Cách viết biểu thức Cường độ dòng điện, hiệu điện thế trong Dòng điện xoay chiều hay, chi tiết - Vật Lí lớp 12

Cách viết biểu thức Cường độ dòng điện, hiệu điện thế trong Dòng điện xoay chiều hay, chi tiết

Với Cách viết biểu thức Cường độ dòng điện, hiệu điện thế trong Dòng điện xoay chiều hay, chi tiết Vật Lí lớp 12 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập viết biểu thức Cường độ dòng điện, hiệu điện thế trong Dòng điện xoay chiều từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 12.

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Để viết biểu thức cần xác định:

- Biên độ, tần số, pha ban đầu

- Viết u_R, u_L, u_C, u_RL, u_RC, u_LC,... ta tìm pha của i hoặc viết biểu thức của i trước rồi sử dụng độ lệch pha của u_R, u_L, u_C, u_RL, u_RC, u_LC,... so với i để suy ra biểu thức

Chú ý:

- Phương trình u và i: i = I_ocos(ωt + φ_i) và u = U_ocos(ωt + φ_u).

Z_L > Z_C thì u nhanh pha hơn i

Z_L < Z_C thì u chậm pha hơn i.

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Khi đặt hiệu điện thế u = 120√2cos100πt (V) vào 2 đầu đoạn mạch nối tiếp gồm điện trở 150Ω , tụ điện có điện dung 200μ/π F và cuộn cảm thuần có độ tự cảm 2/π H . Biểu thức cường độ dòng điện trong đoạn mạch là:

Hướng dẫn:

Cường độ dòng điện cực đại:

Độ lệch pha giữa u và i:

Suy ra phương trình:

Đáp án D

Ví dụ 2: Đặt điện áp u = 100cos(100πt) (V) vào 2 đầu mạch điện RLC nối tiếp. Điện trở R = 50√3Ω , L là cuộn dây thuần cảm có L = 1/π H , điện dung C = 10^-3/5π F , viết biểu thức điện áp 2 đầu RC.

Hướng dẫn:

    + Cảm kháng: Z_L = ωL = 100Ω, dung kháng: Z_C = 1/ ωC = 50Ω .

Tổng trở:

Độ lệch pha giữa u và i:

Độ lệch pha của U_RC so với i:

Đáp án A.

Ví dụ 3: Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R = 10Ω , cuộn dây thuần cảm L và tụ điện C = 10^-3/2π F mắc nối tiếp. Biểu thức của điện áp giữa 2 bản tụ là u_C = 50√2cos(100πt - 0,75π)(V) . Viết biểu thức cường độ dòng điện chạy trong mạch.

Hướng dẫn:

Ta có:

Độ lệch pha của tụ điện so với cường độ dòng điện trong mạch là: φ = -π/2

Do đó phương trình cường độ dòng điện là:

Đáp án B.

B. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Đặt điện áp u = 120√2cos100πt (V) vào hai đầu đoạn mạch nối tiếp gồm điện trở 150 Ω, tụ điện có điện dung 200/π μF và cuộn cảm thuần có độ tự cảm 2/π H. Biểu thức cường độ dòng điện trong đoạn mạch là

A. i = 1,8cos(100πt + π/4 ) (A).

B. i = 1,8cos(100πt - π/4 ) (A).

C. i = 0,8cos(100πt + π/4 ) (A).

D. i = 0,8cos(100πt - π/4 ) (A).

Lời giải:

Chọn D.

Câu 2. Khi đặt hiệu điện thế không đổi 30 V vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có độ tự cảm 1/(4π) H thì dòng điện trong đoạn mạch là dòng điện một chiều có cường độ 1 A. Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch này điện áp u = 150√2cos120πt (V) thì biểu thức của cường độ dòng điện trong đoạn mạch là

A. i = 5√2cos(120πt - π/4) (A).

B. i = 5cos(120πt + π/4) (A).

C. i = 5√2cos(120πt + π/4) (A).

D. i = 5cos(120πt - π/4) (A).

Lời giải:

Chọn D.

Câu 3. (ĐH 2009). Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Biết R = 10 Ω, cuộn cảm thuần có L = 1/(10π) H, tụ điện có C = 10^-3/(2π) F và điện áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần là u_L = 20√2cos(100πt + π/2 ) (V). Biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là

A. u = 40√2cos(100πt + π/4 ) (V).

B. u = 40√2cos(100πt - π/4 ) (V).

C. u = 40cos(100πt + π/4 ) (V).

D. u = 40cos(100πt - π/4 ) (V).

Lời giải:

Chọn D.

Câu 4. Một mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm điện trở thuần R = 15Ω, cuộn thuần cảm có cảm kháng Z_L = 25 Ω và tụ điện có dung kháng Z_C = 10 Ω. Nếu dòng điện qua mạch có biểu thức i = 2√2cos(100πt + π/4) (A) thì biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch là

A. u = 60cos(100πt + π/2) (V)

B. u = 30√2cos(100πt + π/4) (V)

C. u = 60cos(100πt - π/4) (V)

D. u = 30√2cos(100πt - π/2) (V)

Lời giải:

Chọn A

Câu 5. Mạch điện xoay chiều gồm điện trở 30 Ω, cuộn dây có điện trở thuần 30 Ω và có cảm kháng 40 Ω, tụ điện có dung kháng 10 Ω. Dòng mạch chính có biểu thức i = 2cos(100πt + π/6) (A) (t đo bằng giây). Viết biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch chứa cuộn dây và tụ điện.

