Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 trang 66 sgk Vật Lí 12

Hướng dẫn giải Bài 12. Đại cương về dòng điện xoay chiều sgk Vật Lí 12. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 trang 66 sgk Vật Lí 12 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 12, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

LÍ THUYẾT

ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ là hàm số sin (hay côsin) của thời gian: \(i =I_0cos(\omega t + \varphi)\)

Trong đó:

– \(i\) là giá trị tức thời của cường độ dòng điện tại thời điểm \(t\)

– \(I_0> 0\) là giá trị cực đại của cường độ dòng điện \(i\), gọi là biên độ của dòng điện

– \(\omega > 0\) là tần số góc

– \(\omega t +\varphi\) là pha của \(i\) tại thời điểm t

– \(\varphi\) là pha ban đầu.

2. 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 dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng điện xoay chiều nói trên.

Giá trị hiệu dụng của đại lượng xoay chiều bằng giá trị cực đại (biên độ) của đại lượng chia cho \(\sqrt{2}\)

Ví dụ: \(U=\dfrac{U_{0}}{\sqrt{2}}\); \(I=\dfrac{I_{0}}{\sqrt{2}}\)

3. Tạo ra dòng điện xoay chiều bằng máy phát điện xoay chiều dựa trên cơ sơ hiện tượng cảm ứng điện tử.

Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều: Dựa trên 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 \(\omega \), trong một từ trường đều \(\overrightarrow B \), có phương vuông góc với trục quay. Tại thời điểm ban đầu góc giữa \(\overrightarrow B \) và vecto pháp tuyến \(\overrightarrow n \) của mặt phẳng khung dây là \(\varphi \).

– Tại tời điểm t, từ thông qua cuộn dây:

\(\Phi = NB{\rm{S}}\cos \alpha = NB{\rm{S}}\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)\)

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

\(e = – \frac{{d\Phi }}{{dt}} = NB{\rm{S}}\omega \sin \left( {\omega t + \varphi } \right)\)

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

\(i = \frac{{NB{\rm{S}}\omega }}{R}\sin \left( {\omega t + \varphi } \right)\) ⇒ Đây là dòng điện xoay chiều.

CÂU HỎI (C)

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 62 Vật Lý 12

Nhắc lại định nghĩa dòng điện một chiều không đổi.

Trả lời:

Dòng điện một chiều không đổi là dòng điện chạy theo một chiều với cường độ không đổi.

2. Trả lời câu hỏi C2 trang 62 Vật Lý 12

Xác định giá trị cực đại, tần số góc, chu kì, tần số, pha ban đầu của các dòng điện xoay chiều có cường độ tức thời (tính ra ampe) cho bởi:

\(\eqalign{& a)\,\,i = 5\cos \left( {100\pi t + {\pi \over 4}} \right) \cr & b)\,\,i = 2\sqrt 2 \cos \left( {100\pi t – {\pi \over 3}} \right) \cr & c)\,\,i = – 5\sqrt 2 \cos \left( {100\pi t} \right) \cr} \)

Trả lời:

a) \(i=5cos(100 \pi t +\dfrac{\pi}{4})\)

Ta có:

– Giá trị cực đại: \(I_0=5A\)

– Tần số góc: \(\omega = 100 \pi (rad/s)\)

– Chu kì: \(T = \displaystyle{{2\pi } \over \omega } = {{2\pi } \over {100\pi }} = {1 \over {50}}\)

– Tần số: \(f = \displaystyle{1 \over T} = 50Hz\)

– Pha ban đầu: \(\varphi = \displaystyle{\pi \over 4} (rad)\)

b) \(i=2\sqrt{2}cos(100 \pi t – \dfrac{\pi}{3})\)

– Giá trị cực đại: \(I_0=2\sqrt{2}\)

– Tần số góc: \(\omega = 100\pi (rad/s)\)

– Chu kì: \(T = \displaystyle{{2\pi } \over \omega } = {{2\pi } \over {100\pi }} = {1 \over {50}}\)

– Tần số: \(f = \displaystyle{1 \over T} = 50Hz\)

– Pha ban đầu: \(\varphi =- \displaystyle{\pi \over 3} (rad)\)

c) \(i = – 5\sqrt 2 \cos \left( {100\pi t} \right) = 5\sqrt 2 \cos \left( {100\pi t \pm \pi } \right)\)

– Giá trị cực đại: \({I_0} = 5\sqrt 2 A\)

– Tần số góc: \(\omega = 100\pi ({rad/s})\)

– Chu kì: \( T = \displaystyle{{2\pi } \over \omega } = {{2\pi } \over {100\pi }} = {1 \over {50}}\)

– Tần số \(f = \displaystyle{1 \over T} = 50Hz\)

– Pha ban đầu: \(\varphi = \pm \pi (rad)\)

3. Trả lời câu hỏi C3 trang 62 Vật Lý 12

Trên hình 12.1, đồ thị hình sin của i cắt:

1. trục hoành tại những điểm có tọa độ bằng bao nhiêu T?

2. trục hoành tại điểm có tọa độ bằng bao nhiêu I_o?

Trả lời:

1) Đồ thị hình sin cắt trục hoành tại những điểm có giá trị

\(t = \displaystyle{T \over 8} + {T \over 4} + k{T \over 2} = {{3T} \over 8} + k{T \over 2}\) với k = 0, 1, 2, 3,…

\({t_1} = \displaystyle{{3T} \over 8};\,\,{t_2} = {{7T} \over 8};\,\,{t_3} = {{11T} \over 8};\,\,{t_4} = {{15T} \over 8};\,\,{t_5} = {{19T} \over 8}\)

2) Đồ thị cắt trục tung tại điểm có giá trị i bằng bao nhiêu I0

Tại thời điểm \(t = \displaystyle{T \over 8}\) thì \(I=I_0\)

Vậy \(i = \displaystyle{I_0}\sin \left( {{{2\pi } \over T}.t + {\pi \over 4}} \right)\)

Tại thời điểm \(t = 0\) thì \(i = \displaystyle{I_0}\sin {\pi \over 4} = {{{I_0}} \over {\sqrt 2 }}\)

4. Trả lời câu hỏi C4 trang 64 Vật Lý 12

Tính điện năng tiêu thụ của dòng điện xoay chiều trên điện trở R trong 1h như thế nào?

Trả lời:

Công suất trung bình kí hiệu là P, đơn vị là oát (W). Điện năng tiêu thụ trong 1 giờ bằng P (W.h).

5. Trả lời câu hỏi C5 trang 65 Vật Lý 12

Mạch điện xoay chiều có ghi 220V. Tính giá trị cực đại của hiệu điện thế.

Trả lời:

Mạch điện xoay chiều có ghi 220V, đây là giá trị hiệu dụng của mạng điện: U = 220V

⇒ Giá trị cực đại của hiệu điện thế \({U_0} = U\sqrt 2 = 220\sqrt 2 \)

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 trang 66 sgk Vật Lí 12 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

❓

1. Giải bài 1 trang 66 Vật Lý 12

Phát biểu định nghĩa:

a) Giá trị tức thời;

b) Giá trị cực đại;

c) Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều hình sin.

Trả lời:

a) Giá trị tức thời giá trị biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin.

b) Giá trị cực đại là giá trị lớn nhất luôn dương khi hàm cos hay sin bằng 1.

c) Giá trị hiệu dụng xoay chiều hình sin của cường độ bằng giá trị cực đại của cường độ chia \(\sqrt 2\).

Giá trị hiệu dụng xoay chiều hình sin của điện áp bằng giá trị cực đại của điện áp chia \(\sqrt 2\).

2. Giải bài 2 trang 66 Vật Lý 12

Tại sao phải quy định thống nhất tần số của dòng điện xoay chiều tạo ra trong kỹ thuật?

Trả lời:

Cường độ dòng điện xoay chiều tạo ra trong kỹ thuật phải có cùng tần số thống nhất thì các thiết bị điện xoay chiều mới ghép nối với nhau được. Vì khi sản xuất các thiết bị dùng trong dòng điện xoay chiều, người ta đã làm các thiết bị ấy với một quy chuẩn về tần số (ở Việt Nam là f = 50Hz). Như vậy nếu sử dụng dòng điện có tân số khác thì các thiết bị sẽ không hoạt động bình thường.

