Các dạng bài tập Dòng điện xoay chiều có lời giải

Phần Dòng điện xoay chiều Vật Lí lớp 12 sẽ tổng hợp Lý thuyết, trên 20 dạng bài tập chọn lọc có trong Đề thi THPT Quốc gia và trên 1000 bài tập trắc nghiệm có lời giải. Vào Xem chi tiết để theo dõi các dạng bài Dòng điện xoay chiều hay nhất tương ứng.

Tổng hợp Lý thuyết Chương Dòng điện xoay chiều

Chủ đề: Đại cương về dòng điện xoay chiều

Chủ đề: Mạch điện xoay chiều chỉ có 1 phần tử

Chủ đề: Mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp

Chủ đề: Công suất của mạch điện xoay chiều

Chủ đề: Mạch điện xoay chiều có R, L, C, f, ω thay đổi

Chủ đề: Phương pháp giản đồ vectơ trong dòng điện xoay chiều

Chủ đề: Máy phát điện - Máy biến áp - Truyền tải điện năng

Bài tập trắc nghiệm Dòng điện xoay chiều

Cách xác định các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Phương trình tổng quát của dòng điện xoay chiều: i = I_ocos(ωt + φ)

i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời).

I_o > 0: giá trị cực đại của i (cường độ cực đại).

ω > 0: tần số góc.

f: tần số của i. T: chu kì của i.

(ωt + φ): pha của i.

φ: pha ban đầu (tại thời điểm t = 0).

Tại thời điểm t, dòng điện đang tăng nghĩa là i' > 0 và ngược lại.

Giá trị hiệu dụng : Ngoài ra, đối với dòng điện xoay chiều, các đại lượng như điện áp, suất điện động, cường độ điện trường, … cũng là hàm số sin hay cosin của thời gian, với các đại lượng này

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Nhiệt lượng toả ra trên điện trở R trong thời gian t nếu có dòng điện xoay chiều i(t) = I_ocos(ωt + φ_i) chạy qua là Q = RI²t

Công suất toả nhiệt trên R khi có dòng điện xoay chiều chạy qua P = RI²

2. Ví dụ

Ví dụ 1. Một dòng điện xoay chiều có cường độ i = 2√2cos(100πt + π/6). Chọn phát biểu sai.

A. Cường độ hiệu dụng bằng 2 (A) . B. Chu kỳ dòng điện là 0,02 (s).

C. Tần số là 100π. D. Pha ban đầu của dòng điện là π/6.

Lời giải:

Dòng xoay chiều có i = 2√2cos(100πt + π/6), quy về dạng i = I_ocos(ωt + φ) ta có:

I_o = 2√2 → I = 2(A)

ω = 100π (rad/s) → f = ω/2n = 50(Hz), T = 1/f = 0,02(s)

φ = π/6

Căn cứ vào đó ta thấy đáp án C là đáp án cần chọn.

Ví dụ 2. Hãy xác định đáp án đúng. Dòng điện xoay chiều i = 10 cos100πt (A),qua điện trở R = 5 .Nhiệt lượng tỏa ra sau 7 phút là :

A .500J. B. 50J . C.105KJ. D.250 J

Lời giải:

Nhiệt lượng tỏa ra áp dụng công thức: Q = RI²t.

Đáp án C.

Ví dụ 3: biểu thức cường độ dòng điện là i = 4.cos(100πt - π /4) (A). Tại thời điểm t = 0,04 s cường độ dòng điện có giá trị là

A. i = 4 A B. i = 2 A C. i = A D. i = 2 A

Lời giải:

Phương trình cường độ dòng điện: i = 4cos(100πt - π/4) . Thay t = 0,04s vào ta có:

i = 4cos(100π.0,04 - π/4) = 4cos(15π/4) = 2√2(A)

Vậy đáp án là B.

Cách giải bài tập Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Giả sử đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp u = U_ocos(ωt + φ_u ) điện trở R thì cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch là i = I_ocos(ωt + φ_i ).

• Định luật Ôm: I_o = U_o / R

• Độ lệch pha φ = φ_u - φ_i : ta nói dòng điện cùng pha với hiệu điện thế

Các bài toán thường gặp:

Kiểu 1: Giá trị hiệu dụng

• Định luật ôm: I = U / R

• Độ lệch pha: φ = φ_u - φ_i

Kiểu 2: Bài toán liên quan tới nhiệt lượng

Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở R thì có sự tỏa nhiệt trên điện trở R theo hiệu ứng Junlenxo: Q = I²Rt .