Lời giải:

Chọn D

Câu 6. Một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm 1/π (H) và tụ điện có điện dung 2.10^-4/π (F) ghép nối tiếp, rồi nối hai đầu đoạn mạch vào nguồn có điện áp u = 100√2cos(100πt + π/6) (V). Dòng điện qua mạch là

A. i = 2cos(100πt + π/2) (A)

B. i = 2cos(100πt - π/2) (A)

C. i = 2√2cos(100πt - π/3) (A)

D. i = 2√2cos(100πt + π/2) (A)

Lời giải:

Chọn C

Câu 7. Một đoạn mạch gồm cuộn dây có độ tự cảm 0,6/π (H) mắc nối tiếp với một tụ điện có điện dung 1/(14π) (mF). Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có biểu thức: u = 160cos(100πt - π/12) (V) thì công suất tiêu thụ trong mạch là 80 W. Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là

A. i = 2cos(100πt - π/6) (A)

B. i = √2cos(100πt + π/6) (A)

C. i = √2cos(100πt + π/4) (A)

D. i = √2cos(100πt - π/4) (A)

Lời giải:

Chọn B

Câu 8. Đặt điện áp xoay chiều u = 10cos(100πt + π/4) (V) vào hai đầu đoạn mạch nối tiếp gồm một tụ điện có dung kháng 30 Ω, điện trở thuần R = 10 Ω và cuộn dây có điện trở thuần 10 Ω có cảm kháng 10 Ω. Viết biểu thức điện áp giữa hai đầu cuộn dây

Lời giải:

Chọn A

Câu 9. (ĐH-2009) Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Biết R = 10 Ω, cuộn cảm thuần có L = 0,1/π (H), tụ điện có C = 0,5/π (mF) và điện áp giữa hai đầu cuộn cảm thuần là u_L = 20√2cos(100πt + π/2) (V). Biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là

A. u = 40cos(100πt + π/4) (V)

B. u = 40cos(100πt - π/4) (V)

C. u = 40√2cos(100πt + π/4) (V)

D. u = 40√2cos(100πt - π/4) (V)

Lời giải:

Điện áp u trễ hơn i là π/4 mà i trễ pha hơn u_L là π/2 nên u trễ pha hơn u_L là 3π/4 và

Chọn B

Câu 10. Đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh gồm các phần tử theo đúng thứ tự: điện trở thuần 30 (Ω), cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm 0,6/π (H) và tụ điện có điện dung 100/π (μF). Điện áp giữa trên đoạn mạch chỉ gồm cuộn cảm và tụ điện có biểu thức u_LC = 160cos(100πt - π/3) (V) (t đo bằng giây). Biểu thức dòng điện qua mạch là

A. i = 4√2cos(100πt + π/6) (A)

B. i = 4cos(100πt + π/3) (A)

C. i = 4cos(100πt - π/6) (A)

D. i = 4cos(100πt + π/6) (A)

Lời giải:

Chọn D

Câu 11. (ĐH-2010) Đặt điện áp u = U₀cosωt vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp. Gọi i là cường độ dòng điện tức thời trong đoạn mạch; u₁, u₂ và u₃ lần lượt là điện áp tức thời giữa hai đầu điện trở, giữa hai đầu cuộn cảm và giữa hai đầu tụ điện. Hệ thức đúng là

Lời giải:

Chỉ u₁ cùng pha với i nên i = u₁/R. Chọn C

Câu 12. Một đoạn mạch gồm cuộn dây có điện trở thuần 100√3 Ω, có độ tự cảm L nối tiếp với tụ điện có điện dung 0,00005/π (F). Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = U₀cos(100πt - π/4) (V) thì biểu thức cường độ dòng điện tức thời qua mạch i = √2cos(100πt - π/12) (A). Xác định L.

A. L = 0,4/π (H)     B. L = 0,6/π (H)

C. L = 1/π (H)     D. L = 0,5/π (H)

Lời giải:

Chọn C

Câu 13. Đặt điện áp xoay chiều u = U√2cos100πt (V) vào hai đầu đoạn mạch nối tiếp gồm điện trở R = 50 Ω, cuộn cảm thuần L và tụ điện C thì dòng điện qua mạch có biểu thức i = 2√2cos(100πt + π/4) (A). Gọi U_L và U_C lần lượt là điện áp hiệu dụng trên L và trên C. Hệ thức đúng là

A. U_L - U_C = 100 V     B. U_C - U_L = 100 V

C. U_L - U_C = 50√2 V     D. U_C - U_L = 100√2 V

Lời giải:

Chọn B

Câu 14. Điện áp đặt u = U₀cos(ωt + π/4) (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuẩn R và cuộn cảm thuần có độ tự cảm L mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện qua đoạn mạch là i = I₀sin(ωt + 5π/12) (A). Tỉ số điện trở thuần R và cảm kháng của cuộn cảm là

A. 1/√3     B. 1     C. 0,5√3     D. √3

Lời giải:

Chọn A