Định hướng giải bài tập Vật lý 1 - Chương: Điện tử - Tuần 12, 13 - Trần Thiên Đức

Nội dung text: Định hướng giải bài tập Vật lý 1 - Chương: Điện tử - Tuần 12, 13 - Trần Thiên Đức

1. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com HƯỚNG D ẪN GI ẢI BÀI T ẬP ĐỊNH H ƯỚNG TU ẦN 12 - 13 DẠNG TOÁN: MẬT ĐỘ DÒNG ĐIỆN 1. Nh ận xét: - Bài toán d ạng này s ẽ liên quan t ới hai khái ni ệm v ề mật độ dòng điện
   ta c ần ph ải n ắm v ững công th ức xác định và ý ngh ĩa c ủa t ừng lo ại. Dòng điện d ịch Dòng điện dẫn - Dòng xu ất hi ện gi ữa hai b ản t ụ khi có điện tr ường - Dòng xu ất hi ện trong dây d ẫn và liên quan t ới s ự bi ến thiên. chuy ển d ời c ủa các điện tích. - Không gây ra hi ệu ứng Joule – Lenx, không ch ịu - Gây ra hi ệu ứng Joule – Lenx, ch ịu tác d ụng c ủa tác d ụng c ủa t ừ tr ường ngoài. từ tr ường ngoài. - Bi ểu th ức m ật độ dòng điện d ẫn: - Bi ểu th ức m ật độ dòng điện d ịch: ẫ = - Mối quan h ệ gi ữa m ật độ dòng điện ịdẫn= c ực đại và m ật độ dòng điện d ịch c ực đại: ị = - Vector m ật độ dòng điện toàn ph ần: |ẫ| 2. Bài t ập minh h ọa: = ị + ẫ Bài 7-5: Tính giá tr ị cực đại c ủa dòng điện d ịch xu ất hi ện trong dây đồng ( σ = 6.10 7 Ω-1m-1) khi có dòng điện xoay chi ều có c ường độ cực đại I0 = 2 A và chu kì T = 0,01 s ch ạy qua dây. Bi ết ti ết di ện ngang c ủa dây là S = 0,5 mm 2. Tóm t ắt: σ = 6.10 7 Ω-1m-1 I0 = 2 A T = 0,01 s S = 0,5 mm 2 Gi ải: * Nh ận xét: Cường độ dòng điện liên quan t ới m ật độ dòng điện d ẫn. T ừ mối quan h ệ gi ữa m ật độ dòng điện d ịch và m ật độ dòng điện d ẫn
   cần ph ải xác định và t ần s ố góc ω. ị ẫ ẫ = | | - Xác định
   từ I và S ta có: 0 |ẫ| |ẫ| = - Từ chu kì T ta xác định được t ần s ố góc: = - Dòng điện d ịch c ực đại là: * Chú ý: ị = |ẫ| = = 3,7.10 / - Bài toán cho I0 và S
   xác định được - Mối quan h ệ gi ữa m ật độ dòng điện d ẫ|n ẫc ực| đại và m ật độ dòng điện d ịch c ực đại: ị = - Bài toán m ở rộng
   xác định t ần s ố góc, chu|ẫ kì,| điện d ẫn su ất Bài 7-6: Khi phóng điện cao t ần vào m ột thanh natri có điện d ẫn su ất σ = 0,23.10 8 Ω-1m-1 dòng điện d ẫn cực đại có giá tr ị gấp kho ảng 40 tri ệu l ần dòng điện d ịch c ực đại. Xác định chu kì bi ến đổi c ủa dòng điện. DNK - 2014 1
2. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com o Tần s ố góc: = − o Chu k ỳ: • Dao động điện t ừ c =ưỡng b ức: o Ph ươ ng trình dao động: Ω o Cường độ dòng điện c ực đạ =i: + = o Pha ban đầu c ủa dao động: = − o Tần s ố góc c ộng h ưởng: Ω = = √ 2. Bài t ập minh h ọa: Bài 8-23: M ột m ạch dao động điện t ừ có điện dung C = 0,25 µF, h ệ số tự cảm L = 1,015 H và điện tr ở R = -6 0. Ban đầu hai c ốt c ủa t ụ điện được tích đến điện tích Q0 = 2,5.10 C. a. Vi ết ph ươ ng trình dao động điện t ừ của m ạch đối v ới điện tích q và dòng điện i b. Năng l ượng điện t ừ của m ạch c. Tần s ố dao động c ủa m ạch. Tóm t ắt: C = 0,25 µF L = 1,015 H R = 0 -6 Q0 = 2,5.10 C Xác định q, i, W, f Gi ải: * Nh ận xét: Đây là bài toán c ơ b ản c ủa dao động điện t ừ, R = 0
   mạch dao động điện t ừ điều hòa
   sử dụng ph ươ ng trình dao động điều hòa. - Xác định điện tích q của m ạch: • Gọi ph ươ ng trình dao động c ủa q là: q = Q0cos( ωt + ϕ) ( C) • Tần s ố góc c ủa m ạch: = √ ≈
   2.10 ϕ/ • Tại th ời điểm t = 0
   = cos = 1 → = 0 • Ph ươ ng trình dao động c ủ =a q là:= 0 → = 0 - Ph ươ ng trình dòng điện i là: = 2,5 2.10 - Năng lượng điện t ừ của m ạch là: = = −5. 2.10 = = 1,25.10 - Tần s ố dao động c ủa m ạch: 2 2 = ≈ 318,3 Bài 8-24: Một m ạch dao động có h ệ số tự cảm là L = 1 H. Điện môi c ủa m ạch có th ể bỏ qua. Điện tích DNK - 2014 3
3. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com - Từ thông c ực đại qua cu ộn c ảm là: √ = = = 1,26.10 -2 Bài 8-26: Một mạch dao động có điện dung C = 0,405 µF, h ệ số tự cảm L = 10 H và điện tr ở R = 2 Ω. Hãy xác định: a. Chu k ỳ dao động c ủa m ạch b. Sau th ời gian m ột chu kì hi ệu điện th ế gi ữa hai c ốt c ủa t ụ điện gi ảm bao nhiêu l ần? Tóm t ắt: C = 0,405 µF L = 10 -2 H R = 2 Ω Xác định T, u/U 0 Gi ải: * Nh ận xét: Bài toán m ạch LC có điện tr ở khác không
   dao động điện t ừ tắt d ần. Để xác định ph ươ ng trình theo u thì ta ph ải xác định ph ươ ng trình theo q - Chu k ỳ dao động c ủa m ạch là: 2 = = 4.10 1 − - Ph ươ ng trình điện tích q của m ạch có d ạng: 2 • = + = • = − • Gi ả sử tại th ời điểm t = 0 thì q = Q0
   = − - Hi ệu điện th ế trên hai b ản t ụ là: 1 = = − 2 - Độ gi ảm sau m ột chu k ỳ T là: 1 − 2 = = = 1,04 ầ + 1 − + * Chú ý: 2 - Bài toán có th ể hỏi độ gi ảm hi ệu điện th ế sau n chu k ỳ
   áp d ụng công th ức - Cần n ắm v ững các công th ức liên quan t ới m ạch dao động t ắt d ần. = Bài 8-27: Một m ạch dao động có điện dung C = 1,1.10 -9 F, h ệ số tự cảm L = 5.10 -5 H và gi ảm l ượng loga (logarithic decrement) . H ỏi sau th ời gian bao lâu thì n ăng l ượng điện từ gi ảm đi 99% = 0,005 DNK - 2014 5
4. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com - Cảm kháng: - Tr ở kháng: = = 220 Ω - Cường độ dòng = đ iện c +ực đại− trong m =ạch 164 Ω là: = = 1,34 Bài 8-29: Một m ạch dao động g ồm m ột cu ộn dây t ự cảm L = 3.10 -5 H, điện tr ở R = 1 Ω và m ột t ụ điện có điện dung C = 2,2.10 -5 F. H ỏi công su ất cung c ấp cho m ạch dao động ph ải là bao nhiêu để nh ững dao động điện t ừ do m ạch phát ra không ph ải là dao động t ắt d ần. Hi ệu điện th ế cực đại trên hai c ốt t ụ điện là U0 = 0,5 V Tóm t ắt: L = 3.10 -5 H R = 1 Ω C = 2,2.10 -5 F U0 = 0,5 V Xác định công su ất cung c ấp Gi ải: * Nh ận xét: Khi điện tr ở bằng không thì n ăng l ượng toàn phân trong m ạch không đổi. N ăng l ượng điện tr ường trong t ụ được chuy ển hóa qua l ại v ới n ăng l ượng t ừ tr ường trong ống dây. Khi m ạch dao động có điện tr ở khác không, nhi ệt l ượng s ẽ tỏa ra
   năng l ượng c ủa m ạch gi ảm d ần. Để dao động điện t ừ của mạch là dao động duy trì thì ph ải cung c ấp n ăng l ượng cho m ạch m ột cách tu ần hoàn. Công su ất cung c ấp ph ải b ằng công su ất tiêu th ụ. - Công su ất tiêu th ụ trung bình c ủa m ạch dao động là: = Trong đó: WT là n ăng l ượng m ất đi d ưới d ạng nhi ệt t ỏa ra trên điện tr ở trong 1 chu kì: = = → = 2 2 Mà nên ta có: = = = = = 0,092 Bài 8-30: Hai t ụ điện m ỗi cái có điện dung C = 2 mF , được m ắc vào m ột m ạch dao động g ồm có cu ộn cảm L = 1 mH , R = 5 Ω. H ỏi nh ững dao động điện t ừ xu ất hi ện trong m ạch s ẽ nh ư th ế nào n ếu các t ụ điện được: a. Mắc song song b. Mắc n ối ti ếp Tóm t ắt: C = 2 mF L = 1 mH R = 5 Ω TH1: M ắc song song TH2: M ắc n ối ti ếp DNK - 2014 7
5. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com Tóm t ắt: C = 9.10 -9 F L = 2.10 -3 H v = c = 3.10 8 m/s Xác định b ước sóng t ươ ng ứng Gi ải: * Nh ận xét: Đây là bài toán khá đơ n gi ản liên quan t ới m ạch phát sóng điện t ừ. Ở trong bài này ta coi nh ư là sóng truy ền trong chân không nên v = c. S ử dụng công th ức c ơ bản để tính b ước sóng điện t ừ. - Bước sóng điện t ừ mà m ạch phát sóng điện t ừ có th ể phát ra là: = = 2 √ ≈ 2500 * Chú ý: - Trong th ực t ế thì m ạch dao động có th ể thay đổi L và C để có th ể phát ra ho ặc thu nh ưng sóng điện t ừ có dải sóng khác nhau
   đôi khi bài toán yêu c ầu xác định d ải sóng mà m ạch dao động có th ể thu được
   ch ỉ cần áp d ụng công th ức để tìm λmin và λmax Bài 10-21: Một m ạch dao động điện t ừ gồm m ột ống dây có h ệ số tự cảm L = 3.10-5 H mắc n ối ti ếp v ới một t ụ điện ph ẳng có di ện tích các c ốt S = 100 cm 2. Kho ảng cách gi ữa các c ốt là d = 0.1 mm . H ằng s ố điện môi c ủa môi tr ường ch ứa đầy trong kho ảng không gian gi ữa hai c ốt c ủa t ụ điện là bao nhiêu? Bi ết m ạch dao động c ộng h ưởng có b ước sóng 750 m. Tóm t ắt: L = 3.10-5 H S = 100 cm 2 d = 0.1 mm λ = 750 m λch = 750 m Xác định ε Gi ải: * Nh ận xét: Hằng s ố điện môi liên quan đến điện dung c ủa t ụ điện
   ph ươ ng h ướng c ủa bài toán là ph ải đi xác định điện dung t ụ điện. Đề bài đã cho b ước sóng c ộng h ưởng và h ệ số tự cảm L (coi sóng điện t ừ truy ền trong không khí có v = c) nên ta có th ể xác định được điện dung C - Ta có b ước sóng điện t ừ mà m ạch phát ra là: = = 2 √ → = - Điện dung c ủa t ụ ph ẳng: 4 =
   = ≈ 6 DNK - 2014 9