Sáng kiến kinh nghiệm Phân loại và phương pháp giải các bài tập Trắc nghiệm khách quan phần Dòng điện xoay chiều

 A. MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
 Trong chương trình thi THPT Quốc gia hiện nay, môn Vật lí sẽ được thi trong Tổ hợp 
Bài thi Khoa học tự nhiên. Về hình thức, môn thi sẽ được thi dưới dạng Trắc nghiệm khách 
quan (TNKQ). So với các năm trước, đề thi sẽ chỉ có 40 câu và nội dung liên quan trực tiếpđến 
phần vật lí 11 (trước đây chủ yếu 12), thời gian thi 50 phút (so với 90 phút như trước đây). Vì 
vậy bố cục và nội dung, mức độ khó của câu hỏi cũng có sự thay đổi. Theo cấu trúc đề minh 
họa của Bộ GD ĐT, phần điện xoay chiều là một phần nhiều câu hỏi và có nhiều câu mức độ 
vận dụng và vận dụng cao. Nhằm giúp học sinh ôn tập và hệ thống hóa các kiến thức chuẩn bị 
cho kì thi này nên tôi chọn đề tài nghiên cứu: Phân loại và phương pháp giải các bài tập Trắc 
nghiệm khách quan phần Dòng điện xoay chiều.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
 Câu hỏi, bài tập và phương pháp giải các bài tập TNKQ phần Điện xoay chiều.
3. Phương pháp và đối tượng nghiên cứu của đề tài
 Phương pháp chủ yếu trong khi thực hiện đề tài này là nghiên cứu sách Giáo khoa, các 
tài liệu tham khảo, đề xuất phương pháp giải và các bài tập điển hình.
4. Bố cục của đề tài
 Bố cục của đề tài bao gồm các phần
A. Mở đầu
B. Tóm tắt lí thuyết và phương pháp chung
C. Phân loại và ví dụ minh họa
D. Kết luận
E. Tài liệu tham khảo b. Đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện
+ Các giá trị tức thời của i và u
- Giả sử u U sint thì i I sin(t ) I cost với I CU
 0 0 2 0 0 0
- Nhận xét: Cường độ dòng điện qua tụ điện biến thiên điều hoà cùng tần số sớm pha so với 
 2
điện áp giữa hai bản tụ điện.
 O
+ Giản đồ Fre-nen
 I x
 Uc U
+ Định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện: I 
 ZC
Trong đó: Zc gọi là dung kháng
 1
 Z 
 C C
c. Đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm
+ Các giá trị tức thời của i và u
- Giả sử i I cost thì u U cos(t ) với U I L
 0 0 2 0 0
- Nhận xét: Cường độ dòng điện qua cuộn cảm thuần biến thiên điều hoà cùng tần số nhưng trễ 
pha so với điện áp giữa hai đầu cuộn cảm.
 2
+ Giản đồ Fre-nen UL
 O x
 I U
+ Định luật Ôm đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm: I 
 Z L
Trong đó: ZL gọi là cảm kháng
 Z L L
d. Đoạn mạch xoay chiều có RLC mắc nối tiếp
+ Giản đồ Fre-nen
 UL
 S
 UL- UC
 U
 O
+ Quan hệ giữa u và i I UR P x
 UC
- Giả sử i I0 cost thì u U 0 cos(t ) với U 0 U 2
 2 2
Trong đó: U U R (U L UC )
 1
 L 
- Độ lệch pha của u so với i tan C
 R b. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha
Có hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng
+ Phần cảm là nam châm, phần tạo ra từ trường.
+ Phần ứng là những cuộn dây trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng.
Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là roto.
Trường hợp phần ứng quay, người ta dùng hai vành khuyên có các thanh quét để dẫn dòng điện 
ra ngoài.
Các cuộn dây phần cảm và phần ứng được quấn trên các lõi thép gồm nhiều lá mỏng, xếp cách 
điện nhau.
c. Máy phát điện xoay chiều ba pha
- Dòng diện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều gây bởi ba suất điện động 
 2 
xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau từng đôi một là .
 3
- Biểu thức suất điện động trong các cuộn dây của máy phát điện xoay chiều ba pha
Nếu chọn gốc thời gian thích hợp thì:
 e1 E0 cost
 2 
 e E cos(t )
 2 0 3
 2 
 e E cos(t )
 3 0 3
 - Cấu tạo giống như máy xoay chiều một pha trường hợp phần cảm là rôto:
+ Stato gồm ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn trên ba lõi sắt đặt lệch nhau 120 0 
trên một vòng tròn.
