Hướng dẫn giải bài tập vật lý SGK vật lý 12

Chia sẻ: Tyml0ve | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

1.562
lượt xem 123
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài 1: Dao động của con lắc lò xo. DĐĐH. C1. Theo H.1.1. Khi x 0, vật m ở bên phải vị trí cân bằng, lực F hướng sang trái tức là hướng về vị trí cân bằng và F

Chủ đề:

Bình luận(2) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hướng dẫn giải bài tập vật lý SGK vật lý 12

Hướng dẫn, lời giải, đáp án Câu hỏi và bài tập trong chương I SGK. Bài 1: Dao động của con lắc lò xo. DĐĐH. C1. Theo H.1.1. Khi x > 0, vật m ở bên phải vị trí cân bằng, lực F hướng sang trái tức là hướng về vị trí cân bằng và F < 0. Ta cũng lập luận tương tự như vậy khi x < 0. F và x luôn luôn trái dấu nhau nên trong công thức 1.1 phải có dấu “ – “ Câu hỏi: 1. Công thức lực gây ra dao động của con lắc: F = – kx. 2. Định nghĩa DĐĐH: Dao động của một vật được gọi là DĐĐH khi hợp lực tác dụng lên vật hay gia tốc của vật luôn hướng về vị trí cân bằng và tỉ lệ với li độ. 3. DĐĐH có thể xem là chuyển động của hình chiếu c ủa một điểm chuy ển đ ộng tròn đều lên một trục trùng với một đường kính của đường tròn. Bài tập: 4. Chọn B. F = k(x – x0). Vì khi đó (x – x0) là li độ của vật m. 5. Khi hòn bi (gắn vào bánh xe) chuyển động tròn đều thì nó kéo theo sự dao đ ộng của thanh gắn với pittông. Vì hình chiếu của hòn bi lên phương ngang luôn ở đ ầu bên trái của thanh ngang, nên thanh ngang và pittông DĐĐH. 6. Lực đàn hồi Fđh = – k(x – Δl), trọng lực P = mg = k.Δl do đó lực gây ra dao động là F = – kx, trong đó x là li độ. Bài 2: Các đặc trưng của DĐĐH . C1. Ta thấy rằng m có đơn vị là (kg), k có đơn v ị là (N/m) suy ra m/k có đ ơn v ị là (kg.N/m). Mặt khác theo công thức F = m.a ta có 1(N) = 1(kg.m/s2) suy ra 1(kg.N/m) m có đơn vị là (s). = 1(s2). Suy ra k C2. Phương trình dao động của vật là x = A.cos(ωt + φ). Vận tốc của vật là v = x’ = - ω.A.sin(ωt + φ). C3. Ta có x = A.cos(ωt + φ) → x’ = - ω.A.sin(ωt + φ) → x” = - ω2.A.cos(ωt + φ) thay x và x” vào phương trình x” + ω.x = 0 ta thấy - ω 2.A.cos(ωt + φ) + ω2.A.cos(ωt + φ) = 0 = VP. Tức là x = A.cos(ωt + φ) là nghiệm của phương trình x” + ω.x = 0. N2 C4. Số hạng 0,5kx2 có đơn vị là .m ≡ N.m ≡ J. m C5. Khi con lắc chuyển động từ vị trí biên về vị trí cân bằng thì thế năng gi ảm, động năng tăng. Khi con lắc chuyển động từ vị trí cân bằng về vị trí biên thì động năng giảm, thế năng tăng. Câu hỏi: 1. Chu kì dao động của con lắc là khoảng thời gian vật thực hiện 1 dao động toàn phần. Tần số là đại lượng nghịch đảo của chu kì. 1
2π 1 2. T = = ω f k m 3. ω = đơn vị (rad/s), T = 2π đơn vị (s) . m k 4. DĐĐH là một dao động có li độ biến đổi theo hàm cosin theo PT: x = A.cos(ωt + φ). 5. Phương trình DĐĐH là x = Acos(ωt + φ). x: là li độ A: là biên độ φ: Là pha ban đầu 1 1 6. Công thức động năng: Wd = mv Công thức thế năng: Wt = kx 2 2 2 2 Khi con lắc DĐĐH nếu động năng tăng thì thế năng giảm và ngược l ại nhưng tổng chúng không đổi. Bài tập: 7. Chọn C. Độ dài quỹ đạo chuyển động là khoảng cách từ x = − A đến x = A tức là hai lần biên độ. 8. a. T = 0,5s ; b. f = 2Hz ; c. A = 18cm. 9. a. Độ cứng k = 490N/m. Vì khi vật ở vị trí cân bằng ta có k.Δl = m.g. ∆l m b. Chu kì của con lắc T = 2π = 2π = 0,41 s. k g 10. Chọn D. 1 Thế năng tính bằng công thức Wt = kx 2 với x = - 2cm = - 0,02m. 2 11. Chọn B. Khi con lắc qua vị trí cân bằng thì thế năng cực tiểu còn động năng c ực đ ại nên k vận tốc đạt cực đại vmax = A.ω = A. m Bài 3: Con lắc đơn. C1. Ví dụ α = 100 = 0,1745 rad có sinα = 0,1736 tức là sinα ≈ α. C2. chu kỳ của con lắc đơn chỉ phụ thuộc vào chiều dài và gia tốc tr ọng trường, không phụ thuộc vào khối lượng của con lắc. C3. Khi chuyển động từ vị trí biên về vị trí cân bằng thì độ cao của vật gi ảm → thế năng của vật giảm, khi đó vật chuyển động nhanh dần → vận tốc của vật tăng → động năng của vật tăng. Khi chuyển động từ vị trí cân bằng lên vị trí biên thì độ cao của vật tăng → thế năng giảm, vật chuyển động chậm dần → vận tốc gi ảm → động năng giảm. Câu hỏi: 1. Phần I, II trong SGK. 2
