Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý về dòng điện xoay chiều

X và giá trị của chúng. Bài 3 Cho đoạn mạch AB như hình vẽ. Mỗi hộp X và Y chỉ chứa hai trong ba phần tử: điện trở thuần, cuộn dây thuần cảm và tụ điện mắc nối tiếp. Các vôn kế V1, V2 và ampe kế đo được cả dòng xoay chiều và một chiều, điện trở các vôn kế rất lớn, điện trở ampe kế không đáng kể. Khi mắc vào hai điểm A và M hai cực của nguồn điện một chiều, ampe kế chỉ 2A, V1 chỉ 60V. Khi mắc A và B vào nguồn điện xoay chiều, tần số 50Hz thì ampe kế chỉ 1A, các vôn kế chỉ cùng giá trị 60V nhưng uAM và uMB lệch pha nhau . Hai hộp X và Y chứa những phần tử nào? Tính giá trị của chúng. 7.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: (V) i nhanh pha hơn u X chứa tụ điện hoặc cuộn thuần cảm Pmax khi A. X là gì? Tính giá trị của X. Các mối liên hệ cần xác lập: - X chứa một phần tử điện: tụ điện hoặc cuộn thuần cảm. - Cường độ dòng điện i nhanh pha hơn điện áp hai đầu đoạn mạch Þ X chứa tụ điện. - Công suất tiêu thụ của mạch: - Pmax khi min. Áp dụng bất đẳng thức Cô-si cho hai số không âm, ta có: Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi . - Tổng trở của toàn mạch: Þ ZC Þ C. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - X là hộp kín chứa tụ điện hoặc cuộn thuần cảm. - Theo đề bài, cường độ dòng điện i nhanh pha hơn điện áp hai đầu đoạn mạch. Dữ kiện này cho ta biết X chứa phần tử điện nào? - Biểu thức tính công suất tiêu thụ của toàn mạch. - Từ biểu thức (*), hãy tìm điều kiện để công suất tiêu thụ P đạt giá trị cực đại Pmax. - Vậy điều kiện để Pmax là R = ZC. - Biểu thức tính tổng trở Z của đoạn mạch gồm R nối tiếp tụ điện C. - Biểu thức tính tổng trở của toàn mạch theo định luật Ohm. - Từ (1) và (2) Þ ZC Þ C. - X chứa tụ điện. - (*) - Pmax khi min. Vì R > 0, . Áp dụng bất đẳng thức Cô-si cho hai số không âm, ta có: min (dấu = xảy ra) khi và chỉ khi: - (1) - (2) Bài giải: Cường độ dòng điện i nhanh pha hơn điện áp u hai đầu đoạn mạch nên X chứa tụ điện. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch: Ta thấy, Pmax khi min. Theo bất đẳng thức Cô-si, ta có: Dấu = xảy ra khi và chỉ khi R = ZC. Tổng trở của toàn mạch: (1) Mặt khác: (2) Từ (1) và (2) Þ F. Bài 2: Tóm tắt: R1 = 100W L1 = 0,318H X chứa hai trong ba phần tử điện (Ro, Lo, Co) U = 200V f = 50Hz C1 = 1,59.10-5F ® rad jAM = 0 ® P = 200W X là gì? Giá trị của X = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - , - - Khi C1 = 1,59.10-5F thì uMB nhanh pha hơn uAM một góc rad, ta có giản đồ Fre-nen: - + Nếu : hộp kín X chứa Ro và Lo. + Nếu : hộp kín X chứa Ro và Co. - Tính tanj2 Þ mối liên hệ giữa Ro, Lo hoặc Co (1) - Điều chỉnh C1 để uAM đồng pha với dòng điện thì xảy ra cộng hưởng điện trên đoạn AM Þ ZL1 = ZC1 (2). - Công suất tiêu thụ trong mạch: (*). Thay các giá trị R1, Ro, Lo, hoặc Co vào biểu thức (*) Þ mối liên hệ (3). - Từ (1), (2), và (3) Þ giá trị của các phần tử chứa trong X. Tiến trình hướng dẫn giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Tính cảm kháng ZL1, dung kháng ZC1. - Biểu thức tính độ lệch pha của u so với i của đoạn mạch AM. - Vẽ giản đồ Fre-nen. - uMB nhanh pha hơn uAM một góc rad. Dựa vào giản đồ Fre-nen, hãy tìm và cho biết hộp kín X chứa những phần tử điện nào? - Hãy tìm mối liên hệ giữa các đại lượng điện trong hộp X? - Điều chỉnh C1, uAM đồng pha với i Þ trong mạch đã xảy ra hiện tượng gì? - Biểu thức tính công suất của toàn mạch? - Thay giá trị của P, U, R1 vào (2). Từ (1) và (2) Þ giá trị của Ro và ZLo Þ Lo. - - rad. - rad. Þ uMB nhanh pha hơn i một góc Þ hộp kín X chứa Ro nối tiếp Lo. - (1) - uAM đồng pha với i Þ trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện: ZL1 = ZC1. - (2) Bài giải: Ta có: rad Ta có giản đồ Fre-nen như hình vẽ. Vì rad Vậy hộp kín X chứa Ro nối tiếp Lo. Ta có: (1) Điều chỉnh C1 để uAM đồng pha với dòng điện thì trên đoạn AM xảy ra cộng hưởng điện, nên ZL1 = ZC1 = 100W. Công suất của mạch: (2) Từ (1) và (2) Þ và H Vậy hộp kín X chứa nối tiếp cuộn thuần cảm H. Bài 3: Tóm tắt: Mắc A, M vào nguồn một chiều: I1 = 2A, U1 = 60V. Mắc A, B vào nguồn xoay chiều: f = 50Hz, I2 = 1A, = U2 = 60V. uAM vuông pha uMB X, Y là gì? Giá trị của X = ?, Y = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Mỗi hộp X, Y chỉ chứa hai trong ba phần tử điện R, L, C. - Khi mắc hai đầu hộp X với nguồn điện một chiều, ampe kế chỉ 2A Þ trong mạch có dòng điện có cường độ I1 = 2A, chứng tỏ trong hộp kín X không có tụ điện (tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua). Vậy hộp kín X chứa điện trở R nối tiếp cuộn cảm L. (vì ZL = 0) - Khi mắc A, B vào nguồn điện xoay chiều: Vì . - Với đoạn mạch AM gồm R nối tiếp L, nên cường độ dòng điện trễ pha so với điện áp uAM một góc jAM: . - Vẽ giản đồ Fre-nen (chú ý: uAM và uMB vuông pha nhau). - Theo giản đồ Fre-nen, uMB chậm pha hơn dòng điện một góc . Vậy hộp Y chứa điện trở R’ nối tiếp tụ điện C. - Với đoạn mạch MB gồm điện trở R’ nối tiếp tụ điện C: (1) - (2) - Vì uAM vuông pha uMB nên: (3) - Từ (1), (2) và (3) Þ giá trị của R’ và ZC Þ C. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Mỗi hộp X, Y chỉ chứa hai trong ba phần tử điện: R, L, C. - Tụ điện có dòng điện một chiều đi qua hay không? Vì sao? - Khi mắc hai đầu hộp X (hai điểm A, M) với nguồn điện một chiều, ampe kế chỉ 2A. Dựa vào dữ kiện này, hãy xác định các phần tử điện chứa trong hộp X. - Biểu thức tính tổng trở của đoạn mạch AM gồm điện trở R nối tiếp cuộn cảm L? - Khi đoạn mạch AM được mắc vào nguồn điện một chiều thì cuộn dây có cảm kháng ZL bằng bao nhiêu? - Hãy tính giá trị của điện trở R. - Mắc đoạn mạch AB vào nguồn điện xoay chiều. Biểu thức tính ZAM lúc này được viết thế nào? - Thay giá trị R từ (2) vào (3) Þ giá trị của ZL. - Điện áp uAM trong đoạn mạch AM nhanh pha hay trễ pha so với dòng điện? - Hãy tính độ lệch pha jAM của uAM so với i? - Ta có hình vẽ thể hiện mối liên hệ giữa uAM và uMB (uAM và uMB vuông pha nhau). Theo hình vẽ, uMB nhanh pha hay trễ pha so với dòng điện i? Từ đó, hãy xác định các phần tử điện chứa trong hộp kín Y. - Biểu thức tính tổng trở ZMB của đoạn mạch MB gồm điện trở R’ nối tiếp tụ điện C? - uAM vuông pha với uMB nên ta suy ra điều gì? - Từ (4) và (5) Þ R’ và ZC Þ C. - Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua vì giữa hai bản tụ là chất cách