Một sinh viên kĩ thuật thử nghiệm hệ thống cung cấp điện cho đèn dây tóc $12\text{V} -

Một sinh viên kĩ thuật thử nghiệm hệ thống cung cấp điện cho đèn dây tóc $12\text{V} - 6\text{W}$ bằng cách đạp xe. Máy phát điện xoay chiều được sử dụng có cấu tạo gồm một khung dây hình chữ nhật có kích thước $2\text{cm} \times 3\text{cm}$ quay trong từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ $0,5\text{T}$. Khung dây được dẫn động bằng một vòng tròn nhỏ (ròng rọc) trên máy phát điện có đường kính $2,0\text{cm}$ và được nối với vành bánh xe đạp bằng dây đai truyền động. Khi cho bánh xe quay đều để một điểm trên vành bánh xe có tốc độ $10\text{m/s}$ thì máy phát tạo ra suất điện động xoay chiều có giá trị cực đại là $24\text{V}$. (Giả thiết không có hiện tượng trượt giữa dây đai và các bánh đà).

Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5, 6 dưới đây:

Câu hỏi số 1:

Nhận biết

Khung dây trong máy phát điện này có bao nhiêu vòng dây quấn?

A. 80 vòng.

B. 40 vòng.

C. 120 vòng.

D. 100 vòng.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:980387

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính suất điện động cực đại của máy phát điện xoay chiều: $E_{0} = N \cdot B \cdot S \cdot \omega$.

Mối liên hệ giữa tốc độ dài và tốc độ góc: $\omega = \dfrac{v}{r}$.

Giải chi tiết

Diện tích của khung dây là: $S = 2.10^{- 3}.3.10^{- 2} = 6 \cdot 10^{- 4}\text{m}^{2}$.

Bán kính của vòng tròn nhỏ trên máy phát là: $r = \dfrac{2,0}{2} = 1,0\text{cm} = 0,01\text{m}$.

Do dây đai truyền động không trượt, tốc độ dài của vành bánh xe chính là tốc độ dài của vành vòng tròn nhỏ: $v = 10\text{m/s}$.

Tốc độ góc của khung dây là: $\omega = \dfrac{v}{r} = \dfrac{10}{0,01} = 1000\text{rad/s}$.

Từ công thức $E_{0} = N \cdot B \cdot S \cdot \omega$, ta có:

$\left. 24 = N \cdot 0,5 \cdot (6 \cdot 10^{- 4}) \cdot 1000\Rightarrow 24 = N \cdot 0,3\Rightarrow N = 80 \right.$ vòng.

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 2:

Thông hiểu

Năng lượng điện bóng đèn đã tiêu thụ là bao nhiêu sau khi khung dây quay được 15000 vòng? Giả sử điện trở trong của cuộn dây máy phát là không đáng kể và đèn được mắc trực tiếp vào máy phát.

A. 1131 J.

B. 565 J.

C. 360 J.

D. 1440 J.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:980388

Phương pháp giải

Tính điện áp hiệu dụng do máy phát cung cấp $E = \dfrac{E_{0}}{\sqrt{2}}$.

Tính công suất tiêu thụ của bóng đèn $P = \dfrac{E^{2}}{R_{\text{dèn}}}$.

Tính thời gian khung dây quay 15000 vòng và suy ra điện năng $W = P \cdot t$.

Giải chi tiết

Điện áp hiệu dụng của máy phát: $E = \dfrac{24}{\sqrt{2}} = 12\sqrt{2}\text{V}$.

Điện trở của bóng đèn: $R_{\text{dèn}} = \dfrac{U_{\text{dm}}^{2}}{P_{\text{dm}}} = \dfrac{12^{2}}{6} = 24\Omega$.

Công suất thực tế đèn tiêu thụ: $P = \dfrac{E^{2}}{R_{\text{dèn}}} = \dfrac{{(12\sqrt{2})}^{2}}{24} = \dfrac{288}{24} = 12\text{W}$.

