Bài 1 · Chuyên đề học tập

Đặc trưng của dòng điện xoay chiều

Đọc được biên độ, chu kì, tần số, pha của u và i; tính độ lệch pha từ phương trình hay đồ thị; hiểu vì sao dùng giá trị hiệu dụng và tính công suất, nhiệt lượng trên điện trở.

Ứng với SGK Vật lí 12 (bộ thống nhất): Chuyên đề 1 · Bài 1

⚡ Nhớ nhanh

1Dòng xoay chiều hình sin: i = I₀cos(ωt + φᵢ), u = U₀cos(ωt + φᵤ). I₀, U₀ là biên độ; (ωt + φ) là pha.
2Chu kì – tần số – tần số góc: ω = 2π/T = 2πf. Lưới điện Việt Nam: 220 V, 50 Hz ⇒ T = 20 ms, ω = 100π rad/s.
3Độ lệch pha φ = φᵤ − φᵢ: φ > 0 ⇒ u sớm pha hơn i; φ < 0 ⇒ u trễ pha. Từ đồ thị: φ = 360°·Δt/T.
4Giá trị hiệu dụng: I = I₀/√2, U = U₀/√2. Là giá trị mà dòng một chiều toả nhiệt trên R bằng dòng xoay chiều; ampe kế, vôn kế xoay chiều chỉ giá trị này.
5Trên điện trở: P = I²R = U²/R (công suất trung bình); Q = P·t. Giá trị trung bình của i trong một chu kì bằng 0 nhưng i² thì không.

👀 Nhìn là hiểu

Ba chế độ: Dạng sóng (kéo U₀, f, đọc T, ω, giá trị tức thời — kéo mũi tên quay trên hình để dời thời điểm), Lệch pha (kéo φ giữa u và i), Hiệu dụng (bóng đèn nhấp nháy, trung bình i = 0 nhưng i² thì không). Tab Thí nghiệm: chỉnh nguồn một chiều cho đèn sáng bằng nguồn xoay chiều.

Biên độ U₀311 V

f · T50 Hz · 20,0 ms

ω = 2πf314 rad/s

u tức thời311 V

Kéo thả tự do, xem số và đồ thị chạy theo.

Biên độ U₀ = 311 V Tần số f = 50 Hz (T = 20,0 ms)

Con trỏ chạy chậm: 4 s mỗi chu kì thật.

u = 311cos(314·t) V: biên độ 311 V, f = 50 Hz, T = 20,0 ms. Giá trị hiệu dụng U = U₀/√2 ≈ 220 V. Lúc t = 0,0 ms pha là 0° nên u ≈ 311 V.

1 〰️ Dòng điện xoay chiều hình sin

Cần nhớ

✦Dòng điện xoay chiều có cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian: i = I₀cos(ωt + φᵢ). Điện áp tương tự: u = U₀cos(ωt + φᵤ). i, u là giá trị tức thời; I₀, U₀ là biên độ (giá trị cực đại).
✦Chu kì T (s) là thời gian để i lặp lại; tần số f = 1/T (Hz); tần số góc ω = 2π/T = 2πf (rad/s).
✦Mạng điện sinh hoạt ở Việt Nam: 220 V, 50 Hz ⇒ T = 0,02 s = 20 ms, ω = 100π ≈ 314 rad/s. Mỗi chu kì dòng điện đổi chiều 2 lần ⇒ mỗi giây đổi chiều 2f = 100 lần.
✦Pha ban đầu φ phụ thuộc cách chọn gốc thời gian; điều có ý nghĩa vật lí là độ lệch pha giữa hai đại lượng (phần sau).

Đọc phương trình u = 311cos(100πt) (V)

Đại lượng	Giá trị	Cách đọc
Biên độ U₀	311 V	Hệ số đứng trước cos
Tần số góc ω	100π rad/s	Hệ số của t
Tần số f	50 Hz	f = ω/2π
Chu kì T	20 ms	T = 1/f

Dạng bài

Đọc phương trình xoay chiều

1 Đối chiếu với u = U₀cos(ωt + φ): đọc U₀, ω, φ.
2 Tính f = ω/2π và T = 1/f.
3 Đổi đơn vị: thời điểm cho bằng ms thì đổi ra s (1 ms = 10⁻³ s) trước khi thay vào pha.
4 Thử lại bằng điểm đặc biệt: t = 0 cho u = U₀cos φ; t = T/4 ứng với pha tăng thêm π/2.

⚠️ Bẫy hay gặp: Thay t = 2,5 thẳng vào (quên đổi ms): cos(100π · 2,5) = cos(250π) = 1 ⇒ u = 311 V, sai. Đổi ra giây rồi mới thay.

