Chuyên đề Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, tụ điện hoặc cuộn dây thuần cảm

CHỦ ĐỀ II. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG ĐOẠN MẠCH CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN, TỤ ĐIỆN HOẶC CUỘN DÂY THUẦN CẢM A. TÓM TẮT KIẾN THỨC CĂN BẢN Đoạn mạch chỉ có R điện trở thuần R Đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L Đoạn mạch chỉ có tụ điện có điện dung C Sơ đồ mạch L - Dung kháng , đơn vị Ôm (Ω) C - Điện trở R, đơn vị Ôm (Ω) - Điện áp giữa hai đầu điện trở thuần biến thiên điều hoà cùng pha với dòng điện. Đặc điểm - Cảm kháng ZL = ωL, đơn vị Ôm (Ω) - Điện áp giữa hai đầu cuộn dây thuần cảm biến thiên điều hoà sớm pha hơn dòng điện góc . Giản đồ vectơ : (+) hoặc (+) (+) Giản đồ vectơ : hoặc (+) - Điện áp giữa hai đầu tụ điện biến thiên điều hoà trễ pha hơn dòng điện góc . (+) Giản đồ vectơ : (+) hoặc Định luật Ôm hoặc hoặc hoặc B. MỘT SỐ BÀI TẬP Bài 1 : Đặt điện áp xoay chiều , t tính bằng giây (s), vào hai đầu điện trở thuần R = 110 Ω. Viết biểu thức cường độ dòng điện chạy qua điện trở thuần R. Bài giải : Biên độ dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở thuần R là : A Dòng điện chạy qua điện trở thuần R biến đổi điều hoà cùng tần số và cùng pha với điện áp xoay chiều giữa hai đầu của nó nên biểu thức của dòng điện qua điện trở thuần R là : , t tính bằng giây (s) Bài 2 : Biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều chạy qua một điện trở thuần R là , t tính bằng giây (s). Hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai dầu điện trở thuần đo đuợc bằng vôn kế xoay chiều là U = 150 V. Xác định R. b) Viết biểu thức điện áp giữa hai đầu điện trở thuần R. Bài giải : Điện trở thuần R được xác định từ định luật Ôm : Ω b) Biên độ của điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở thuần R là : V Điện áp giữa hai đầu điện trở thuần R biến đổi điều hoà cùng tần số và cùng pha với dòng điện chạy qua nó nên biểu thức điện áp giữa hai đầu điện trở thuần R là : , t tính bằng giây (s) Bài 3 : Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm là , t tính bằng giây (s). Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều chạy trong đoạn mạch đo được bằng ampe kế xoay chiều là I = 2 A. a) Xác định độ tự cảm L của cuộn dây. b) Viết biểu thức cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây. c) Tính cường độ dòng điện qua cuộn dây vào thời điểm s. Bài giải : a) Cảm kháng của cuộn dây thuần cảm này là : Ω Độ tự cảm của cuộn dây thuần cảm này là : H μH b) Biên độ của dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây thuần cảm là : A Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây thuần cảm biến đổi điều hoà cùng tần số và trễ pha góc so với điện áp giữa hai đầu của nó nên biểu thức cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây thuần cảm là : , t tính bằng giây (s) c) Cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây vào thời điểm s là : A Bài 4 : Dòng điện xoay chiều chạy qua một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm H có biểu thức , t tính bằng giây (s). Viết biểu thức điện áp giữa hai đầu cuộn dây thuần cảm này. Tính điện áp giữa hai đầu cuộn dây vào thời điểm s. Bài giải : a) Cảm kháng của cuộn dây thuần cảm này là : Ω Biên độ của điện áp xoay chiều giữa hai đầu cuộn dây thuần cảm là : V Điện áp xoay chiều giữa hai đầu cuộn dây thuần cảm biến đổi điều hoà cùng tần số và sớm pha góc so với dòng điện chạy qua nó nên biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu cuộn dây thuần cảm là : , t tính bằng giây (s) Vào thời điểm s thì điện áp giữa hai đầu cuộn dây là : V V Bài 5 : Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch chỉ có tụ điện là , t tính bằng giây (s). Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều chạy trong mạch đo được bằng ampe kế xoay chiều là I = 2 A. a) Xác định điện dung C của tụ điện. b) Viết biểu thức cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch này. Bài giải : a) Dung kháng của tụ điện này là : Ω Điện dung của tụ điện này là : F μF b) Biên độ dòng điện chạy qua đoạn mạch này là : A Dòng điện chạy qua tụ điện biến đổi điều hoà cùng tần số và sớm pha góc so với điện áp giữa hai đầu của nó nên biểu thức cường độ dòng chạy qua đoạn mạch này là : , t tính bằng giây (s) Bài 6 : Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch chỉ chứa tụ điện có điện dung F là , t tính bằng giây (s). Viết biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch này. Bài giải : Dung kháng của tụ điện là : Ω Biên độ của điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch là : V Điện áp xoay chiều giữa hai đầu tụ điện biến đổi điều hoà cùng tần số và trễ pha góc so với dòng điện chạy qua nó nên biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch này là : , t tính bằng giây (s) i, u t i (t) u (t) 0 Bài 7 : Một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa một trong ba phần tử điện : điện trở thuần, cuộn dây thuần cảm, tụ điện. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự biến đổi theo thời gian của điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch điện đó. Đoạn mạch điện này chứa phần tử điện nào ? Bài giải : Dựa vào đồ thị ta thấy u (t) và i (t) biến đổi điều hoà với cùng chu kì hay u (t) và i (t) biến đổi điều hoà với cùng tần số. Ta thấy lúc t = 0 thì i = 0 và sau đó i tăng nên pha ban đầu của i là , còn lúc t = 0 thì u = U0 (giá trị cực đại) nên pha ban đầu của u là . Như vậy, điện áp u (t) sớm pha hơn dòng điện i (t) góc . Do đó, đoạn mạch này chứa cuộn dây thuần cảm. C. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu 1: Chọn phát biểu đúng khi nói về đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R. A. Dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở luôn có pha ban ban đầu bằng không. B. Dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở luôn cùng pha với điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở. C. Nếu điện áp ở hai đầu điện trở có biểu thức dạng thì biểu thức cường độ dòng điện chạy qua điện trở R có dạng . D. Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở, điện áp cực đại giữa hai đầu điện trở và điện trở R liên hệ với nhau bởi hệ thức . Câu 2: Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R một điện áp xoay chiều có biểu thức thì cường độ dòng điện chạy qua điện trở có biểu thức , trong đó và được xác định bởi các hệ thức tương ứng là A. và . B. và . C. và . D. và . Câu 3: Trong một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R, cường độ dòng điện chạy qua điện trở có biểu thức . Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở thuần R là A. với và . B. với và . C. với và . D. với và . Câu 4: Đoạn mạch điện xoay chiều gồm hai điện trở thuần R1 = 20 Ω và R2 = 40 Ω mắc nối tiếp với nhau. Đặt vào giữa hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có biểu thức , t tính bằng giây (s). Kết luận nào sau đây là không đúng ? A. Dòng điện xoay chiều chạy qua hai điện trở thuần cùng pha với nhau. B. Dòng điện xoay chiều chạy qua hai điện trở thuần có cùng cường độ hiệu dụng I = 2 A. C. Dòng điện xoay chiều chạy qua hai điện trở thuần có biểu thức . D. Dòng điện xoay chiều chạy qua hai điện trở thuần R1 và R2 có cường độ cực đại lần lượt là I01 = A và I02 = A. Câu 5: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có điện trở thuần R = 220 Ω một điện áp xoay chiều có biểu thức , tính bằng giây (s). Biểu thức cường độ dòng điện chạy qua điện trở thuần R là A. . B. . C. . D. . Câu 6: Đoạn mạch điện xoay chiều gồm hai điện trở thuần R1 = 60 Ω và R2 = 90 Ω mắc song song với nhau. Đặt vào giữa hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có biểu thức , tính bằng giây (s). Kết luận nào sau đây là không đúng ? A. Dòng điện xoay chiều chạy qua hai điện trở cùng pha với nhau và cùng pha với điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch. B. Dòng điện xoay chiều chạy qua hai điện trở R1 và R2 có cường độ hiệu dụng lần lượt là I1 = 3 A và I2 = 2 A. C. Dòng điện xoay chiều chạy qua hai điện trở có cùng biểu thức tức thời là . D. Dòng điện xoay chiều chạy qua hai điện trở và có cường độ cực đại lần lượt là I01 = A và I02 = A. Câu 7: Biểu thức cường độ của dòng điện xoay chiều chạy qua một điện trở thuần R = 110 Ω là , tính bằng giây (s). Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở là A. . B. . C. . D. . Câu 8: Hai bóng đèn điện như nhau có cùng số ghi 110 V – 75 W được mắc nối tiếp nhau rồi mắc vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U = 220 V và tần số f = 50 Hz. Xem dây tóc bóng đèn chỉ có tác dụng như một điện trở thuần. Chọn gốc thời gian là lúc dòng điện qua hai bóng đèn có cường độ tức thời cực đại. Biểu thức cường độ tức thời của dòng điện xoay chiều chạy qua hai bóng đèn là A. . B. . C. . D. . Câu 9: Hai bóng đèn điện như nhau có cùng số ghi 220 V – 25 W được mắc song song nhau rồi mắc vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U = 220 V và tần số f = 50 Hz. Xem dây tóc bóng đèn chỉ có tác dụng như một điện trở thuần. Chọn gốc thời gian là lúc dòng điện qua hai bóng đèn có cường độ tức thời cực đại. Biểu thức cường độ tức thời của dòng điện xoay chiều chạy qua mỗi bóng đèn là A. . B. . C. . D. . Câu 10: Một bóng đèn điện có ghi 220 V – 100 W được dùng với dòng điện xoay chiều tần số f = 50 Hz. Xem dây tóc bóng đèn chỉ có tác dụng như một điện trở thuần. Cho biết đèn sáng bình thường. Chọn gốc thời gian là lúc điện áp tức thời giữa hai đầu bóng đèn bằng không và ngay sau đó thì điện áp tức thời có giá trị dương. Biểu thức cường độ tức thời của dòng điện xoay chiều chạy qua bóng đèn là A. . B. . C. . D. . Câu 11: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về đặc điểm của cuộn dây thuần cảm ? A. Cuộn dây thuần cảm cho dòng điện một chiều đi qua nhưng không cho dòng điện xoay chiều đi qua. B. Cuộn dây thuần cảm cho dòng điện xoay chiều đi qua nên nó không có tính cản trở dòng điện xoay chiều. C. Cuộn dây thuần cảm có cản trở dòng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều có tần số càng lớn thì bị cản trở càng ít. D. Cuộn dây thuần cảm có cản trở dòng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều có tần số càng lớn thì bị cản trở càng nhiều. Câu 12: Đặt một điện áp xoay chiều hình sin vào hai đầu một đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm. Nếu độ tự cảm của cuộn dây không đổi thì cảm kháng của cuộn dây A. lớn khi tần số của dòng điện nhỏ. B. nhỏ khi tần số của dòng điện lớn. C. lớn khi tần số của dòng điện lớn. D. không phụ thuộc tần số của dòng điện. Câu 13: Sự phụ thuộc của cảm kháng ZL của cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L không đổi vào tần số f của dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua cuộn dây được diễn tả bởi đồ thị ở hình nào sau đây là đúng ? ZL f 0 ZL f 0 ZL f 0 ZL f 0 Hình 1 Hình 2 Hình 3 Hình 4 A. Hình 1. B. Hình 2. C. Hình 3. D. Hình 4. Câu 14: So với điện áp, dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm sẽ biến đổi điều hoà A. sớm pha hơn một góc . B. trễ pha hơn một góc . C. sớm pha hơn một góc . D. trễ pha hơn một góc . Câu 15: Trong đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L, điện áp giữa hai đầu cuộn dây có biểu thức thì cường độ điện chạy qua đoạn mạch có biểu thức , trong đó và được xác định bởi các hệ thức A. và . B. và . C. và . D. và . Câu 16: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm một điện áp xoay chiều có biểu thức thì dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức A. . B. . C. . D. . Câu 17: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm H một điện áp xoay chiều có biểu thức , tính bằng giây (s). Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức A. . B. . C. . D. . Câu 18: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm H một điện áp xoay chiều có biểu thức , tính bằng giây (s). Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức A. . B. . C. . D. . Câu 19: Dòng điện xoay chiều chạy qua một đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm H có biểu thức , tính bằng giây (s). Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch này là A. . B. . C. . D. . Câu 20: Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm là , t tính bằng giây (s). Mắc ampe kế xoay chiều nối tiếp vào đoạn mạch thì ampe kế chỉ 2 A. Độ tự cảm của cuộn dây này là A. L ≈ 225 H. B. L ≈ 70,7 H. C. L ≈ 225 mH. D. L ≈ 70,7 mH. Câu 21: Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về đặc điểm của tụ điện ? A. Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua nhưng cho dòng điện xoay chiều “đi qua”. B. Tụ điện cho dòng điện xoay chiều “đi qua” nên nó không có tính cản trở dòng điện xoay chiều. C. Tụ điện có cản trở dòng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều có tần số càng lớn thì bị cản trở càng ít. D. Tụ điện có cản trở dòng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều có tần số càng nhỏ thì bị cản trở càng nhiều. Câu 22: Đặt một điện áp xoay chiều hình sin vào hai đầu một đoạn mạch chỉ có tụ điện. Nếu điện dung của tụ điện không đổi thì dung kháng của tụ điện A. lớn khi tần số của dòng điện lớn. B. nhỏ khi tần số của dòng điện lớn. C. nhỏ khi tần số của dòng điện nhỏ. D. không phụ thuộc tần số của dòng điện. Câu 23: Xét công thức tính dung kháng ZC của tụ điện có điện dung C không đổi với dòng điện xoay chiều có tần số f thay đổi được : . Nếu đặt và thì đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của y theo x có dạng nào dưới đây ? y x 0 y x 0 y x 0 y x 0 Hình 1 Hình 2 Hình 3 Hình 4 A. Hình 1. B. Hình 2. C. Hình 3. D. Hình 4. Câu 24: So với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch, dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chỉ có tụ điện biến đổi điều hoà A. sớm pha hơn một góc . B. trễ pha hơn một góc . C. sớm pha hơn một góc . D. trễ pha hơn một góc . Câu 25: Đặt vào hai đầu một tụ điện một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U không đổi và tần số 50 Hz thì cường độ hiệu dụng qua tụ là 2 A. Để cường độ hiệu dụng qua tụ bằng 1 A  thì tần số dòng điện là A. 25 Hz. B. 50 Hz. C. 100 Hz. D. 200 Hz. Câu 26: Trong đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện có điện dung C, điện áp giữa hai đầu tụ điện có biểu thức thì cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch có biểu thức , trong đó và được xác định bởi các hệ thức A. và . B. và . C. và . D. và . Câu 27: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có tụ điện có điện dung C một điện áp xoay chiều có biểu thức thì dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức A. . B. . C. . D. . Câu 28: Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ chứa tụ điện là , t tính bằng giây (s). Dòng điện chạy qua đoạn mạch có cường độ hiệu dụng I = 2 A. Điện dung C của tụ điện này là A. C ≈ 25,5 F. B. C ≈ 25,5 μF. C. C ≈ 125 F. D. C ≈ 125 μF. Câu 29: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có tụ điện có điện dung F một điện áp xoay chiều có biểu thức , tính bằng giây (s). Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức A. . B. . C. . D. . Câu 30: Đặt vào giữa hai đầu một đoạn mạch điện chỉ có tụ điện có điện dung F một điện áp xoay chiều có biểu thức , tính bằng giây (s). Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức A. . B. . C. . D. . Câu 31: Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chỉ có tụ điện có điện dung F có biểu thức , tính bằng giây (s). Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu tụ điện là A. . B. . C. . D. . Câu 32: Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một tụ điện có điện dung F mắc nối tiếp với một tụ điện có điện dung F. Dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch có biểu thức , tính bằng giây (s). Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch là A. . B. . C. . D. .