điện. - Ampe kế chỉ 2A Þ trong đoạn mạch AM có dòng điện có cường độ I1 = 2A, chứng tỏ trong hộp X không có tụ điện. Vậy hộp X chứa điện trở R nối tiếp cuộn cảm L. - (1) - Khi mắc đoạn mạch AM với nguồn điện một chiều thì ZL = 0. - Vì ZL = 0 nên từ (1) Þ (2) - (3) - Vì đoạn mạch AM gồm điện trở R nối tiếp cuộn cảm L, nên điện áp uAM nhanh pha so với cường độ dòng điện i một góc jAM. - - uMB trễ pha so với dòng điện i Þ hộp kín Y chứa điện trở R’nối tiếp tụ điện C. - (4) - Vì uAM vuông pha uMB nên: Þ (5) Bài giải: Khi mắc hai đầu hộp X với nguồn điện một chiều, ampe kế chỉ 2A Þ trong mạch có dòng điện có cường độ I1 = 2A, chứng tỏ trong hộp kín X không có tụ điện. Vậy hộp kín X chứa điện trở R nối tiếp cuộn cảm L. Khi đó ta có: (vì ZL = 0). Khi mắc A và B vào nguồn điện xoay chiều, ta có: Vì H. Ta có: rad Ta có hình vẽ như ở bên dưới. Theo hình, uMB trễ pha so với dòng điện nên Þ hộp kín Y chứa điện trở R’ nối tiếp tụ điện C. Đối với đoạn mạch MB: Mà (1) Vì uAM vuông pha uMB nên ta có: (2) Giải (1) và (2) Þ ; (F). Vậy hộp X chứa nối tiếp H hộp Y chứa nối tiếp F. 8. Dạng 8: GIẢI TOÁN NHỜ GIẢN ĐỒ VEC-TƠ. 8.1. Phương pháp giải chung: - Với những bài tập giải theo phương pháp đại số gặp nhiều khó khăn (phải xét nhiều trường hợp, số lượng phương trình nhiều, giải rất phức tạp hoặc không thể giải bằng phương pháp đại số…) thì phương pháp giải toán nhờ giản đồ vec-tơ sẽ thuận lợi hơn nhiều, cho kết quả nhanh chóng, gọn gàng (như bài toán hộp kín đã xét ở dạng 7). - Dạng toán này thường được dùng khi bài toán chỉ cho biết độ lệch pha của điện áp u1 so với u2 thì nên dùng giản đồ vec-tơ để giải, gồm các bước cơ bản sau: + Vẽ giản đồ vec-tơ. + Dựa vào giản đồ vec-tơ, sử dụng định lý hàm số sin, cos để tìm các đại lượng chưa biết. 8.2. Bài tập về giải toán bằng giải đồ vec-tơ: Bài 1 Cho mạch điện như hình vẽ. Cuộn dây thuần cảm, điện trở ampe kế không đáng kể, điện trở vôn kế rất lớn. Đặt vào hai đầu AB một điện áp (V). Khi H thì điện áp uAN trễ pha so với uAB và uMB sớm pha so với uAB. Tìm R, C. Bài 2 Cho mạch điện như hình vẽ. Hai đầu A, B đặt vào một điện áp xoay chiều (V). Điện trở vôn kế nhiệt là vô cùng lớn. Cho biết vôn kế chỉ 120V, công suất tiêu thụ trên mạch AB là 360W, uAN lệch pha so với uMB, uAB lệch pha so với uAN. Tìm R, r, L, và C. Bài 3 Cho mạch điện xoay chiều có sơ đồ như hình. Đặt điện áp xoay chiều có tần số 50Hz vào hai đầu M,Q của đoạn mạch thì vôn kế nhiệt chỉ 90V, RV = ¥. Khi đó uMN lệch pha 150o và uMP lệch pha 30o so với uNP. Đồng thời UMN = UMP = UPQ. Cho biết điện trở thuần của đoạn mạch PQ là R = 30W. a. Hỏi cuộn dây có điện trở thuần không? Giải thích. b.Tính UMQ và hệ số tự cảm L của cuộn dây. 8.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: (V) H uAN trễ pha so với uAB uMB sớm pha so với uAB R = ? , C = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Cảm kháng: - - uAN trễ pha so với uAB và uMB sớm pha so với uAB Þ UL > UC. - . - Ta có giản đồ Fre-nen như hình vẽ. Từ hình vẽ, ta thấy: Þ DOPQ là tam giác đều Þ UAB = UAN Þ UMB = UC. - Xét DOQR: Þ - Xét DODQ: - - Þ R, C. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Tính cảm kháng của cuộn dây và điện áp hiệu dụng của toàn mạch. - Hãy viết biểu thức điện áp toàn mạch dạng vec-tơ? - Từ điều kiện đề bài: uAN trễ pha so với uAB và uMB sớm pha hơn so với uAB Þ UL > UC. - Vẽ giản đồ Fre-nen: - Dựa vào giản đồ Fre-nen, hãy tính UAN = ? (gợi ý: xét DOPQ) - Tính độ lệch pha j của uAB đối với i và UR, UMB dựa vào giản đồ Fre-nen. - Đoạn mạch MB gồm cuộn dây nối tiếp tụ điện. Hãy viết biểu thức tính điện áp hiệu dụng UMB. - Dựa vào giản đồ Fre-nen, hãy cho biết mối quan hệ giữa UMB và UC. - Từ (1) và (2), hãy tìm giá trị của UL. - Biểu thức tính điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở R, hai đầu cuộn dây và hai đầu tụ điện. - Từ (3), (4) và (5), hãy tính giá trị của R, C. - ; - Þ DOPQ đều. Þ UAN = UAB. - - UMB = UL – UC (1) - DOPQ đều nên OR là đường trung tuyến Þ R là trung điểm của PQ Þ RQ = RP hay UMB = UC. (2) - Từ (1) và (2) - UR = IR (3) UL = IZL (4) UC = IZC (5) - Lập tỉ số: Bài giải: Cảm kháng: V Ta có : Từ giản đồ Fre-nen, ta thấy DOPQ là tam giác đều V ; rad V V DOPQ đều nên OR là đường trung tuyến Þ R là trung điểm của PQ Þ UC = UMB = 60V. Vì UMB = UL - UC Þ UL = UMB + UC = 2UMB = 2.60 = 120V Ta có : Tương tự: F. Bài 2: Tóm tắt: (V) UV = 120V P = 360W uAN lệch pha so với uMB uAB lệch pha so với uAN Tính R, r, L, C? Các mối liên hệ cần xác lập: - Điện áp hiệu dụng toàn mạch : . - hay (với ) - có hướng vuông góc - Vẽ giản đồ Fre-nen: - uAN lệch pha so với uMB, uAB lệch pha so với uAN rad. - Áp dụng định lý hàm số cosin cho DOPQ, ta được: Þ UR. - Dựa vào giản đồ Fre-nen, suy ra: ; - Công suất tiêu thụ trên mạch AB: Þ R, r, L, C. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Tính điện áp hiệu dụng toàn mạch. - Viết biểu thức điện áp toàn mạch dạng vec-tơ. - Biểu thức (1) có thể được viết lại là (Với ) - có hướng vuông góc . - uAN lệch pha so với uMB, uAB lệch pha so với uAN Þ UL > UC. - Từ những phân tích trên, yêu cầu học sinh vẽ giản đồ Fre-nen. - Xét DOPQ, áp dụng định lý hàm số cosin tìm UR. - Dựa vào giản đồ Fre-nen, hãy tính góc lệch pha giữa uV và uR so với uAB. Từ đó, tìm giá trị của Ur, UC, UL. - Viết biểu thức tính công suất tiêu thụ trên mạch AB. Từ biểu thức đó, hãy tính I. - Vận dụng định luật Ohm cho từng phần tử điện: điện trở, cuộn cảm, tụ điện, hãy tìm giá trị R, L, C. - - (1) - Áp dụng định lý hàm số cosin cho DOPQ, ta được: Þ UR - uAN lệch pha so với uMB, uAB lệch pha so với uAN Þ uAB lệch pha so với uMB hay rad. Vì hình tạo bởi và là hình bình hành có OQ là đường chéo Þ góc lệch pha của uAB so với uR là Từ giản đồ Fre-nen, suy ra được: ; - Þ I. - ; Bài giải: Ta có : V Vẽ giản đồ Fre-nen cho mạch điện AB. Áp dụng định lý hàm số cosin cho DOPQ, ta được: V. Vì UR = UV = 120V nên hình bình hành tạo bởi và là hình thoi Þ góc lệch pha của uAB so với uR là rad. Từ đó, ta có: V V V Mặt khác ta có: A. Vậy : H F. Bài 3: Tóm tắt: f = 50Hz UV = UNP = 90V RV = ¥ uMN lệch pha 150o so với uNP uMP lệch pha 30o so với uNP UMN = UMP = UPQ R = 30W a. Cuộn dây có điện trở thuần không? b. UMQ = ? , L = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Giả sử cuộn dây không có điện trở thuần Ro thì uMN sớm pha so với i, uNP