〰️

Làm mẫu

Điện áp giữa hai đầu một bóng đèn: u = 311cos(100πt) (V), t tính bằng giây. Tìm biên độ, tần số, chu kì và điện áp tức thời lúc t = 2,5 ms.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

2 🔀 Pha và độ lệch pha giữa u và i

Cần nhớ

✦Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện: φ = φᵤ − φᵢ. Với cùng tần số, φ không đổi theo thời gian.
✦φ > 0: u sớm pha hơn i (u đạt cực đại trước i). φ < 0: u trễ pha hơn i. φ = 0: cùng pha. |φ| = π: ngược pha. |φ| = π/2: vuông pha.
✦Đọc từ đồ thị (dao động kí): hai đỉnh cùng loại cách nhau Δt thì |φ| = 2πΔt/T = 360°·Δt/T. Đỉnh nào tới trước là đại lượng sớm pha.
✦Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần: u và i cùng pha (φ = 0). Cuộn cảm và tụ điện làm u, i lệch pha — bài 2.

✅ u sớm pha hơn i

φ = φᵤ − φᵢ > 0 · đỉnh của u nằm bên trái đỉnh của i trên đồ thị · u cực đại khi i chưa cực đại.

❌ Lỗi hay gặp

Đảo dấu: nhầm "u sớm" thành "u trễ" · lấy φ = Δt/T (quên 2π hay 360°) · dùng nửa chu kì làm chu kì.

Dạng bài

Tính độ lệch pha từ đồ thị

1 Đọc chu kì T trên trục thời gian (hai đỉnh liên tiếp của cùng một đường).
2 Đọc Δt giữa hai đỉnh cùng loại (cùng dương) của u và i; đỉnh nào tới trước thì sớm pha.
3 Đổi đơn vị: Δt và T cùng đơn vị (ms), rồi φ = 360°·Δt/T (hoặc 2πΔt/T rad).
4 Thử lại: Δt = T/4 phải cho 90°, Δt = T/2 cho 180°.

⚠️ Bẫy hay gặp: Quên nhân 2π: φ = Δt/T = 0,2 rad ≈ 11° — sai; đúng là 2π · 0,2 ≈ 1,26 rad ≈ 72°.

🔀

Làm mẫu

Trên màn dao động kí, đường u có đỉnh dương ở t = 3 ms, đường i có đỉnh dương kế tiếp ở t = 7 ms. Chu kì chung 20 ms. Tính độ lệch pha φ = φᵤ − φᵢ.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

3 📏 Giá trị hiệu dụng

Cần nhớ

✦Giá trị trung bình của i trong một chu kì bằng 0, nên không dùng nó để nói dòng "mạnh" hay "yếu". Nhiệt lượng toả ra thì tỉ lệ với i² (luôn ≥ 0).
✦Cường độ hiệu dụng I của dòng xoay chiều là cường độ của dòng một chiều mà khi qua cùng điện trở R trong cùng thời gian thì toả nhiệt lượng bằng nhau.
✦Với dòng hình sin: I = I₀/√2 ≈ 0,707·I₀, U = U₀/√2, E = E₀/√2. Ngược lại U₀ = U√2 ≈ 1,41·U.
✦Ampe kế, vôn kế xoay chiều và con số ghi trên thiết bị (220 V, 2 A) đều là giá trị hiệu dụng.

Hiệu dụng ↔ biên độ (làm tròn)

Hiệu dụng U	Biên độ U₀ = U√2	Gặp ở đâu
220 V	311 V	Lưới điện Việt Nam
110 V	156 V	Lưới ở một số nước
12 V	17 V	Bộ chuyển đổi xoay chiều cho đèn nhỏ

Dạng bài

Đổi giữa hiệu dụng và biên độ

1 Xem đề cho giá trị nào: ghi "220 V", "số chỉ vôn kế", "ampe kế chỉ" ⇒ hiệu dụng; ghi "biên độ", "cực đại", hay có trong phương trình ⇒ biên độ.
2 U₀ = U√2 (lấy √2 ≈ 1,41), I₀ = I√2.
3 Viết phương trình: chọn φ theo đề, ω = 2πf.
4 Thử lại: chia ngược U₀/√2 phải về đúng giá trị hiệu dụng ban đầu.

⚠️ Bẫy hay gặp: Coi 220 V là biên độ, viết u = 220cos(100πt): khi đó điện áp hiệu dụng chỉ 220/√2 ≈ 156 V, đèn 220 V sẽ sáng yếu đi nhiều.