l 2. T = 2π . g 12 3. Thế năng: Wt = mgl(1 – cosα). Động năng: Wđ = mv . 2 1 Cơ năng: W = mv 2 + mgl(1 – cosα) = const. 2 Khi con lắc dao động nếu động năng tăng thì thế năng giảm và ngược l ại nhưng tổng chúng không đổi. Bài tập: 4. Chọn D. 5. Chọn D. Vì chu kỳ dao động không phụ thuộc vào khối lượng . 6. Chọn C. 12 Áp dụng ĐL BT cơ năng Wđmax = W ⇒ mv = mgl(1 – cosα0) → v = 2 2gl(1 − cos α 0 ) l 7. Ta có T = 2π = 2,838s, mặt khác t = T.n (n là số dao động t. phần) → n = t/T = g 105,5 l 8. a. Chu kì dao động của con lắc là T = 2π = 2,007 s g b. Tốc độ cực đại khi con lắc đi qua vị trí cân bằng v max = 2gl(1 − cos α 0 ) = 3,13 m/s. Khi con lắc ở vị trí góc α bất kỳ thì cơ năng: 12 mv + mgl(1 - cosα) = mgl(1 - cosα 0 ) → v = 2gl(cos α − cos α 0 ) = 2,68 m/s. W= 2 Bài 4: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. C1. a. Các con lắc đều dao động cưỡng bức b. Con lắc C dao động mạnh nhất do có chiều dài bằng con lắc D có cùng chu kỳ dao động riêng nên cộng hưởng. C2. a. Vì tần số của lực cưỡng bức gây ra bởi chuyển động của pittông trong xilanh của máy nổ khác xa tần số riêng của khung xe. b. Vì tần số của lực đẩy bằng tần số riêng của chiếc đu. C3. Dây đàn ghita được lên đúng, thì tần số dao động của nó bằng tần số dao động của phím đàn pianô. Sóng âm truyền ra từ phía đàn pianô tác động vào dây đàn một ngoại lực có tần số bằng tần số riêng của đàn ghita, làm cho dây đàn ghita dao động mạnh, hất mẩu giấy ra khỏi dây đàn. 3
Câu hỏi: 1. Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần. Nguyên nhân là do lực ma sát làm tiêu hao năng lượng. 2. Dao động duy trì là dao động được cung cấp năng lượng bằng phần năng lượng đã bị mất sau mỗi chu kì sao cho chu kì dao động riêng không thay đổi. 3. Dao động cưỡng bức là dao động chịu tác dụng của một ngoại lực tuần hoàn. Đặc điểm của dao động cưỡng bức: - Biên độ không đổi, tần số dao động bằng tần số của ngoại lực. - Biên độ dao động phụ thuộc vào biên của lực cưỡng bức và chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động. 4. Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng gọi là hiện tượng cộng hưởng. Điều kiện khi tần số dao động cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động. Bài tập: 5. Chọn B. Vì cơ năng tỉ lệ với bình phương biên độ dao động. 6. Chọn B. l Chu kì dao động của con lắc là T = 2π = 1,33 s. Khi dao động của con lắc có g biên độ lớn nhất, tức là dao động cưỡng bức của con lắc xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Vận tốc của tàu là v = l/T = 12,5/1,33 = 9,4 m/s = 33,84 km/h. Ta thấy 33,84 km/h gần với 40 km/h nhất nên chọn B. Bài 5: Tổng hợp DĐĐH cùng phương, cùng tần số. Phương pháp giản đồ vectơ. C1. DĐĐH x = 3cos(5t + π/3) cm được biểu diễn bằng mọt vectơ quay có độ dài 3 đơn vị, hợp với trục 0x một góc 600. Câu hỏi: 1. Phần I SGK 2. Phần II SGK 3. a. Hai dao động cùng pha: A = A1 + A2 b. Hai dao động ngược pha: A = |A1 - A2 | c. Hai dao động vuông pha: A2 = A12 + A22 Bài tập: 4. Chọn D. π 5. Chọn B. x = 2cos(t + ) 6 - Có độ lớn bằng hai đơn vị dài lên A = 2đvcd - Quay quanh O với tốc độ 1rad/s lên ω = 1 rad/s 4
π - Khi t = 0; ta có: φ = 300 = rad 6 6. Phương trình của dao động tổng hợp: x = 2,3cos(5πt + 0,68π) (cm) ≈ Hướng dẫn: A2 = A21m + A22m + 2.A1m.A2m.cos(φ2 – φ1) = 5,25 → A = 2,29 2,3 cm A1m .sin ϕ1 + A 2m .sin ϕ2 3+ 3 tan φ = =- = - 1,5773 = 0,68π A1m cos ϕ1 + A 2m cos ϕ2 3 Bài 6: Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con l ắc đơn. Câu hỏi: 1. Dự đoán: Chu kỳ dao động của con lắc đơn phụ thuộc vào những đ ại l ượng: l, m, α Dùng TN thay đổi một đại lượng khi giữ nguyên các đại l ượng kia ki ểm tra t ừng dự đoán 2. Dự đoán: Chu kỳ dao động của con lắc đơn phụ thuộc vào nơi làm thí nghiệm. Làm TN với con lắc có chiều dài không đổi tại những nơi khác nhau đ ể ki ểm chứng 3. Không đo chu kỳ của con lắc đơn có l < 10 cm vì khi đó kích th ước qu ả cân là đáng kể so với chiều dài