Bài 17. Máy phát điện xoay chiều trang 53, 54, 55 SBT Vật lí 12 Kết nối tri thức

17.1

Đồ thị Hình 17.1 biểu diễn từ thông và suất điện động xoay chiều trong khung dây của một máy phát điện xoay chiều được mô tả như hình dưới đây.

Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về biểu thức của từ thông và suất điện động xoay chiều?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về máy phát điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

Giải thích

Pha ban đầu của từ thông là 0 vì tại thời điểm ban đầu từ thông cực đại và đang giảm.

Pha ban đầu của suất điện động biểu diễn dưới dạng hàm sin là \( - \frac{\pi }{2}\) vì tại thời điểm ban đầu suất điện động bằng 0 và đang tăng.

Từ thông và suất điện động vuông pha với nhau, đại lượng này bằng 0 thì đại lượng kia cực đại.

17.2

Một khung dây dẫn phẳng có N vòng, diện tích mỗi vòng là S, có thể quay đều với tần số góc ω quanh trục ∆ như Hình 17.2. Biết tại thời điểm t = 0 thì góc α = 0 và khung dây được nối với điện trở R thành mạch điện kín.

Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về dòng điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

Giải thích:

Suất điện động cảm ứng ở hai đầu khung dây có dạng là: \({e_c} = \omega NBS\cos \left( {\omega t - \frac{\pi }{2}} \right)\left( V \right)\)

17.3

Quan sát mô hình máy phát điện xoay chiều được mô tả như Hình 17.3. Biết khung dây ABCD quay theo chiều MPNQ trong từ trường đều.

Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về dòng điện xoay chiều chạy trong khung dây?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về máy phát điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

17.4

Quan sát mô hình máy phát điện xoay chiều được mô tả như Hình 17.3. Biết khung dây ABCD quay theo chiều MPNQ trong từ trường đều.

Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây? Biết suất điện động có giá trị cực đại ở vị trí của khung dây hiện tại.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về máy phát điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

17.5

Một khung dây dẫn phẳng, có 100 vòng dây, quay trong từ trường đều, sao cho trục quay của nó luôn vuông góc với đường sức từ, với tốc độ 180 vòng/phút. Xác định suất điện động cực đại ở hai đầu khung biết từ thông cực đại gửi qua một vòng dây có giá trị 0,01 Wb.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động

Lời giải chi tiết:

\({{\rm{E}}_0} = {\rm{N}}{\Phi _0}\omega  = 100 \cdot 0,01 \cdot 180 \cdot \frac{{2\pi }}{{60}} = 6\pi  \approx 18,8\;{\rm{V}}\)

17.6

Xác định khoảng thời gian liên tiếp giữa hai lần cường độ dòng điện xoay chiều trong gia đình Việt Nam bằng 0.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về tần số dòng điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

Tần số dòng điện xoay chiều trong gia đình Việt Nam là 50 Hz, nên chu kì dòng điện là 0,02 s, do đó khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp cường độ dòng điện bằng 0 là nửa chu kì, bằng 0,01 s.

17.7

Một dòng điện xoay chiều có cường độ được biểu diễn như Hình 17.3. Xác định khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần cường độ dòng điện có giá trị bằng cường độ hiệu dụng của nó.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về dòng điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

Biểu thức cường độ dòng điện có đồ thị như trên có dạng: \(i = {I_0}\sin \left( {\frac{{2\pi }}{T}t} \right)\left( A \right)\)

Khi \({\rm{i}} = {\rm{I}} = \frac{{{{\rm{I}}_0}}}{{\sqrt 2 }}\) ta có \(\sin \left( {\frac{{2\pi }}{{\rm{T}}}{\rm{t}}} \right) = \frac{{\sqrt 2 }}{2} = \sin \frac{\pi }{4}\), giải phương trình này ra tìm được khoảng thời gian nhỏ nhất là \(\frac{{\rm{T}}}{4} = \frac{{0,02}}{4} = 0,005\;{\rm{s}}.\)

17.8

Nếu hiệu điện thế giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều \(u{\rm{ }} = {\rm{ }}310sin100\pi t{\rm{ }}\left( V \right)\)thì hiệu điện thế tức thời đạt giá trị 155 V tại thời điểm

A. \(\frac{1}{{150}}s\)

B. \(\frac{1}{{100}}s\)

C. \(\frac{1}{{600}}s\)

D. \(\frac{1}{{60}}s\)

Vận dụng kiến thức về hiệu điện thế tức thời

Lời giải chi tiết:

Ta có \(i = 155 = \frac{{{I_0}}}{2}\), tức là giá trị tức thời bằng một nửa giá trị cực đại, thay ngược vào phương trình có: \(155 = 310\sin 100\pi t \Rightarrow \left( {\begin{array}{*{20}{l}}{t = \frac{1}{{600}} + \frac{k}{{50}}}\\{t = \frac{{11}}{{600}} + \frac{k}{{50}}}\end{array}} \right.\) (với \(k = 0; \pm 1; \pm 2;...\))

Đáp án: C

17.9

Dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch chỉ có điện trở thuần 10 Ω, có giá trị cực đại \(0,1\sqrt 2 \), công suất toả nhiệt của đoạn mạch là

A. 0,1 W.                       

B. 1,0 W.                       

C. 0,5 W.                       

D. 2 W.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công suất toả nhiệt

Lời giải chi tiết:

\(P = {I^2}R = \frac{{I_0^2}}{2}R = \frac{{{{\left( {0,1\sqrt 2 } \right)}^2}}}{2}.10 = 0,1\,W\)

Đáp án: A

17.10

Một máy phát điện xoay chiều có rôto là nam châm vĩnh cửu quay với tần số f (vòng/s) tạo ra trong cuộn dây trên stato một dòng điện hình sin. Mắc hai đầu cuộn dây với vôn kế để khảo sát suất điện động trong cuộn dây theo tần số quay của rôto. Kết quả được biểu diễn bằng đồ thị có trục tung là suất điện động E (V), trục hoành là tần số quay của rôto theo đơn vị vòng/s (Hình 17.5). Biết khi rôto không quay thì suất điện động hai đầu cuộn dây bằng 0, sai số của suất điện động là ∆E = ±0,005 V. Biểu thức nào sau đây biểu diễn mối liên hệ của suất điện động cực đại theo tần số quay của rôto?

A. \({E_0} = 3,90 \cdot {10^{ - 5}}{\rm{f}} \pm 0,005\left( {\;{\rm{V}}} \right).\)

B. \({E_0} = 4,24 \cdot {10^{ - 3}}{\rm{f}} \pm 0,005(V)\)

C. \({E_0} = 3,01 \cdot {10^{ - 3}}{\rm{f}} \pm 0,005\left( {\;{\rm{V}}} \right).\)

D. \({E_0} = 3,01 \cdot {10^{ - 3}} \pm 0,005\left( V \right).\)

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động

Lời giải chi tiết:

\({E_0} = NBS\omega  = 2\pi NBSf \Rightarrow E = \frac{{2\pi NBSf}}{{\sqrt 2 }},\)ta thấy suất điện động tỉ lệ thuận với tần số.

Khi \(E = 0,037;f = 1341 \Rightarrow \frac{{2\pi NBS}}{{\sqrt 2 }} = \frac{{0,037}}{{1341}} = 2,{76.10^{ - 5}} \Rightarrow {E_0} = 2,{76.10^{ - 5}}.\sqrt 2 .f = 3,{9.10^{ - 5}}.f\)

Đáp án: A

17.11

Trong máy phát điện xoay chiều có thể thay đổi số vòng dây trên stato. Khi rôto là nam châm vĩnh cửu quay làm máy hoạt động tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin trong cuộn dây. Suất điện động E (V) đo được ở hai đầu cuộn dây theo số vòng dây N của nó có đồ thị như Hình 17.6.

Biểu thức nào sau đây mô tả gần đúng mối liên hệ giữa suất điện động E của cuộn dây với số vòng dây N (vòng) của nó?