🔌

Làm mẫu

Điện áp ở ổ cắm trong nhà ghi 220 V – 50 Hz. Chọn gốc thời gian lúc u cực đại. Viết biểu thức u và tìm giá trị cực đại.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

4 🔥 Công suất và nhiệt lượng trên điện trở

Cần nhớ

✦Trên điện trở R, công suất tức thời p = i²R luôn ≥ 0, dao động giữa 0 và I₀²R. Công suất trung bình: P = I²R = U²/R = UI (dùng giá trị hiệu dụng).
✦Vì I² = I₀²/2 nên P = ½·I₀²R: công suất trung bình bằng một nửa công suất cực đại.
✦Nhiệt lượng trong thời gian t: Q = P·t = I²Rt (t đổi ra giây, Q đơn vị J; 1 kWh = 3,6·10⁶ J).
✦Cùng điện trở: nguồn một chiều U_DC và nguồn xoay chiều biên độ U₀ cho cùng P khi U_DC = U₀/√2 — đây chính là thí nghiệm ở tab Thí nghiệm.

Dạng bài

Tính công suất và nhiệt lượng trên điện trở

1 Đổi về hiệu dụng nếu đề cho biên độ.
2 P = U²/R (hoặc I²R).
3 Đổi đơn vị: phút, giờ ra giây trước khi tính Q = P·t.
4 Thử lại: P phải nhỏ hơn công suất cực đại I₀²R (đúng bằng một nửa).

⚠️ Bẫy hay gặp: Dùng biên độ trong P = U²/R: 311²/100 ≈ 967 W — đó là công suất cực đại, gấp đôi công suất trung bình thật.

💡

Làm mẫu

Bóng đèn có điện trở 100 Ω (coi không đổi) mắc vào điện áp u = 311cos(100πt) (V). Tính công suất trung bình và nhiệt lượng toả ra trong 30 phút (lấy U = 220 V).

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

5 🏠 Hiện tượng quanh ta

✦🔌 Ổ điện nhà: 220 V là giá trị hiệu dụng, giá trị đỉnh tới ≈ 311 V. Vì thế linh kiện (tụ điện, dây cách điện) phải chịu được ≥ 311 V chứ không phải 220 V.
✦💡 Đèn nhấp nháy mà mắt không thấy: dòng 50 Hz đổi chiều 100 lần/s, đèn sáng tối 100 lần/s. Mắt không phân biệt được, nhưng camera điện thoại quay chậm đôi khi thấy các sọc đen.
✦🔧 Đồng hồ vạn năng: thang ACV đo giá trị hiệu dụng của điện xoay chiều. Gạt nhầm sang thang DCV khi đo ổ điện, số chỉ thường gần 0 hoặc nhảy lung tung vì giá trị trung bình bằng 0.
✦🌍 Mỗi nước một lưới điện: Việt Nam 220 V – 50 Hz; nhiều nơi như Mỹ, Nhật dùng 100–120 V. Cắm thiết bị 110 V vào lưới 220 V làm công suất tăng gấp 4 lần (P = U²/R) và cháy thiết bị.

6 💡 Mẹo làm nhanh và lỗi hay sai

⚡ Mẹo làm nhanh trắc nghiệm

✦Đọc phương trình: hệ số đứng trước cos là biên độ, hệ số của t là ω (không phải f). f = hệ số của t chia cho 2π: "100πt" ⇒ 50 Hz.
✦Con số nào trên thiết bị hoặc "vôn kế chỉ…" ⇒ hiệu dụng; chỉ cần chia hay nhân √2 ≈ 1,41.
✦Độ lệch pha trên đồ thị: Δt = T/4 ⇒ 90°, T/2 ⇒ 180°, T/8 ⇒ 45°. Khỏi cần công thức.
✦Công suất trung bình trên R luôn một nửa công suất cực đại I₀²R: kiểm tra nhanh đáp án.

⚠️ Lỗi hay sai nhất

✦Coi 220 V là biên độ: U₀ phải là 311 V; ngược lại coi 311 V là hiệu dụng sẽ ra I lớn hơn thật √2 lần.
✦Lấy "100π" làm tần số: f = 100π/2π = 50 Hz, không phải 100π Hz hay 100 Hz.
✦Quên đổi ms ra s: u = 311cos(100π · 2,5 ms) thay 2,5 thẳng vào cho 311 V thay vì 220 V.
✦Quên 2π khi đổi Δt/T thành góc: 4 ms/20 ms = 0,2 chu kì = 72°, không phải 0,2 rad.
✦Dùng nửa chu kì làm chu kì: bảng u từ +100 V xuống −100 V trong 10 ms là nửa chu kì, T = 20 ms.
✦Nghĩ i trung bình = 0 nên đèn không nóng: nhiệt tỉ lệ i², trung bình i² = I₀²/2 ≠ 0.

