Bài C1 trang 147 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Nêu cấu tạo của tụ điện và giải thích tại sao tụ điện không cho dòng 1 chiều đi qua.
Giải
Tụ điện có cấu tạo gồm hai bản cực phẳng bằng kim loại đặt song song và cách điện với nhau, ở giữa hai bản cực là chất điện môi. Khi đặt vào hai bản cực một điện áp không đổi U thì tụ điện tích điện đến giá trị Q. Do đó tụ điện không cho dòng điện không đổi đi qua.
Bài C2 trang 148 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Giải thích tại sao khi có dòng điện đi từ A tới M thì cũng có dòng điện cùng cường độ đi từ N tới B [ hình 27.2 SGK]
Giải
Trong mạch có sự chuyển đổi từ dòng điện dẫn và dòng điện dịch trong khoảng giữa của tụ điện nên dòng điện kín trong mạch. Vì thế khi có dòng điện đi từ A tới M thì cũng có dòng điện cùng cường độ đi từ N tới B.
Bài C3 trang 148 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Nêu quy ước tính chiều dòng điện ngược lại với quy ước nêu ở mục b thì công thức i[t] có gì thay đổi ? Có thể nhận xét gì về pha của cường độ dòng điện theo quy ước này?
Giải
Nếu quy ước chiều dòng điện từ M tới A thì khi đó q giảm và \[i = {{dq} \over {dt}} < 0\].
Cho \[u = {U_0}\cos \omega t \Rightarrow q = C{U_0}\cos \omega t\]
\[ \Rightarrow i = - q'[t] = C\omega {U_0}\sin \omega t = C\omega {U_0}\cos \left[ {\omega t - {\pi \over 2}} \right].\]
Vậy theo quy ước này dòng điện sẽ chậm pha so với \[u\] một góc \[{\pi \over 2}\]
Bài C4 trang 148 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Dựa vào công thức [27.4 SGK], hãy phát biểu định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện.
Giải
Định luật Ôm đối với đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện \[I = {U \over {{Z_C}}}\]
Bài C5 trang 149 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Dung kháng của tụ điện phụ thuộc vào các yếu tố nào? Tụ điện có điện có điện dung\[1\mu F\]mắc trong mạng điện xoay chiều dân dụng của nước ta có dung kháng bằng bao nhiêu?
Giải
Dung kháng của tụ điện \[{Z_C} = {1 \over {C\omega }} = {1 \over {C.2\pi f}}\] phụ thuộc vào điện dung \[C\] và tần số dòng điện \[f\].
Cho \[C = 1[\mu F];f = 50[Hz]\] thì \[{Z_C} = {1 \over {{{10}^{ - 6}}.2\pi .50}} = 3,{18.10^3}[\Omega ]\]
Bài C6 trang 149 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Độ tự cảm của một cuộn dây phụ thuộc vào các yếu tố nào?
Giải
Độ tự cảm của cuộn dây được tính bằng công thức \[L = 4\pi {.10^{ - 7}}{{{N^2}} \over l}.S,\] do đó L phụ thuộc vào kích thước, hình dạng cuộn dây, số vòng dây và độ từ thẩm của lõi thép [nếu cuộn dây có lõi thép].
Bài C7 trang 149 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Vì sao điện áp u giữa hai điểm A và B trong Hình 27.6 SGK được tính bằng công thức\[u = i{R_{AB}} - e?\]
Giải
Ta có \[i = {I_0}\cos \omega t;e = - Li'[t] = \omega L{I_0}\sin \omega t \]
\[= \omega L{I_0}\cos [\omega t - {\pi \over 2}]\]
Với \[e\] chậm pha so với \[i\] một góc \[{\pi \over 2}\], do đó ta phải tính u bằng công thức \[u = i{R_{AB}} - e \Rightarrow u = - e\]
[vì RAB = 0] \[u\] ngược pha với \[e\] để có kết quả sau cùng phù hợp là \[u\] nhanh pha so với \[i\] một góc \[{\pi \over 2}\].
Bài C8 trang 150 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Nguyên nhân nào làm cho cường độ dòng điện qua cuộn cảm biến thiên trễ pha đối với điện áp?
Giải
Cường độ dòng điện qua cuộn cảm chậm [trễ] pha đối với điện áp là do hiện tượng tự cảm xảy ra trong mạch làm chậm lại sự biến thiên của dòng điện \[i\] qua cuộn dây.
Bài C9 trang 150 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Tại sao khi rút lõi sắt khỏi cuộn dây trong thí nghiệm nêu ở mục a thì độ sáng của đèn tăng lên?
Giải
Khi rút lõi sắt ra khỏi cuộn dây thì \[L\] giảm, do đó cảm kháng ZL giảm, cường độ dòng điện tăng nên đèn cháy sáng hơn.
Bài C10 trang 151 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Dựa vào công thức [27.8 SGK], hãy phát biểu định luật Ôm đối với đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần.
Giải
Cường độ dòng điện qua cuộn dây thuần cảm tỉ lệ với điện áp 2 đầu cuộn dây và tỉ lệ nghịch với cảm kháng của cuộn dây.