Chu kì quay của khung dây: $T = \dfrac{2\pi}{\omega} = \dfrac{2\pi}{1000}\text{s}$.

Thời gian để quay được 15000 vòng: $t = 15000 \cdot \dfrac{2\pi}{1000} = 30\pi\text{s}$.

Năng lượng điện đèn đã tiêu thụ: $W = P \cdot t = 12 \cdot 30\pi = 360\pi \approx 1131\text{J}$.

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 3:

Thông hiểu

Dựa vào nguyên lí hoạt động và các thông số của hệ thống, các phát biểu sau đây là đúng hay sai?

	Đúng	Sai
a) Máy phát điện này hoạt động dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ.
b) Chu kì dao động của dòng điện xoay chiều do máy phát tạo ra xấp xỉ $6,28\text{ms}$.
c) Từ thông cực đại gửi qua toàn bộ cuộn dây của máy phát có giá trị là $24\text{mWb}$.
d) Nếu tốc độ đạp xe giảm đi một nửa (tốc độ vành bánh xe còn $5\text{m/s}$), công suất tỏa nhiệt trên bóng đèn sẽ giảm đi 2 lần.

Đáp án đúng là: Đ; Đ; Đ; S

Xem lời giải

Câu hỏi:980389

Phương pháp giải

Phân tích các đặc trưng vật lí của dòng điện xoay chiều và mối quan hệ tỉ lệ giữa công suất với tốc độ quay.

Giải chi tiết

Ý a) Đúng. Mọi máy phát điện cơ - điện đều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ (từ thông qua khung dây biến thiên sinh ra suất điện động cảm ứng).

Ý b) Đúng. $T = \dfrac{2\pi}{\omega} = \dfrac{2\pi}{1000} \approx 0,00628\text{s} = 6,28\text{ms}$.

Ý c) Đúng. Từ thông cực đại $\Phi_{0} = N \cdot B \cdot S$. Ta cũng có $\left. E_{0} = \Phi_{0} \cdot \omega\Rightarrow\Phi_{0} = \dfrac{E_{0}}{\omega} = \dfrac{24}{1000} = 0,024\text{Wb} = 24\text{mWb} \right.$.

Ý d) Sai. Khi tốc độ $v$ giảm một nửa thì $\omega$ giảm một nửa. Do $\left. E \right.\sim\omega$ nên điện áp hiệu dụng $E$ cũng giảm một nửa.

Công suất tỏa nhiệt $P = \dfrac{E^{2}}{R}$, vì $E$ giảm 2 lần nên công suất $P$ phải giảm $2^{2} = 4$ lần, chứ không phải giảm 2 lần.

Đáp án cần chọn là: Đ; Đ; Đ; S

Câu hỏi số 4:

Vận dụng

Khi hệ thống đang hoạt động với tốc độ vành bánh xe là $10\text{~m/s}$, để bóng đèn sáng đúng công suất định mức ($6\text{W}$), người sinh viên đã mắc nối tiếp bóng đèn với một điện trở $R_{x}$. Bỏ qua điện trở trong của máy phát. Giá trị của điện trở $R_{x}$ bằng bao nhiêu Ôm ($\Omega$)? (Học sinh điền kết quả làm tròn đến 1 chữ số thập phân, lấy $\sqrt{2} = 1,41$).

Đáp án:

Đáp án đúng là: 9,8

Xem lời giải

Câu hỏi:980390

Phương pháp giải

Thiết lập phương trình định luật Ohm cho toàn mạch khi đèn sáng bình thường (cường độ dòng điện và điện áp trên đèn đạt giá trị định mức).

Giải chi tiết

Cường độ dòng điện định mức của đèn: $I = \dfrac{P_{\text{dm}}}{U_{\text{dm}}} = \dfrac{6}{12} = 0,5\text{A}$.

Khi đèn sáng bình thường, điện áp hai đầu bóng đèn là $U_{\text{dm}} = 12\text{V}$.