📏 Kiểm tra đơn vị và độ lớn

✦ω (rad/s) = 2πf; f (Hz) = 1/T (s); 1 ms = 10⁻³ s. Lưới điện: T = 20 ms, ω ≈ 314 rad/s.
✦Hiệu dụng luôn nhỏ hơn biên độ (chia √2); công suất trung bình P = I²R nhỏ hơn I₀²R (chia 2).
✦Công suất đồ gia dụng cỡ 10 W – 2000 W: đèn LED 10 W, bóng sợi đốt 60–100 W, bàn là 1000 W. Tính ra hàng chục nghìn watt là sai.
✦Nhiệt lượng Q (J) = P(W) · t(s): 1 phút = 60 s, 1 giờ = 3600 s.

✏️ Luyện tập

Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần kiến thức.

〰️

Đại lượng đặc trưng

1
Nhận biết
Liên hệ giữa tần số góc ω, chu kì T và tần số f của dòng điện xoay chiều là
2
Thông hiểu
Dòng điện ở ổ cắm trong nhà có tần số 50 Hz. Trong mỗi giây dòng điện đổi chiều
3
Thông hiểu
Cường độ dòng điện xoay chiều i = 4cos(120πt + π/3) (A), t tính bằng s. Tần số và biên độ của dòng điện là
4
Thông hiểu Điện áp xoay chiều u = 200cos(100πt) (V), t tính bằng giây. Chu kì của điện áp là bao nhiêu mili giây? Đáp số:
5
Thông hiểu
Một dao động kí ghi điện áp xoay chiều hình sin (biên độ 100 V) theo thời gian: $t (ms) u (V) 0100 2, 5 71 50 7, 5 - 71 10 - 100$ Tần số của nguồn là

🔀

Độ lệch pha

1
Nhận biết
Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện được định nghĩa φ = φᵤ − φᵢ. Khi φ = 0 thì u và i
2
Thông hiểu
Điện áp u = 220√2cos(100πt + π/6) (V) và dòng điện i = 2cos(100πt − π/6) (A). Độ lệch pha φ = φᵤ − φᵢ bằng
3
Vận dụng
Trên màn dao động kí, đường u và đường i có cùng chu kì 20 ms. Đỉnh dương của u xuất hiện trước đỉnh dương của i là 2,5 ms. Độ lệch pha giữa u và i là
4
Thông hiểu Hai dòng điện cùng tần số 50 Hz. Đỉnh dương của i₂ đến chậm hơn đỉnh dương của i₁ là 5 ms. Độ lệch pha giữa chúng là bao nhiêu độ? Đáp số:
5
Vận dụng Điện áp u = 200cos(100πt − π/3) (V). Kể từ t = 0, thời điểm đầu tiên điện áp bằng 0 là bao nhiêu mili giây? (làm tròn đến phần chục) Đáp số:

📏

Giá trị hiệu dụng

1
Nhận biết
Với dòng điện xoay chiều hình sin, liên hệ giữa cường độ hiệu dụng I và biên độ I₀ là
2
Thông hiểu
Ampe kế xoay chiều và vôn kế xoay chiều chỉ
3
Thông hiểu Ổ điện trong nhà ghi 220 V. Điện áp cực đại giữa hai lỗ ổ cắm khoảng bao nhiêu vôn? (lấy √2 ≈ 1,41, làm tròn đến hàng chục) Đáp số:
4
Thông hiểu
Cường độ dòng điện i = 2√2cos(100πt + π/4) (A). Số chỉ của ampe kế xoay chiều là
5
Thông hiểu Một bóng đèn sáng như nhau khi mắc vào nguồn một chiều 100 V hoặc vào nguồn xoay chiều hình sin. Biên độ điện áp của nguồn xoay chiều là bao nhiêu vôn? (√2 ≈ 1,414, làm tròn đến hàng đơn vị) Đáp số:
6
Vận dụng
Một tụ điện ghi "250 V" (điện áp tối đa đặt lên hai bản). Có thể mắc trực tiếp tụ vào ổ điện lưới 220 V – 50 Hz không?
7
Vận dụng
Thí nghiệm so sánh độ sáng: với mỗi nguồn xoay chiều biên độ U₀, người ta chỉnh nguồn một chiều U_DC để đèn sáng như nhau. Kết quả: $U_{0} (V) U_{D C} (V) 10071200141300212400283$ Nhận xét đúng là