Bài 1 trang 151 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Để tăng dung kháng của một tụ điện phẳng có điện môi là không khí, ta cần
A. Tăng tần số của điện áp đặt vào hai bản tụ điện.
B. Tăng khoảng cách giữa hai bản tụ điện.
C. Giảm điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ điện.
D. Đưa bản điện môi vào trong lòng tụ điện.
Giải
Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng \[c = {{\varepsilon S} \over {{{9.10}^9}.4\pi d}}\] với S là phần diện tích đối diện của hai bản cực tụ điện.
d là khoảng cách giữa 2 bản.
\[\varepsilon \] là hằng số điện môi của chất trong khoảng giữa 2 bản.
Dung kháng của tụ điện \[{Z_C} = {1 \over {C\omega }} = {1 \over {C.2\pi f}}\]
Chọn đáp án B vì khi tăng d thì C giảm và ZC tăng.
Bài 2 trang 151 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về cuộn cảm?
A. Cuộn cảm có tác dụng cản trở đối với dòng điện xoay chiều, không có tác dụng cản trở dòng điện một chiều.
B. Điện áp tức thời giữa hai đầu cuộn cảm thuần và cường độ dòng điện qua nó có thể đồng thời bằng một nửa các biên độ tương ứng của chúng.
C. Cảm kháng của một cuộn cảm thuần tỉ lệ nghịch với chu kì của dòng điện xoay chiều.
D. Cường độ dòng điện đi qua cuộn cảm tỉ lệ thuận với tần số dòng điện.
Giải
Cảm kháng \[{Z_L} = L\omega = L.{{2\pi } \over T}.\]
Chọn đáp án C.
Bài 3 trang 152 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Cường độ dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch chỉ có tụ điện hoặc chỉ có cuộn cảm thuần giống nhau ở chỗ :
A. Đều biến thiên trễ pha \[{\pi \over 2}\] so với điện áp ở hai đầu đoạn mạch.
B. Đều có giá trị hiệu dụng tỉ lệ thuận với điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch.
C. Đều có giá trị hiệu dụng tăng khi tần số dòng điện tăng.
D. Đều có giá trị hiệu dụng giảm khi tần số dòng điện tăng.
Giải
Ta có \[I = {U \over {{Z_L}}}\] và \[I = {U \over {{Z_C}}}\].
Chọn đáp án B.
Bài 4 trang 152 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Mắc tụ điện có điện dung\[2\mu F\]vào mạng điện xoay chiều có điện áp \[220\] V, tần số \[50\] Hz. Xác định cường độ hiệu dụng của dòng điện qua tụ điện.
Gỉải
\[C = 2[\mu F];U = 220[V],f = 50[Hz]\]
Ta có cường độ hiệu dụng của dòng điện qua tụ điện :
\[I = {U \over {{Z_C}}} = {U \over {{1 \over {C\omega }}}} = U.C.2\pi f = {220.2.10^{ - 6}}.2\pi .50 \]
\[\Rightarrow I = 0,14[A]\].
Bài 5 trang 152 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Điện áp giữa hai bản tụ điện có biểu thức\[u = {U_0}\cos \left[ {100\pi t - {\pi \over 3}} \right]\]. Xác định các thời điểm mà cường độ dòng điện qua tụ điện bằng 0.
Giải
Điện áp giữa hai bản tụ điện\[u = {U_0}\cos \left[ {100\pi t - {\pi \over 3}} \right]\]
Cường độ dòng điện qua tụ điện sớm pha so với \[u\] một góc \[{\pi \over 2}\]
\[ \Rightarrow i = {I_0}\cos \left[ {100\pi t - {\pi \over 3} + {\pi \over 2}} \right]\]
\[i = {I_0}\cos \left[ {100\pi t + {\pi \over 6}} \right]\] [A]
Khi \[i = 0 \Rightarrow 0 = {I_0}\cos \left[ {100\pi t + {\pi \over 6}} \right]\]
\[\Rightarrow \cos \left[ {100\pi t + {\pi \over 6}} \right] = 0\]
\[ \Leftrightarrow \left\{ \matrix{
100\pi t + {\pi \over 6} = {\pi \over 2} = k2\pi \hfill \cr
100\pi t + {\pi \over 6} = - {\pi \over 2} + k2\pi \hfill \cr} \right.\]
\[ \Leftrightarrow \left\{ \matrix{
t = {1 \over {300}} + {K \over {50}}[s] \hfill \cr
t = - {1 \over {150}} + {K \over {50}}[s] \hfill \cr} \right.\]
Bài 6 trang 152 SGK Vật Lý 12 Nâng cao
Mắc cuộn cảm thuần có độ tự cảm \[L = 0,2\] H vào hai cực của ổ cắm điện xoay chiều
\[220\] V - \[50\] Hz. Tính cường độ hiệu dụng của dòng điện qua cuộn cảm.
Giải
Cuộn dây thuần cảm \[L = 0,2\] [H]; \[U = 220\] [V]; \[f = 50\][Hz]
Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua cuộn cảm :
\[I = {U \over {{Z_L}}} = {U \over {L\omega }} = {U \over {L.2\pi f}} = {{220} \over {0.2.2\pi .50}} = 3,5[A]\]