này, vì kho tạo ra dao đ ộng v ới biên đ ộ nh ỏ và chu kỳ T nhỏ khó đo. 4. Dùng con lắc dài khi xác định gia tốc g cho kết qu ả chính xác h ơn vì ∆g 2∆T ∆l = + g T l Hướng dẫn, lời giải, đáp án Câu hỏi và bài tập trong chương 2 SGK. Bài 7: Sóng và sự truyền sóng. C1. Ta trông thấy các gợn sóng tròn, đồng tâm O, lan rộng dần. C2. Được, nhưng đầu dưới của dây được tự do nên đầu dưới cung dao động như mọi điểm của dây, còn thí nghiệm hình 7.2 SGK thì điểm P bị giữ cố định, nên không dao động. Câu hỏi: 1. Dao động có thể lan truyền hoặc không, khi dao động lan truyền thì nó trở thành sóng. 2. Phương dao động của các phần tử môi trường: Sóng ngang có phương dao động của các phần tử vuông góc với phương truyền sóng, còn sóng dọc có ph ương dao động của các phần tử song song với phương truyền sóng. 3. Kéo dây căng mạnh hơn thì biến dạng lan truyền nhanh hơn. 4. Bước sóng là quãng đường sóng truyền được trong một chu kì. Vận tốc truyền sóng phụ thuộc môi trường truyền sóng, mà λ = v.T nên bước sóng cũng phụ thuộc vào môi trường. 5
5. Vì li độ là hàm tuần hoàn của hai biến số độc lập t và x là s = Acos2π(t/T – x/λ). 6. Chỉ cần dật mạnh đầu dây một cái theo phương ngang (vuông góc v ới tay co gầu) rồi chờ cho xung động của dây truyền xuống tới gàu thì gàu sẽ l ật. Không nên lắc đi, lắc lại đầu dây. Bài tập: 7. Chọn A. 8. Chọn C. 9. Vận tốc truyền sóng là v = 50cm/s. Hướng dẫn: Ta có 2λ1 = 14,3 – 12,4 = 1,9 cm; 2 λ 2 = 16,35 – 14,3 = 2,05cm; 2λ3 = 18,3 – 16,35 = 1,95 cm; 2λ4 = 20,45 – 18,3 = 2,15 cm. λ1 + λ 2 + λ 3 + λ 4 ≈ 1cm, với f = 50Hz ta được v = λ .f = 1.50 = 50cm/s λ= 4 10. Vận tốc truyền sóng là v = 20 cm/s 2 Hướng dẫn: λ = = 0,2 cm; v = λf = 0,2.100 = 20 cm/s. 10 Bài 8: Sự giao thoa sóng. C1. Biên độ sóng là A = a 2 Vì tại đó hai sóng tổng hợp vuông pha nhau. Câu hỏi: 1. Hiện tượng giao thoa và hiện tượng nhiễu xạ. 2. Ta cần chứng minh rằng hiện tượng vật lý đó có một trong hai khả năng: hoặc giao thoa hoặc nhiễu xạ. 3. Không, vì theo định nghĩa chỉ cần chúng có cùng tần số và hiệu pha không đổi theo t. 4. Hiệu pha giữa chúng phải bằng 2kπ, ( k = 0,±1, ±2, ….) 5. Hiệu pha giữa chúng phải bằng (2k + 1)π, ( k = 0,±1, ±2, ….) 6. a = a12 + a 2 + 2a1a 2 cos(2k + 1) π = | a1 – a2|; do hai dao động ngược pha. 2 Bài tập: 7. Chọn D. 8. Chọn B. 9. i ≈ 0,625cm λv 50 5 = = = Ta có i = 2 2f 2.40 8 10. Vận tốc truyền sóng là v = 0,25m/s. S1, S2 là hai nút, giữa S1, S2 có 10 nút khác, vậy khoảng cách S1S2 là 10 + 1 khoảng giữa hai nút. Khoảng cách giữa hai nút bằng một nửa bước sóng là λ s1s 2 11 = = = 1 cm do đó λ = 2cm. i= 2 11 11 6
Vận tốc truyền sóng là v = f.λ = 26.2 = 52cm/s. Bài 9: Sự phản xạ của sóng. Sóng dừng. C1. Vật cản ở đây là điểm gắn cố định sợi dây. C2. Vật cản ở đây là điểm đầu P của sợi dây tự do nó ngăn không cho sóng truyền tiếp theo chiều đó. Câu hỏi: 1. Phản xạ đổi dấu là phản xạ trong đó, li độ của sóng phản xạ tại mỗi đi ểm thì bằng và trái dấu với li độ của sóng tới, sau cùng một lộ trình. Trong phản xạ không đổi dấu, li độ sóng phản xạ bằng và cùng dấu với li độ của sóng tới. 2. Phản xạ đổi dấu xảy ra khi sóng phản xạ trên một vật cản cố định. Phản xạ không đổi dấu khi vật cản di động được. 3. Sóng dừng được tạo thành do sự dao thoa của sóng phản xạ với sóng tới. 4. Nút dao động trong hệ sóng dừng là điểm, tại đó dao động tổng hợp của sóng tới và sóng phản xạ có bên độ cực tiểu (hoặc bằng không, nếu sóng phản xạ có biên độ bằng sóng tới) Bụng dao động (trong hệ sóng dừng) là điểm tại đó, dao động tổng hợp (của sóng tới và sóng phản xạ) có biên độ cực đại. Khoảng cách giữa hai nút - hoặc hai bụng - liên tiếp bằng một nửa bước sóng; khoảng cách từ một nút đến bụng gần nhất bằng một phần tư bước sóng. 5. Trong phản xạ đổi dấu, điểm phản xạ luôn luôn là một nút; còn trong phản x ạ không đổi dấu, điểm phản xạ luôn luôn là một bụng. Bài tập: 6. Chọn C. 7. Chọn D. 8. a. λ = 1,2m. Dây dao động với một bụng sóng lên l = λ/2 hay λ = 2.l = 2.0,6 = 1,2m b. λ = 0,4m λ' l 2.l 2.1,2 Khi dao động với N bụng thì = với N = 3 thì λ = = = 0,4m N 3 2N 9. f = 100Hz Giữa bốn nút có ba bụng, tức là trên dây có ba nửa bước sóng nên v 3v 3.80 = = = 100HZ λ 2l v l = 3 hay λ = . Tần số dao động f = = 2l 2l 2.1,2 λ 3 2 3 Bài 10: Tính chất vật lí của âm thanh. C1 Vì âm còn truyền qua giá gắn chuông, bàn đặt chuông, và chuông thuỷ tinh, rồi qua không khí ở ngoài chuông tới tai ta. 7