+ Rôto là một nam châm điện.
- Cách mắc tam giác: U U
 d p
- Các mắt hình sao: U 3U
 d p
d. Động cơ không đồng bộ ba pha
* Nguyên tắc hoạt động
+ Khi nam châm quay quanh một trục thì tạo ra từ trường quay.
+ Cho nam châm chữ U quay quanh trục đối xứng.
- Nếu đặt kim nam châm giữa hai cực của nam châm chữ U thì kim nam châm quay theo với 
cùng tốc độ góc với từ trường. Đó là sự quay đồng bộ.
- Nếu đặt một khung dây dẫn kín giữa hai cực của nam châm chữ U thì khung dây quay theo tốc 
độ góc nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường. Đó là sự quay không đồng bộ.
* Tạo ra từ trường quay bằng dòng điện ba pha 
 1
+ Mắc ba cuộn dây giống nhau với mạng điện ba pha, bố trí mỗi cuộn có trục lệch nhau vòng 
 3
tròn.
+ Các cảm ứng từ do ba cuộn dây của stato gây ra tại tâm O:
Nếu chọn gốc thời gian thích hợp thì: 
 B1 B0 cost 
 2 
 B B cos(t )
 2 0 3
 2 
 B B cos(t )
 3 0 3
+ Từ trường quay: Từ trường tổng hợp B B1 B2 B3 có độ lớn không đổi và quay đều với 
tốc độ góc .
* Cấu tạo của động cơ không đồng ba pha.
Có hai bộ phận chính: C. PHÂN LOẠI VÀ VÍ DỤ MINH HỌA
I. Dòng điện xoay chiều, mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần, tụ điện hoặc 
cuộn cảm. Đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp, công suất của dòng điện xoay 
chiều
Ví dụ 1: Mắc tụ điện có điện dung 2F vào mạng điện xoay chều có điện áp 220V, tần số 50Hz. 
Xác định cường độ hiệu dụng của dòng điện qua tụ điện.
 Giải
 1 1
Dung kháng của tụ điên: Z 
 C C 2 fC
Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua tụ điện:
 U
 I U.2 fC 220.2.3,14.50.2.10 6 0,14(A)
 ZC
Ví dụ 2: Mắc cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 0,2H vào hai cực của ổ cắm điện xoay chiều 
220V - 50Hz. Tính cường độ hiệu dụng của dòng điện qua cuộn cảm.
 Giải
Cảm kháng của cuộn cảm: ZL = L = 2πfL
Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua cuộc cảm:
 U U 220
 I 3,5(A)
 Z L 2 fL 2.3,14.50.0,2
Ví dụ 3: Cho mạch điện RLC nối tiếp có R = 50 ; L = 159 mH; C = 31,8 F. Điện áp giữa hai 
đầu đoạn mạch có biểu thức u = 120cos100t (V). Tính tổng trở của đoạn mạch và viết biểu 
thức của cường độ dòng điện tức thời gian qua đoạn mạch.
 Giải
+ Tần số góc:  100 (rad / s)
 -3
Cảm kháng: ZL = L = 100.3,14.159.10 = 50
 1 1
Dung kháng: Z 
 C C 100.3,14.31,8.10 6 100
 2 2 2 2
Tổng trở: Z R (Z L ZC ) 50 (50 100) 50 2()
 U 120
+ Cường độ dòng điện cực đại: I 0 1,2 2(A)
 0 Z 50 2
 Z Z 50 100 
Độ lệch pha: tan L C 1 
 u R 50 u 4 i 4
Biểu thức của cường độ dòng điện: i 1,2 2cos(100 t )(A)
 4
Ví dụ 4: Điện áp giữa hai bản tụ điện có biểu thức u U cos 100 t . Xác định các thời 
 0 3 
điểm mà cường độ dòng điện qua tụ điện bằng 0.
 Giải
Vì đoạn mạch chỉ có tụ điện, ta có biểu thức cường độ dòng điện:
 i I cos 100 t I cos 100 t 
 0 3 2 0 6 
 1 k 
i 0 khi cos 100 t 0 cos k t (s) với k là số nguyên.
