Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 13

Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 13: Đại cương về dòng điện xoay chiều được VnDoc.com tổng hợp với hướng dẫn bạn đọc trả lời các câu hỏi trong SGK Vật lý 12 các trang 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91.

Giải Vật lí 12 trang 84 Chân trời

Mở đầu trang 84 SGK Vật lý 12

Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình (Hình 13.1) là một trong số các nhà máy thuỷ điện nổi tiếng ở Việt Nam, với tổng sản lượng điện sản xuất kể từ khi được đưa vào vận hành đến tháng 9/2023 là 270 tỉ kW.h (Nguồn: EVN). Dòng điện được tạo ra và truyền đi từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ là dòng điện xoay chiều. Vậy dòng điện xoay chiều có những đặc điểm gì?

Lời giải:

Dòng điện xoay chiều có cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian.

Thảo luận 1 trang 84 SGK Vật lý 12

Dựa vào định luật Faraday, để xuất một số phương pháp tạo ra suất điện động cảm ứng trong khung dây dẫn kín.

Lời giải:

Đề xuất: cho khung dây quay trong từ trường.

Giải Vật lí 12 trang 85 Chân trời

Thảo luận 2 trang 85 SGK Vật lý 12

Hình 13.3 là mô hình máy phát điện xoay chiều đơn giản, bao gồm khung dây (1) được đặt trong từ trường của nam châm (2), khung dây được nối với hai vành khuyên (3) và hai thanh quét (4) để đưa dòng điện ra ngoài. Hãy trình bày nguyên tắc tạo suất điện động xoay chiều bởi máy này.

Lời giải:

Khi khung dây quay trong từ trường của nam châm, từ thông qua khung dây thay đổi liên tục, suất điện động cảm ứng được tạo ra, do đó sinh ra dòng điện xoay chiều.

Luyện tập trang 85 SGK Vật lý 12

Có thể dùng thanh nam châm thẳng để tạo ra dòng điện xoay chiều trong khung dây kín không? Vì sao?

Lời giải:

Không thể dùng thanh nam châm thẳng để tạo ra dòng điện xoay chiều vì từ trường của nam châm thẳng không phải từ trường đều, độ lớn cảm ứng từ ở các điểm khác nhau là khác nhau.

Vận dụng trang 85 SGK Vật lý 12

Từ các dụng cụ: 1 khung dây hình chữ nhật có thể quay đều quanh một trục cố định (trục đối xứng của khung và nằm trong mặt phẳng khung), 2 vật dẫn, 1 nam châm chữ U tạo ra một từ trường đều đủ rộng, 1 cặp dây dẫn. Em hãy thiết kế phương án thí nghiệm để tạo ra dòng điện xoay chiều.

Lời giải:

Bước 1: Đặt khung dây ở giữa hai cực của nam châm chữ U;

Bước 2: Nối 2 vật dẫn và dây dẫn với khung dây;

Bước 3: Cho khung dây quay quanh trục đối xứng.

Giải Vật lí 12 trang 86 Chân trời

Thảo luận 3 trang 86 SGK Vật lý 12

Quan sát Hình 13.4, hãy xác định độ lệch pha của i(t) và u(t).

Lời giải:

Dựa vào đồ thị xác định được u và i vuông pha với nhau. Vì tại thời điểm ban đầu u có giá trị bằng 0, i có giá trị cực đại, sau khoảng thời gian ngắn nhất \(\frac{T}{4}\) để u và i có cùng trạng thái nên độ lệch pha là Δφ = \(\frac{\pi }{2}\)rad.

Thảo luận 4 trang 86 SGK Vật lý 12

Nêu ví dụ thực tế chứng tỏ dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt

Lời giải:

Các vật dụng trong gia đình như nồi cơm điện, bàn là, máy sấy tóc,… đều sử dụng dòng điện xoay chiều, các vật dụng đó chuyển hoá điện năng thành nhiệt năng.

Giải Vật lí 12 trang 87 Chân trời

Thảo luận 5 trang 87 SGK Vật lý 12

Đồng hồ đo điện đa năng hiện số là thiết bị có thể được sử dụng để đo cường độ dòng điện và điện áp của dòng điện xoay chiều. Số hiển thị trên màn hình khi tiến hành đo thể hiện giá trị nào của dòng điện?

Lời giải:

Số hiển thị trên màn hình khi tiến hành đo thể hiện giá trị hiệu dụng của dòng điện.

Giải Vật lí 12 trang 88 Chân trời

Luyện tập trang 88 SGK Vật lý 12

Xét dòng điện xoay chiều đi qua đoạn mạch chỉ chứa điện trở R. Đồ thị điện áp - thời gian và cường độ dòng điện - thời gian được mô tả trong Hình 13.5.

a) Hãy xác định giá trị cực đại, giá trị hiệu dụng, chu kì và tần số của cường độ dòng điện và điện áp.

b) Nhận xét về pha dao động của cường độ dòng điện và điện áp.

Lời giải:

a) Giá trị cực đại của cường độ dòng điện: I₀ = √2A

Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện:  I= \(\frac{I_{0} }{\sqrt{2} }\) = 1A

Giá trị cực đại của điện áp: U₀ = 200V

Giá trị hiệu dụng của điện áp: U = \(\frac{U_{0} }{\sqrt{2} }\) = 100\(\sqrt{2}\)V

Chu kì: T = 0,02 s

Tần số: f = 50 Hz

b) Dựa vào đồ thị xác định được u và i cùng pha với nhau. Vì tại thời điểm ban đầu u ở vị trí cân bằng và đang giảm, i ở vị trí cân bằng và đang giảm.

Vận dụng trang 88 SGK Vật lý 12

Em hãy sắp xếp đúng thứ tự các bước bên dưới để đo giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua bóng đèn dây tóc bằng cách sử dụng đồng hồ đo điện đa năng hiện số.

- Mắc nối tiếp đồng hồ với đoạn mạch (có bóng đèn dây tóc và khoá K mở) cần đo cường độ dòng điện.

- Đóng khoá K.

- Chọn thang đo thích hợp.

- Khi các chữ số hiển thị trên màn hình đã ổn định, đọc trị số của cường độ dòng điện.

- Ngắt khoá K và tháo mạch điện.

- Kết thúc thao tác đo, nhấn nút ON/OFF để tắt đồng hồ.

- Tìm hiểu các quy tắc an toàn điện.

- Nhấn nút ON/OFF để bật đồng hồ.

Lời giải:

Các bước bên dưới để đo giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua bóng đèn dây tóc bằng cách sử dụng đồng hồ đo điện đa năng hiện số

- Tìm hiểu các quy tắc an toàn điện.

- Chọn thang đo thích hợp.

- Mắc nối tiếp đồng hồ với đoạn mạch (có bóng đèn dây tóc và khoá K mở) cần đo cường độ dòng điện.

- Đóng khoá K.

- Nhấn nút ON/OFF để bật đồng hồ.

- Khi các chữ số hiển thị trên màn hình đã ổn định, đọc trị số của cường độ dòng điện.

- Kết thúc thao tác đo, nhấn nút ON/OFF để tắt đồng hồ.

- Ngắt khoá K và tháo mạch điện.

Giải Vật lí 12 trang 89 Chân trời

Thảo luận 6 trang 89 SGK Vật lý 12

Theo em, để giảm hao phí điện năng trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ, cần tối thiểu bao nhiêu máy biến áp?

Lời giải:

Thực tế và lí thuyết đã chứng tỏ để giảm hao phí trong quá trình truyền tải một cách hiệu quả nhất thì trước khi truyền tải, điện áp cần được tăng lên. Khi đến nơi tiêu thụ, điện áp được hạ xuống để phù hợp với mục đích sử dụng. Thiết bị điều chỉnh điện áp trong quá trình truyền tải là máy biến áp. Do đó cần tối thiểu 2 máy biến áp.

Thảo luận 7 trang 89 SGK Vật lý 12

Liệt kê một số đồ dùng sinh hoạt trong gia đình có sự chuyển hoá điện năng chủ yếu thành nhiệt năng hoặc cơ năng.

Lời giải:

Ví dụ một số đồ dùng sinh hoạt có sự chuyển hoá điện năng chủ yếu thành nhiệt năng hoặc cơ năng: nồi cơm điện, bàn là, máy bơm nước, quạt điện, …

Giải Vật lí 12 trang 90 Chân trời

Thảo luận 8 trang 90 SGK Vật lý 12

Quan sát Hình 13.8 và liệt kê những điều nên và không nên làm để đảm bảo an toàn khi sử dụng điện trong gia đình.

Lời giải:

Ở hình 13.8, các việc nên làm:

- Kiểm tra bảo dưỡng các thiết bị điện, hệ thống điện định kì – hình c.

Ở hình 13.8, các việc nên làm:

- Không dùng tay ướt chạm vào phích điện – hình a.

- Không để máy sấy tóc đang cắm điện trên đệm – hình b.

- Không để dây điện đang cắm ở ổ điện trên bếp – hình d.

- Không cầm vào dây để rút phích điện – hình e.

- Không rửa các thiết bị điện khi đang cắm trực tiếp với ổ điện – hình f.

Luyện tập trang 90 SGK Vật lý 12

Hãy nêu một số quy tắc an toàn điện trong phòng thí nghiệm

Lời giải:

Một số quy tắc an toàn điện trong phòng thí nghiệm:

- Tắt công tắc nguồn thiết bị điện trước khi cắm hoặc tháo thiết bị điện.

- Chỉ cắm phích/giắc cắm của thiết bị điện vào ổ cắm khi hiệu điện thế của nguồn điện tương ứng với hiệu điện thế định mức của dụng cụ.

- Phải bố trí dây điện gọn gàng, không bị vướng khi qua lại.

- Không để các thiết bị điện, dây điện gần các nguồn nhiệt.

…

Vận dụng trang 90 SGK Vật lý 12

Tìm hiểu và trình bày một số quy tắc an toàn điện trong sản xuất và kinh doanh

Lời giải:

Một số quy tắc an toàn điện trong sản xuất và kinh doanh:

1. Tổ chức, cá nhân sử dụng điện để sản xuất phải thực hiện các quy định về an toàn điện, quy phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn điện phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam.

2. Các thiết bị, hệ thống thiết bị sử dụng điện, hệ thống chống sét, nối đất phải được kiểm tra nghiệm thu, kiểm tra định kỳ và kiểm tra bất thường theo quy phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn điện. Sơ đồ của các hệ thống này phải đúng với thực tế và phải được lưu giữ cùng với các biên bản kiểm tra trong suốt quá trình hoạt động.

3. Trạm điện, trang thiết bị điện cao áp và đường dây cao áp nội bộ phải được lắp đặt và quản lý vận hành theo quy phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn điện.

4. Các thiết bị điện phải phù hợp với “Tiêu chuẩn Việt Nam - Thiết bị điện hạ áp - Yêu cầu chung về bảo vệ chống điện giật" và “Tiêu chuẩn Việt Nam - Quy phạm nối đất và nối không các thiết bị điện" để chống tai nạn điện giật.

5. Các đường dẫn điện, dây điện phải được thiết kế, lắp đặt bảo đảm mặt bằng sản xuất thông thoáng, tránh được các tác động cơ học, hoá học có thể gây hư hỏng. Không dùng các kết cấu kim loại của nhà xưởng, máy móc, đường ống kim loại để làm dây "trung tính làm việc", trừ trường hợp đặc biệt phải có thiết kế riêng được cơ quan nhà nước có thẩm quyền phê duyệt.

6. Hệ thống điện tại các khu vực có chất dễ cháy, nổ phải được thiết kế, lắp đặt và sử dụng theo quy định trong các văn bản.

7. Các thiết bị điện dùng trong khai thác khoáng sản, dụng cụ điện, thiết bị điện di động, máy hàn, điện phân, mạ điện phải phù hợp với quy phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật về an toàn có liên quan.

Giải Vật lí 12 trang 91 Chân trời

Bài 1 trang 91 SGK Vật lý 12

Trong các biểu thức dưới đây (trong đó t được đo bằng s), biểu thức nào biểu diễn đúng cường độ dòng điện xoay chiều có chu kì 0,02 s và giá trị hiệu dụng là \(\sqrt{2}\) A?

Lời giải:

Đáp án đúng là C

T = 0,02s ⇒ ω = 100π rad/s

I = √2A ⇒ I₀ = 2A

Bài 2 trang 91 SGK Vật lý 12

Dựa vào Hình 13P.1, hãy cho biết đường nào là đường biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào thời gian của dòng điện không đổi và dòng điện xoay chiều. Giải thích.

Lời giải:

Đồ thị màu xanh là đường biểu diễn cường độ dòng điện vào thời gian của dòng điện không đổi. Vì cường độ dòng điện không đổi tức là I là hằng số, đồ thị phải là đường nằm ngang song song với trục thời gian và cắt trục cường độ dòng điện tại một điểm nào đó.

Đồ thị màu đỏ là đường biểu diễn cường độ dòng điện vào thời gian của dòng điện xoay chiều. Vì dòng điện xoay chiều có cường độ biến thiên điều hoà với thời gian và được biểu diễn bằng đường hình sin.

Bài 3 trang 91 SGK Vật lý 12

Xét một mạch tạo sóng với đầu ra được nối với một dao động kí điện tử dùng để hiển thị mối liên hệ giữa cường độ của tín hiệu điện áp theo thời gian. Dựa vào hình ảnh quan sát được trên màn hình của dao động kí điện tử trong Hình 13P.2, hãy xác định tần số của dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi mạch tạo sóng âm tần nói trên. Biết mỗi ô trên trục hoành ứng với khoảng thời gian 0,5 ms.

Lời giải:

Dựa vào đồ thị xác định được 1 chu kì tương ứng với 4 ô.

Suy ra T = 4.0,5 = 2ms ⇒ f = \(\frac{1}{T}\) = \(\frac{1}{2,10^{-3} }\) = 500Hz

Bài 4 trang 91 SGK Vật lý 12

Cường độ dòng điện xoay chiều qua một đoạn mạch có biểu thức i = 3cosωt (A), trong đó t được đo bằng s. Biết rằng trong thời gian 0,1 s thì dòng điện tăng từ giá trị 0 A đến 3 A. Hãy tính tần số góc của dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch.

Lời giải:

Đang cập nhật...

Bài tiếp theo: Giải Vật lí 12 Chân trời sáng tạo bài 14