Có thể xác minh bằng cách đặt giá chuông lên một tấm nhựa xốp, mềm để chuông cách âm đối với bàn. Nếu tấm nhựa cách âm tốt thì tai không nghe thấy gì nữa. C2. Ta trông thấy tia chớp, khá lâu sau mới nghe thấy tiếng sấm. Một người đánh tiếng trống rời rạc, đứng cách xa ta khoảng 100m thì thấy rõ t ừ lúc dùi đập vào mặt trống đến lúc nghe thấy tiếng ‘tùng’ có một khoảng thời gian tuy ngắn nhưng rất rõ. Câu hỏi: 1. Hai sóng có cùng bản chất, nhưng khác nhau về tần số. 2. Sóng âm là sóng dọc, nên mới truyền được qua không khí. 3. Nhạc âm có tần số xác định và thường kéo dài, tiếng động không có tần số xác định và không kéo dài. 4. Nghe một dàn nhạc trình diễn, dù đứng gần hay đứng xa, đ ều không thấy có gì khác về giai điệu, tuy bản nhạc có nhiều nốt nhạc tần số rất khác nhau. 5. Âm thanh truyền nhanh nhất trong môi trường rắn rồi đến môi trường lỏng cuối cùng là môi trường khí 6. Áp suất âm thanh là độ biến thiên áp suất tại mỗi điểm của môi trường mà sóng âm truyền qua. 7. Đơn vị cường độ âm được đo bằng oát trên mét vuông ( kí hiệu : W/m2) Bài tập: 8. Chọn C. 9. Chọn A. 10. Không nghe được . 1 = 12,5Hz < 16 Hz là sóng hạ âm lên không nghe thấy. Ta có f = T V 331 V 1500 11. Ta có λ = = 6 = 0,331mm ; λ’ = = 6 = 1,5mm . f 10 f 10 12. v = 341 m/s. a. Loại trừ ảnh hưởng của gió 18612 = 340,879 m/s ≈ 341 m/s. b. v = 54,6 13. Vg = 3194m/s l l Vo .l 340.951,25 ∆t = − ⇒ Vg = = = 3194,3 ≈ 3194 m/s l − Vo .∆t 951,25 − 340.2,5 V0 Vg Bài 11: Tính chất sinh lí của âm thanh. C1. Có; nếu âm có tần số quá thấp (dưới 100 ÷ 200Hz) hoặc quá cao (trên 5000 ÷ 6000Hz) còn âm kia có tần số trung bình (500 ÷ 2000Hz). C2. Có, vì chỉ cần nghe bước chân là ta nhận ra ngay người đang đi tới, và đi bằng gì, guốc hay giày. Nói chung tiếng động cũng có âm sắc. 8
Câu hỏi: 1. Theo tính chất sinh lí của âm. 2. Có ba tính chất sinh lí của âm, đó là độ cao, độ to và âm sắc 3. Độ cao của âm mà tính chất mà ta thường đánh giá bằng các tính từ: trầm, bổng,thấp, cao… Độ cao của một âm được đặc trưng bằng tần số của nó. 4. Độ to của âm được đặc trưng bằng mức cường độ của nó. Đơn vị đo mức cường độ âm là ben và đêxiben. 5. Âm sắc là tính chất của âm giúp ta phân biệt hai âm có cùng độ cao, độ to, do hai nguồn khác nhau phát ra. 6. Không, vì hai âm có thể khác nhau về cả ba tính chất sinh lý. Bài tập: 7. Chọn C. 8. Chọn C. 9. Chọn C. 10. L = 86dB Sóng âm là sóng cầu, công suất của âm phát đi từ nguồn được phân phối đều trên diện tích mặt cầu bán kính R = 10m P 0,5 = = 4.10−4 W/m2 Vậy cường độ âm tại M là: I = 4πR 2 2 4.3,14.10 I 4.10−4 Mức cường độ âm tại đó là: L = 10lg = 10lg −12 ≈ 86dB I0 10 11. L1 = 10dB = 1B do đó I1 = 10I0 = 10-11W/m L2 = 2B do đó I2 = 100I0 = 10-10W/m L3 = 4B do đó I3 = 104I0 = 10-8W/m L4 = 6B do đó I4 = 106I0 = 10-6W/m L5 = 8B do đó I5 = 108I0 = 10-4W/m L6 = 13B do đó I6 = 1013I0 = 10W/m I I I 12. L = 10lg = 1 do đó lg = 0,1 và = 1,26 I0 I0 I0 Hướng dẫn, lời giải, đáp án Câu hỏi và bài tập trong chương 3 SGK. Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều. C1. Dòng điện chạy theo một chiều với cường độ không đổi. C2. π a. IMax = 5A, ω = 100π rad/s, T = 0,02s, f = 50Hz, φ = rad. 4 9
π = 100π rad/s, T = 0,02s, f = 50Hz, φ = − rad b. IMax = 2 2 A, ω 3 = 100π rad/s, T = 0,02s, f = 50Hz, φ = π rad c. IMax = 5 2 A, ω C3. TT T 3T T + +k = +k 1. Đồ thị cắt trục hoành tại thời điểm 84 28 2 π T 2. Khi t = thì i = Imsin(ωt + ) = Im. 8 4 π I Khi t = 0 thì i = Imsin( ) = m . 2 4 C4. Trong ống dây, từ thông biến thiên và đổi dấu một cách tuần hoàn theo t do đó xuất hiện dòng điện cảm ứng biến thiên và đổi chiều tu ần hoàn (xoay chiều) (nhưng không hình sin) C5. Công suất trung bình là P (tính ra W). Điện năng tiêu thụ trong một giờ bằng P (Wh) C6. UMax = U 2 = 220 2 = 311V Câu hỏi: 1. a. Phương trình cường độ dòng điện i = Imcos(ωt + φ) trong đó i là cường độ dòng điện tức thời, Im là cường độ dòng điện cực đại. c. Cường độ dòng điện hiệu dụng có giá trị bằng giá trị cực đại chia cho 2 2. Quy định thống nhất tần số của DĐXC trong kỹ thuật vì khi đó các nhà máy sản xuất điện mới có thể hoà vào cùng một mạng điện, việc sử dụng điện mới đ ược thuận tiện. Bài tập: 3. a. 0 ; b. 0 ; c. 0 ; d. 2 ; e. 0. 4. Trên bóng đèn có ghi (220V – 100W). Mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng U = 220V. a. Điện trở của bóng đèn: R = U2/P = 484 Ω. b. Cường độ dòng điện hiệu dụng qua đèn là I = U/R = 0,455A. c. Điện năng tiêu thụ trong 1 h là 100 Wh. 5. Hai bóng đèn (220V – 115W), (220V – 132W) mắc song song vào mạng đi ện 220V. a. Công suất tiêu thụ của mạch điện là P = 247 W. b. Cường độ dòng điện cung cấp cho mạch là I = P/U = 1,12A. 6. Trên một đèn có ghi (100V – 100W). Mạch điện sử dụng có U = 110V. Khi đèn sáng bình thường thì cường độ dòng điện qua đèn là I = P/U = 1A, điện áp gi ữa hai đầu bóng đèn là 100V. Cần mắc nối tiếp với đèn một điện trở R = U’/I = (110 – 100)/1 = 10 Ω. 10
7. Chọn C. 8. Chọn A. 9. Chọn D. 10. Chọn C. Bài 13: Các đoạn mạch sơ cấp. C1. Điện áp xoay chiều u = Umcosωt trong đó u là điện áp tức thời, Um là điện áp Um cực đại, U = là điện áp hiệu dụng. 2 C2. Cường độ dòng điện trong đoạn mạch tỉ lệ thuận với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở của mạch điện. C3. Thực chất điện tích tự do không chuyển qua lớp điện môi của tụ điện. Tụ điện cho dòng điện “đi qua” là nhờ cơ chế nạp – phóng điện của tụ điện. 1 1 C4. Đơn vị của Zc = : Ta có đơn vị của là 1(s/F), dựa vào công thức C = ωC ωC Q/U suy ra 1(F) = 1(C/V) suy ra 1(s/F) = 1(V.s/C), dựa vào công th ức I = Q/t có 1(C/s) = 1(A) suy ra 1(s/F) = 1(V/A) = 1(Ω). C6. Đơn vị của ZL = ωL : Ta có đơn vị của ωL là 1 (H/s) dựa vào công thức e = L.ΔI/Δt ta có 1 (V) = 1 (H.A/s) suy ra 1 (H/s) = 1 (V/A) = 1(Ω). Câu hỏi: U 1. Biểu thức ĐL Ôm đoạn mạch chỉ có tụ điện hoặc cuộn cảm là : I = Z hoặc C U I= . ZL π 2. a. Với tụ điện cản trở DĐXC tần số thấp, làm i sớm pha hơn u 2 π b. Với cuộn cảm cản trở DĐXC tần số cao, → i trễ pha hơn u 2 Bài tập: U 100 1 1 = 20Ω → C = = F 3. a. Zc = = 100π.20 2000π 5 I π b. I0 = I 2 = 5 2 (A) Mạch chứa tụ điện nên i sớm pha hơn u 2 π → i = 5 2 cos(100πt + )(A) 2 π 0,2 4. a. L = H. b. i = 5 2 cos(100πt - )(A). π 2 Tương tự bài 3: Mạch chứa cuộn cảm nên cường độ dòng điện trễ pha hơn đi ện π áp 2 11
di di di 5. Khi L1 và L2 mắc nối tiếp thì: U = U1 + U2 = - L1 - L 2 U = -(L1 + L2 ) = - L dt dt dt di với L = L1 + L2 Suy ra : Zl = Lω = L1 .ω+ L2 .ω = ZL + ZL = (L1 + L2 )ω dt 1 2 qq q 6. Khi tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì: u = u1 + u2 = + vì q1 = q2 =q, u = C1 C2 C 1 1 1 1 1 1 ⇔ ZC = ZC + ZC với = + suy ra ZC = = + Cω C1ω C2ω C1 C C2 2 2 7. Chọn D. U max Ta có U = và I = U. C.ω 2 8. Chọn D. Tương tự câu 7 9. Chọn A. U max U 200 = 100Ω . = 200V. Cảm kháng ZL = U= = 2 I 2 Bài 14: Tính toán mạch điện xoay chiều bằng phương pháp Fre-nen. Mạch R, L, C mắc nối tiếp. C1. Quy luật mắc nối tiếp giữa hai thiết bị điện liên tiếp có một điểm chung. Quy luật mắc song song giữa hai thiết bị điện, nhóm thiết bị điện liên tiếp có hai điểm chung. C2. Chọn u làm mốc thì φu = 0 khi đó : + u, i cùng pha φi = 0 khi đó u,i cùng chiều π π + u trễ so với i khi đó φi = 2 2 π π + u sớm so với i khi đó φi = - 2 2 Câu hỏi: U 1. I = R 2 + ( Z L − ZC ) 2 2. 1 với e ; 2 với a ; 3 với c ; 4 với a ; 5 với c ; 6 với f ; 3. Cộng hưởng là biên độ cường độ dòng điện đạt giá trị cực đại khi ZL = ZC Đặc trưng của cộng hưởng là I đạt cực đại, u và i cùng pha, công su ất to ả nhi ệt đạt cực đại. Bài tập: 12
