Kinh nghiệm luyện thi Vật lý 12 – Phần 4: Điện xoay chiều (AC)
Blog Góc học tập Khoa học Tự nhiên hệ thống hóa súc tích những điểm trọng yếu của phần Điện xoay chiều (AC) – mảng kiến thức thường gây “vấp” do liên quan đến đại số phức và hình học véc-tơ (phasor). Bài viết này nhắm vào mục tiêu ôn thi cấp tốc: nắm chắc công thức cốt lõi, hiểu bản chất pha – trở kháng, thành thạo mẹo so sánh nhanh để xử lí trắc nghiệm.
1) Trọng tâm lý thuyết & công thức
- Dạng sóng sin: \( u = U_0\cos(\omega t + \varphi_u),\; i = I_0\cos(\omega t + \varphi_i)\). Giá trị hiệu dụng: \(U = U_0/\sqrt{2},\; I = I_0/\sqrt{2}\).
- Phần tử đơn: \(X_L=\omega L\) (qua L: i trễ u 90°), \(X_C=1/(\omega C)\) (qua C: i sớm u 90°).
- Mạch nối tiếp RLC: \(Z=\sqrt{R^2+(X_L-X_C)^2},\; \cos\varphi=R/Z,\; P=UI\cos\varphi\).
- Cộng hưởng: \(X_L=X_C\Rightarrow Z=R\) (nhỏ nhất) ⇒ \(I\) cực đại, \(\cos\varphi\) lớn ⇒ u và i gần đồng pha.
- Xu hướng theo tần số: tăng \(f\Rightarrow X_L\uparrow,\; X_C\downarrow\). Dựa vào đó suy pha sớm/trễ nhanh.
2) Hình minh họa: mạch RLC – phasor – sóng sin
3) Ví dụ minh họa có lời giải tóm lược
Ví dụ 1 – Tính dòng điện và hệ số công suất
Đề: Mạch RLC nối tiếp: \(U=120\text{ V}\), \(R=60\,\Omega\), \(X_L=80\,\Omega\), \(X_C=20\,\Omega\). Tính \(I\) (A) và \(\cos\varphi\).
Lời giải tóm lược: \(Z=\sqrt{60^2+(80-20)^2}=\sqrt{3600+3600}=\sqrt{7200}\approx84.85\,\Omega\). Do đó \(I=U/Z\approx120/84.85\approx1.414\text{ A}\). \(\cos\varphi=R/Z\approx60/84.85\approx0.707\).
Ví dụ 2 – Công suất cực đại theo biến trở
Đề: Mạch RLC có \(U\) không đổi; \(X_L, X_C\) cố định; thay đổi \(R\). Hỏi điều kiện để công suất tiêu thụ \(P\) cực đại?
Giải nhanh: \(P=\dfrac{U^2R}{R^2+(X_L-X_C)^2}\) đạt cực đại khi \(R=\lvert X_L-X_C\rvert\). Đây là kết quả thường gặp trong đề trắc nghiệm.
Ví dụ 3 – Nhận diện pha sớm/trễ theo tần số
Đề: Ban đầu \(X_L<X_C\) (dòng sớm áp). Khi tăng dần \(f\), hỏi diễn biến pha?
Lập luận: Tăng \(f\Rightarrow X_L\uparrow,\; X_C\downarrow\). Tại điểm cộng hưởng \(X_L=X_C\), u và i gần đồng pha; sau đó \(X_L>X_C\), dòng chuyển sang trễ áp. Kết luận pha thay đổi theo quy luật trên mà không cần tính số cụ thể.
4) Mẹo giải nhanh & lỗi thường gặp
- Nhớ nhanh công thức: \(X_L=\omega L\), \(X_C=1/(\omega C)\). Tăng \(f\): \(X_L\) tăng, \(X_C\) giảm.
- Phasor để suy luận: vẽ véc-tơ \(U_R\) cùng pha \(I\), \(U_L\) vuông góc trễ, \(U_C\) vuông góc sớm. Tổng hình học giúp ước lượng pha nhanh.
- Phân biệt “cộng hưởng” vs. “P cực đại theo R”: cộng hưởng do \(X_L=X_C\) (R không đổi); còn \(P\) cực đại khi chỉnh R để \(R=\lvert X_L-X_C\rvert\).
- Sai lầm phổ biến: nhầm dấu \(X_L-X_C\) khi tính \(Z\); quên đổi đơn vị (Hz ↔ rad/s); bỏ qua tính hiệu dụng \(U=U_0/\sqrt2\).
- Chiến lược luyện đề 7 ngày: Ngày 1–2 ôn công thức + phasor; Ngày 3–4 luyện cộng hưởng và công suất; Ngày 5 bài tổng hợp; Ngày 6 làm đề, Ngày 7 sửa lỗi và ghi nhớ.
5) Bài tập tự luyện (gợi ý suy luận)
- Bài 1: Mạch RLC: \(U=220\text{ V}\), \(R=50\,\Omega\), \(X_L=70\,\Omega\), \(X_C=30\,\Omega\). Tính \(I\), \(\cos\varphi\).
Gợi ý: Tính \(Z\), rồi \(I=U/Z\), \(\cos\varphi=R/Z\). - Bài 2: Với \(U\) cố định, hãy chọn \(R\) để \(P\) cực đại khi \(\lvert X_L-X_C\rvert=40\,\Omega\).
Gợi ý: \(R=\lvert X_L-X_C\rvert\). - Bài 3: Tăng \(f\) gấp đôi, hỏi sự thay đổi \(X_L, X_C\) và pha? Khi nào đạt cộng hưởng?
Gợi ý: \(X_L\propto f\), \(X_C\propto 1/f\); cộng hưởng khi \(X_L=X_C\). - Bài 4 (nâng cao): Với \(U\) không đổi, chứng minh \(P\) cực đại tại \(R=\lvert X_L-X_C\rvert\) bằng đạo hàm theo \(R\).
Gợi ý: Xét \(P(R)=\dfrac{U^2R}{R^2+\Delta^2}\) với \(\Delta=\lvert X_L-X_C\rvert\).
Tài liệu & Thi Online
7) Liên kết nội bộ tham khảo
8) FAQ nhanh
- Vì sao AC khó hơn Dao động cơ?
- Vì AC cần đồng thời xử lí số phức/phasor và các quan hệ pha giữa u, i; nhiều bạn nắm công thức nhưng lúng túng khi suy luận pha theo tần số.
- Khi nào nên dùng phasor?
- Khi cần tổng hợp điện áp trong RLC hoặc suy luận nhanh pha sớm/trễ; phasor giúp nhìn hình học thay vì bấm máy nhiều lần.
- Ôn cấp tốc nên ưu tiên gì?
- Thuộc công thức nền, luyện 3–4 dạng cốt lõi (cộng hưởng, công suất, so pha, biến trở tối ưu), làm đề thời gian thật và sửa lỗi theo nhóm dạng.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét
Bạn có muốn Tải đề thi thử File Word, Thi Trắc nghiệm Online Free, hay Luyện thi THPT Môn Vật lí theo Chủ đề không? Hãy để lại ý kiến trao đổi nhé.