
, có N = 1 000 vòng dây, quay đều
với tốc độ 3 000 vòng/phút quanh quanh trục vuông góc với đường sức của một từ trường
đều B = 0,01 T. Suất điện động cảm ứng e xuất hiện trong khung dây có trị hiệu dụng bằng
A. 6,28 V. B. 8,88 V. C. 12,56 V. D. 88,8 V.
Câu 7: Cách nào sau đây không thể tạo ra một suất điện động xoay chiều (suất điện động
biến đổi điều hoà) trong một khung dây phẳng kim loại ?
A. Làm cho từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà.
B. Cho khung dây quay đều trong một từ trường đều quanh một trục cố định nằm trong
mặt phẳng khung dây và vuông góc với đường sức từ trường.
C. Cho khung dây chuyển động thẳng đều theo phương cắt các đường sức từ trường của
một từ trường đều.
D. Cho khung dây quay đều trong lòng của một nam châm vĩnh cửu hình chữ U (nam
châm móng ngựa) xung quanh một trục cố định nằm trong mặt phẳng khung dây và vuông
góc với đường sức từ trường của nam châm.
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
10
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Câu 8: Phát biểu nào sau đây là đúng nhất khi nói về điện áp dao động điều hoà (gọi tắt là
điện áp xoay chiều) ?
A. Điện áp dao động điều hòa là một điện áp biến thiên đều đặn theo thời gian.
B. Biểu thức điện áp dao động điều hoà có dạng
)cos(
0 u
tUu
ϕω
+=
, trong đó
0
U
,
ω
là
những hằng số, còn
u
ϕ
là hằng số phụ thuộc vào điều kiện ban đầu.
C. Điện áp dao động điều hòa là một điện áp tăng giảm đều đặn theo thời gian.
D. Điện áp dao động điều hòa là một điện áp biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
Câu 9: Phát biểu nào sau đây là đúng nhất khi nói về dòng điện xoay chiều hình sin ?
A. Cường độ biến đổi tuần hoàn theo thời gian.
B. Chiều dòng điện thay đổi tuần hoàn theo thời gian.
C. Chiều và cường độ thay đổi đều đặn theo thời gian.
D. Chiều thay đổi tuần hoàn và cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian.
Câu 10: Phát biểu nào sau đây là đúng nhất khi nói về dòng điện xoay chiều hình sin ?
Dòng điện xoay chiều hình sin có
A. cường độ biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
B. cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian.
C. pha biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
D. chiều dòng điện biến thiên điều hoà theo thời gian.
Câu 11: Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về dòng điện xoay chiều hình sin ?
Dòng điện xoay chiều hình sin có
A. chiều thay đổi tuần hoàn theo thời gian.
B. cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian.
C. cường độ trung bình trong một chu kì là khác không.
D. cường độ hiệu dụng bằng cường độ cực đại chia cho
2
.
Câu 12: Khi có một dòng điện xoay chiều hình sin
)cos(
0
tIi
ω
=
chạy qua một điện trở thuần
R trong thời gian t khá lớn (
ω
π
2
>>t
) thì nhiệt lượng
Q
toả ra trên điện trở R trong thời gian
đó là
A.
tRIQ
2
0
=
. B.
RtIQ
2
0
)2(
=
. C.
RtIQ
2
0
=
. D.
RtIQ
2
0
5,0
=
.
Câu 13: Dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở thuần R = 10 Ω có biểu thức
))(120cos(2 Ati
π
=
,
t
tính bằng giây (s). Nhiệt lượng
Q
toả ra trên điện trở trong thời gian t =
2 min là
A. Q = 60 J. B. Q = 80 J. C. Q = 2 400 J. D. Q = 4 800 J.
Câu 14: Một dòng điện xoay chiều đi qua điện trở R = 25 Ω trong thời gian t = 120 s thì
nhiệt lượng toả ra trên điện trở là Q = 6 000 J. Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay
chiều này là
A. 2 A. B. 3 A. C.
2
A. D.
3
A.
Câu 15: Xét về tác dụng toả nhiệt trong một thời gian dài thì dòng điện xoay chiều hình sin
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
tương đương với một dòng điện không đổi có cường độ bằng
A.
0
2I
. B.
0
2I
. C.
2
2
0
I
. D.
2
0
I
.
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
11
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Cường độ của một dòng điện xoay chiều có biểu thức
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
. Cường độ hiệu
dụng của dòng điện xoay chiều này là
A.
0
2II
=
. B.
0
2II =
. C.
2
0
I
I
=
. D.
2
0
I
I =
.
Câu 16: Dòng điện xoay chiều có biểu thức
))(200cos(32 Ati
π
=
,
t
tính bằng giây (s), có
cường độ hiệu dụng là
A. 2 A. B. 2
3
A. C.
3
A. D.
6
A.
Câu 17: Chọn phát biểu đúng khi nói về cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.
A. Cường độ hiệu dụng đo được bằng ampe kế một chiều.
B. Giá trị của cường độ hiệu dụng đo được bằng ampe kế xoay chiều.
C. Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ dòng điện không đổi.
D. Giá trị của cường độ hiệu dụng được tính bởi công thức
0
2II
=
, trong đó
0
I
là cường
độ cực đại của dòng điện xoay chiều.
Câu 18: Một dòng điện xoay chiều hình sin có biểu thức
)(
3
100cos Ati
+=
π
π
,
t
tính bằng
giây (s). Kết luận nào sau đây là không đúng ?
A. Tần số của dòng điện là 50 Hz.
B. Chu kì của dòng điện là 0,02 s.
C. Biên độ của dòng điện là 1 A.
D. Cường độ hiệu dụng của dòng điện là
2
A.
Câu 19: Cho dòng điện xoay chiều có biểu thức
)(
3
100cos2 Ati
+=
π
π
, t tính bằng giây (s).
Trong giây đầu tiên tính từ 0 s, dòng điện xoay chiều này đổi chiều được mấy lần ?
A. 314 lần. B. 50 lần. C. 100 lần. D. 200 lần.
Câu 20: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
)(
3
100cos25 Ati
−=
π
π
,
t
tính bằng giây (s). Vào thời điểm t =
300
1
s thì dòng điện chạy
trong đoạn mạch có cường độ
A. cực đại. B. cực tiểu.
C. bằng không. D. bằng cường độ hiệu dụng.
Câu 21: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
)(
2
100cos22 Ati
−=
π
π
,
t
tính bằng giây (s). Vào thời điểm t =
400
1
s thì dòng điện chạy
trong đoạn mạch có cường độ
A. cực đại. B. cực tiểu.
C. bằng không. D. bằng cường độ hiệu dụng.
Câu 22: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
( )
)(100cos22 Ati
π
=
,
t
tính bằng giây (s). Vào thời điểm t =
300
1
s thì dòng điện chạy trong đoạn mạch có cường độ
tức thời bằng bao nhiêu và cường độ dòng điện đang tăng hay đang giảm ?
A. 1,0 A và đang giảm. B. 1,0 A và đang tăng.
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
12
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
C.
2
và đang tăng. D.
2
và đang giảm.
Câu 23: Giá trị của điện áp hiệu dụng trong mạng điện dân dụng ở nước ta
A. bằng 110 V. B. bằng 220 V.
C. thay đổi từ - 220 V đến + 220 V. D. thay đổi từ - 110 V đến + 110 V.
Câu 24: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch có biểu thức
))(100cos(2110 Vtu
π
=
,
t
tính
bằng giây (s). Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu của đoạn mạch này là
A. 110 V. B.
2110
V. C. 220 V. D.
2220
V.
Câu 25: Vôn kế và ampe kế xoay chiều là những dụng cụ dùng để đo
A. giá trị tức thời của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.
B. giá trị trung bình của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.
C. giá trị cực đại của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.
D. giá trị hiệu dụng của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều.
Câu 26: Dòng điện chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
)5,0100cos(
0
ππ
−= tIi
,
t
tính bằng
giây (s). Trong khoảng thời gian từ 0 (s) đến 0,01 (s), cường độ tức thời của dòng điện có giá
trị bằng 0,5I
0
vào những thời điểm
A.
)(
400
1
s
và
)(
400
2
s
. B.
)(
200
1
s
và
)(
200
3
s
.
C.
)(
400
1
s
và
)(
400
3
s
. D.
)(
600
1
s
và
)(
600
5
s
.
Câu 27: Dòng điện chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
)100cos(
0
tIi
π
=
,
t
tính bằng giây
(s). Trong khoảng thời gian từ 0 (s) đến 0,01 (s), cường độ tức thời của dòng điện có giá trị
bằng 0,5I
0
vào thời điểm
A.
)(
300
2
s
. B.
)(
300
1
s
. C.
)(
600
1
s
. D.
)(
300
7
s
.