A. E (mV) = 53N.                                             

B. E (V) = 0,466N.

C. E (mV) = 0,32N.                                           

D. E (V) = 0,112N.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động

Lời giải chi tiết:

Tính các tỉ số \(\frac{E}{N}\) ta thấy E (mV) = 0,32N (vòng).

Đáp án: C

17.12

Máy phát điện xoay chiều có stato là nam châm điện có thể thay đổi được cường độ dòng điện qua nam châm. Rôto là cuộn dây có số vòng và tiết diện không thay đổi. Khi rôto quay ổn định, thay đổi cường độ dòng điện qua nam châm điện, dùng tesla kế đo cảm ứng từ B (mT) qua cuộn dây và dùng vôn kế đo suất điện động E (V) ở hai đầu cuộn dây. Kết quả được biểu diễn bởi đồ thị Hình 17.7.

Chấp nhận sai số dưới 10% thì biểu thức nào sau đây mô tả mối liên hệ giữa suất điện động E (mV) giữa hai đầu cuộn dây và cảm ứng từ B (mT)?

A. E = 110B.                  

B. E = 0,7B.                   

C. E = 0,09B.                 

D. E = 240B.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động

Lời giải chi tiết:

Tương tự câu trên lập tỉ số \(\frac{E}{B}\)ta thấy \(\frac{E}{B} = \frac{{0,{{7.10}^3}}}{{6,6}} = 106,1\) nên có thể chọn E = 110B.

Đáp án: A

17.13

Một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần với giá trị 200 Ω. Đặt hiệu điện thế \(u = 100\sqrt 2 \cos 100\pi t\left( V \right)\) vào hai đầu đoạn mạch trên thì

A. dòng điện chạy trong mạch có giá trị hiệu dụng bằng \(\sqrt 2 \)A.

B. dòng điện chạy trong mạch có tần số 100 Hz.

C. công suất toả nhiệt trên điện trở bằng 200 W.

D. dòng điện chạy trong mạch có giá trị hiệu dụng bằng 0,5 A.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về mạch điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

\(\begin{array}{l}I = \frac{{{I_0}}}{{\sqrt 2 }} = \frac{{{U_0}}}{{R\sqrt 2 }} = \frac{{100\sqrt 2 }}{{200\sqrt 2 }} = 0,5\,A\\f = \frac{\omega }{{2\pi }} = \frac{{100\pi }}{{2\pi }} = 50\,Hz\\P = {I^2}R = 0,{5^2}.200 = 50\,W\end{array}\)

Đáp án: D

17.14

Phát biểu nào sau đây là không nằm trong quy tắc an toàn khi sử dụng dòng điện xoay chiều?

A. Tránh xa khu vực có điện thế cao như trạm điện, cột điện cao áp.

B. Ngắt các thiết bị điện không cần thiết trong gia đình khi có sấm, sét ngoài trời.

C. Luôn mua các thiết bị điện có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.

D. Lắp thiết bị đóng, ngắt điện ở vị trí dễ tiếp cận trong gia đình.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về dòng điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

Mặc dù việc lắp đặt thiết bị đóng ngắt là quan trọng, nhưng cần lưu ý rằng vị trí này cũng phải được bảo đảm an toàn, tránh cho trẻ em hoặc người không có kiến thức về điện dễ dàng tiếp cận và gây ra nguy hiểm.

Đáp án: D

17.15

Nhận định nào sau đây là đúng khi nói về dòng điện xoay chiều?

A. Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhờ được sản xuất ở các nhà máy có công suất lớn.

B. Dòng điện xoay chiều có điện áp lớn nên được sử dụng rộng rãi.

C. Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhờ ưu thế dễ truyền tải đi xa nhờ máy biến áp.

D. Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhờ có nhiều tác dụng hơn dòng điện một chiều.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về dòng điện xoay chiều

Lời giải chi tiết:

Ưu điểm lớn nhất của dòng điện xoay chiều so với dòng điện một chiều là khả năng dễ dàng truyền tải đi xa nhờ máy biến áp. Đây chính là lý do chính khiến dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện năng trên toàn thế giới.

Đáp án: C