?

1. Giải bài 3 trang 66 Vật Lý 12

Xác định giá trị trung bình theo thời gian của:

a) \(2\sin100πt\);

b) \(2\cos100πt\);

c) \(2\sin(100πt + \frac{\pi }{6})\);

d) \(4\sin^2 100πt\);

e) \(3cos(100πt – \frac{\pi }{3})\).

Bài giải:

a) \(0\);

b) \(0\);

e) \(0\).

(vì đều là những hàm điều hòa dạng hình sin theo thời gian, nên giá trị trung bình của chúng đều bằng 0.)

c) \(\overline {2\sin \left( {100\pi t + {\pi \over 6}} \right)} \)

\(= 2\overline {\left[ {\sin 100\pi t.\cos {\pi \over 6} + \cos 100\pi t.\sin {\pi \over 6}} \right]} = 0\)

d) \(4\sin^2 100πt= 4(\frac{1 – \cos200\pi t}{2}) = 2 – 2\cos200πt\)

Vậy \(\overline{4sin^{2}100\pi t} = \overline{2 – 2cos200\pi t} = 2 – \overline{2cos200\pi t} = 2\)

2. Giải bài 4 trang 66 Vật Lý 12

Trên một bóng đèn có ghi 220V – 100W, nối đèn ấy vào mạng điện xoay chiều có U = 220V. Xác định:

a) Điện trở của đèn;

b) Cường độ hiệu dụng qua đèn;

c) Điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ.

Bài giải:

Từ các thông số trên đèn, ta có:

– Hiệu điện thế hiệu dụng định mức của đèn: \({U_D} = 220V\)

– Công suất định mức của đèn: \(P = 100W\)

Nối đèn vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng \(U = {U_D} = 220V\)

a) Ta có, công suất của đèn: \(P = {U_D}I = \dfrac{{U_D^2}}{R}\)

⇒ Điện trở của đèn:

\(R = \dfrac{{U_D^2}}{P} = \dfrac{{{{220}^2}}}{{100}} = 484\Omega \)

b) Cường độ dòng điện hiệu dụng qua đèn:

\(I = \dfrac{U}{R} = \dfrac{{220}}{{484}} = \dfrac{5}{{11}} \approx 0,455A\)

c) Điện năng tiêu thụ của đèn trong một giờ:

\(A = Pt = 100.1 = 100Wh\)

3. Giải bài 5 trang 66 Vật Lý 12

Một mạch điện gồm hai đèn mắc song song, trên mỗi đèn có ghi: 220V – 115W; 220V – 132W. Nối hai đầu của mạch điện ấy vào mạng điện xoay chiều có U = 220V. Xác định:

a) công suất tiêu thụ trong mạch điện;

b) cường độ dòng điện cung cấp cho mạch điện.

Bài giải:

a) Do hai đèn mắc song song, nên điện áp đặt trên mỗi đèn là 220 V, bằng với điện áp định mức. Do đó, hai đèn sáng bình thường. Như vậy, công suất tiêu thụ điện trên mỗi đèn bằng với công suất định mức ghi trên mỗi đèn.

Vậy công suất tiêu thụ trong toàn mạch là: 115 + 132 = 247 W.

b) Cường độ dòng điện qua mỗi đèn:

I₁ = \(\frac{P_{1}}{U}\); I₂ = \(\frac{P_{2}}{U}\)

Cường độ dòng điện cung cấp cho mạch:

I = I₁ + I₂ = \(\frac{115}{220}\) + \(\frac{132}{220}\) ≈ 1,123 A.

4. Giải bài 6 trang 66 Vật Lý 12

Trên một đèn có ghi 100V – 100W. Mạch điện sử dụng có U = 110V.

Để đảm bảo đèn sang bình thường, phải mắc thêm vào mạch điện một điện trở bằng bao nhiêu ?

Bài giải:

Ta thấy điện áp sử dụng lớn hơn điện áp định mức của đèn, nên phải mắc thêm một điện trở nối tiếp với đèn.

