Giải Bài Tập Vật Lí 12 – Bài 27: Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm (Nâng Cao)

Xem toàn bộ tài liệu Lớp 12: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

Giải Bài Tập Vật Lí 12 – Bài 27 : Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm ( Nâng Cao ) giúp HS giải bài tập, nâng cao năng lực tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành những khái niệm và định luật vật lí :

Bài C1 (trang 147 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Nêu cấu tạo của tụ điện và giải thích tại sao tụ điện không cho dòng 1 chiều đi qua.

Lời giải:

+ Tụ điện có cấu trúc gồm hai bản cực phẳng bằng sắt kẽm kim loại đặt song song và cách điện với nhau, ở giữa hai bản cực là chất điện môi .
+ Khi đặt vào hai bản cực một điện áp không đổi U thì tụ điện tích điện đến giá trị Q. Không gian giữa hai bản tụ là một thiên nhiên và môi trường cách điện do đó tụ điện không cho dòng điện không đổi đi qua .

Bài C2 (trang 148 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Giải thích tại sao khi có dòng điện đi từ A tới M thì cũng có dòng điện cùng cường độ đi từ N tới B (hình 27.2 SGK)

Lời giải:

Trong mạch có sự quy đổi từ dòng điện dẫn và dòng điện dịch trong khoảng chừng giữa của tụ điện nên dòng điện kín trong mạch ( dòng điện dịch trong khoảng chừng giữa của tụ điện được sinh ra do sự biến thiên của điện trường trong lòng tụ điện ). Vì thế khi có dòng điện đi từ A tới M thì cũng có dòng điện cùng cường độ đi từ N tới B .

Bài C3 (trang 148 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Nêu quy ước tính chiều dòng điện ngược lại với quy ước nêu ở mục b thì công thức i(t) có gì thay đổi ? Có thể nhận xét gì về pha của cường độ dòng điện theo quy ước này?

Lời giải:

Nếu quy ước chiều dòng điện từ M tới A thì khi đó điện tích q giảm và

Cho u = U0cosωt ⇒ q = C.u = CU0cosωt
⇒ i = − q ′ ( t ) = CωU0sinωt = CωU0cos ( ωt – π / 2 )
Vậy theo quy ước này dòng điện sẽ chậm pha so với u một góc π2

Bài C4 (trang 148 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Dựa vào công thức (27.4 SGK), hãy phát biểu định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện.

Lời giải:

Định luật Ôm so với đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện : Cường độ dòng điện hiệu dụng qua đoạn mạch chỉ có tụ điện tỉ lệ thuận với hiệu điện thế hiệu dụng đặt vào hai đầu đoạn mạch và tỷ suất nghịch với dung kháng của tụ điện .

Biểu thức:

Bài C5 (trang 149 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Dung kháng của tụ điện phụ thuộc vào các yếu tố nào? Tụ điện có điện có điện dung 1μF mắc trong mạng điện xoay chiều dân dụng của nước ta có dung kháng bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Dung kháng của tụ điện :

→ Dung kháng phụ thuộc vào vào điện dung C và tần số dòng điện xoay chiều .
Mạng điện xoay chiều gia dụng của nước ta có tần số f = 50H z

Bài C6 (trang 149 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Độ tự cảm của một cuộn dây phụ thuộc vào các yếu tố nào?

Lời giải:

Độ tự cảm của cuộn dây được tính bằng công thức :

Do đó độ tự cảm phụ thuộc vào vào kích cỡ, hình dạng cuộn dây, số vòng dây và độ từ thẩm μ của lõi thép ( nếu cuộn dây có lõi thép ) .

Bài C7 (trang 150 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Vì sao điện áp u giữa hai điểm A và B trong Hình 27.6 SGK được tính bằng công thức u = i.RAB – e?

Lời giải:

Khi có cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây thì trong cuộn dây suất hiện một suất điện động tự cảm đóng vai trò là máy phát cho đoạn mạch chứa cuộn dây .
Chọn chiều dương là chiều chạy từ A đến B. Áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch ta có :

→ u = uAB = i.RAB – e

Bài C8 (trang 150 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Nguyên nhân nào làm cho cường độ dòng điện qua cuộn cảm biến thiên trễ pha đối với điện áp?

Lời giải:

Cường độ dòng điện qua cuộn cảm chậm pha so với điện áp đặt vào hai đầu cuộn cảm là do hiện tượng kỳ lạ tự cảm xảy ra trong mạch làm chậm lại sự biến thiên của dòng điện i qua cuộn dây .

