Chuyên đề Vật lí 12 Cánh diều Bài 1. Các đặc trưng của dòng điện xoay chiều có đáp án

Hiện nay, dòng điện xoay chiều được dùng rộng rãi trong sản xuất và đời sống. Chúng ta đã biết mô tả cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều bằng các công thức đại số. Ngoài cách này, còn có cách mô tả nào trực quan hơn không?

Cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều được biểu diễn bằng đồ thị như thế nào?

Một dòng điện xoay chiều có cường độ được mô tả bằng i=5cos100πt−π4A với t được đo bằng s.

a) Tìm cường độ dòng điện cực đại I₀, tần số góc ω và chu kì T của dòng điện này.

b) Vẽ phác đồ thị mô tả cường độ dòng điện i theo thời gian t.

Dựa vào đồ thị Hình 1.2, hãy xác định:

a) chu kì T và tần số f của dòng điện i.

b) công thức mô tả cường độ dòng điện i theo thời gian t.

Ở Hình 1.3, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch đổi dấu tại các thời điểm nào?

Công suất toả nhiệt trung bình trên điện trở R liên hệ như thế nào với công suất cực đại của dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua R?

Dùng công thức lượng giác cos2α=1+cos2α2 chứng minh rằng: cos2ωt¯=12.

Phát biểu định nghĩa cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

Mạng điện xoay chiều ở Việt Nam có điện áp hiệu dụng là 220 V. Hãy tìm giá trị điện áp cực đại.

Hãy viết công thức điện áp u_AN và u_MB được biểu diễn ở Hình 1.4.

Cường độ dòng điện cực đại chạy qua điện trở R là 2 A. Biết R = 20 Ω, hãy tính công suất tiêu thụ ở điện trở.

Khảo sát được đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp bằng dụng cụ thực hành và rút ra mối liên hệ giữa U và I.

Hình 1.6. Mạch điện RLC mắc nối tiếp

Dụng cụ

• Đồng hồ đo điện đa năng (1) và (2).

• Điện trở (3).

• Cuộn dây đồng có lõi thép (4).

• Tụ điện (5).

• Bảng lắp mạch điện và dây dẫn điện.

• Biến áp nguồn (không thể hiện ở hình 1.7)

Phương án thí nghiệm

• Tìm hiểu công dụng của từng dụng RLC mắc nối tiếp cụ đã cho.

• Thiết kế phương án thí nghiệm với các dụng cụ này.

Tiến hành

a) Đo tần số, cường độ và điện áp dòng điện xoay chiều

Hình 1.7. Bố trí dụng cụ thí nghiệm

• Mắc mạch điện theo sơ đồ Hình 1.6 (đồng hồ đo điện đa năng 1 mắc nối tiếp với R là ampe kế, đồng hồ đo điện đa năng 2 mắc song song với R là vôn kế). Dùng dây dẫn điện nối hai điểm A và B với biến áp nguồn (Hình 1.7).

• Bật biến áp nguồn, vặn núm xoay của đồng hồ đo điện đa năng 2 sang thang đo điện áp xoay chiều. Đọc giá trị U_R và ghi kết quả vào vở theo Bảng 1.1.

• Lần lượt mắc đồng hồ đo điện đa năng 2 vào hai đầu cuộn dây, hai đầu tụ điện và hai đầu đoạn mạch để đo điện áp hiệu dụng U_L, U_C. Đọc các giá trị U_L, U_C và ghi kết quả vào vở theo Bảng 1.1.

• Vặn núm xoay của đồng hồ đo điện đa năng 2 sang thang đo tần số, đặt hai que đo của đồng hồ này vào hai đầu đoạn mạch. Đọc giá trị tần số và ghi kết quả vào vở theo Bảng 1.1.

Kết quả

b) Mối liên hệ giữa I và U

• Tiếp tục mắc đồng đồ đo điện đa năng 2 vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp. Đọc giá trị U_AB và ghi kết quả vào vở theo Bảng 1.2.

• Đọc giá trị I_AB trên đồng hồ đo điện đa năng 1 và ghi kết quả vào vở theo bảng 1.2.

Kết quả

Bảng 1.2 là kết quả đo U_AB và I_AB trong một lần làm thí nghiệm.

Từ kết quả thí nghiệm ở Bảng 1.2, hãy rút ra mối liên hệ giữa U_AB và I_AB.

Làm thế nào để đo được tần số, cường độ dòng điện hiệu dụng và điện áp hiệu dụng của đoạn mạch điện xoay chiều bằng đồng hồ đo điện đa năng?

Dựa trên các dụng cụ ở trường của mình, hãy thiết kế phương án thí nghiệm đo tần số, cường độ dòng điện hiệu dụng và điện áp hiệu dụng trong một đoạn mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp như Hình 1.6.

Tìm hiểu các thang đo điện áp hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng và tần số dòng điện xoay chiều của đồng hồ đo điện đa năng.

Khi dùng đồng hồ đo điện đa năng để đo cường độ dòng điện, điện áp và tần số của dòng điện xoay chiều, cần lưu ý gì về vị trí của núm xoay thay đổi thang đo và chốt cắm của hai que đo ở Hình 1.8.

Thảo luận, đề xuất phương án và thực hiện phương án đã đề xuất để đo cường độ dòng điện hiệu dụng, điện áp hiệu dụng và tần số của đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp bằng các dụng cụ ở trường của bạn.