Để đảm bảo đèn sang bình thường thì cường độ qua đèn phải bằng với cường độ dòng điện định mức:

I = \(\frac{P}{U_{d}}\) = \(\frac{100}{100}\) = 1A.

Điện trở của toàn mạch là:

\({R_m} = {\rm{ }}{U \over I} = {{110} \over 1} = 110\Omega .\)

Điện trở của đèn là:

\({R_d} = {{U_d^2} \over P} = {{{{100}^2}} \over {100}} = 100\Omega .\)

Vậy phải mắc thêm một điện trở R₀ nối tiếp với đèn: R₀ = R_m – R_đ = 10 Ω.

5. Giải bài 7 trang 66 Vật Lý 12

Với dòng điện xoay chiều, cường độ hiệu dụng I liên hệ với cường độ cực đại I₀ theo công thức nào ?

A. \(I=\dfrac{I_{0}}{2}\);

B. \(I=\dfrac{I_{0}}{3}\);

C. \(I=\dfrac{I_{0}}{\sqrt{2}}\);

D. \(I=\dfrac{I_{0}}{\sqrt{3}}\).

Bài giải:

Ta có, cường độ dòng điện hiệu dụng: \(I=\dfrac{I_0}{\sqrt{2}}\)

⇒ Đáp án C.

6. Giải bài 8 trang 66 Vật Lý 12

Điện áp tức thời giữa hai đầu của đoạn mạch xoay chiều là: \(u = 80cos100 πt (V)\)

Tần số góc của dòng điện là bao nhiêu ?

A. 100 π rad/s;

B. 100 Hz;

C. 50 Hz;

D. 100 π Hz.

Bài giải:

Ta có: \(u = U_0cos(ωt + φ)\)

→ Tần số góc của dòng điện là \(ω = 100 π rad/s\)

⇒ Đáp án A.

7. Giải bài 9 trang 66 Vật Lý 12

Điện áp tức thời giữa hai đầu của đoạn mạch xoay chiều là: \(u = 80cos100 πt (V)\)

Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch đó là bao nhiêu ?

A. \(80 V\);

B. \(40 V\);

C. \(80\sqrt 2 V\);

D. \(40\sqrt 2V\).

Bài giải:

Điện áp hiệu dụng của đoạn mạch được xác định bởi biểu thức:

\(U = \displaystyle{{{U_0}} \over {\sqrt 2 }} = {{80} \over {\sqrt 2 }} = 40\sqrt 2 V\)

⇒ Đáp án D.

8. Giải bài 10 trang 66 Vật Lý 12

Một đèn điện có ghi \(110 V – 100 W\) mắc nối tiếp với điện trở R vào một mạch xoay chiều có \(u = 220\sqrt 2 sin100 ωt (V)\). Để đèn sang bình thường, R phải có giá trị là bao nhiêu ?

A. \(1210 Ω\);

B. \(\dfrac{10}{11}Ω\)

C. \(121 Ω\);

D. \(110 Ω\)

Bài giải:

Ta thấy điện áp sử dụng lớn hơn điện áp định mức của đèn, nên phải mắc thêm một điện trở nối tiếp với đèn.

Để đảm bảo đèn sang bình thường thì cường độ qua đèn phải bằng với cường độ dòng điện định mức:

\(I=\dfrac{P}{U_{d}}=\dfrac{100}{110}= 0,9A.\)

Điện trở của toàn mạch là:

\(R_m=\dfrac{U}{I}=\dfrac{220}{0,9} = 242 Ω.\)

Điện trở của đèn là:

\(R_đ=\dfrac{U_{d}^{2}}{P}=\dfrac{110^{2}}{100} = 121 Ω\).

Vậy phải mắc thêm một điện trở R₀ nối tiếp với đèn:

\({R_0} = {R_m} – {R_d} = 242 – 121 = 121\Omega \)

⇒ Đáp án C.

Bài trước:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 59 sgk Vật Lí 12

Bài tiếp theo:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 74 sgk Vật Lí 12

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 trang 66 sgk Vật Lí 12 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 12 tốt nhất!

“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“