Bài tập Vật lý 12 - Chương 5: Dòng điện xoay chiều

g điện hiệu dụng I trong mạch, hiệu điện thế hiệu dụng U giữa hai đầu đoạn mạch, bản chất của mạch điện và tần số dòng điện trong mạch (đực trưng bởi độ lệch pha φ.
5.59. Chọn B.
Hướng dẫn: Đại lượng k = cosφ được gọi là hệ số công suất của mạch điện xoay chiều.
5.60. Chọn A.
Hướng dẫn: Hệ số công suất k = cosφ. Các mạch:
+ Điện trở thuần R1 nối tiếp với điện trở thuần R2 có φ =0.
+ Điện trở thuần R nối tiếp với cuộn cảm L có 0 < φ <π/2.
+ Điện trở thuần R nối tiếp với tụ điện C có - π/2 < φ <0.
+ Cuộn cảm L nối tiếp với tụ điện C có φ = π/2 hoặc φ = - π/2.
5.61. Chọn D.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 5.60.
5.62. Chọn C.
Hướng dẫn: Mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp đang có tính cảm kháng, khi tăng tần số của dòng điện xoay chiều thì cảm kháng tăng, dung kháng giảm, áp dụng công thức → φ tăng → hệ số công suất của mạch giảm.
5.63. Chọn B.
Hướng dẫn: Mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp đang có tính dung kháng, khi tăng tần số của dòng điện xoay chiều thì cảm kháng tăng, dung kháng giảm, áp dụng công thức < 0 → φ < 0 → (- φ) giảm → hệ số công suất của mạch tăng.
5.64. Chọn B.
Hướng dẫn: Dung kháng của tụ điện là = 600Ω, tổng trở của mạch là = 671Ω, hệ số công suất của mạch là cosφ = R/Z = 0,4469.
5.65. Chọn C.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 3.64.; cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là I = U/Z = 0,328A. Điện năng tiêu thụ trong 1 phút là: A = P.t = UItcosφ = 220.0,328.60. 0,4469 = 1933J. Có thể tính theo cách khác: Điện năng tiêu thụ trên đoạn mạch chính bằng nhiệt lượng toả ra trên điện trở R và có giá trị bằng Q = RI2t.
5.66. Chọn A.
Hướng dẫn: áp dụng công thức tính công suất P = kUI (k là hệ số công suất), ta suy ra = 0,15.
5.67. Chọn D.
Hướng dẫn: Suất điện động của máy tỉ lệ với tốc độ quay của rôto.
5.68. Chọn A.
Hướng dẫn: Biên độ của suất điện động tỉ lệ với số cặp cực p của nam châm: 
e = 2pfNF0 = 2pnpNF0.
5.69. Chọn C.
Hướng dẫn: Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha đều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
5.70. Chọn B.
Hướng dẫn: Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều một pha dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ: Cho từ thông qua một khung dây dẫn biến thiên thì trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng.
5.71. Chọn D.
Hướng dẫn: Hiện nay với các máy phát điện công suất lớn người ta thường tạo ra dòng điện xoay chiều một pha bằng cách cho cuộn dây đứng yên, nam châm vĩnh cửu chuyển động quay trong lòng stato có cuốn các cuộn dây. Các máy phát điện có công suất lớn thì dòng điện đi qua cuộn dây của phần ứng phải lớn, không thể dùng bộ góp điện để lấy điện ra sử dụng.
5.72. Chọn A.
Hướng dẫn: 
- Tần số của suất điện động phụ thuộc vào tốc độ quay của rôto phần cảm, và số cặp cực từ của phần cảm.
- Biên độ của suất điện động E0 = NBSω phụ thuộc vào phần ứng.
- Cơ năng cung cấp cho máy một phàn biến đổi thành điện năng, một phần biến đổi thành nhiệt năng.
- Dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện ở các cuộn dây thuộc phần ứng.
5.73. Chọn C.
Hướng dẫn: Tần số của suất điện động cảm ứng do máy phát điện xoay chiều tạo ra được tính theo công thức trong đó p là số cặp cực từ, n là số vòng rôto quay trong 1 phút.
5.74. Chọn B.
Hướng dẫn: Suất điện động cực đại giữa hai đầu cuộn dây phần ứng là E0 = N.B.S.ω = N.Ф0.ω = N.Ф0.2πf với Ф0 là từ thông cực đại qua một vòng dây của cuộn dây trong phần ứng. Ф0 = 2mWb = 2.10-3Wb.
5.75. Chọn C.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 6.74.
5.76. Chọn B.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 5.74. và 6.75.
5.77. Chọn B.
Hướng dẫn: suất điện động tỉ lệ với số vòng dây.
5.78. Chọn D.
Hướng dẫn: Theo định nghĩa về dòng điện xoay chiều ba pha: “Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều một pha gây ra bởi ba suất điện động có cùng tần số, cùng biên độ, lệch pha nhau 1200”.
5.79. Chọn C.
Hướng dẫn: Trong cách mắc hình sao hiệu điện thế giữa hai dây pha bằng lần hiệu điện thế giữa hai đầu một pha.
5.80. Chọn A.
Hướng dẫn: Trong cách mắc hình tam giác dòng điện trong mỗi dây pha bằnglần dòng điện trong mỗi pha.
5.81. Chọn B.
Hướng dẫn: Với cách mắc hình tam giác chỉ dùng có 3 dây dẫn, đó cũng là số dây dẫn cần dùng là ít nhất.
5.82.. Chọn C.
Hướng dẫn: Trong cách mắc hình sao có Ud = Up = 220 = 381V.
5.83. Chọn C.
Hướng dẫn: Trong cách mắc hình tam giác có Id =Ip = 10 = 17,3A.
5.84. Chọn D.
Hướng dẫn: Ba cuộn dây của máy phát theo hình sao thì hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai dây pha là Ud = Up = 127 = 220V. Ba cuộn dây của động cơ theo hình tam giác thì hiệu điện thế hiệu dụng đặt vào mỗi cuộn dây của động cơ là 220V, động cơ hoạt động bình thường.
5.85. Chọn D.
Hướng dẫn: Vận tốc góc của động cơ không đồng bộ ba pha tăng khi vật tốc của tè trường quay tăng, giảm khi momen cản tăng, nên phụ thuộc vào cả hai yếu tố này.
5.86. Chọn C.
Hướng dẫn: Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trường quay.
5.87. Chọn B.
Hướng dẫn: So với động cơ điện một chiều, động cơ không đồng bộ ba pha có hiệu suất cao hơn.
5.88. Chọn A.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn và làm tương tự câu 5.84
5.89. Chọn A.
Hướng dẫn: Người ta có thể tạo ra từ trường quay bằng hai cách: 
Cách 1: Cho nam châm vĩnh cửu hình chữ U quay đều quanh trục đối xứng của nó.
Cách 2: Cho dòng điện xoay chiều ba pha chạy qua ba cuộn dây trong stato của động cơ không đồng bộ ba pha.
5.90. Chọn D.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 5.72.
5.91. Chọn B.
Hướng dẫn: Cảm ứng từ do cả ba cuộn dây gây ra tại tâm stato của động cơ không đồng bộ ba pha khi có dòng điện xoay chiều ba pha đi vào động cơ có độ lớn không đổi, hướng quay đều với tần số quay bằng tần số dòng điện.
5.92. Chọn C.
Hướng dẫn: Tổng hợp ba véctơ cảm ứng từ do ba cuộn dây trong Stato của động cơ không đồng bộ ba pha gây ra tại tâm của stato theo quy tắc cộng véc tơ, ta sẽ được B = 1,5B0.
5.93. Chọn B.
Hướng dẫn: Trong stato của động cơ không đồng bộ ba pha mỗi cặp cực gồm ba cuộn dây. Trong stato có 6 cuộn dây tương ứng với p = 2 cặp cực, khi đó từ trường tại tâm của stato quay với tốc độ n = 60f/p = 1500vòng/min.
5.94. Chọn D.
Hướng dẫn: Trong stato của động cơ không đồng bộ ba pha mỗi cặp cực gồm ba cuộn dây. Trong stato có 9 cuộn dây tương ứng với p = 3 cặp cực, khi đó từ trường tại tâm của stato quay với tốc độ n = 60f/p = 1000vòng/min. Động cơ không đồng bộ nên tốc độ của rôto bao giờ cũng nhỏ hơn tốc độ từ trường quay, suy ra rôto lồng sóc của động cơ có thể quay với tốc độ 900vòng/phút.
5.95. Chọn C.
Hướng dẫn: Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và lực từ tác dụng lên dòng điện.
5.96. Chọn B.
Hướng dẫn: Suất điện động của máy phát điện xoay chiều được tính theo công thức E0 = N.B.S.ω suy ra E tỉ lệ với số vòng quay (ω) trong một phút của rô to.