trễ pha so với i Þ uMN lệch pha 180o so với uNP (trái giả thiết) Þ cuộn dây có điện trở thuần Ro. - uMN lệch pha 150o so với uNP, uMP lệch pha 30o so với uNP Þ . - Vẽ giản đồ Fre-nen để thấy rõ mối liên hệ về pha giữa các điện áp. - UMN = UMP Þ DMNP cân tại M, MA là đường trung tuyến, - Dựa vào giản đồ Fre-nen Þ UL, URo, UR - Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Giả sử cuộn dây không có điện trở thuần, thì uMN lệch pha bao nhiêu độ so với uNP? - So sánh với dữ kiện của đề bài và rút ra kết luận. - uMN lệch pha 150o so với uNP, uMP lệch pha 30o so với uNP Þ . - Hãy vẽ giản đồ Fre-nen biểu diễn mối liên hệ về pha giữa các điện áp. - Dựa vào giản đồ Fre-nen, ta thấy DMNP là tam giác cân tại M (UMN = UMP), có MA là đường trung tuyến và . - Dựa vào giản đồ Fre-nen, hãy tính UL, URo, UR (chú ý: UR = UMN). - Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch PQ được tính như thế nào? - Tính cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch. Từ đó hãy tính giá trị của L. - Nếu cuộn dây không có điện trở thuần thì uMN sớm pha so với i, và uNP trễ pha so với i Þ uMN lệch pha 180o so với uNP. - Theo bài uMN lệch pha 150o so với uNP (trái với lập luận trên) Þ cuộn dây có điện trở thuần Ro. - A là trung điểm của NP Þ - - Bài giải: a. Giả sử cuộn dây không có điện trở thuần Ro thì điện áp uMN sớm pha so với i, còn điện áp uNP trễ pha so với i Þ uMN sớm pha 180o so với uNP (trái với đề bài là lệch 150o). Vậy cuộn dây phải có điện trở thuần Ro. b. Vẽ giản đồ Fre-nen: Dựa vào giản đổ Fre-nen, ta có DMNP cân tại M (vì UMN = UMP) MA là đường trung tuyến của DMNP Þ V V V V Ta có: A ; W HChủ đề 2: SẢN XUẤT – TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. 1. Dạng 1: MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. 1.1. Phương pháp giải chung: - Áp dụng các kết quả về máy phát điện xoay chiều một pha: + Tại t = 0, ta có thì từ thông qua một vòng dây: F = BScoswt = Fo coswt + Suất điện động xoay chiều trong mỗi cuộn dây: . + Tần số dòng điện: f = np. - Áp dụng các kết quả về dòng điện ba pha liên quan đến điện áp và cường độ dòng điện ứng với mỗi cách mắc: + Mắc hình sao: ; * Khi tải đối xứng thì : . * Vẽ giản đồ Fre-nen nếu cần thiết. + Mắc hình tam giác: ; Chú ý: khi mạch điện ngoài hở, dòng điện trong các cuộn dây của máy phát bằng 0. - Đối với động cơ điện ba pha, các bài toán thường liên quan đến công suất: + Công suất tiêu thụ: . + Công suất hao phí do tỏa nhiệt: P = 3I2R (với R là điện trở thuần một cuộn dây của động cơ). + Hiệu suất: (với Pi là công suất cơ học) 1.2. Bài tập về máy phát điện và động cơ điện: Bài 1 Máy phát điện xoay chiều một pha mà phần cảm gồm hai cặp cực và phần ứng gồm 4 cuộn dây giống hệt nhau mắc nối tiếp, có suất điện động hiệu dụng là 120V và tần số 50Hz, Hãy tính số vòng mỗi cuộn dây, biết từ thông cực đại qua mỗi vòng là 5.10-3Wb. Bài 2 Động cơ điện xoay chiều một pha mắc vào mạng xoay chiều một pha đã hạ áp với U = 110V. Động cơ sinh ra một công suất cơ học Pi = 60W. Biết hiệu suất là 0,95 và dòng điện qua động cơ I = 0,6A. Hãy tính điện trở của động cơ và hệ số công suất của động cơ. Bài 3 Một động cơ điện ba pha mắc vào mạng điện ba pha có điện áp dây Ud = 220V. Biết rằng cường độ dòng điện dây là Id = 10A và hệ số công suất cosj = 0,8. Tính công suất tiêu thụ của động cơ. Bài 4 Mạng điện ba pha có điện áp pha Up = 120V có tải tiêu thụ mắc thành hình sao. Tính cường độ dòng điện trong các dây pha và dây trung hòa nếu các tải tiêu thụ trên A, B, C là điện trở thuần RA = RB = 12W ; RC = 24W. 1.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: p = 2 cặp cực f = 50Hz E = 120V Fo = 5.10-3 Wb n = ? ; N = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Tần số dòng điện : (vòng / s) - Từ thông qua mỗi vòng dây: F = Focoswt. - Gọi N là số vòng dây của mỗi cuộn dây. Phần ứng gồm 4 cuộn dây nên số vòng dây của 4 cuộn dây là 4N (vòng). - Suất điện động của máy: Þ Suất điện động hiệu dụng của máy: Þ N. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Tốc độ quay của rôto được tính như thế nào khi biết tần số dòng điện f và số cặp cực p của phần cảm? - Biểu thức tính từ thông gởi qua một vòng dây? - Phần ứng gồm 4 cuộn dây, gọi N là số vòng dây của mỗi cuộn dây. Vậy phần ứng có tất cả bao nhiêu vòng dây? - Biểu thức suất điện động của máy? - Dựa vào biểu thức bên, tìm N bằng cách nào? - (vòng / s) - F = Focoswt. - Phần ứng gồm 4N vòng dây. - Vì Bài giải: Tốc độ quay của rôto: (vòng / s). Từ thông qua mỗi vòng dây: F = Focoswt. Suất điện động của máy: (với N là số vòng dây của mỗi cuộn dây). Þ Suất điện động hiệu dụng của máy: . (vòng). Bài 2: Tóm tắt: U = 110V Pi = 60W H = 0,95 I = 2A R = ? , cosj = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Áp dụng các công thức hiệu suất, công suất tiêu thụ, công suất tỏa nhiệt để tìm R và cosj. + Hiệu suất Þ công suất tiêu thụ . + Hệ số công suất . + Công suất tỏa nhiệt của động cơ: . + Þ điện trở của động cơ . Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Biểu thức tính hiệu suất của của động cơ? Từ biểu thức đó, hãy tìm giá trị của công suất tiêu thụ của động cơ. - Hệ số công suất được tìm bằng cách nào? - Tìm công suất tỏa nhiệt của động cơ khi biết công suất tiêu thụ P và công suất cơ học Pi. - Vậy điện trở động cơ có giá trị là bao nhiêu khi đã biết công suất tỏa nhiệt PN? - Þ công suất tiêu thụ . - - PN = P - Pi. - Bài giải: Hiệu suất của động cơ: Þ Công suất tiêu thụ (W) Hệ số công suất : Công suất tỏa nhiệt của động cơ: PN = P - Pi = 63,12 – 60 = 3,12 (W). Mà . Bài 3: Tóm tắt: Ud = 220V Id = 10A cosj = 0,8 P = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Công suất tiêu thụ của động cơ điện ba pha: . - Xét hai trường hợp: mắc động cơ điện ba pha theo cách mắc hình sao và mắc hình tam giác. + Mắc hình sao: , Þ . + Mắc tam giác: , Þ . - Vậy trong cả hai trường hợp mắc hình sao và mắc tam giác ta đều có kết quả như nhau. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Biểu thức tính công suất tiêu thụ của động cơ điện ba pha? - Đề bài không nói rõ mắc động cơ điện ba pha vào mạng điện ba pha theo cách mắc nào nên ta xét hai trường hợp: mắc hình sao và mắc tam giác. - Đối với mạng hình sao, hãy tìm điện áp pha Up và cường độ dòng điện pha Ip. - Công suất tiêu thụ của động cơ được tính thế nào? - Tương tự, hãy tìm công suất tiêu thụ của động cơ khi các cuộn dây của động cơ đấu kiểu hình tam giác. - Vậy ta thấy trong cả hai trường hợp ta đều có công suất tiêu thụ của động cơ là: - . - ; - - ; Bài giải: Công suất tiêu thụ của động cơ điện ba pha: . - Nếu các cuộn dây của động cơ đấu kiểu hình sao, ta có: ; - Nếu các cuộn dây của động cơ đấu kiểu tam giác, ta có: ; Trong cả hai trường hợp, ta đều có kết quả: (W). Bài 4: Tóm tắt: Up = 120V Tải tiêu thụ mắc hình sao RA = RB = 12W RC = 24W Tính IA, IB, IC, Io = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Các tải tiêu thụ mắc hình sao nên cường độ dòng điện trong các các dây là cường độ dòng điện trong từng pha: ; - Vì các tải tiêu thụ đều là thuần trở nên dòng điện pha cùng pha với điện áp pha Þ các dòng điện lệch pha nhau 120o. - Vẽ giản đồ Fre-nen. - Vì IA = IB nên là đường chéo của hình thoi tạo bởi và Þ IAB = 2.OH = 2.IB.cos60o. - Dựa vào giản đồ Fre-nen Þ Io = IAB – IC. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Đối với mạng điện hình sao, dòng điện dây Id có mối liên hệ thế nào với dòng điện pha Ip? - Từ (1), hãy tìm cường độ dòng điện dây IA, IB, IC. - Các tải đều là thuần trở thì dòng điện pha và điện áp pha lệch pha nhau bao nhiêu độ? Từ đó suy ra độ lệch pha giữa các dòng điện pha. - Ta có: . Vẽ giản đồ Fre-nen. - Vì IA = IB nên là đường chéo của hình thoi tạo bởi và - Vậy giá trị của cường độ dòng điện trong dây trung hòa Io được tính bằng cách nào? - Đối với mạng hình sao thì: (1) - ; - Do các tải đều là thuần trở nên đòng điện pha đồng pha với điện áp pha. Suy ra các dòng điện lệch pha nhau 120o. - Dựa vào giản đồ Fre-nen, ta có: IAB = 2.OH = 2.IB.cos60o Þ Io = IAB – IC. Bài giải: Do các tải tiêu thụ mắc hình sao nên Id = Ip. Þ A A. Do các tải đều là thuần trở nên dòng điện pha đồng pha với điện áp pha. Các dòng điện lệch pha nhau 120o. Ta suy ra giản đồ Fre-nen sau: Dựa vào giản đồ Þ Io = IAB – IC. Vì IA = IB nên là đường chéo của hình thoi tạo bởi và Þ IAB = 2.OH = 2.IB.cos60o = 2.10.cos60o = 10A. Vậy Io = IAB – IC = 10 – 5 = 5A. 2. Dạng 2: MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. 2.1. Phương pháp giải chung: - Áp dụng các công thức về biến thế liên quan đến điện áp, công suất, cường độ dòng điện: + Hệ số biến áp: + Công suất vào (sơ cấp): (xem ). Công suất ra (thứ cấp): (xem ). + Hiệu suất: Nếu hiệu suất của máy biến áp là 100% thì P1 = P2 . - Áp dụng các công thức về truyền tải điện năng: + Độ giảm thế trên đường dây: DU = Unơi đi - Unơi đến = IR. + Công suất hao phí trên đường dây: DP = Pnơi đi – Pnơi đến. + Hiệu suất truyền tải điện năng: < 1 2.2. Bài tập về máy biến thế và truyền tải điện năng: Bài 1 Một đường dây tải điện xoay chiều một pha đến nơi tiêu thụ ở xa 6 km. Giả thiết dây dẫn làm bằng nhôm có điện trở suất r = 2,5.10-8 Wm và có tiết diện 0,5cm2. Điện áp và công suất truyền đi ở trạm phát điện lần lượt là U = 6 kV, P = 540 kW. Hệ số công suất của mạch điện là cosj = 0,9. Hãy tìm công suất hao phí trên đường dây và hiệu suất truyền tải điện. Bài 2 Điện năng được truyền từ trạm tăng áp đến trạm hạ áp nhờ hệ thống dây dẫn có điện trở R = 20W. Cảm kháng và dung kháng không đáng kể. Đầu ra cuộn thứ cấp máy hạ áp có công suất 12 kW với cường độ 100A. Máy hạ áp có tỉ số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là . Bỏ qua hao phí máy biến áp. Hãy tìm điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp. Bài 3 Máy phát điện xoay chiều một pha cung cấp công suất P1 = 2 MW. Điện áp giữa hai cực là U1 = 2000V. Dòng điện đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp có hiệu suất H = 97,5%. Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp có số vòng dây tương ứng là N1 = 160 vòng và N2 = 1200 vòng. Dòng điện thứ cấp được truyền tải đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn có R = 10W. Hãy tính điện áp, công suất nơi tiêu thụ và hiệu suất truyền tải điện. 2.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1: Tóm tắt: l = 6 km = 6000m r = 2,5.10-8 Wm S = 0,5cm2 = 0,5.10-4 m U = 6 kV P = 540 kW cosj = 0,9 DP = ? , h = ? Các mối liên hệ cần xác lập: Đây là bài toán đơn giản, ta chỉ áp dụng công thức để tính toán: - Điện trở của dây tải điện: . - Công suất . - Công suất hao phí trên dây: DP = I2R. - Hiệu suất truyền tải: Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Công suất hao phí trên dây dẫn được tính bằng biểu thức nào? - Vậy để tìm công suất hao phí DP, ta cần tìm I và R. - Dựa vào giả thiết của đề bài, tìm I và R bằng cách nào? - Áp dụng công thức nào để tìm hiệu suất truyền tải điện? - Công suất hao phí: DP = I2R. - - - Bài giải: Điện trở của dây dẫn tải điện: Cường độ dòng điện trên dây: A Công suất hao phí trên dây: DP = I2R = 1002.3 = 30 kW Hiệu suất truyền tải điện năng: Bài 2: Tóm tắt: R = 20W kW A U2 = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Vẽ sơ đồ đơn giản của hệ thống truyền tải điện năng nhờ máy biến áp. - Tìm điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp của máy hạ áp : ; . - Tìm dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ áp : . - Dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ áp chính bằng dòng điện chạy qua dây dẫn tải điện có điện trở R Þ Độ giảm áp trên đường dây: . - Vậy điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp máy tăng áp bằng tổng điện áp ở hai đầu cuộn dây sơ cấp máy hạ áp và độ giảm điện áp trên đường dây. . Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Vẽ sơ đồ đơn giản của hệ thống truyền tải điện năng nhờ máy biến áp (như hình vẽ trên) giúp học sinh dễ hình dung. - Dựa vào dữ kiện của đề bài, hãy tìm điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp trong máy hạ áp. - Điện áp ở hai đầu cuộn sơ cấp của máy hạ áp được tính thế nào khi biết tỉ số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp trong máy hạ áp? - Biểu thức tính công suất ở cuộn sơ cấp trong máy hạ áp? - Nếu bỏ qua hao phí máy biến áp thì ta có kết quả gì? - Từ (*) Þ giá trị của cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp của máy hạ áp. - Dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ áp chính bằng dòng điện chạy qua dây dẫn có điện trở R. Vậy độ giảm trên đường dây tải điện được tính thế nào? - Khi điện năng truyền từ trạm tăng áp (từ cuộn thứ cấp máy tăng áp) đến trạm hạ áp (vào cuộn sơ cấp máy hạ áp) thì bị tiêu hao. Vậy điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp được tính thế nào? - Vì - - - Nếu bỏ qua hao phí máy biến áp thì (*) - Độ giảm áp trên đường dây tải điện: - Bài giải: Điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp của máy hạ áp: V Điện áp ở hai đầu cuộn sơ cấp máy hạ áp: V Vì bỏ qua hao phí của máy biến áp nên A Dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ áp chính bằng dòng điện chạy qua dây dẫn tải điện có điện trở R. Độ giảm áp trên đường dây: V. Vậy điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp máy tăng áp là: V. Bài 3: Tóm tắt: P1 = 2MW U1 = 2000V H = 97,5% N1 = 160 vòng N2 = 1200 vòng R = 10W U3 = ? , P3 = ? , h = ? Các mối liên hệ cần xác lập: - Dòng điện đi từ máy phát điện xoay chiều đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp, ra ở cuộn thứ cấp máy biến áp và được truyền đến nơi tiêu thụ điện (sơ đồ tải điện như hình). - Tìm cường độ dòng điện do máy phát điện cung cấp: - Đối với máy biến áp, đề bài cho biết U1, N1, N2 Þ tìm được điện áp U2 giữa hai đầu cuộn thứ cấp máy biến áp dựa vào biểu thức: . - Dòng điện truyền từ máy phát điện đến máy biến áp có hiệu suất: Þ cường độ dòng điện I2 trong cuộn thứ cấp máy biến áp. - Dòng điện đến nơi tiêu thụ bằng dòng điện trong cuộn thứ cấp máy biến áp. - Khi dòng điện truyền từ cuộn thứ cấp máy biến áp đến nơi tiêu thụ thì bị tiêu hao một phần. Do đó, độ giảm áp trên đường dây là: Þ điện áp đến nơi tiêu thụ được tính bằng công thức . - Khi dòng điện truyền từ máy phát điện xoay chiều có công suất P1 qua máy biến áp đến nơi tiêu thụ có công suất P3 thì hiệu suất truyền tải là Þ ta cần tìm công suất nơi tiêu thụ P3 = U3.I2 Þ hiệu suất truyền tải HTT. Tiến trình hướng dẫn học sinh giải: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Mô tả sơ đồ truyền tải điện năng từ máy phát điện đến nơi tiêu thụ bằng sơ đồ như hình vẽ trên. - Dòng điện do máy phát điện xoay chiều cung cấp có cường độ là bao nhiêu? - Dựa vào giả thiết của đề bài, hãy tìm điện áp hiệu dụng U2 giữa hai đầu cuộn thứ cấp máy biến áp. - Hiệu suất của dòng điện khi truyền từ máy phát điện đến máy biến áp được tính bằng biểu thức nào? - Kết hợp (1) với dữ kiện đề bài, hãy tìm cường độ dòng điện I2 trong cuộn thứ cấp máy biến áp. - Dòng điện trong cuộn thứ cấp máy biến áp bằng dòng điện truyền đến nơi tiêu thụ. Khi dòng điện truyền từ cuộn thứ cấp máy biến áp đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn điện trở R thì bị tiêu hao một phần. Vậy độ giảm áp trên đường dây tải điện là bao nhiêu? Từ đó tìm điện áp U3 nơi tiêu thụ. - Khi dòng điện truyền từ máy phát điện xoay chiều có công suất P1 qua máy biến áp đến nơi tiêu thụ có công suất P3 thì hiệu suất truyền tải được tính thế nào? - Vậy công suất đến nơi tiêu thụ điện được tính thế nào? - Thay (3) vào (2) Þ hiệu suất truyền tải nơi tiêu thụ HTT. - Cường độ dòng điện do máy phát điện cung cấp: . - Từ công thức : - (1) - Từ (1) - Độ giảm áp trên đường dây tải điện là . Điện áp nơi tiêu thụ: - Hiệu suất truyền tải đến nơi tiêu thụ: (2) - (3) Bài giải: Cường độ dòng điện do máy phát điện cung cấp: A. Điện áp giữa hai đầu cuộn thứ cấp máy biến áp: V. Cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp: Vì A Độ giảm áp trên đường dây: V. Điện áp đến nơi tiêu thụ: V Công suất đến nơi tiêu thụ: W Hiệu suất truyền tải điện: . C. MỘT SỐ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM RÈN LUYỆN 1. ĐỀ BÀI: Điện áp đặt vào hai đầu một đoạn mạch R, L, C không phân nhánh. Điện áp hai đầu R là 80V, hai đầu L là 120V, hai bản tụ C là 60V. Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là: A. 260V B. 140V C. 100V D. 20V Một đoạn mạch điện xoay chiều không phân nhánh gồm R = 100W, cuộn dây thuần cảm H, tụ điện có điện dung C = 15,9 mF. Điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu đoạn mạch là (V). Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là : A. (A) B. (A) C. (A) D. (A) Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 100W, cuộn dây thuần cảm có cảm kháng bằng 100W, tụ điện có điện dung F mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu mạch điện một điện áp xoay chiều (V). Công suất tiêu thụ bởi đoạn mạch là: A. P = 200W B. P = 400W C. P = 100W D. P = 50W Một khung dây có N = 50 vòng, đường kính mỗi vòng là d = 20cm. Đặt khung dây trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10-4 T. Pháp tuyến của khung hợp với cảm ứng từ góc j. Giá trị cực đại của từ thông là: A. Fo = 0,012 (Wb). B. Fo = 0,012 (Wb). C. Fo = 6,28.10-4 (Wb). D. Fo = 0,05 (Wb). Mắc một cuộn dây hệ số tự cảm L có điện trở r = 100W, nối tiếp với tụ điện có điện dung 31,8mF. Điện áp ở hai đầu đoạn mạch có biểu thức là (V). Điều chỉnh L sao cho cường độ dòng điện đạt cực đại. Cường độ dòng điện hiệu dụng cực đại Imax là: A. 2A B. A C. 1A D. A Máy phát điện xoay chiều ba pha mắc sao, điện áp pha 127V, tần số 50Hz. Người ta đưa dòng điện vào tải ba pha mắc tam giác, đối xứng. Mỗi tải là cuộn dây có điện trở thuần r = 12W, độ tự cảm L = 51mH. Cường độ dòng điện đi qua các tải sẽ là: A. 6,35A B. 11A C. 12,63A D.4,54A Cho mạch điện R, L, C mắc nối tiếp. Cuộn dây thuần cảm, tụ điện có C thay đổi được. Điều chỉnh C để UC đạt giá trị cực đại thì ta sẽ có: A. uLC vuông pha với u. B. uRL vuông pha với u. C. uLC vuông pha với uRC. D. uRC vuông pha với u. Cho mạch điện gồm hai hộp kín 1 và 2. u2 trùng pha với i. Điện áp u1 nhanh pha so với u2. Chúng có giá trị hiệu dụng V. Góc lệch pha giữa điện áp u của toàn mạch so với i là : A. B. C. D. Mạch R, L, C nối tiếp có . Nếu cho R tăng 2 lần thì hệ số công suất của mạch A. tăng 2 lần B. Giảm 2 lần C. tăng bất kì D. không đổi Đặt một điện áp xoay chiều vào hai đầu cuộn dây thuần cảm có H thì cường độ dòng điện qua cuộn dây có biểu thức (A). Biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch là: A. (V). B. (V). C. (V). D. (V). Cho mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp, trong đó R thay đổi được. Cho H, F, điện hai đầu mạch giữ không đổi có biểu thức (V). Giá trị của R và công suất cực đại của mạch lần lượt là: A. R = 40W, P = 100W. B. R = 50W, P = 500W. C. R = 50W, P = 200W. D. R = 50W, P = 100W. Một máy biến áp một pha có số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là 2000 vòng và 100 vòng. Điện áp và cường độ hiệu dụng ở mạch sơ cấp là 120V – 0,8A. Bỏ qua mất mát điện năng thì điện áp hiệu dụng và công suất ở mạch thứ cấp là: A. 6V – 96W. B. 240V – 96W. C. 6V – 4,8W. D. 120V – 4,8W. Một khung dây có 200 vòng, diện tích mỗi vòng là 125cm2. Đặt khung dây trong từ trường có cảm ứng từ B = 0,4T. Lúc t = 0, vec-tơ pháp tuyến của khung hợp với góc . Cho khung dây quay đều quanh trục D ^ với vận tốc rad/s. Tính tần số và suất điện động hiệu dụng trong khung lúc s. A. f = 100Hz, E = 444(V). B. f = 50Hz, E = 222 (V). C. f = 50Hz, E = 444(V). D. f = 100Hz, E = 444 (V). Cho mạch xoay chiều R, L, C nối tiếp. - Khi nối tắt L (còn R nối tiếp C) thì thấy i nhanh pha hơn u một góc . - Khi R, L, C nối tiếp thì i chậm pha so với u một góc . Mối liên hệ giữa ZL và ZC là: A. ZL = 2ZC. B. ZC = 2ZL. C. ZL = ZC. D. không xác định được. Cho mạch điện như hình vẽ. R1 = ZL1 = 100W. X là hộp kín chỉ chứa một trong ba phần tử điện thuần R, L, C. Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch thì uAB nhanh pha hơn i một góc . X là phần tử điện có giá trị: A. R = 73,2W B. ZL = 73,2W C. ZC = 73,2W D. R = 6,8W Mạch điện gồm cuộn thuần cảm L = 0,318H nối tiếp biến trở Rx và nối tiếp với tụ điện C = 0,159.10-4F. Tần số dòng điện f = 50Hz. Để điện áp hai đầu RL là uRL vuông pha với điện áp hai đầu RC là uRC thì R có giá trị: A. 100W B. 141W C. 200W D. 284W Cho mạch điện không phân nhánh. R = 40W, cuộn dây có r = 20W và L = 0,0636H, tụ điện có điện dung thay đổi. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có f = 50Hz và U = 120V. Điều chỉnh C để điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại, giá trị đó bằng: A. 40V B. 80V C. 46,57V D. 56,57V Một động cơ không đồng bộ ba pha đấu hình sao vào mạng điện xoay chiều ba pha, có điện áp dây 380V. Động cơ có công suất 10 kW. Hệ số công suất 0,8. Cường độ dòng điện hiệu dụng đi qua mỗi cuộn dây có giá trị bao nhiêu? A. 18,94A B. 56,72A C. 45,36A D. 26,35A Cuộn thứ cấp của máy biến áp có 1500 vòng và dòng điện có f = 50Hz. Giá trị cực đại của từ thông trong lõi thép là 0,6 Wb. Chọn pha ban đầu bằng không. Biểu thức của suất điện động trong cuộn thứ cấp là: A. (V). B. (V). C. (V). D. (V). Cho đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp gồm R = 100W, cuộn dây thuần cảm có L = 0,318H. Tần số dòng điện f = 50Hz. Biết tổng trở của đoạn mạch bằng . Điện dung C của tụ điện có giá trị: A. 200 mF. B. 15,9 mF. C. 2/p mF. D. 1/p mF. Cho đoạn mạch R, L, C nối tiếp. Có và điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch là (V). Khi chỉ mắc R và C thì i nhanh pha so với u. Khi chỉ mắc L với R thì i chậm pha so với u. Biểu thức cường độ dòng điện khi mắc cả R, L, C là: A. (A). B. (A). C. (A). D. (A). Đặt điện áp (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm R, C và cuộn thuần cảm L mắc nối tiếp, L thay đổi được. Biết dung kháng của tụ điện bằng . Điều chỉnh L để điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại, khi đó: Điện áp giữa hai đầu điện trở lệch pha 30o so với điện áp hai đầu đoạn mạch. Điện áp giữa hai đầu tụ điện lệch pha 30o so với điện áp hai đầu đoạn mạch. Trong mạch có cộng hưởng điện. Điện áp giữa hai đầu cuộn cảm lệch pha 30o so với điện áp hai đầu đoạn mạch. Có ba phần tử R, cuộn thuần cảm có ZL = R và tụ điện ZC = R. Khi mắc nối tiếp chúng vào nguồn xoay chiều có điện áp hiệu dụng và tần số dòng điện không đổi thì công suất của mạch là 200W. Nếu giữ nguyên L và C, thay R bằng điện trở Ro = 2R thì công suất của mạch là bao nhiêu? A. P = 200W B. P = 400W C. P = 100W D. P = 50W Một máy phát điện xoay chiều gồm có 8 cặp cực, phần ứng gồm 22 cuộn dây mắc nối tiếp. Từ thông cực đại do phần cảm sinh ra đi qua mỗi cuộn dây có giá trị cực đại Wb. Rôto quay với tốc độ 375 vòng/phút. Suất điện động cực đại do máy có thể phát ra là: A. 110V B. V C. 220V D. V Cho mạch điện như hình vẽ. R1 = ZL1 = 20W. X là hộp kín chỉ chứa hai trong ba phần tử thuần R, L, C. Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch thì uAM vuông pha uMB. X là các phần tử điện có giá trị A. Chứa R và C, có R = 2ZC. B. Chứa R và C, có R = ZC. C. Chứa L và C, có ZL = 2ZC. D. Chứa L và C, có ZL = ZC. Cho mạch điện R, L, C nối tiếp có R = 30W, F, dòng điện trong mạch có tần số 50 Hz và chậm pha hơn điện áp hai đầu đoạn mạch là , khi đó ZL có giá trị A. 173W B. 117,3W C. 11,73W D. 17,3W Cho mạch điện như hình vẽ. Biết F , H, (V). Điện áp uAM chậm pha so với dòng điện qua mạch và dòng điện qua mạch chậm pha so với uMB. r và R có giá trị A. r = 25W và R = 100W. B. và . C. và . D. và . Cho mạch điện như hình vẽ. Cuộn dây có độ tự cảm H, điện trở thuần r = 100W. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp (V). Tính giá trị của C để vôn kế có giá trị lớn nhất và tìm giá trị lớn nhất đó của vôn kế. A. F và V. B. F và V. C. F và V. D. F và V. Một động cơ 200W-50V được mắc vào hai đầu cuộn thứ cấp của một máy hạ áp có tỉ số vòng dây của cuộn sơ cấp với thứ cấp là k = 4. Mất mát năng lượng trong máy biến áp là không đáng kể. Nếu động cơ hoạt động bình thường và cường độ hiệu dụng trong cuộn sơ cấp là 1,25A thì hệ số công suất của động cơ bằng A. 0,75 B. 0,8 C. 0,85 D. 0,9 Cho mạch điện gồm R, L, C nối tiếp. R thay đổi, H, F. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều (V). Công suất trên toàn mạch là P = 45W. Điện trở R có giá trị bằng bao nhiêu? A. R = 45W B. R = 60W C. R = 80W D. câu A hoặc C Cho mạch điện như hình vẽ. Biết R1 = 4W, F, R2 = 100W, H, f = 50Hz. Thay đổi giá trị C2 để điện áp uAE cùng phaa với uEB. Giá trị của C2 là: A. F B. F C. F D. F Một đoạn mạch xoay chiều gồm cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm H, mắc nối tiếp với một điện trở R = 20W. Dòng điện chạy qua đoạn mạch có biểu thức (A) thì biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch là: A. (V). B. (V). C. (V). D. (V). Máy biến áp có N1 = 250 vòng và N2 = 500 vòng. Cuộn sơ cấp là cuộn dây có r = 1W và ZL = 3W. Người ta đặt vào cuộn sơ cấp điện áp 110V thì điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở có giá trị bao nhiêu? A. 110V B. 208,8V C. 220V D. 104,4V Cho mạch điện như hình vẽ. Biết UAM = 5V, UMB = 25V, V. Hệ số công suất của mạch có giá trị: A. B. C. D. Cho mạch điện không phân nhánh. R = 100W, cuộn dây có độ tự cảm L = 0,318 H, f = 50Hz, tụ điện có điện dung thay đổi. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng V. Điều chỉnh C để mạch có cộng hưởng điện. Giá trị C và cường độ dòng điện khi đó là: A. C = 31,8mF và A. B. C = 31,8mF và A. C. C = 3,18mF và A. D. C = 63,6mF và I = 2A. Hai cuộn dây mắc nối tiếp có điện trở và độ tự cảm tương ứng R1, L1 và R2, L2. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp hiệu dụng U. Gọi U1 và U2 là điện áp hiệu dụng của các cuộn dây. Điều kiện để U = U1 + U2 là: A. L1.R1 = L2.R2 B. R1.R2 = L1.L2 C. L1.R2 = L2.R1 D. không cần điều kiện. Mạch điện xoay chiều gồm một cuộn dây mắc nối tiếp với tụ điện. Cuộn dây có điện trở r = 30W, độ tự cảm H, tụ điện có điện dung C. Biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch là (V). Với giá trị nào của C thì công suất tiêu thụ của mạch có giá trị cực đại và giá trị công suất cực đại bằng bao nhiêu? A. F và W. B. F và W. C. F và W. D. F và W. Cho mạch điện như hình vẽ. Điện áp hai đầu đoạn mạch là (V). X là hộp kín chứa cuộn thuần cảm hoặc tụ điện. RC là biến trở. Điều chỉnh RC = 40W thì thấy cường độ dòng điện i chậm pha so với điện áp hai đầu đoạn mạch. Phần tử điện trong X và giá trị của nó là: A. cuộn dây, có L = 0,127H. B. tụ điện, có C = 0,796.10-4F. C. cuộn dây, có L = 40mH. D. tụ điện, có C = 0,459.10-4. Cho mạch điện xoay chiều không phân nhánh. R = 100W, F, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi được. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp (V). Độ tự cảm L bằng bao nhiêu thì công suất tiêu thụ trong mạch là 100W. A. H B. H C. H D. H Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 100W, cuộn dây thuần cảm H, tụ điện xoay C, tần số dòng điện f = 50Hz. Điều chỉnh C để UCmax. Xác định giá trị C khi đó. A. F B. F C. F D. F Cho mạch điện có X, Y là hai hộp kín. Hộp X gồm hai phần tử điện mắc nối tiếp nhau, hộp Y có một phần tử điện. Các phần tử điện là thuần R, thuần L, C. Biết uX nhanh pha so với i, dòng điện i nhanh pha so với uY. Xác định các phần tử của mạch. A. X chứa cuộn cảm L và điện trở R, Y chứa tụ điện C. B. Y chứa tụ điện C, X chứa cuộn cảm L và tụ điện C. C. Y chứa cuộn cảm L, X chứa điện trở R và cuộn cảm L. D. Y chứa điện trở R, X chứa tụ điện C và cuộn cảm L. Cho đoạn mạch như hình vẽ, L thuần cảm, (V) và (A). Tìm số chỉ các vôn kế V1 và V2. A. 200V B. 100V C. 200V và 100V D. 100V và 200V Cho mạch điện xoay chiều gồm các phần tử điện R, L, C mắc nối tiếp. Điện áp giữa hai đầu mạch là (V), điện trở R thay đổi ; cuộn dây có Ro = 30W, H ; . Điều chỉnh R để công suất tiêu thụ của điện trở R đạt giá trị lớn nhất thì R và PR có giá trị là : A. R = 30W ; PR = 125W. B. R = 50W ; PR = 250W. C. R = 30W ; PR = 250W. D. R = 50W ; PR = 62,5W. Cho mạch điện xoay chiều AB như hình vẽ, (V), , H. Điều chỉnh tụ điện C để điện áp giữa A và F có giá trị lớn nhất thì C và UAF có giá trị bằng bao nhiêu? A. (F) ; UAF = 210V. B. (F) ; UAF = 250V. C. (F) ; UAF = 250V. D. (F) ; UAF = 210V. Một mạch điện AB gồm bóng đèn Đ nối tiếp với tụ điện C. UAB = 240V, f = 50Hz, đèn Đ ghi 120V – 60W. Tìm giá trị điện dung C của tụ điện để đèn Đ sáng bình thường. A. 7,7mF B. 28mF C. 8,2mF D. 12,5mF Mạch điện xoay chiều AB gồm R, L, C mắc nối tiếp. Điện áp (V). Biết H, F, R là biến trở. Khi R = R1 và R = R2 thì công suất mạch điện có cùng giá trị P = 576W. Khi đó R1 và R2 có giá trị là: A. R1 = 20W ; R2 = 25W. B. R1 = 10W ; R2 = 20W. C. R1 = 5W ; R2 = 25W. D. R1 = 20W ; R2 = 5W. Đặt vào hai đầu tụ điện C một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi U và tần số 60Hz thì cường độ hiệu dụng là 1A. Để cường độ hiệu dụng là 2A thì tần số dòng điện là: A. 30Hz B. 60Hz C. 120Hz D. 100Hz Hai máy phát điện xoay chiều một pha: máy thứ nhất có 2 cặp cực, rôto quay với tốc độ 1600 vòng/phút. Máy thứ hai có 4 cặp cực. Để tần số do hai máy phát ra như nhau thì rôto máy thứ hai quay với tốc độ là A. 800 vòng/phút. B. 400 vòng/phút. C. 3200 vòng/phút. D. 1600 vòng/phút. Cho đoạn mạch như hình vẽ. Điện áp hiệu dụng trên R, cuộn dây (L, r) và đoạn mạch AB lần lượt là 110V ; 130V ; 200V. Tìm Ur và UL. A. 50V ; 120V B. 25V ; 60V C. 120V ; 50V D. 50V ; 80V Đặt điện áp xoay chiều (V) có Uo không đổi và w thay đổi được vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C nối tiếp. Khi w = w1 hoặc w = w2 thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch có giá trị bằng nhau. Hệ thức đúng là: A. B. C. D. 2. ĐÁP ÁN 1C 2C 3A 4C 5D 6B 7B 8D 9D 10C 11D 12A 13B 14A 15B 16B 17D 18A 19C 20B 21C 22A 23C 24C 25B 26B 27B 28C 29B 30D 31D 32C 33B 34A 35A 36C 37C 38A 39C 40B 41B 42B 43D 44B 45A 46D 47C 48A 49A 50B 3. HƯỚNG DẪN GIẢI Bài 1. Điện áp ở hai đầu đoạn mạch: (V). Vậy chọn đáp án C. Bài 2. Cảm kháng: . Dung kháng: . Tổng trở: . (A) ; rad. rad. Vậy chọn đáp án C. Bài 3. Dung kháng: . ZL = ZC nên xảy ra cộng hưởng điện. Công suất của mạch là (W) . Vậy chọn đáp án A. Bài 4. (Wb). Vậy chọn đáp án C. Bài 5. Để dòng điện đạt cực đại thì trong mạch xảy ra cộng hưởng điện. Lúc đó: (A). Vậy chọn đáp án D. Bài 6. Cảm kháng các cuộn dây: . Tổng trở mỗi pha: . Điện áp hai đầu mỗi tải: (V). Cường độ dòng điện qua các tải:(A). Vậy chọn đáp án B. Bài 7. Điều chỉnh C để UC đạt giá trị cực đại thì: hay uRL vuông pha u. Vậy chọn đáp án B. Bài 8. Giản đồ Fre-nen như hình vẽ. u1 nhanh pha so với i; u2 trùng pha i. Vì U1 = U2 nên là đường chéo của hình thoi có mỗi cạnh V. Suy ra góc lệch pha giữa u so với i là . Vậy chọn đáp án D. Þ trong mạch có cộng hưởng điện nên hệ số công suất của mạch là 1. Do đó, khi tăng R lên 2 lần thì hệ số công suất vẫn không đổi. Vậy chọn đáp án D. , V. Trong mạch chỉ có cuộn cảm L thuần nên i chậm pha so với u. Biểu thức: (V) Vậy chọn đáp án C. Ta có: ; . . P lớn nhất khi nhỏ nhất. Theo bất đẳng thức Cô-si thì nhỏ nhất khi: . Công suất cực đại lúc đó có giá trị: W. Vậy chọn đáp án D. Điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp: V. Bỏ qua mất mát điện năng thì P2 = P1 = U1.I1 = 120.0,8 = 96W. Vậy chọn đáp án A. Ta có: Hz. (V). Vậy chọn đáp án B. Khi R nối tiếp C thì: . (1). Khi R, L, C nối tiếp thì: (2). Từ (1) và (2) Þ ZL = 2ZC. Vậy chọn đáp án A. Vì ZL1 = R1 =100W Þ góc lệch pha của điện áp hai đầu cuộn dây so với i là . Mà uAB nhanh pha hơn i một góc nên X phải chứa L. . Vậy chọn đáp án B. . Để điện áp uRL vuông pha uRC thì: . Vậy chọn đáp án B. Ta có: . Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây: Ud = I.Zd . Vì Zd không phụ thuộc vào sự thay đổi của C nên Ud đạt giá trị cực đại khi I = Imax . Suy ra trong mạch phải có cộng hưởng điện. Lúc đó: (A) ; . (V). Vậy chọn đáp án D. Điện áp pha: (V). Cường độ dòng điện qua mỗi cuộn dây là: (A). Vậy chọn đáp án A. Suất điện động cực đại trong cuộn thứ cấp: (V). Vì chọn j = 0 nên (V). Vậy chọn đáp án C. Ta có: . . (F) hay C = 15,9 mF. Vậy chọn đáp án B. Khi R nối tiếp C thì: . Khi R nối tiếp L thì: . Khi R, L, C nối tiếp thì xảy ra cộng hưởng điện (vì ZL = ZC). (A) ; u và i cùng pha nên rad. Vậy chọn đáp án C. ULmax (1) ; (2). Từ (1) và (2) Þ Ta có: . Þ Dòng điện lệch pha 30o so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch. Vì điện áp hai đầu điện trở đồng pha với dòng điện Þ điện áp giữa hai đầu điện trở lệch pha 30o so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch. Vậy chọn đáp án A. Vì ZL = ZC nên ở hai trường hợp đều xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện, công suất đều đạt cực đại. + Z1 = R , W. (1) + Z2 = 2R , (2) Từ (1) và (2) W. Vậy chọn đáp án C. Tần số dòng điện: Hz. Suất điện động cực đại của máy: (V). Vậy chọn đáp án C. uAM vuông pha uMB nên Þ uMB chậm pha so với i. Dó đó, X phải chứa R nối tiếp C. . Vậy chọn đáp án B. Ta có: . Do dòng điện chậm pha hơn điện áp hai đầu đoạn mạch nên mạch có tính cảm kháng: ZL > ZC. . Vậy chọn đáp án B. . . . . Vậy chọn đáp án B. Ta có: . . F. V. Vậy chọn đáp án C. Cường độ dòng điện chạy qua động cơ chính bằng cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp: I2 = kI1 = 4.1,25 = 5A. Hệ số công suất của động cơ: . Vậy chọn đáp án B. ; . Công suất tiêu thụ: Vậy chọn đáp án D. ; . F. Vậy chọn đáp án D. Ta có: . rad. (V). Vậy chọn đáp án C. Tổng trở cuộn sơ cấp: . Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây chính bằng điện áp ở hai đầu cuộn dây: . Ta có: (V). Khi cuộn dây sơ cấp để hở thì (V). Vậy chọn đáp án B. Vẽ giản đồ Fre-nen: Ta có: . Vậy chọn đáp án A. Cảm kháng: Mạch có cộng hưởng điện khi ZC = ZL = 100W. FmF. A. Vậy chọn đáp án A. Để U = U1 + U2 thì u1 và u2 phải đồng pha . Vậy chọn đáp án C. Công suất: Pmax Û F. W. Vậy chọn đáp án C. Dòng điện i chậm pha so với u nên thì X phải chứa cuộn thuần cảm L. Ta có: . H. Vậy chọn đáp án A. ; A. . Mà Vậy chọn đáp án C. Cảm kháng: . UCmax F. Vậy chọn đáp án B. Vì i nhanh pha so với uY, Y chứa một phần tử điện Þ Y chứa tụ điện. uX nhanh pha so với i, X chứa hai phần tử điện Þ X chứa cuộn dây thuần cảm và tụ điện. Vậy chọn đáp án B. Độ lệch pha của uAB so với i: rad. . Ta có: (V). Vậy chọn đáp án B. ; . PRmax Û min min (Vì 2Ro là hằng số). Theo bất đẳng thức Cô-si: min . . Vậy chọn đáp án D. Cảm kháng: UAFmax khi ZC = ZL = 400W (cộng hưởng điện) (F). (A). (V). Vậy chọn đáp án B. Đèn Đ sáng bình thường khi : - Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch bằng cường độ dòng điện định mức của đèn: A. - Điện áp giữa hai đầu bóng đèn bằng điện áp định mức của bóng đèn. V. . Điện dung của tụ điện: F. Vậy chọn đáp án A. ; . ; . Vậy chọn đáp án D. Ta có: (1) (2) Lập tỉ số Hz. Vậy chọn đáp án C. Khi f1 = f2 thì vòng/phút. Vậy chọn đáp án A. Ta có: (1) (2) Giải hệ phương trình (1) và (2) Þ Ur = 50V ; UL = 120V. Vậy chọn đáp án A. Khi w = w1 hoặc w = w2 thì cường độ dòng điện hiệu dụng bằng nhau: I1 = I2 (vì U không đổi). (loại) Vậy chọn đáp án B. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bùi Quang Hân, Giải Toán Vật Lý 12 Dòng Điện Và Sóng Điện Từ, NXB Giáo Dục, năm 1997. 2. Hà Văn Chính – Trần Nguyên Tường, Các Dạng Bài Tập Mạch Điện Xoay Chiều Không Phân Nhánh, NXB Đại Học Sư Phạm, năm 2007. 3. Lê Thị Quỳnh Anh, Đề Thi Tuyển Sinh Vào Đại Học và Cao Đẳng Môn Vật Lý, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 1999. 4. Lê Gia Thuận – Hồng Liên, Trắc Nghiệm Vật Lý Điện Xoay Chiều, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 2007. 5. Lê Văn Thông, Giải Toán Vật Lý Điện Xoay Chiều, NXB Trẻ, năm 2000. 6. Lê Văn Thông, Phân Loại và Phương Pháp Giải Bài Tập Vật Lý 12, NXB Trẻ, năm 1997. 7. Lê Văn Thông – Nguyễn Văn Thoại, Giải Bộ Đề Thi Tuyển Sinh Đại Học Theo Phương Pháp Chủ Đề Môn Vật Lý Cơ Học Điện Xoay Chiều, NXB Trẻ, năm 1994 8. Nguyễn Anh Thi, Phương Pháp Giải Toán Mạch Điện Xoay Chiều, NXB Giáo Dục, năm 2005. 9. Nguyễn Cảnh Hòe – Nguyễn Mạnh Tuấn, Phương Pháp Giải Toán Vật Lý 12 Theo Chủ Đề, NXB Giáo Dục Việt Nam, năm 2009. 10. Nguyễn Đức Thâm - Nguyễn Ngọc Hưng, Tổ Chức Hoạt Động Nhận Thức Cho Học Sinh Trong Dạy Học Vật Lý ở Trường Phổ Thông, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 1999. 11. Nguyễn Đức Thâm - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Xuân Quế, Phương Pháp Dạy Học Vật Lý Ở Trường Phổ Thông, NXB Đại Học Sư Phạm. 12. Nguyễn Quang Lạc, Rèn Luyện Kĩ Năng Giải Bài Tập Vật Lý THPT Dao Động và Sóng Điện Từ - Điện Xoay Chiều, NXB Giáo Dục Việt Nam, năm 2009. 13. Nguyễn Thế Khôi, Sách Giáo Khoa Vật Lý 12 Nâng Cao, NXB Giáo Dục, năm 2008. 14. Nguyễn Thế Khôi, Sách Giáo Viên Vật Lý 12 Nâng Cao, NXB Giáo Dục, năm 2008. 15. Nguyễn Tiến Bình, Hỏi Đáp Vật Lý 12, NXB Giáo Dục, năm 2008. 16. Mai Lễ, Chuyên Đề Phân Tích Chương Trình và Bài Tập Vật Lý Ở Trường PTTH, NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, năm 2000. 17. Phạm Hữu Tòng, Vận Dụng Các Phương Pháp Nhận Thức Khoa Học Trong Dạy Học Vật Lý, NXB Giáo Dục, năm 1999. 18. Phạm Thế Dân, 206 Bài Toán Điện Xoay Chiều, Dao Động và Sóng Điện Từ, NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, năm 2003. 19. Trần Ngọc – Trần Hoài Giang, Phương Pháp Giải Nhanh Các Dạng Bài Tập Vật Lý Trọng Tâm, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 2008. 20. Trần Nguyên Tường, Phương Pháp Giải Các Dạng Bài Tập Trắc Nghiệm Vật Lý Điện Xoay Chiều – Sóng Điện Từ, NXB Hải Phòng, năm 2007. 21. Trần Quang Phú – Huỳnh Thị Sang, Tuyển Tập 351 Bài Toán Vật Lý 12, NXB Trẻ, năm 1993. 22. Trần Văn Dũng, Câu Hỏi Lý Thuyết Vật Lý và Những Suy Luận Có Lí, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, năm 2003. 23. Vũ Thanh Khiết, Giải Các Bài Toán Vật Lý Sơ Cấp Tập 1, NXB Hà Nội, năm 2002. 24. Ban Giảng Viên Nguồn Sáng, Lý Thyết – Bài Tập – Trắc Nghiệm Vật Lý 12 Tập 1 Cơ - Điện, NXB Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh. 25. Một số luận văn khác.