Điện áp hiệu dụng do máy phát cung cấp là $E = 12\sqrt{2} \approx 12 \cdot 1,41 = 16,92\text{V}$.

Điện áp rơi trên điện trở $R_{x}$ là: $U_{R} = E - U_{\text{dm}} = 16,92 - 12 = 4,92\text{V}$.

Giá trị của điện trở cần mắc nối tiếp là: $R_{x} = \dfrac{U_{R}}{I} = \dfrac{4,92}{0,5} = 9,84\mspace{6mu}\Omega$. Làm tròn đến 1 chữ số thập phân ta được 9,8.

Đáp án cần điền là: 9,8

Câu hỏi số 5:

Vận dụng

Giả sử máy phát điện có hiệu suất chuyển đổi từ cơ năng thành điện năng là $80\%$. Khi đèn được mắc trực tiếp vào máy phát và vành bánh xe quay với tốc độ $10\text{m/s}$, công suất cơ học mà người đạp xe phải cung cấp riêng cho máy phát điện để duy trì hệ thống là:

A. 15,0 W.

B. 9,6 W.

C. 12,0 W.

D. 20,0 W.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:980391

Phương pháp giải

Hiệu suất của máy phát điện được tính bằng tỉ số giữa công suất điện (có ích) tạo ra và công suất cơ học (toàn phần) cung cấp cho máy: $H = \dfrac{P_{\text{dien}}}{P_{\text{co}}}$.

Giải chi tiết

Khi vành bánh xe đạt $10\text{m/s}$ và đèn mắc trực tiếp, công suất điện mà máy phát sinh ra (chính là công suất tiêu thụ của đèn) là $P_{\text{dien}} = 12\text{W}$.

Công suất cơ học người đạp xe cần cung cấp là: $P_{\text{co}} = \dfrac{P_{\text{dien}}}{H} = \dfrac{12}{0,80} = 15\text{W}$.

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 6:

Vận dụng

Nếu không sử dụng điện trở phụ, người sinh viên phải điều chỉnh tốc độ đạp xe sao cho tốc độ của một điểm trên vành bánh xe giảm xuống còn v' để đèn sáng bình thường (đúng công suất định mức). Giá trị của v' xấp xỉ bằng:

A. 5,00 m/s.

B. 14,14 m/s.

C. 7,07 m/s.

D. 8,50 m/s.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:980392

Phương pháp giải

Sử dụng tính chất tỉ lệ thuận giữa điện áp cảm ứng và tốc độ quay ($\left. E \right.\sim\left. \omega \right.\sim v$) để tìm vận tốc mới.

Giải chi tiết

Để đèn sáng đúng định mức khi mắc trực tiếp, điện áp hiệu dụng của máy phát lúc này phải đúng bằng điện áp định mức của đèn: $E' = 12\text{V}$.

Ở tốc độ ban đầu $v = 10\text{m/s}$, điện áp hiệu dụng là $E = 12\sqrt{2}\text{V}$.

Vì suất điện động tỉ lệ thuận với tốc độ góc (và tốc độ góc tỉ lệ thuận với tốc độ dài $v$), ta có lập luận:

$\left. \dfrac{E'}{E} = \dfrac{v'}{v}\Rightarrow\dfrac{12}{12\sqrt{2}} = \dfrac{v'}{10} \right.$

Suy ra vận tốc mới cần thiết là: $v' = \dfrac{10}{\sqrt{2}} = 5\sqrt{2} \approx 7,07\text{m/s}$.

Đáp án cần chọn là: C

Quảng cáo

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K9 Chú ý! Lộ Trình Sun 2027 - 1 lộ trình ôn đa kỳ thi (TN THPT, ĐGNL (Hà Nội/ Hồ Chí Minh), ĐGNL Sư Phạm, ĐGTD, ĐGNL Bộ Công an, ĐGNL Bộ Quốc phòng- Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com. Cập nhật bám sát bộ SGK mới, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.