60 3 1 = = 20Ω tổng trở Z = R 2 + ZC 2 = 20 2 Ω và I = 4. Zc = A Cω 20 2 2 π π tanφ = -1 nên φ = biểu thức cường độ dòng điện là i = 3cos(100πt + ) A. 4 4 π 120 4 = 5. ZL = 30Ω ; Z = 30 2 Ω I = A ; i = 4cos(100πt - ) A 30 2 2 4 6. Ta có U2 = U R + U C suy ra UR = U 2 − ZC 2 = 60V 2 2 U R 60 U 80 = 2A và ZC = C = = 40Ω I= = 30 R I 2 π 80 7. ZL = 40Ω; i = 2 cos(100πt - )A; Ta có U2 = U R + U L Với UL = 40V; U = 2 2 = 40 2 4 π UR 2 V ⇒ Vậy UR = U − ZL = 40V ; I = 2 2 = 1A; tanφ = 1 suy ra φ = rad R 4 a. ZL = 40Ω π b. i = 2 cos(100πt - )A 4 π 8. i = 4cos(100πt + ) A 4 π 4 ZC = 50Ω > ZL = 20Ω suy ra Z = 30 2 Ω; I= A; tan(-φ) = 1 suy ra φ = - rad 2 4 9. 2,4A; -370; 96 2 V ; ZC = 40Ω > ZL = 10Ω; Z = 402 + 302 = 50Ω 120 = 2,4A ; tan(-φ) = 0,75 = tan370 a. I = 50 b. UAM = I. R 2 + ZC = 96 2 V 2 10. 100π rad/s ; i = 4 2 cos100π t (A) 1 80 U = 4A ; i = 4 2 2 ⇒ ω = 100πrad/s; I = Khi cộng hưởng: ZL = ZC = = ω 20 R cos100πt(A) 11. Chon D. U Z = R 2 + ( ZL − ZC ) = 40 2 Ω nên I = 2 = 3 2 A ; tanφ = 1 Z 12. Chọn D. U Có ZC = ZL cộng hưởng nên Z = R = 40Ω ; I = = 3A ; φu = φi = 0 R Bài 15: Điện năng tiêu thụ trong đoạn mạch xoay chiều. Hệ số công suất. C1. Công thức điện năng A = UI, công suất tiêu thụ P = UI. 13
C2. Mạch cosφ Chỉ có điện trở thuần 1 Chỉ có tụ điện 0 Chỉ có cuộn cảm 0 Điện trở mắc nối tiếp với tụ điện R 1 R2 + ω C2 2 Điện trở nối tiếp với cuộn cảm R R 2 + ω2 L2 C3. Từ giản đồ vectơ Z L − ZC 1 R mặt khác 1 + (tanφ)2 = từ đó suy ra cosφ = Ta có tanφ = cos ϕ 2 R Z sin ϕ Z − ZC Lại có tanφ = từ đó suy ra sinφ = L cos ϕ Z Câu hỏi: R ; phụ thuộc vào R và Z 1. cosφ = Z Bài tập: 2. Chọn B. 3. Chọn B. 4. Chọn A. 8 = 2πfL  8 6 1  ⇒ = 4π f LC Để có cộng hưởng thì 4π f x = (LC) ⇔ 4π f x = −1 22 22 22 Ta có 6= 6 8 2πfC   3 2 4π2f2 suy ra f x = f
C2. Từ trường trong lòng cuộn sơ cấp và thứ cấp biến đổi cùng tần số nên dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số. C3. V1, V2 đo các điện áp hiệu dụng. A1, A2 đo các cường độ hiệu dụng Khoá k cho phép ngắt hay đóng mạch thứ cấp( điện trở R). C4. Máy biến áp thứ nhất (10kV ÷ 200kV) tăng áp lên điện cao áp, máy biến áp thứ hai (200kV ÷ 5000V) là máy hạ áp trung gian, máy biến áp thứ ba (5000V ÷ 220V) hạ xuống lưới điện tiêu dùng. C5. Trên hình 16.6 SGK, cuộn thứ cấp có số vòng rất ít so với cuộn sơ cấp, do đó I 2 N1 1000 = = = 200 cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp rất lớn : I1 N 2 5 Dưới tác dụng của cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp rất lớn, hai miếng kim loại nóng chảy và dính liền với nhau. Câu hỏi: 1. Ý 1 phần II SGK. Bài tập: 2. Chọn C. U 2 I1 = =3 Ta có U1 I 2 3. Chọn A. U2 N2 = Ta có và P1 = P2 = U1I1 U1 N1 4. a. Để tăng áp thì cuộn sơ cấp phải có N 1 = 200 vòng. Cuộn thứ cấp có N2 = 10 N2 = 50 ; lại có U1 = 220V nên U2 = 11 000V. 000 vòng. Ta có tỷ số N1 b. Cuộn dây sơ cấp có tiết diện dây lớn hơn vì cường độ dòng điện I1 = 50.I2 N1 = 50 ⇒ I2 = 50.I1 rất lớn sẽ toả nhiệt ta có Q = RI2t làm chì nóng chảy. 5. Ta có N2 6. a. Vì biến áp lý tưởng lên P1 = P2 = U1.I1 = 220.30 = 6 600W P1 6600 = = 1,32A b. I1 = U1 5000 U 2 220 11 = = c. U1 5000 250 4000 400 7. a. Ira = = A 110 11 400 b. Độ sụt thế ΔU =RIra = .2 = 72,7V 11 15
c. Uc = U – ΔU = 110 – 72,7 = 38,3V. d. RI2ra = 2643,6W 4000 200 200 A ⇒ ΔU’ =RI’ra = 2 = 36,36V ⇒ Uc’ = U’ – ΔU’ = 220 – e. I’ra = = 220 11 11 36,36 ⇒ Uc’ = 183,64V. ⇒ RI’2ra = 661,15W Bài 17: Các máy phát điện xoay chiều và một chiều. C1. Nguyên tắc chung tạo ra DĐXClà dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi từ thông qua mạch kín biến thiên trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. C2. Có 5 đôi cực nên n = 5 suy ra f = 5.600 = 3000 vòng/phút = 50 Hz. C3. Xem SGK 11 phần nguồn điện hoá học, dòng điện trong kim lo ại, trong bán dẫn. C4. Xem SGK 11 trong phần dụng cụ bán dẫn. C5. Với dòng điện xoay chiều, xét nửa chu kỳ đầu nếu N dương, M âm thì i chạy từ N tới M. Nửa chu kỳ sau M dương, N âm thì i chạy từ M tới N. Khi N dương i từ N đến A (điôt giữa N, A mở giữa N, B đóng) qua R tới B Khi M dương i từ M đến A (điôt giữa M, A mở giữa M, B đóng) qua R tới B C6. Vì các Upha lệch nhau 1200 trong không gian ⇒ u12 = u10 + u20 khi đó u12 là đường chéo hình thoi cạnh u10 và u20 ⇔u12 = 2u10.sin600 = 3 u10 ⇔ Udây = 3 Upha Câu hỏi: 1. Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. 2. Giống nhau: Đều tạo ra từ trường quay, tạo ra độ lệch pha giữa u và i khi qua các cuộn cảm, tụ điện. Khác nhau: Dòng điện một pha chỉ sử dụng dược một loại đi ện áp, còn dòng điện ba pha sử dụng hai loại điện áp cho hiệu suất cao hơn. u Bài tập: 3. Chọn C. xoay t chiều 4. Đồ thị cường độ dòng điện trước và sau khi chỉnh lưu cả hai nửa chu kì: - Trước khi dạng hình sin. - Sau khi chỉnh lưu có dạng trị tuyệt đối của sin. u + 1 chiều 5. Suất điện động cho bởi máy phát ba pha đối xứng: t e t 16
6. Cường độ dòng điện trong dây trung hoà i = i1 + i2 + i3 ta lại có i1 = Imcosωt, i2 = Imcos(ωt - 2π/3), i3 = Imcos(ωt + 2π/3) suy ra i = 0. Bài 18: Động cơ điện xoay chiều kiểu cảm ứng. C1. Từ thông Φ = B.S.cosα vì B, S không đổi nên Φ cực đại khi α = 0 ho ặc 180 0 khi đó S vuông góc với từ trường. C2. Theo định luật Len - xơ khi có từ trường quay qua khung dây (từ thông qua khung biến thiên) trong khung dây suất hiện dòng điện cảm ứng, dòng diện này đặt trong từ trường quay chịu tác dụng của lực từ, làm khung quay theo. Nếu khung quay bằng tốc độ của từ trường quay thì ic = 0 không còn lực từ tác dụng lên khung kéo B khung quay, vì vậy khung luôn quay chậm hơn B1 B2 từ trường quay. t C3. Hướng dẫn: Áp dụng các công thức cộng vectơ hoặc dùng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc B3 của B1, B2, B3 và t như hình vẽ. C4. Động cơ không đồng bộ dùng trong máy bơm nước. Câu hỏi: 1. Phần tổng kết cuối bài. 2. Vẫn có tổn hao năng lượng do phải tốn công chống lại ngẫu lực cản sinh ra do định luật Len - xơ. 3. Cách tạo ra từ trường quay. Bài tập: 4. Tốc độ quay của động cơ phải kém tốc độ quay của từ trường để tạo nên biến thiên từ thông trong khung dây, sinh ra dòng điện cảm ứng. Nếu tăng công suất của tải mà động cơ phải kéo thì tốc độ quay c ủa động c ơ giảm đi (nếu độ lớn cực đại của từ trường quay không tăng). Bài 19: Thực hành: Khảo sát đoạn mạch xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp. Câu hỏi: 1. a. Cắm que đỏ vào cổng VΩ, cắm que đen vào cổng COM, vặn núm chuy ển mạch về thang đo Ω với vị trí 20k. b. Vặn núm chuyển mạch về thang ACV với vị trí 20. c. Văn núm chuyển mạch về thang ACA với vị trí 200m. Bài tập: Hướng dẫn, lời giải, đáp án Câu hỏi và bài tập trong chương 4 SGK. Bài 20: Mạch dao động. q, i q t i 17
C1. Phương trình của điện tích và dòng điện trong mạch khi pha ban đ ầu bằng không là q = q0cosωt và i = q’ = - ωq0sinωt = ωq0cos(ωt + π/2). Đồ thị có dạng như hình vẽ Câu hỏi: 1. Mạch dao động có cấu tạo gồm một tụ điện và cuộn c ảm mắc với nhau t ạo thành một mạch kín. 2. q và i trong mạch biến thiên điều hoà theo hàm số cosin: q = q0cos(ωt + φ) và i = q’ = - ωq0sin(ωt + φ). 1 3. Chu kì dao động riêng của mạch là T = 2 π LC , tần số f = 2π LC 4. Dao động điện từ tự do: Sự biến thiên điều hoà c ủa đi ện tích q và c ường đ ộ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường E và cảm ứng từ B) trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ tự do. Bài tập: 5. Chọn A. 6. Chọn D. 7. Chọn A. 8. Chu kì dao động riêng của mạch là T = 2 π LC = 3,77.10-6s 1 Tần số dao động riêng của mạch là f = = 0,256.106HZ. T Bài 21: Điện từ trường. C1. Định luật cảm ứng điện từ : Khi từ thông qua một mạch đi ện biến thiên thì trong thời gian từ thông biến thiên, trong mạch xuất hiện một suất điện động cảm ứng. C2. Các đặc điểm của các đường sức của điện trường tĩnh điện. a. Các đường sức là những đường có hướng. b. Chúng là các đường cong không kín: đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm. c. Qua mỗi điểm trong điện trường chỉ có một đường sức, các đường sức không cắt nhau. d. Nơi nào các đường sức lớn ở đó đường sức mau và ngược lại. Các đường sức của điện trường xoáy có các tính chất a, c, d, còn với tính chất b thì đường sức của điện trường xoáy là các đường cong kín. C3. Vòng dây kín không có vai trò gì trong việc tạo ra điện trường xoáy. Câu hỏi: 1. Nếu tại một nơi có từ trường biến thiên thì tại đó xuất hiện điện trường xoáy. 2. Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên thì tại đó xuất hiện từ trường xoáy. 18