 6 2 300 100 
Ví dụ 5: Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ
 L R0 R C
 A M B Ta thấy: ZC >ZL nên đoạn mạch có tính dung kháng Dòng điện sớm pha hơn điện áp ở hai 
đầu đoạn mạch.
b) Điều kiện để có cộng hưởng.
 1 1 1
 Z Z L C' 1,01.10 4 (F)
 C L C'  2 L (100 )2.0,1
Ví dụ 8: Một tụ điện có điện dung C 5,3F mắc nối tiếp với điện trở R 300 thành một 
đoạn mạch. Mắc đoạn mạch vào mạng xoay chiều có điện áp 220V, tần số 50 Hz. Hãy tính:
a) Hệ số công suất của đoạn mạch.
b) Điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong 1 phút.
 Giải
 1 1 1
a) Dung kháng: Z 601()
 C C 2 fC 2.3,14.50.5,3.10 6
 2 2 2 2
Tổng trở: ZC R ZC 300 601 672()
 R 300
Hệ số công suất: cos 0,4464 
 Z 672
 U 2 2202
b) Công suất tiêu thụ: P UI cos cos .0,4464 32,2 (W) 
 Z 672
Điện năng tiêu thụ: W= Pt= 32,2.60=1932 (J)
Ví dụ 9: Một đoạn mạch gồm một biến trở thuần R mắc nối tiếp vơi một tụ điện C đã biết. Hiệu 
điện thế ở hai đầu đoạn mạch có biểu thức u U 0 cost , trong đó U0 và  đã cho. Hỏi phải điều 
chỉnh biến trở đến giá trị nào để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại? Tính công suất cực 
đại đó.
 Giải
 U 2 U2 U 2
+ Công suất tiêu thụ: P RI2 R R 
 Z 2 R2 Z 2 Z 2
 C R C
 R
 Z 2
Như vậy P đạt giá trị cực đại khi R C đạt cực tiểu
 R
 Z 2 1
 R C R Z 
 R C C
 U 2 CU 2 CU 2
+ Công suất cực đại là: P 0 
 max 2R 2 4
Ví dụ 10: Cho đoạn mạch xoay chiều như hình vẽ:
 R , L 
 1,2 0 C
 R 0 90 ; L H;AB 180 2 cos100 t(V ) 
 A M B
 Thay đổi điện dung C đến giá trị C0 thì chỉ số vôn kế 
đạt cực đại.Tính giá trị cực đại trên vôn kế. V
 Giải
 1,2
+ Cảm kháng: Z L 100 120
 L 
+ Điện áp ở hai đầu tụ điện:
 U U U
 U Z I Z AB Z AB AB
 C C C Z C 2 2 2 2
 R0 (Z L ZC ) R0 RL 2Z L
 2 2 1
 ZC ZC ZC
 2 2
 R0 Z L 2Z L
Như vậy UC UC max khi M 2 1 giá trị cực tiểu
 ZC ZC
 1 2 2 2
Đặt: X thì M (R0 Z L )X 2Z L X 1 đạt giá trị cực tiểu khi:
 ZC Giải
+ Máy biến áp có hiệu suất H < 1 chỉ có ảnh hưởng đến sự biến đổi cường độ dòng điện.
 U 2 N 2 N 2
+ Công thức biến đổi điện áp: U 2 U1
 U1 N1 N1
 P2
+ Hiệu suất: H P2 HP1
 P1
 5
 P2 HP1 0,9.4.10
+ Ta cũng có P2 U 2 I 2 I 2 54,5(A)
 U 2 N 2 6000
 U1 .220
 N1 200
Ví dụ 6: Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2kV và công suất truyền 
đi 200kW. Hiệu số chỉ của các công tơ điện ở trạm phát và ở nơi thu sau mỗi ngày đêm lệch 
nhau thêm 480kWh.
a) Tính công suất điện hao phí trên đường dây tải điện.
b) Cần tăng điện áp ở trạm phát điện đến giá trị nào để điện năng hao phí trên đường dây chỉ 
bằng 2,5% điện năng truyền đi? Coi công suất truyền đi ở trạm phát điện không đổi.
 Giải
 W 480
a) Công suất điện hao phí: P 20kW
 t 24
 W ' P' 2,5 2,5.200
b) Theo đề bài: P' 5kW
 W P 100 100
 P
Áp dụng công thức: P R cho hai trường hợp trước và sau và lập tỉ số ta có:
 U 2
 P U '2 20
 4 U ' 2U 2.2 4kV
 P' U 2 5