Bài C9 (trang 150 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Tại sao khi rút lõi sắt khỏi cuộn dây trong thí nghiệm nêu ở mục a thì độ sáng của đèn tăng lên?

Lời giải:

Độ tự cảm của cuộn dây được tính bằng công thức :

→ Độ tự cảm phụ thuộc vào vào size, hình dạng cuộn dây, số vòng dây và độ từ thẩm μ của lõi thép ( nếu cuộn dây có lõi thép ) .
Khi rút lõi thép ra khỏi cuộn dây thì L giảm, do đó cảm kháng ZL giảm, cường độ dòng điện tăng nên đèn cháy sáng hơn .

Bài C10 (trang 151 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Dựa vào công thức (27.8), hãy phát biểu định luật Ohm đối với đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần.

Lời giải:

Định luật Ôm so với đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần : Cường độ dòng điện hiệu dụng qua đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần tỉ lệ thuận với hiệu điện thế hiệu dụng đặt vào hai đầu đoạn mạch và tỷ suất nghịch với cảm kháng của cuộn cảm thuần .
Biểu thức :

Lời giải:

Tác dụng chính của tụ điện với dòng điện xoay chiều là :
+ Tạo ra dung kháng cản trở dòng điện .
+ Làm cho điện áp biến thiên trễ pha so với dòng điện .

Lời giải:

Giả sử có dòng điện xoay chiều i = I0cosωt ( 1 ) chạy qua một cuộn dây thuần cảm L. Dòng điện này biến thiên điều hòa theo thời hạn nên nó gây ra trong cuộn cảm một suất điện động tự cảm :

Theo định luật ôm điện áp giữa hai đầu cuộn cảm là :
u = iR – e = – e ( vì R = 0 )

Từ ( 1 ), ( 3 ) ta nhận thấy cường độ dòng điện xoay chiều qua cuộn cảm thuần biến thiên trễ pha π / 2 so với điện áp giữa hai đầu cuộn cảm .
A. tăng tần số của điện áp đặt vào hai bản tụ điện .
B. tăng khoẳng cách giữa hai bản tụ điện .
C. giảm điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ điện .
D. đưa bản điện môi vào trong lòng tụ điện .

Lời giải:

Chọn B .
Dung kháng của tụ Zc = 1 / ωC
Mặt khác điện dung tụ phẳng là :

Vậy Zc tăng khi d tăng .
A. cuộn cảm có công dụng cản trở so với dòng điện xoay chiều, không có tính năng cản trở dòng điện một chiều .
B. điện áp tức thời giữa hai đầu cuộn cảm thuần và cường độ dòng điện qua nó hoàn toàn có thể đồng thời bằng 50% những biên độ tương ứng của chúng .
C. Cảm kháng của một cuộn cảm thuần tỉ lệ nghịch với chu kì của dòng điện xoay chiều .
D. Cường độ dòng điện qua cuộn cảm tỉ lệ thuận với tần số dòng điện .

Lời giải:

Chọn C
Cảm kháng của một cuộn cảm thuần được tính bằng công thức : ZL = L. ω = L. 2 π / T
→ Cảm kháng của một cuộn cảm thuần tỉ lệ nghịch với chu kì của dòng điện xoay chiều .
A. Đều biến thiên trễ pha π / 2 so với điện áp ở hai đầu đoạn mạch .
B. Đều có giá trị hiệu dụng tỉ lệ với điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch .
C. Đều có giá trị hiệu dụng tăng khi tần số dòng điện tăng .
D. Đều có giá trị hiệu dụng giảm khi tần số dòng điện tăng .

Lời giải:

Chọn B.
Vì :

Suy ra : cường độ hiệu dụng đều tỉ lệ với hiệu điện áp hiệu dụng .

Lời giải:

Dung kháng của tụ điện :

Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch có tụ điện :

Xác định những thời gian mà cường độ dòng điện qua tụ điện bằng 0 .

Lời giải:

Vì dòng điện sớm pha π / 2 so với hiệu điện thế nên có biểu thức :

Các thời gian t có cường độ dòng điện bằng 0 là nghiệm của phương trình :

Suy ra :

Lời giải:

Cảm kháng của cuộn dây : ZL = ω. L = 2 πf. L = 2. π. 50.0,2 = 62,8 Ω

Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch có cuộn cảm thuần:

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử