Giải Hoạt động trang 7 Chuyên đề Vật lí 12

Lời giải

1. Mô tả các phương pháp đo điện áp và tần số của dòng điện xoay chiều

a) Đo điện áp xoay chiều

- Dùng vôn kế xoay chiều (vôn kế AC): Mắc vôn kế song song với hai đầu đoạn mạch (hoặc dụng cụ) cần đo. Vôn kế xoay chiều chỉ giá trị hiệu dụng $U$ của điện áp. Thang đo phải để ở chế độ xoay chiều (kí hiệu $\sim$ hoặc AC/ACV) và chọn thang lớn hơn giá trị cần đo.

- Dùng đồng hồ đo điện đa năng (multimeter) ở chức năng đo điện áp xoay chiều (ACV / V$\sim$): Cho kết quả là điện áp hiệu dụng. Đây là cách phổ biến, gọn nhẹ và an toàn khi dùng đúng thang.

- Dùng dao động kí điện tử (oscilloscope): Hiển thị trực tiếp dạng đồ thị điện áp theo thời gian $u(t)=U_0\cos(\omega t+\varphi)$. Từ màn hình đọc được biên độ (điện áp cực đại) $U_0$, rồi suy ra điện áp hiệu dụng:
$$U=\frac{U_0}{\sqrt{2}}.$$

b) Đo tần số của dòng điện xoay chiều

- Dùng đồng hồ đo đa năng có chức năng đo tần số (Hz): Mắc song song với nguồn, đồng hồ hiển thị trực tiếp tần số $f$ (đơn vị Hz).

- Dùng dao động kí: Đọc chu kì $T$ của một dao động hoàn chỉnh trên màn hình (dựa vào số ô và hệ số thời gian TIME/DIV), rồi tính tần số theo:
$$f=\frac{1}{T}.$$

- Dùng máy đo tần số (tần số kế) chuyên dụng: Mắc vào mạch để đọc trực tiếp giá trị $f$.

2. Thiết kế phương án đo điện áp hiệu dụng và tần số của dòng điện xoay chiều bằng đồng hồ đo điện đa năng

a) Dụng cụ

- Một đồng hồ đo điện đa năng (có chức năng đo điện áp xoay chiều V$\sim$ / ACV và chức năng đo tần số Hz).
- Nguồn điện xoay chiều cần đo (ví dụ ổ điện dân dụng hoặc máy biến áp đã hạ áp an toàn).
- Hai dây đo (que đỏ cắm chốt V$\Omega$Hz, que đen cắm chốt COM).

b) Các bước tiến hành đo điện áp hiệu dụng

1. Cắm que đo đúng chốt: que đen vào COM, que đỏ vào chốt V.
2. Vặn núm chọn chức năng về thang đo điện áp xoay chiều (V$\sim$ / ACV); nếu là đồng hồ chỉ thị kim hoặc có nhiều thang, chọn thang lớn hơn giá trị ước lượng cần đo (ví dụ đo điện lưới $\approx 220\ \text{V}$ thì để thang $750\ \text{V}$).
3. Mắc hai que đo song song với hai đầu đoạn mạch (hoặc nguồn) cần đo.
4. Đọc số chỉ trên màn hình: đó chính là điện áp hiệu dụng $U$ (V). Nếu dùng đồng hồ hiện số có tự chọn thang (Auto) thì đọc trực tiếp.

c) Các bước tiến hành đo tần số

1. Giữ nguyên cách mắc song song với nguồn.
2. Vặn núm chọn về chức năng đo tần số (Hz) (hoặc nhấn nút Hz nếu đồng hồ tích hợp chung với thang ACV).
3. Đọc số chỉ trên màn hình: đó là tần số $f$ (Hz) của dòng điện xoay chiều (điện lưới Việt Nam cho kết quả khoảng $50\ \text{Hz}$).

d) Lưu ý an toàn và xử lí số liệu

- Luôn chọn đúng chế độ xoay chiều và thang đo đủ lớn trước khi chạm que vào mạch; không chạm tay vào phần kim loại của que đo khi đang đo.
- Đo mỗi đại lượng vài lần rồi lấy giá trị trung bình để giảm sai số:
$$\overline{U}=\frac{U_1+U_2+\dots+U_n}{n},\qquad \overline{f}=\frac{f_1+f_2+\dots+f_n}{n}.$$
- Kết quả cuối ghi kèm sai số, dạng $U=\overline{U}\pm\Delta U$ và $f=\overline{f}\pm\Delta f$.

Đáp số