5.97. Chọn A.
Hướng dẫn: Máy phát điện một chiều có tính thuận nghịch.
5.98. Chọn B. 
Hướng dẫn: Các cuộn dây của máy biến áp đều được cuốn trên các lõi sắt để tăng cường từ trường, giảm tổn hao từ thông.
5.99. Chọn D. 
Hướng dẫn: Nếu tăng R hai lần thì P giảm 2 lần.
5.100. Chọn A. 
Hướng dẫn: ở chế độ ổn định, công suất hao phí k0 đổi, không phụ thuộc vào thời gian truyền tải điện.
5.101. Chọn A.
Hướng dẫn: Nói chung R nhỏ song chỉ giảm đến mức nào đó.
5.102. Chọn C.
Hướng dẫn: Máy biến thế có tác dụng biến đổi hiệu điện thế còn tần số dòng điện xoay chiều vẫn được giữa nguyên.
5.103. Chọn D.
Hướng dẫn: Hiện nay trong trong quá trình truyền tải đi xa, người ta thường tăng hiệu điện thế trước khi truyền tải điện năng đi xa.
5.104.. Chọn C.
Hướng dẫn: Lõi của máy biến thế được cấu tạo bởi các lá thép mỏng ghép cách điện với nhau nhằm giảm bớt dòng điện Phucô, làm giảm hao phí điện năng trong máy biến thế.
5.105. Chọn A.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 5.84
5.106. Chọn C.
Hướng dẫn: áp dụng công thức máy biến thế: 
5.107. Chọn B.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn và làm tương tự câu 5.86
5.108. Chọn B.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn và làm tương tự câu 5.86
5.109. Chọn A.
Hướng dẫn: Hao phí trên đường dây tải điện trong mỗi ngày đêm là 480kWh, suy ra công suất hao phí trên đường dây tải điện là DP = 480kWh/24h = 20kW.
5.110. Chọn B.
Hướng dẫn: Công suất hao phí trên đường dây tải điện là DP = 20kW, suy ra hiệu suất truyền tải là 
5.111. Chọn A.
Hướng dẫn: Công suất truyền tải không thay đổi, áp dụng công thức tính hao phí trên dây dẫn do toả nhiệt → hiệu suất truyền tải điện năng đi xa là , suy ra và 
5.112. A sai; B sai; C đúng, D sai, E đúng.
5.113. Chọn B.
Hướng dẫn: Trong một chu kỳ đèn sáng lên 2 lần suy ra trong một giây, với dòng điện xoay chiều 50Hz thì đèn sáng lên 100lần.
5.114. Chọn C.
Hướng dẫn: Xem hướng dẫn và làm tương tự câu 5.11
5.115. Chọn A.
Hướng dẫn: Từ biểu thức u = 200sin(100πt)V ta có hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu đoan mạch là U = 100V, tần số góc của dòng điện xoay chiều là ω = 100π(rad/s). 
Cảm kháng của mạch là ZL = ωL = 100Ω. 
Dung kháng của mạch là ZC = = 200Ω. 
Tổng trở của mạch là = 100Ω.
Cường độ dòng điện trong mạch là = 1A.
Hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây là = 100V.
Thấy ZL < ZC nên đoạn mạch có tính dung kháng, cường độ dòng điện trong mạch sớm pha hơn hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch một góc φ có . Suy ra biểu thức cường độ dòng điện trong mạch có dạng i = sin(100πt + π/4) A.
Xét đoạn mạch chứa cuôn dây (RntL), nên đoạn mạch có tính cảm kháng, hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây sớm pha hơn cường độ dòng điện trong mạch một góc φ1 có . Suy ra biểu thức của hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây là ud = 200sin(100πt + )V.
5.116. Chọn B.
Hướng dẫn: Từ biểu thức u = 200sin(100πt)V ta có hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu đoan mạch là U = 100V, tần số góc của dòng điện xoay chiều là ω = 100π(rad/s). 
Dung kháng của mạch là ZC = = 100Ω. 
Tổng trở của mạch là .
Cường độ dòng điện trong mạch là .
Công suất tiêu thụ trong mạch là P = RI2 = (*), để công suất tiêu thụ trong mạch đạt cực đại thì R ≠ 0, chia cả tử và mẫu của (*) cho R ta được = 100W. 
Suy ra Pmax = 100W khi R = ZC= 100Ω.