3. Điện từ trường là trường có hai thành phần biến thiên, liên quan mật thiết ví nhau là điện trường biến thiên và từ trường biến thiên Bài tập: 4. Chọn D. 5. Chọn D. 6. Chọn A. Bài 22: Sóng điện từ. C1. Sóng điện từ chính là điện từ trường đang lan truyền. c với c = 3.108m/s. C2. λ = f Câu hỏi: 1. Sóng điện từ là điện từ trường biến thiên lan truyền trong không gian. Đặc điểm: Là sóng ngang, lan truyền cả trong chân không, khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường nó bị phản xạ và khúc xạ. 2. Sóng vô tuyến có bước sóng từ vài chục xentimét đến vài kilômet. Các sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li và trên mặt đất. Bài tập: 3. chọn D. 4. Chọn C. c 3.108 Ta có λ = = = 25 m. 12.106 f 5. Chọn C . c c 6. Từ λ = → f = với c = 3.108m/s. λ f Ứng với λ = 25 m thì f = 1,2.107Hz = 12MHz Ứng với λ = 31 m thì f = 9,68.106Hz = 9,68MHz Ứng với λ = 41 m thì f = 7,32.106Hz = 7,32MHz Bài 23: Nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến. C1. Phải dùng sóng ngắn trong thông tin liên lạc vô tuyến vì : một mặt, sóng này ít bị không khí hấp thụ, mặt khác, sóng ngắn phản xạ tốt trên mặt đất và trên t ầng điện li, nên có thể truyền đi xa. C2. Sóng dài: bước sóng 103 m; tần số 3.105 Hz. Sóng trung: bước sóng 102 m; tần số 3.106Hz. Sóng ngắn: bước sóng 101 m; tần số 3.107 Hz. Sóng cực ngắn: bước sóng vài mét; tần số 3.108 Hz. C3. Micrô (1) tạo ra dao động điện có tần số âm; Mạch phát sóng đi ện từ cao tần (2) phát ra sóng điện từ có tần số cao (cỡ MHz) ; Mạch biến điệu (3) trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần ; Mạch khuếc đại (4) khuếc đại 19
dao động điện từ cao tần biến điệu ; anten (5) tạo ra điện từ trường cao tần lan truyền trong không gian. C4. Anten (1) thu sóng điện từ cao tần biến điệu ; Mạch khuếch đ ại dao đ ộng điện từ cao tần (2) khuếc đại dao động điện từ cao tần từ anten gửi tới ; M ạch tách sóng (3) tách dao động điện từ âm tần ra khỏi dao đ ộng đi ện t ừ cao t ần ; Mạch khuếc đại (4) khuếch đại dao động điện từ âm tần từ mạch tách sóng gửi đến ; Loa (5) biến dao động điện thành dao động âm Câu hỏi: 1. Dùng sóng vô tuyến có bước sóng ngắn ; Phải biến điệu các sóng mang ; Tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần ; Khuếch đại sóng sau khi tách. 2. Sóng mang là sóng điện từ cao tần được trộn với sóng âm tần khi truy ền đi nó mang theo sóng âm tần Biến điệu sóng điện từ là hoà trộn sóng điện từ cao tần với sóng điện t ừ âm t ần bằng mạch chộn khuếch đại. 3. Hình 23.3 SGK và C3. 4. Hình 23.4 SGK và C4. Bài tập: 5. Chọn C. 6. Chọn C. 7. Chọn B. Hướng dẫn, lời giải, đáp án Câu hỏi và bài tập trong chương 5 SGK. Bài 24. Sự tán sắc ánh sáng. C1. Ban đầu , P ở vị rí bất kì, khi quay quay lăng kính theo chiều tăng góc tới thì có thể thấy một trong hai hiện tượng sau: a. Dải sáng càng chạy xa thêm, xuống dưới, và càng dài thêm. Như thế ngay từ đầu, góc tới i của chùm sáng trắng đã lớn hơn góc i min ứng với độ lệch cực tiểu Dmin . Khi đó, nếu quay lăng kính theo chiều ngược lại, để dải sánh d ịch chuy ển ngược lên, thì đến một lúc, nó sẽ dừng lại, rồi lại đi xuống. Lúc dải sáng dừng lại thì góc lệch của các chùm tia ló đã đạt cực tiểu Dmin, và đồng thời dải sáng cũng ngắn nhất (quang phổ ngắn nhất). b. Hai hiện tượng trên, nhưng xảy ra theo thứ tự ngược lại: đầu tiên dải sáng màu chạy lên, dừng lai, rồi chạy xuống; đổi chiều quay của lăng kính thì dải sáng màu chỉ liên tục chạy xuống. C2. Có màu trắng, nhưng viền đỏ ở cạnh trên và viền tím ở cạnh dưới. Đó là vì lăng kính P’ đặt ngược chiều với P, đã làm bảy chùm sáng màu quay một góc theo chiều ngược lai, bằng góc quay do P gây ra. Vì vậy, cả bảy chùm sáng sau khi qua P’ lại trùng nhau lại hợp lại thành một chùm sáng màu trắng. 20