Lượng nhiệt tỏa ra bị nước hấp thụ hết thì: Q = I²Rt = mc(t₂ - t₂)

• m là khối lượng nước (kg).

• c là nhiệt dung riêng của nước (kJ.kg^-1 ).

• Δt = t₂ - t₂ là độ biến thiên nhiệt độ ( độ tăng hay giảm nhiệt độ của nước).

Nếu hiệu suất của nước hấp thụ nhiệt không đạt 100% thì

Kiểu 3: Bài toán liên quan tới bóng đèn

Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua bóng đèn thì ta có thể áp dụng một cách tương tự cho dòng điện chạy qua điện trở trong.

Từ số ghi trên bóng đèn cho ta biết công suất định mức P_dm và hiệu điện thế định mức U_dm . Từ đó ta có thể tính được:

• Điện trở của bóng đèn R = U²/P

• Cường độ dòng điện định mức: I = P/U

Lưu ý:

• Bóng sáng bình thường khi dòng điện chạy qua bóng bằng dòng điện định mức của bóng.

• Nếu các bóng mắc song song thì Vật Lý lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lý 12 có đáp án

• Nếu các bóng mắc nối tiếp thì Vật Lý lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lý 12 có đáp án

2. Ví dụ

Ví dụ 1. Đặt điện áp xoay chiều u = U√2cos(ωt) vào hai đầu một điện trở thuần R = 110 Ω thì cường độ dòng điện qua điện trở có giá trị hiệu dụng bằng 2A. Giá trị của U bằng:

A. 220 V.

B. 220√2 V.

C. 110 V.

D. 110√2 V.

Lời giải:

Hiệu điện thế hiệu dụng cần tìm:

U = IR = 2.110 = 220 V

Chọn A

Ví dụ 2: Một dòng điện xoay chiều có cường độ tức thời i = 4√2cos(100πt) A đi qua một điện trở R = 7 Ω. Nhúng R vào một bình chứa m = 1,2 kg nước. Hỏi sau thời gian 10 phút nhiệt độ nước trong bình tăng bao nhiệt độ. Biết hiệu suất của quá trình đun nước là H = 90% và nhiệt dung riêng của nước là c = 4,2 (kJ/kg.C^ο ).

A. 20^οC

B. 25^οC

C. 10^οC

D. 12^οC

Lời giải:

Sử dụng công thức tính nhiệt lượng, ta có:

Vật Lý lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lý 12 có đáp án

Cách tính tổng trở của đoạn mạch RLC mắc nối tiếp

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Biểu thức tổng trở của đoạn mạch: Vật Lý lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lý 12 có đáp án

Giải thích

• Z là tổng trở; đơn vị là Ω.

• R là điện trở; đơn vị là Ω.

• Z_L = ωL là cảm kháng; đơn vị là Ω.

• Z_C = 1 / ωC là dung kháng; đơn vị là Ω.

Lưu ý:

• Nếu khuyết phần tử nào thì “ngầm hiểu” giá trị đại lượng đó bằng 0.

• Khi nhiều điện trở ghép nối tiếp hoặc song song với nhau thì ta vận dụng công thức

• Khi nhiều cuộn cảm ghép nối tiếp hoặc song song với nhau thì ta vận dụng công thức:

• Khi nhiều tụ điện ghép nối tiếp hoặc song song với nhau thì ta vận dụng công thức:

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Cho đoạn mạch xoay chiều gồm R = 40Ω cuộn cảm thuẩn có độ tự cảm L = 0,4/π H và tụ điện có điện dung 10^-4π (F) mắc nối tiếp. Hai đầu đoạn mạch mắc vào nguồn xoay chiều có tần số 50Hz. Tổng trở của mạch là

A. 80Ω

B. 72Ω

C. 120Ω

D. 150Ω

Lời giải:

Ta có:

Áp dụng công thức về tổng trở ta có:

Vậy tổng trở là 72 Ω

Chọn B.

Ví dụ 2: Trong một buổi trao quả bóng vàng FiFa năm 2012, ban tổ chức không biết chọn ai trong bốn cái tên Cristiano Ronaldo, Messi, Andes Iniesta và Casillas để được nhận quả bóng vàng nên sau một hồi trao đổi. Bản tổ chức đưa ra câu hỏi phụ: Đặt một mạch nối tiếp RLC vào một mạng điện xoay chiều, biết Z_L < Z_C . Nếu bây giờ tăng tần số một lượng nhỏ thì sao

A. Cristiano Ronaldo nghĩ là tổng trở mạch không đổi.

B. Với kiến thức uyên thâm của mình về vật lí, Andes Iniesta nghĩ là tổng trở mạch giảm.

C. Messi xin chọn phương án là tổng trở mạch tăng

D. Ôi trời ơi, dễ vậy mà cũng đoán sai. Casillas nghĩ là tổng trở lúc tăng lúc giảm.

Bạn thấy phương án trên hẳn đã biết ai là cầu thủ nhận được quả bóng vòng năm 2012 rồi chứ?