🔥

Công suất, nhiệt lượng

1
Nhận biết
Dòng điện xoay chiều có cường độ hiệu dụng I chạy qua điện trở R. Công suất toả nhiệt trung bình là
2
Thông hiểu
Giá trị trung bình của cường độ dòng điện xoay chiều hình sin trong một chu kì bằng 0, nhưng dây tóc bóng đèn vẫn nóng lên vì
3
Thông hiểu Bóng đèn có điện trở 100 Ω (coi không đổi) mắc vào điện áp u = 220√2cos(100πt) (V). Công suất tiêu thụ trung bình là bao nhiêu oát? Đáp số:
4
Vận dụng Dòng điện i = 2√2cos(100πt) (A) chạy qua điện trở 50 Ω trong 2 phút. Nhiệt lượng toả ra là bao nhiêu kilôjun? Đáp số:
5
Vận dụng
Một bàn là ghi 220 V – 1100 W, dùng đúng với lưới điện 220 V – 50 Hz. Điện trở của bàn là và biên độ dòng điện chạy qua lần lượt là

🏆 Luyện theo dạng đề tốt nghiệp

Đề Vật lí có 3 phần: 18 câu 4 lựa chọn, 4 câu đúng/sai (mỗi câu 4 ý) và 6 câu trả lời ngắn (đáp số tối đa 4 ký tự, kể cả dấu − và dấu phẩy). Dưới đây là đủ 3 dạng, chỉ dùng kiến thức của bài này.

🅰️

Kiểm tra · Trắc nghiệm

1
Thông hiểu
Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch là u = 100√2cos(100πt) (V). Số chỉ của vôn kế xoay chiều và tần số của điện áp là
2
Thông hiểu
Dòng điện i = 3cos(100πt) (A) chạy qua điện trở 20 Ω. Công suất toả nhiệt trung bình là
3
Vận dụng
Trên màn dao động kí, đường điện áp có đỉnh cao 3 ô (hệ số lệch dọc 100 V/ô), một chu kì chiếm 4 ô (hệ số quét 5 ms/ô). Điện áp hiệu dụng và tần số của nguồn là

✅

Kiểm tra · Đúng / sai

1
Thông hiểu
Điện áp u = 220√2cos(100πt) (V) đặt vào hai đầu điện trở R = 110 Ω.

a)Tần số của điện áp là 50 Hz.

b)Điện áp cực đại giữa hai đầu điện trở là 220 V.

c)Cường độ dòng điện hiệu dụng qua điện trở là 2 A.

d)Công suất toả nhiệt trung bình trên điện trở là 880 W.
2
Vận dụng
Hai dòng điện i₁ = 2cos(100πt) (A) và i₂ = 2cos(100πt + π/2) (A).

a)Hai dòng điện có cùng tần số 50 Hz.

b)Hai dòng điện có cường độ hiệu dụng khác nhau.

c)i₂ trễ pha hơn i₁ góc π/2.

d)Lúc i₁ đạt cực đại thì i₂ bằng 0.

🔢

Kiểm tra · Trả lời ngắn

1
Thông hiểu Điện áp u = 200cos(100πt − π/3) (V), t tính bằng giây. Tại t = 5 ms điện áp tức thời là bao nhiêu vôn? (làm tròn đến hàng đơn vị) Đáp số:
2
Vận dụng Dòng điện i = 2cos(100πt) (A) chạy qua điện trở 25 Ω trong 10 phút. Nhiệt lượng toả ra là bao nhiêu kilôjun? Đáp số:
3
Vận dụng Hai dòng điện cùng tần số 50 Hz. Đỉnh dương của dòng thứ nhất đến trước đỉnh dương của dòng thứ hai 1,25 ms. Độ lệch pha giữa hai dòng là bao nhiêu độ? Đáp số:

🎯 Bài này vào đề tốt nghiệp ở đâu?

•Chuyên đề này không có trong đề thi tốt nghiệp; dùng cho kiểm tra trên lớp và đánh giá chuyên đề.
•Câu hỏi thường gặp: đọc U₀, ω, φ từ phương trình rồi tính f, T; đổi qua lại hiệu dụng và biên độ; đọc độ lệch pha trên đồ thị hay dao động kí.
•Bài tính hay có: công suất P = U²/R và nhiệt lượng Q = P·t trên điện trở, kèm đổi phút ra giây; thường có bẫy nhầm 220 V với biên độ.

Làm đề thi thử trọn bộ

Bài tiếp theo
Đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp