Các Mạch Điện Xoay Chiều: Lý Thuyết Và Bài Tập Trắc Nghiệm (Có Đáp Án)

Tác giả Cô Hiền Trần 14:25 30/11/2023 94,666 Tag Lớp 12

Các mạch điện xoay chiều là nền tảng quan trọng trong chương trình Vật lý 12. Do đó các em cần nắm chắc lý thuyết kết hợp với làm bài tập nhằm đạt được kết quả cao. VUIHOC sẽ cung cấp đến bạn những lý thuyết trọng tâm cùng một số dạng bài tập luyện tập trong bài viết dưới đây nhé!

Các Mạch Điện Xoay Chiều: Lý Thuyết Và Bài Tập Trắc Nghiệm (Có Đáp Án)

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

1. Độ lệch pha giữa hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I

Ta có hiệu điện thế U và cường độ điện I có mối liên hệ như sau:

$i=I_{0}.cos\omega t \rightarrow u=U_{0}cos(\omega t+ \varphi)$
$\varphi =\varphi _{u}-i$: độ lệch pha giữa u và i
Ta có:

$\varphi >0$: u sớm pha so với i.
$\varphi <0$: u trễ pha so với i.
$\varphi =0$: u cùng pha với i.

2. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở R

2.1. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

Các mạch điện xoay chiều ba pha gồm nguồn điện, đường dây và các tải ba pha

Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều

$u=U_{0}cos\omega t$

→ $i=\frac{u}{R}=\frac{U_{0}}{R}cos\omega t=\frac{U}{R}.2cos\\omega t$

→ $i=I_{0}cos\omega t$

→ $i=I\sqrt{2}cos\omega t$

2.2. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

Định luật: Điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch là cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều.

$I=\frac{U}{R}$

Nhân xét: U_R cùng pha với i khi cường độ tức thời trong mạch cùng pha với điện áp tức thời hai đầu mạch.

3. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

3.1. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

Dòng điện xoay chiều được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều - Các mạch điện xoay chiều

Giữa hai bản của tụ điện, điện áp u

$u=U_{0}cos\omega t=U\sqrt{2}cos\omega t$

Bản bên trái của tụ điện có điện tích

$q=C.u=C.U.\sqrt{2}cos\omega t$

Dòng điện có chiều như hình vẽ tại điểm t, điện tích tụ tăng. Điện tích trên bảng tăng $\Delta q$, sau khoảng thời gian $\Delta t$

→ $i=\frac{\Delta q}{\Delta t}$

Với $\Delta q, \Delta t \rightarrow 0$ suy ra $i=\frac{dq}{dt}q=-\omega C.U.\sqrt{2}sin\omega t$

$\Leftrightarrow i=\omega C.U.\sqrt{2}cos(\omega t+\frac{\pi}{2})$

Có: $I=U\omega C\rightarrow i=I.\sqrt{2}cos(\omega t); u=U.\sqrt{2}cos(\omega t-\frac{\pi}{2})$

Thêm vào đó $Z_{C}=\frac{1}{\omega_{C}}\rightarrow I=\frac{U}{Z_{C}}$

Dung kháng của mạch là Z_C, $\Omega$ là đơn vị

Nắm trọn bí kíp giải mọi dạng bài tập về mạch điện xoay chiều ngay

3.2. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

Ta có định luật:

Tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch cũng như dung kháng của mạch là cường độ hiệu dụng ở trong mạch điện xoay chiều.

$I=\frac{U}{Z_{C}}$

3.3. So sánh pha dao động của uC và i

So với U_C i sớm pha $\frac{\pi}{2}$ hay còn được coi là U_Ctrễ pha so với i

3.4. Ý nghĩa của dung kháng

Đại lượng biểu hiện cho sự cản trở của dòng điện xoay chiều của tụ điện là Z_C.
Dòng điện xoay chiều có tần số cao(còn gọi là cao tần) chuyển qua tụ điện dễ dàng hơn so với dòng điện xoay chiều có tần số thấp.
Z_C sẽ làm cho i sớm pha $\frac{\pi}{2}$ đối với U_C.

4. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

4.1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều

Cuộn cảm có điện trở không đáng kể khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm và xảy ra hiện tượng tự cảm là cuộn cảm thuần.
Từ thông tự cảm, dòng điện chạy qua cuộn cảm: $\varphi=Li$: độ tự cảm của cuộn cảm là L
Suất điện động tự cảm, i là dòng điện xoay chiều là: $e=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}$
$e=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}$, khi $\Delta t \rightarrow 0$

>> Xem thêm bài viết: Hiện tượng tự cảm là gì? Công thức và bài tập tự cảm

4.2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

Các mạch điện xoay chiều

Đặt i trong mạch sẽ là $i=I\sqrt{2}cos\omega t$, được đặt vào một điện áp xoay chiều vào hai đầu L
Hai đầu cuộn cảm thuần có điện áp tức thời là:

$u=L\frac{di}{dt}=-\omega L.I.\sqrt{2}sin\omega t$

→ $u=\omega L.I.\sqrt{2}cos(\omega t+frac{\pi}{2})$

→ $u=\omega L.I$

Từ đó có $I=\frac{U}{\omega L}$

Lại có $Z_{L}=\omega_{L}\rightarrow I=\frac{U}{Z_{L}}$

Cảm kháng của mạch là Z_L, đơn vị $\Omega$.

4.3. Định luật Ohm trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

Cường đồ hiệu dụng có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch trong mạch điện xoay chiều có cuộn cảm thuần.

$I=\frac{U}{Z_{L}}$

4.4. So sánh pha dao động của uL và i

So với U_L, i trễ pha $\frac{\pi}{2}$, và so với i U_L sớm pha $\frac{\pi}{2}$

4.5. Ý nghĩa của cảm kháng

Sự cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm là Z_L: đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện.
Cuộn cảm L lớn sẽ cản trở nhiều đối với dòng điện xoay chiều, đặc biệt với dòng điện xoay chiều cao tần.
Khi i trễ pha $\frac{\pi}{2}$ so với u là do Z_L .

5. Một số bài tập trắc nghiệm về các mạch điện xoay chiều (có đáp án)

Sau đây là một số câu trắc nghiệm giúp các em luyện tập đầy đủ nhất về tất cả các dạng của mạch điện xoay chiều, các em học sinh tham khảo và luyện tập thêm.

Câu 1:

Điện trở thuần R = 100$\Omega$, là điện áp giữa hai đầu của một mạch điện xoay chiều với biểu thức $u=200\sqrt{2}cos(100\pi t+\frac{\pi}{4})(V)$. Cường độ của dòng điện là

A. $i=\sqrt{2}cos(200\pi t+\frac{\pi}{2}) (A)$

B. $i=\sqrt{2}cos(100\pi t+\frac{\pi}{2}) (A)$

C. $i=2\sqrt{2}cos(100\pi t+\frac{\pi}{2}) (A)$

D. $i=2\sqrt{2}cos(100\pi t+\frac{\pi}{4}) (A)$

Câu 2:

Điện dụng $C=\frac{10^{-4}}{\pi}(F)$, điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều và biểu thức là $u=100\sqrt{2}cos(100\pi t)(V)$. Cường độ dòng điện của trong mạch là:

A. $i=2\sqrt{2}cos(100\pi t+\frac{\pi}{2})(A)$

B. $i=\sqrt{2}cos(100\pi t+\frac{\pi}{2})(A)$

C. $i=2\sqrt{2}cos(100\pi t-\frac{\pi}{2})(A)$

D. $i=2\sqrt{2}cos(200\pi t+\frac{\pi}{2})(A)$

Câu 3:

$u=U_{0}cos2\pi ft (U_{0})$ giữ nguyên còn f sẽ thay đổi được đặt vào hai đầu mạch có tụ điện. Chọn phát biểu đúng sau:

A. So với cường độ dòng điện trong đoạn mạch, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch sớm pha $\frac{\pi}{2}$

B. Khi tần số f càng lớn khi cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch.

C. Tần số f càng lớn thì dung kháng của tụ điện càng lớn.

D. Tần số f không đổi khi cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch.

Câu 4:

Có $u=100\sqrt{2}cos(100\pi t)(V)$ là giữa hai đầu của cuộn cảm thuần là điện áp.

Với I = 5A trong cường độ hiệu dụng, chọn biểu đồ đúng:

A. $i=5\sqrt{2}cos(100\pi t-\frac{\pi}{2})(A)$

B. $i=5cos(100\pi t-\frac{\pi}{2})(A)$

C. $i=5\sqrt{2}cos(200\pi t-\frac{\pi}{2})(A)$

D. $i=5\sqrt{2}cos(100\pi t+\frac{\pi}{2})(A)$

Câu 5:

Khi có điện trở R trong đoạn mạch thì sẽ:

A. Sự cộng hưởng điện trong mạch

B. Tuân theo định luận Ôm là I và U

C. Hiệu điện thế muộn pha hơn cường độ dòng điện

D. Hiệu điện thế sẽ sớm hơn cường độ dòng điện

Câu 6:

Ta có $u=U_{o}cos(100\pi t-\frac{\pi}{6}) s$ được tính bằng t vào tụ điện có điện dung $\frac{1}{5} mF$. Cường độ dòng điện trong mạch là 3,0 A, ở thời điểm điện áp giữa hai đầu tụ điện là 200 V. Ta có biểu thức:

A. $i=5cos(100\pi t+\frac{\pi}{3})A$

B. $i=cos(100\pi t+\frac{\pi}{3})A$

C. $i=5cos(100\pi t-\frac{\pi}{6})A$

D. $i=cos(100\pi t-\frac{\pi}{6})A$

Câu 7:

Điện trở thuần R = 40W là mạch điện xoay chiều, hệ số tự cảm $L = \frac{0,8}{\pi}(H)$ là một cuộn thuần cảm và tụ điện dung $C=\frac{2}{\pi}.10^{-4}F$ mắc nối tiếp. Ta có $i=3cos(100\pi t)(A)$ là dòng điện qua mạch. Toàn mạch có tổng trở là:

A. 30 $\Omega$

B. 40 $\Omega$

C. 50 $\Omega$

D. 60 $\Omega$

Câu 8:

Ta có điện trở thuần R = 80W là mạch điện xoay chiều, độ tự cảm L = 64mH và điện dung C = 40$\mu$F. f là tần số dòng điện bằng 50 Hz. Tổng đoạn mạch tổng trở là:

A. 50 $\Omega$

B. 80 $\Omega$

C. 100 $\Omega$

D. 90 $\Omega$

Câu 9:

$R=100\sqrt{3}$ W trong mạch điện không phân nhánh, có tụ điện $C=\frac{10^{-4}}{2p}(F)$ ở cuộn dây thuần cảm L. Điện thể $u=100\sqrt{2}cos100p$, đặt 2 đầu mạch điện. Có hiệu điện thế U_LC= 50V, có hiệu điện thế chậm pha hơn dòng điện. Giá trị của L sẽ là:

A. 0,001H

B. 0,420H

C. 0,324H

D. 0,318H

Câu 10:

Ta có $u=u_{0} cos(120\pi t+\frac{\pi}{3})V$ và độ tự cảm $L=\frac{1}{6\pi}H$ vào hai đầu cuộn cảm thuần. Điện áp giữa hai đầu cuộn cảm $40\sqrt{2}$ thì có 1A là cường độ dòng điện. Ta có dòng điện qua cuộn cảm là:

A. $i=3\sqrt{2}cos(120\pi t-\frac{\pi}{6})(A)$

B. $i=3cos(120\pi t-\frac{\pi}{6})(A)$

C. $i=2\sqrt{2}cos(120\pi t-\frac{\pi}{6})(A)$

D. $i=2cos(120\pi t+\frac{\pi}{6})(A)$

Đáp án:

D	B	B	A	B
A	C	C	D	B

Để giúp các em học sinh thành thạo lý thuyết về các mạch điện xoay chiều và ứng dụng vào các bài tập, bài giảng sau đây thầy Nguyễn Huy Tiến sẽ cùng trao đổi với chúng ta một công cụ toán học hữu ích giúp xử lí các bài toán ở mức độ vận dụng – vận dụng cao. Đó là “sử dụng giản đồ vecto để giải bài toán về dòng điện xoay chiều”. Để làm được dạng bài này các em cần vẽ được giản đồ vecto và vận dụng linh hoạt các công thức toán học. Các em cùng chú ý theo dõi bài giảng nhé!

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Trên đây toàn bộ thông tin về các mạch điện xoay chiều thuộc chương trình Vật Lý 12 mà VUIHOC chia sẻ với các bạn học sinh. Hy vọng rằng, sau bài viết này, các bạn có thể nắm vững hơn phần kiến thức này và thành thạo các dạng bài tập phục vụ cho quá trình ôn thi tốt nghiệp THPT môn Vật Lý sắp tới. Để có thêm những kiến thức bổ ích về môn Vật lý, các em hãy truy cập Vuihoc.vn ngay bây giờ nhé!

Bài viết tham khảo thêm:

Lý thuyết dòng điện xoay chiều

Lý thuyết hệ số công suất