Giải Bài Tập Vật Lí 12 – Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều

Xem toàn bộ tài liệu Lớp 12: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Sách Giáo Khoa Vật Lý 12 nâng cao
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 12
• Giải Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 12 – Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

C1 trang 62 SGK: 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.

C2 trang 62 SGK: 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:

Trả lời:

a) I0 = 5A; ω = 100π (rad/s);

b) I0 = 2√2A; ω = 100π (rad/s);

c) i = -5√2cos(100πt) = 5√2cos(100πt ±π)

C3 trang 62 SGK: Trên hình 12.1 SGK, 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 Io?

Trả lời:

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

b) Đồ thị cắt trục tung tại điểm có giá trị i bằng bao nhiêu Im

C4 trang 64 SGK: 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).

C5 trang 65 SGK: 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 U0 = U√2 = 220√2 V

Bài 1 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Phát biểu các 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.

Lời giải:

a) Giá trị tức thời là 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 của giá trị tức thời i khi hàm cos hay sin bằng 1.

c) Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi qua một điện trở R thì công suất tiêu thụ trên R bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trên R bởi dòng xoay chiều nói trên. Với dòng xoay chiều hình cos hoặc sin thì gái trị hiệu dụng I = I0/√2 .

Giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều hình sin bằng giá trị cực đại của điện áp chia √2: U = U0/√2

Bài 2 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Tại sao phải quy định thống nhất tần số của dòng điện xoay chiều tạo ra trong kĩ thuật?

Lời giải:

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.

Bài 3 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Xác định giá trị trung bình theo thời gian của:

a) 2sin100πt b) 2cos100πt

c) 2sin(100πt + π/6 ) d) 4sin2100πt

e) 3cos(100πt – π/3 )

Lời giải:

+ Ta nhận thấy các hàm:

a) 2sin100πt; b) 2cos100πt; c) 2sin(100πt + π/6 ); e) 3cos(100πt – π/3 ) đều là những hàm điều hòa dạng hình sin theo thời gian, nên giá trị trung bình của chúng đều bằng 0.

+ Với hàm

Số hạng thứ nhất lấy trung bình vẫn bằng 2, số hạng thứ hai là hàm điều hòa dạng sin theo thời gian nên giá trị trung bình bằng 0.

Vậy giá trị trung bình của hàm 4sin2100π t bằng 2.

Bài 4 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Trên một bóng đèn có ghi 220V – 100W, nối đèn ấy vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế 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

Lời giải:

a) Bóng đèn có ghi 220V – 100W → Uđm = 220V; Pđm = 100W

→ điện trở của đèn:

b) Cường độ hiệu dụng qua đèn:

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

A = P.t = 100W.1h = 100W.h = 100W.3600 = 360000 J

Bài 5 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Một mạch điện gồm hai đèn mắc song song, trên mỗi đèn có ghi thông số: 220V – 115W; 220V – 132W. Nối hai đầu của mạch điện ấy vào mạng điện xoay chiều U = 220V. Xác định:

a) công suất tiêu thụ trong mạch điện

b) cường độ dòng điện cung cấp cho mạch điện

Lời giải:

Điện trở của các bóng đèn lần lượt là:

Vì hai đèn mắc song song nên điện trở tương của toàn mạch là:

a) Công suất tiêu thụ trong mạch:

Lưu ý: Ta có thể tính nhanh công suất của mạch bài này như sau:

Vì hai đèn cùng mắc // vào nguồn điện có U = Uđm1 = Uđm2 = 220V nên hai đèn hoạt động đúng công suất định mức.

→ Công suất tiêu thụ trong mạch: P = Pđm1 + Pđm2 = 115 + 132 = 247 (W)

b) Cường độ dòng điện:

Bài 6 (trang 66 SGK 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?

Lời giải:

Đèn có ghi 100V – 100W → Uđm = 100V, Pđm = 100W

Ta thấy Uđm < U = 110V nên để đèn sáng bình thường với hiệu điện thế hai đầu mạch là 110V thì phải mắc nối tiếp thêm một điện trở R.

Ta có: UR = U – Uđ = 10V

Đèn sáng bình thường:

→ Điện trở R:

Bài 7 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Với dòng điện xoay chiều, cường độ hiệu dụng I liên hệ với cường độ cực đại Im theo công thức nào?

Lời giải:

Chọn đáp án C

Bài 8 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Tần số góc của dòng điện là bao nhiêu?

A. 100π (rad/s) ; B. 100 Hz

C. 50 Hz ; D. 100π (Hz)

Lời giải:

– Chọn A.

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

Bài 9 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch đó là bao nhiêu?

A. 80V ; B. 40V

C. 80√2 V ; D. 40√2 V

Lời giải:

– Chọn D.

– Áp dụng công thức:

Bài 10 (trang 66 SGK Vật Lý 12): Một đèn điện có ghi 110V – 100W mắc nối tiếp với điện trở R vào một mạch xoay chiều có u = 220√2sin100ωt (V). Để đèn sang bình thường, R phải có giá trị là bao nhiêu?

A. 1210Ω

B. 10/11 Ω

C. 121Ω

D. 110Ω

Lời giải:

Đáp án đúng C.

Đèn sáng bình thường