Đề cơng ôn thi tốt nghiệp Vật lý 12 : Dòng điện xoay chiều. Dao động điện từ -
Sóng điện từdao động điện và dòng điện xoay chiều
1. Hiệu điện thế dao động điều hoà dòng điện xoay chiều:
1/Hiệu điện thế dao động điều hoà :
- Cho khung dây kim loại diện tích S , N vòng dây,quay đều xung quanh một trục đối xứng xx trong
một từ trờng đều B với vận tốc góc

.
- Thời điểm t = 0 :
On
B
, từ thông qua mỗi vòng dây có giá trị
SB.=
- Thời điểm t bất kỳ :
On
quay một góc

t, từ thông qua mỗi vòng dây có giá trị :
SB.=
cos

- Từ thông biến thiên qua mỗi vòng dây biến thiên theo thời gian và làm xuất hiện trong mỗi vòng dây
một s.đ.đ cảm ứng:

t
e



sin

t (3)
Kết luận : ( SGK)
- Hiệu điện thế hai đầu mạch ngoài : u = U
0
sin

t
2/ Dòng điện xoay chiều : ( SGK)
3/C ờng độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng :
a. Cho một dòng điện xoay chiều : i = I
0
sin

t chạy qua đ.trở thuần theo thời gian t thì nhiệt lợng toả
ra trên R là : Q = R
2
2
0
I
t (4)
-Cũng trong thời gian t, cho một dòng điện không đổi chạy qua R thì nhiệt toả ra trên R: Q =RI
2
- So sánh (4) và (5) ta có đợc :
2
2
0
I
= I

R
u
=
t
R
U

sin
0
(2) Đặt I
0
=
R
U
0
(3)
ta đợc phơng trình : i = I
o
sin

t (4)
- So sánh (1) và (3) ta thấy u và i biến thiên điều hoà cùng pha
2/ Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có điện trở thuần :
- Chia cả hai vế của I
0
=
R
U
0
cho


t (6)
-Điện lợng q của tụ điện ở thời điểm t là :
q = u.C = CU
0
sin

t
-Thấy rằng điện lợng q của tụ biến thiên điều hoà với tần số


,nghĩa là luôn có một dòng điện biến
đổi chạy trong mạch AB.
- Xét trong khoảnh thời gian
t

vô cùng nhỏ có thể coi nh một dòng điện không đổi chạy trong
mạch : i =
t
q


= q =

CU
0
cos

t hay i =



t
u = U
0
sin(

t -
2

)
3. Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có tụ điện :
- Chia cả hai vế của I
0
=

CU
0
cho
2
ta đợc I =

CU (10)
Đặt Z
c
=
C

1
: dung kháng của mạch (11) ta đợc : I =
Z



trở thành
đạo hàm i của i theo t
- Vì i tăng lên i>0 do đó e = Li =

LI
o
cos

t
=

LI
o
sin(

t
+

/2)
- Tại thời điểm t định luật ôm cho doạn mạch AB có dạng (coi nh dòng điện không đổi)
u = (R + r )i + e Vì R + r = 0 do đó u =

LI
o
sin(

t
+

8
Đề cơng ôn thi tốt nghiệp Vật lý 12 : Dòng điện xoay chiều. Dao động điện từ -
Sóng điện từ- Chia cả hai vế cho
2
ta đợc: I =
L
U

đặt Z
L
= L


I =
L
Z
U
- Đối với dòng điện không đổi thì

= 0 do đó Z
L
= 0 vậy cuộn cảm không cản trở dòng điện không
đổi mà chỉ cản trở dòng diện xoay chiều. Dòng điện có tần số càng lớn thì càng bị cản trở mạnh
D. Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch RLC:
1-Dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch RLC
+Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều
+Giả sử cờng độ dòng điện chạy trong đoạn mạch có dạng i= I

U
C
=U
Co
sin(

t-

/2)
+R,L,C mắc nối tiếp do đó hđt giữa hai đầu AB là sự tổng hợp của 3 hđt ở R,L,C

U=U
R
+U
L
+U
C
hay U= U
Ro
sin

t+ U
Co
sin(

t-

/2)+ U
Lo
sin(

2
Co
)
hay U
0
=
222
CoLoRo
UUU ++
(7) U
Ro
=I
o
R; U
Lo
=I
o

L ; U
Co
=I
o

C
1
+Thay (8)vào (7) ta đợc
U
o
=
222

)(
CL
ZZR +
(11)
+Từ giản đồ véc tơ ta có: tg

=
R
C
L


1

hay tg

=
R
ZZ
CL

(12)
+Nếu Z
L
>Z
C
thì hiệu điện thế sớm pha hơn cđdđ
+Nếu Z
l
<Z

ta thấy : I
Max
khi và chỉ khi Z
MIN


Z
L
= Z
C
hay
L
=
1
C


2
=
1
LC
Cờng độ dòng điện cực đại chạy trong đoạn mạch là I
MAX
=
R
U
3. Công suất của dòng điện xoay chiều:
1-Công suất của dòng điện:
+Đối với dòng điện không đổi thì công suất P = U.I
+Đối với dòng điện xoay chiều


= 0 mạch chỉ có điện trở thuần hoc trong mạch RLC sảy ra hiện tợng
cộng hởng. Khi ú cụng sut tiờu th l l n nht

Công suất tiêu thụ là lớn nhất P = U.I
b/Tr ờng hợp cos

= 0


=

/2
-Mạch chỉ có tụ điện hoặc cuộn cảm hoặc cả tụ điện cả cuộn cảm không có điện trở thuần
-Vì cos

= 0 do đó công suất tiêu thụ P = 0: nguồn có thể cung cấp một công suất khá lớn nhng doạn
mạch vẫn không tiêu thụ công suất này
c/Tr ờng hợp 0 < cos

<1

-

/2 <

<0 hoặc 0<

<


2-Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều:
+Bộ góp : là hệ thống có tác dụng đa điện ra mạch ngoài
+Cấu taọ:-gồm hai vành khuyên đồng trục với trục của khung dây và quay cùng khung dây
-Hai chổi quét cố định a,b đợc tì lên hai vành khuyên, dòng điện truyền từ khung dây qua vành
kuyên qua chổi quét ra mạch ngoài
+Cấu tạo máy phát:gồm 2 phần
-Phần cảm:là phần tạo ra từ trờng, đối với máy phát có công suất nhỏ thì phần cảm là nam châm vĩnh
cửu, đối với máy phát có công suất lớn thì phần ừng là nam châm điện.
-Phần ứng:là phần tạo ra dòng điện, nó bao gồm các cuộn dây đợc cuốn trên lõi thép kỹ thuật
+Các cuộn dây của phần cảm cũng đợc cuốn trên lõi thép để tăng cờng từ thông qua khung dây
+Trong thực tế thì có thể phần cảm hoặc phần ứng quay
-Phần quay đợc gọi là rôto
-Phần đứng yên đợc gọi là Stato
+Nếu máy phát có một nam châm(Tức là có một cực Bắc và một cực nam) có một cặp cực bắc nam
thì rôto phải quay với vậm tốc 3000vòng/phút để tạo rqa đợc dòng điện có tần số 50 Hz, do đó để
giảm số vòng quay của rôto xuống 2,3,4.n lần thì ta phải tăng số cuộn dây và số cặp cực lên
2,3,4,5.n lần. Khi đó dòng điện do máy đó phát ra có tần số đợc xác định bởi f =
n
p
60
trong đó
n:số vòng trên một phút ; p: số cặp cực
+Máy phát điện có cấu tạo nh trên đợc gọi là máy phát điện xoay chiều một pha
5. Dòng điện xoay chiều ba pha :
1-Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều ba pha:
+Nguyên tắc hoạt động tơng tự nh máy phát điện xoay chiều một pha, chỉ khác ở chỗ cách bố trí các
cuộn dây của phần ứng. Các cuộn dây của phần ứng
đợc bố trí lệch nhau
3
1

t (1)
i
2
= I
o
sin(

t -
3
2

) (2)
i
3
= I
o
sin(

t +
3
2

) (3)
+Nếu dùng một dây của máy phát điện xoay chiều ba pha thì nó có tác dụng nh dòng điện của máy
phát điện xoay chiều một pha:
2-Cách mắc hình sao:
+Là cách mắc ba đầu A
1
,A
2


) + I
o
sin(

t +
3
2

)=0
+Hiệu điện thé giữa điểm đầu của cuộn dây và điểm cuối của cuộn dây gọi là U
d
+Dây pha đợc gọi là dây nóng, dây trung hòa còn đợc gọi là dây lạnh.
3-Cách mắc tam giác:
+Là cách mắc điểm cuối của cuộn dây thứ nhất mắc với điểm đầu của cuộn dây thứ hai, và điểm cuối
của cuộn dây thứ hai mắc với điểm đầu của cuộn dây thứ ba Ba đầu đó đợc mắc với mạch ngoài
mằng các dây pha.
+Tải tiêu thụ cũng phải đợc mắc hình tam giác
+Ưu điểm: tốn ít dây
+Nhợc điểm : Yêu cầu sự đối xứng cao của tải
6. Động cơ không đồng bộ ba pha :
1-Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ:
+Hoạt động: dựa trên nguyên tắc của hiện tợng cảm ứng điện từ, và sử dụng từ trờng quay
+Cách tạo ra từ trờng quay:
-Gồm một nam châm vĩnh cửu hình chữ U và một khung dây khép kín, hai dụng cụ này có thể quay
đông trục với nhau. Các thiết bị đợc bố trí nh hình vẽ
-Cách tạo ra từ trờng quay(SGK)
+Giải thích:
-Khi nam châm quay thì từ trờng giữa hai khoảng không gian của nam châm quay theo,


, từ trờng trong cuộn dây thứ hai
và ba có giá trị bằng nhau B
2
= B
3
=
2
1
B
1
B
2
+ B
3
= B

B
1
Do đó từ trờng tổng hợp có phơng trùng với phơng do từ trờng của cuộn dây thứ
nhất gây ra, và từ trờng tổng hợp hớng ra xa cuộn dây thứ nhất.
+Sau một phần ba chu kỳ thì từ trờng đi qua cuộn dây thứ 3 đạt giá trị cực đại và từ trờng tổng hợp có
phơng trùng với từ trờng của cuộn dây thứ hai11
Đề cơng ôn thi tốt nghiệp Vật lý 12 : Dòng điện xoay chiều. Dao động điện từ -
Sóng điện từ

thiên đó biến thiên qua cuộn dây thứ cấp làm phát sinh trong cuộn dây thứ cấp dòng điện cảm ứng
2-Sự biến đổi hiệu điện thế và c ờng độ dòng điện qua máy biến thế:
+Xét một máy biến thế:cuộn dây thứ cấp gồm N vòng
:cuộn dây sơ cấp gồm N vòng
+Nối cuộn dây sơ cấp vào mạch điện xoay chiều có hiệu điện thế U. Dòng điện trong cuộn dây sơ cấp
làm phát sinh một từ trờng trong lõi sắt biến thiên dao động điều hoà.
+Xét trong một khoảng thời gia rất nhỏ

t từ thông biến thiên gây ra trong một vòng dây của cả hai
cuộn dây suất điện động cảm ứng.
e
0
= -
t



(1)
+Suất điện động tức thời trên cuộn dây sơ cấp
e = N.e
0
(2)
+Suất điện động tức thời trên cuộn dây thứ cấp
e=N.e
0
(3)
+Từ biểu thức (2) và (3) ta có :
'' N
N
e

U
=
(8) Dùng máy biến thế làm tăng hiệu điện thế lên bao nhiêu lần thị làm cờng độ dòng
điện giảm đi bấy nhiêu lần.
+Từ biểu thức (7) và (8) ta có
N
N
I
I
U
U '
'
'
==
= k (9)
k : gọi là hệ số máy biến áp
k > 1 máy tăng áp.
k < 1 máy hạ áp.
3-Truyền tải điện năng.
+Giả sử cần truyền tải công suất: P = U.I (10)12
Đề cơng ôn thi tốt nghiệp Vật lý 12 : Dòng điện xoay chiều. Dao động điện từ -
Sóng điện từ+Nhiệt lợng toả ra trên đờng truyền;
2 2 2 2
2 2

-Trong nửa chu kỳ sau: Blà cực dơng đi ốt không cho dòng điện chạy qua, do đó không có dòng điện
qua điện trở R
+Vậy dòng điện đi qua trở R có chiều từ C

D đó là một dòng nhấp nháy
3-Ph ơng pháp chỉnh l u hai nửa chu kỳ.
+Dùng 4 điốt bán dẫn và đợc mắc nh hình vẽ
+Trong nửa chu kỳ đầu A là cực dơng dòng điện đi qua D
1
và bị chặn bởi D
2
nên đi qua R về P qua D
3

không qua đợc D
4
bởi V
M
>V
P
về Q => Vậy dòng điện đi theo đờng AMD
1
NRPD
3
QB.
+Trong nửa chu kỳ sau dòng điện đi theo con đờng BQD
2
NRPD
4
NA.

q
. Theo lý thuyết đạo hàm ta có: q =
q
t


- Vì
q
< 0

q< 0 nên i = -
q
t


= q (4.1)13
Đề cơng ôn thi tốt nghiệp Vật lý 12 : Dòng điện xoay chiều. Dao động điện từ -
Sóng điện từ- Dòng điện i tăng dần trong cuộn dây làm làm xuất hịên trong cuộn dây một s.đ.đ cảm ứng đóng
vai trò một suất phản điện: e = L
i
t


= L


Nhận xét: Điện tích của mạch d.đ biến thiên điều hoà với tần số

2. Dao động điện từ trong mạch dao động:
- Chọn điều kiện ban đầu sao cho
0

=
. Ta có: q = Q
0
sin
t

(4.7)
Xét trong khoảng thời gian
t
vô cùng nhỏ, có thể coi điện tích tức thời q và HĐT tức thời u là
không đổi.Ta viết đợc: u =
q
C
=
0
sin
C
Q

t (4.8)
* Năng lợng điện trờng tức thời của tụ là:
w
đ

t = - I
0
cos

t ; với I
0
=
0
Q


* Năng lợng tức thời của cuộn cảm:
w
t
=
1
2
L
i
2
=
1
2
L
2
2
0
Q

cos

LI
0
2
=
2
0
2C
Q
So sánh (4.10) và (4.14) nhận thấy:
W
0t
= W
ođ
= W
0
do vậy w
đ
= W
0
sin
2

t ; w
t
= W
0
cos
2

t

môi trờng thống nhất : điện từ trờng.14
Đề cơng ôn thi tốt nghiệp Vật lý 12 : Dòng điện xoay chiều. Dao động điện từ -
Sóng điện từ- Điện trờng biến thiên sẽ sinh ra từ trờng biến và ngợc lại.
- Điện trờng biến thiên, từ trờng biến thiên phụ thuộc vào hệ quy chiếu, nghĩa là trong HQC này thì là
điện trờng b.thiên, nhuqng trong HQC thì lại là điện trờng tĩnh.
3. Sự lan truyền t ơng tác điện từ:
- Giả sử tại điểm O trong không gian có một điện trờng biến thiên E
1
không tắt dần. Nó sinh ra ở các
điểm lân cận xung quanh nó một từ trờng xoáy B
1
cùng tần số, đến lợt B
1
lại sinh ra xung quanh nó
một điện trờng xoáy E
2
cứ nh vậy, kết quả là điện từ trờng lan truyền ngày càng xa O.
- Sau một khoảng thời gian t nào đó, đ.từ trờng lan truyền tới điểm A cách O khoảng OA.
* Kết luận: Để tơng tác lan truyền đi xa, phải tốn một khoảng thời gian nhất định nào đó để tơng tác
đó lan truyền từ A tới O.
3.Sóng điện từ:
1.Sóng điện từ:
- Giả sử tại O trong không gian có một điện tích điểm d.đ.đ.h với tần số f, tạo ra tại O một điện trờng
biến thiên với tần số f. Đ.trờng này lại sinh ra một từ trờng biến thiên tần cố f. Kết quả là tại O hình

= = =
- Những dao động điện từ có tần số từ hàng chục, hàng trăm Hz bức xạ rất yếu trong không gian
nên sóng của chúng không truyền đợc đi xa.
- Để sóng truyền đợc đi xa, ngời ta sử dụng các sóng có tần số từ hàng nghìn Hz trở lên: gọi là
sóng vô tuyến.
Sóng vô tuyến phân thành các loại sóng: sóng dài, sóng trung, sóng ngắn, sóng cực ngắn. (SGK).
4.Sự phát và thu sóng điện từ:
1.Mạch phát dao động điều hoà dùng trandito:
* Sơ đồ mạch: (H 4.6)
* Nguyên tắc hoạt động:
- Khi mạch dao động từ trờng biến thiên trong cuộn L gây ra trong cuôn L một dòng điện cảm ứng.
- L và L đợc bố trí sao cho khi dòng I
c
tăng thì V
B
>V
E
: không có dòng qua trandito.
- Khi dòng I
c
giảm V
B
<V
E
: có dòng điện qua trandito theo chiều từ cực Emitơ sang cực Colectơ làm
tăng dòng
I
c
, kết quả là mạch dao động đợc bổ xung năng lợng
2. Mạch dao động hở.Ăng ten:

- Nhờ hai cuộn cảm L và L
A
mà mạch d.động LC cũng d.động với các tần số mà ăng ten thu đợc.
Muốn thu sóng đ.từ tần số f thì ngời ta điều chỉnh tụ C sao cho mạch LC chỉ d.động với tần số f của
sóng cần thu, khi đó f = f
0
: nói mạch có khả năng chọn sóng.16