Bài tập luyện thi THPT môn Vật lý - Chủ đề 2 Mạch điện xoay chiều có một phần tử - Đặng Việt Hùng

CHỦ ĐỀ 2: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ MỘT PHẦN TỬ

I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch chỉ có R

Theo định luật Ôm ta có:

Đặt suy ra

Đặc điểm :

+) Trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở ta có: u và i cùng pha

+) Cường độ dòng điện:

+) Giản đồ vecto:

2. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện.

Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện C

Điện tích trên bản tụ điện:

Lại có:

Hay

Đặt ta có: và

Đặc điểm:

+) Trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện thì: u chậm pha hơn i góc hay

+) Định luật Ôm. Ta có:

được gọi là dung kháng của tụ điện, đơn vị tính:Ôm .

Suy ra:

Ý nghĩa của dung kháng

- là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện

-Dòng điện xoay chiều có tần số cao (cao tần) chuyển qua tụ điện dễ dàng hơn dòng điện xoay chiều tần

số thấp

0 u cos( t )   U

u U i 2 cos( t ) R R   

U I R      0 i I 2 cos t I cos t   

u i ( ) 

0 0

U U I ;I R R  

  0 u U cos t  

  q Cu CU 2 cos t   

   dq i q' t CU 2 sin t dt    

i CU 2 cos t 2         

I CU  i I 2 cos t 2            u U 2 cos t  

2 

i u 2  

C U 1 U C I Z I C     

C Z  

C 0C C C

0

U U 1 1 Z ,Z C C2 f I I      

C Z

DeThi.edu.vn

- cũng có tác dụng làm cho i sớm pha so với u

+) Giản đồ vecto

Chú ý: Do nên ta có:

Tại hai thời điểm và ta có:

Công thức tính điện dung của tụ phẳng:

: Hằng số điện môi

S : Phần thể tích giữa 2 bản tụ

d : Khoảng cách giữa hai bản tụ (m)

-Điện môi bị đánh thủng là hiện tượng khi điện trường tăng vượt qua một giá trị giới hạn nào đó sẽ làm

cho điện môi mất tính cách điện

-Điện áp giới hạn là điện áp lớn nhất mà điện môi không bị đánh thủng

3. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

Đặt điện áp xoay chiều vào

hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm L

Tương tự như trên ta suy ra một số đặc điểm của mạch

Đặc điểm:

+) Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn thuần cảm thì: u nhanh pha hơn i góc hay

+) Định luật Ôm. Ta có:

được gọi là cảm kháng của cảm kháng, đơn vị tính: Ôm

Suy ra

Ý nghĩa của cảm kháng

- là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm

C Z 2 

C u i 

2 2 2 2

0 0

u i u i 1 2 U I U I                         

1t 2t

2 2 2 2 2 2 0 1 1 2 2 1 2

C 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 2 1

U u i u i u u Z U I U I I i i        

9

S C 9.10 .4 d

  



  3 m

  0 u U cos t  

2 

u i 2  

L U U I.L. L Z I    

L Z  

0L L L L

0

U U Z L. L.2 .f,Z I I     

L Z

DeThi.edu.vn

- Cuộn cảm có L lớn sẽ cản trở nhiều đối với dòng điện xoay chiều, nhất là dòng điện xoay chiều cao tần

- cũng có tác dụng làm cho i trễ pha so với u

+) Giản đồ vecto

Chú ý: Do nên ta có:

Tại hai thời điểm và ta có:

Lưu ý các trường hợp mạch ghép R hoặc L hoặc C:

Ví dụ minh họa 1: Mắc điện trở thuần vào mạch điện xoay chiều có điện áp

a) Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch

b) Tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở trong 20 phút

Lời giải

a) Ta có

Do mạch chỉ có R nên u và i cùng pha. Khi đó

b) Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R trong 10 phút là:

L Z 2 

L u i 

2 2 2 2

0 0

u i u i 1 2 U I U I                         

1t 2t

2 2 2 2 2 2 0 1 1 2 2 1 2

L 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 2 1

U u i u i u u Z U I U I I i i        

R 55  

 u 110cos 100 t V 2         

0 0 0

U U 100V,R 55 I 2A R     

 u i i 2cos 100 t A 2 2           

1 R nối tiếp 2 R ta có: 1 2 R R R  

1 C nối tiếp 2 C ta có:

1 2 C C C Z Z Z  

1 L nối tiếp 2 L ta có:

1 2 L L L Z Z Z  

DeThi.edu.vn