Câu 28: Điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch biến đổi điều hoà theo thời gian
được mô tả bằng đồ thị ở hình dưới đây. Biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch
này là
A.
)(
3
2
100cos200 Vtu
−=
π
π
. B.
)(
3
2
100cos200 Vtu
+=
π
π
.
C.
)(
6
5
100cos200 Vtu
−=
π
π
. D.
)(
6
5
100cos200 Vtu
+=
π
π
.
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
13
t (10
-2
s)
u (V)
+ 200
3
1
6
5
3
4
6
11
3
7
6
17
3
10
- 200
- 100
0
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Câu 29: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch có biểu thức
)(
2
100cos2220 Vtu
−=
π
π
,
t
tính bằng giây (s). Tính từ thời điểm 0 s, tìm thời điểm đầu tiên điện áp có giá trị tức thời
bằng giá trị hiệu dụng và điện áp đang giảm ?
A.
)(
400
1
s
. B.
)(
400
3
s
. C.
)(
600
1
s
. D.
)(
300
2
s
.
Câu 30: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch có biểu thức
)(
2
100cos2220 Vtu
−=
π
π
,
t
tính bằng giây (s). Tại một thời điểm
)(
1
st
nào đó điện áp đang giảm và có giá trị tức thời là
)(2110 V
. Hỏi vào thời điểm
)(005,0)()(
12
sstst
+=
thì điện áp có giá trị tức thời bằng bao
nhiêu ?
A.
)(3110 V
−
. B.
)(3110 V
+
. C.
)(6110 V
−
. D.
)(6110 V
+
.
Câu 31: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có cường độ biến đổi điều hoà theo
thời gian được mô tả bằng đồ thị ở hình dưới đây. Biểu thức cường độ tức thời của dòng
điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch điện này là
A.
)(
3
2
100cos2 Ati
−=
π
π
. B.
)(
3
2
100cos2 Ati
+=
π
π
.
C.
)(
4
3
100cos2 Ati
−=
π
π
. D.
)(
4
3
100cos2 Ati
+=
π
π
.
Câu 32: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
( )
)(120cos2 Ati
π
=
,
t
tính bằng giây (s). Trong giây đầu tiên tính từ thời điểm 0 s, dòng điện có cường độ bằng
không được mấy lần ?
A. 50 lần. B. 60 lần. C. 100 lần. D. 120 lần.
Câu 33: Một đèn neon đặt dưới điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng
)(220 VU
=
và tần số
)(50 Hzf
=
. Biết đèn sáng khi điện áp giữa hai cực của nó không nhỏ hơn
)(200 V
. Hỏi trong
một giây có bao nhiêu lần đèn sáng ?
A. 2 lần. B. 50 lần. C. 100 lần. D. 200 lần.
Câu 34: Một đèn điện có ghi 110 V – 75 W được dùng với dòng điện xoay chiều có tần số
)(50 Hzf
=
. Cho biết bóng đèn sáng bình thường. Điện áp cực đại giữa hai đầu của dây tóc
bóng đèn là
A.
)(110 V
. B.
)(2110 V
. C.
)(220 V
. D.
)(2220 V
.
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
14
t (10
-2
s)
i (A)
0
+ 2
- 2
0,25
0,75
1,25
1,75
2,25
2,75
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
Câu 35: Một đèn neon đặt dưới điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng
)(220 VU
=
và tần số
)(50 Hzf
=
. Biết đèn sáng khi điện áp giữa hai cực của nó không nhỏ hơn
)(6,155 V
(coi bằng
)(2110 V
). Tỉ số giữa thời gian đèn sáng và thời gian đèn tắt trong một chu kì của dòng điện
là
A.
1:1
. B.
1:2
. C.
2:1
. D.
5:2
.
Câu 36: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
)(
2
100sin2 Ati
+=
π
π
,
t
tính bằng giây (s). Tính từ lúc
)(0 s
, thời điểm đầu tiên mà dòng
điện có cường độ bằng cường độ hiệu dụng là
A.
)(
100
1
s
. B.
)(
300
1
s
. C.
)(
400
1
s
. D.
)(
600
1
s
.
Câu 37: Hình bên là đồ thị biểu diễn sự
biến đổi của điện áp giữa hai đầu một đoạn
mạch xoay chiều và cường độ dòng điện
chạy trong đoạn mạch đó theo thời gian.
Kết luận nào sau đây là đúng khi nói về độ
lệch pha giữa u (t) và i (t) ?
A. u (t) chậm pha so với i (t) một góc
2
π
rad.
B. u (t) nhanh pha so với i (t) một góc
2
π
rad.
C. u (t) chậm pha so với i (t) một góc
3
2
π
rad.
D. u (t) nhanh pha so với i (t) một góc
3
2
π
rad.
Câu 38: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
( )
)(100cos5,0 Ati
π
=
,
t
tính bằng giây (s). Tính từ lúc
)(0 s
, dòng điện có cường độ bằng không lần thứ ba vào thời
điểm
A.
)(
200
1
s
. B.
)(
200
3
s
. C.
)(
200
5
s
. D.
)(
200
9
s
.
Câu 39: Dòng điện chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
)(
2
100cos2 Ati
−=
π
π
,
t
tính
bằng giây (s). Trong khoảng thời gian từ 0 (s) đến 0,01 (s), cường độ tức thời của dòng điện
có giá trị bằng cường độ hiệu dụng vào những thời điểm
A.
)(
600
1
s
và
)(
600
3
s
. B.
)(
200
1
s
và
)(
200
3
s
.
C.
)(
400
1
s
và
)(
400
3
s
. D.
)(
600
1
s
và
)(
600
5
s
.
Câu 40: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
)(
2
100cos22 Ati
−=
π
π
,
t
tính bằng giây (s). Vào một thời điểm nào đó, dòng điện đang
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
15
u, i
t
u(t)
i(t)
0
Dòng điện xoay chiều Chủ đề I. Đại cương về dòng điện xoay chiều
tăng và có cường độ tức thời bằng cường độ hiệu dụng thì khoảng thời gian ngắn nhất sau đó
để dòng điện lại có cường độ tức thời bằng cường độ hiệu dụng nhưng đang giảm là
A.
)(
400
1
s
. B.
)(
200
1
s
. C.
)(
100
2
s
. D.
)(
300
1
s
.
Câu 41: Vào cùng một thời điểm nào đó, hai dòng điện xoay chiều
)cos(
101
ϕω
+=
tIi
và
)cos(
202
ϕω
+=
tIi
đều có cùng giá trị tức thời là
0
25,0 I
nhưng một dòng điện đang giảm,
còn một dòng điện đang tăng. Kết luận nào sau đây là đúng ?
A. Hai dòng điện dao động cùng pha.
B. Hai dòng điện dao động ngược pha.
C. Hai dòng điện dao động lệch pha nhau góc 120
0
.
D. Hai dòng điện dao động vuông pha (lệch pha nhau góc 90
0
).
Câu 42: Vào cùng một thời điểm nào đó, hai dòng điện xoay chiều
)cos(
101
ϕω
+=
tIi
và
)cos(
202
ϕω
+=
tIi
đều có cùng giá trị tức thời là
0
5,0 I
nhưng một dòng điện đang giảm, còn
một dòng điện đang tăng. Hai dòng điện này lệch pha nhau một góc bằng
A.
6
π
. B.
3
2
π
. C.
6
5
π
. D.
3
4
π
.
Câu 43: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch có biểu thức
)(
2
100cos22 Ati
−=
π
π
,
t
tính bằng giây (s). Vào một thời điểm nào đó, dòng điện đang
có cường độ tức thời bằng
)(22 A
−
thì sau đó ít nhất là bao lâu để dòng điện có cường độ
tức thời bằng
)(6 A
?
A.
)(
600
1
s
. B.
)(
300
1
s
. C.
)(
600
5
s
. D.
)(
300
2
s
.
Câu 44: Dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua một đoạn mạch có biểu thức có biểu thức
cường độ là
−=
2
cos
0
π
ω
tIi
, I
0
> 0. Tính từ lúc
)(0 st
=
, điện lượng chuyển qua tiết diện
thẳng của dây dẫn của đoạn mạch đó trong thời gian bằng nửa chu kì của dòng điện là
A. 0. B.
ω
π
0
2I
. C.
2
0
ω
π
I
. D.
ω
0
2I
.
Câu 45: Dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua một đoạn mạch có biểu thức cường độ là
)cos(
0 i
tIi
ϕω
+=
, I
0
> 0. Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn đoạn mạch đó
trong thời gian bằng chu kì của dòng điện là
A. 0. B.
ω
π
0
2I
. C.
2
0
ω
π
I
. D.
ω
0
2I
.
Thầy Đinh Trọng Nghĩa, giáo viên Vật lí, trường THPT chuyên Lê Khiết - Quảng Ngãi Trang
16