Lời giải:

Z_L < Z_C Vật Lý lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lý 12 có đáp án

Khi ω↑ thì ta suy ra ωL↑; 1/ ωC ↑

Do đó Vật Lý lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lý 12 có đáp án nhưng vẫn nhỏ hơn 0 (vì chỉ tăng 1 lượng nhỏ).

Vậy tổng trở của mạch giảm.

Chọn B

Bài tập bổ sung

Câu 1: Dòng điện có cường độ 2A chạy qua một vật dẫn có điện trở 200 Ω. Nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn đó trong 40s là

A. 20 kJ

B. 30 kJ

C. 32 kJ

D. 16 kJ

Câu 2: Một tụ điện có điện dung không đổi khi mắc vào mạng điện 110V – 60 Hz thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là 1,5A. Khi mắc tụ điện đó vào mạng điện 220V – 50Hz thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là

A. 3A

B. 2,5A

C. 0,9A

D. 1,8A

Câu 3: Cho đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện với điện dung C. Tại thời điểm t₁ điện áp và dòng điện qua tụ điện có giá trị lần lượt là 40V; 1A. Tại thời điểm t₂ điện áp và dòng điện qua tụ điện có giá trị lần lượt là 50V; 0,6A. Dung kháng của mạch có giá trị là

A. 37,5 Ω

B. 30 Ω

C. 40 Ω

D. 50 Ω

Câu 4: Đặt vào hai đầu một cuộn dây thuần cảm một hiệu điện thế xoay chiều có giá trị hiệu dụng U không đổi và tần số f thay đổi. Khi f = 50Hz thì cường độ hiệu dụng qua cuộn dây là 2A. Để cường độ hiệu dụng qua cuộn dây bằng 4A thì tần số của dòng điện phải bằng bao nhiêu?

A. f = 25 Hz

B. f = 20 Hz

C. f = 30 Hz

D. f = 35 Hz

Câu 5: Một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm không đổi, tụ điện có điện dung C thay đổi. Khi C = C₁ thì tần số dao động riêng của mạch là 6MHz và khi C = C₂ thì tần số dao động riêng của mạch là 8MHz. Nếu C = 2C₁ + 3C₂ thì tần số dao động riêng của mạch là

A. 3,12 MHz

B. 16,25 MHz

C. 4,8 MHz

D. 10 MHz

Câu 6: Đặt một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi và tần số f thay đổi được vào hai đầu một cuộn tụ điện. Khi f = 50Hz thì cường độ dòng điện qua tụ điện có giá trị hiệu dụng bằng 3A. Khi f = 60Hz thì cường độ dòng điện qua tụ điện có giá trị hiệu dụng bằng

A. 3,6A

B. 2,5A

C. 4,5A

D. 2A

Câu 7: Khi tần số dòng điện xoay chiều chạy qua đoạn mạch chỉ chứa tụ điện tăng lên 4 lần thì dung kháng của tụ điện

A. Tăng lên 2 lần

B. Giảm đi 2 lần

C. Tăng lên 4 lần

D. Giảm đi 4 lần

Câu 8: Dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch chỉ có cuộn cảm hay tụ điện giống nhau ở điểm nào

A. Đều biến thiên trễ pha π/2 đối với hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch

B. Đều có cường độ dòng điện hiệu dụng tỉ lệ với hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch

C. Đều có cường độ dòng điện hiệu dụng tăng khi tần số dòng điện tăng

D. Đều có cường độ dòng điện hiệu dụng giảm khi tần số điểm điện tăng

Câu 9: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V vào hai đầu một tụ điện thì dòng điện trong mạch có cường độ hiệu dụng là 4A. Dung kháng của tụ điện có giá trị bằng

A. 15 Ω

B. 30 Ω

C. 15√2 Ω

D. 30√2Ω

Câu 10: Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch điện chỉ chứa một trong các linh kiện: điện trở, tụ điện, cuộn cảm thuần và diot thì cường độ dòng điện trong mạch sớm pha π/2 so với điện áp hai đầu đoạn mạch. Đoạn mạch này chứa

A. Điện trở

B. Tụ điện

C. Cuộn cảm thuần

d. Diot

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác: