Bài học

Ôn tập Dòng điện xoay chiều theo cấu trúc đề thi tốt nghiệp

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em vận dụng lại kiến thức về nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều và giá trị hiệu dụng để giải cả ba dạng câu hỏi của đề thi tốt nghiệp THPT 2025, khép lại toàn bộ khóa học Cảm ứng điện từ và dòng điện xoay chiều bằng một buổi luyện tập tổng hợp đúng hình thức đề thi thật.

Kiến thức nền cần nhớ

Hai bài trước đã trang bị công thức $i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$ để đọc các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều, và hệ thức $I=I_0/\sqrt2$ , $U=U_0/\sqrt2$ để chuyển đổi giữa giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng (same-grade bridge, ôn tập). Bài này luyện lại hai công cụ đó theo đúng ba dạng câu hỏi đã giới thiệu ở bài trước, khép lại toàn bộ khóa học bằng đúng cấu trúc mà kỳ thi thật sẽ dùng.

Hai bài trước đã trang bị công thức $i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$ để đọc các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều, và hệ thức $I=I_0/\sqrt2$, $U=U_0/\sqrt2$ để chuyển đổi giữa giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng (same-grade bridge, ôn tập). Bài này luyện lại hai công cụ đó theo đúng ba dạng câu hỏi đã giới thiệu ở bài trước, khép lại toàn bộ khóa học bằng đúng cấu trúc mà kỳ thi thật sẽ dùng.

Khởi động

Ở Phần II của đề thi thật, một câu hỏi về dòng điện xoay chiều thường trộn lẫn một ý đúng về công thức với một ý sai về đơn vị hoặc về việc nhầm giá trị cực đại với giá trị hiệu dụng — chỉ cần đọc lướt một chữ là mất điểm ý đó, dù các ý khác trong cùng câu vẫn làm đúng.

Kiến thức trọng tâm

Nhắc lại: dòng điện xoay chiều có biểu thức $i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$ , trong đó $I_0$ là giá trị cực đại, $\omega=2\pi f=2\pi/T$ là tần số góc. Giá trị ghi trên mọi thiết bị điện — vôn, ampe — là giá trị hiệu dụng $I=I_0/\sqrt2$ , $U=U_0/\sqrt2$ , không phải giá trị cực đại. Khi làm bài ôn tập tổng hợp, bước đầu tiên luôn là xác định đề đang cho giá trị nào — cực đại hay hiệu dụng — trước khi thay vào bất kì công thức nào, vì đây chính là chỗ đề thi thật hay gài bẫy ở cả ba phần.

Nhắc lại: dòng điện xoay chiều có biểu thức $i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$, trong đó $I_0$ là giá trị cực đại, $\omega=2\pi f=2\pi/T$ là tần số góc. Giá trị ghi trên mọi thiết bị điện — vôn, ampe — là giá trị hiệu dụng $I=I_0/\sqrt2$, $U=U_0/\sqrt2$, không phải giá trị cực đại. Khi làm bài ôn tập tổng hợp, bước đầu tiên luôn là xác định đề đang cho giá trị nào — cực đại hay hiệu dụng — trước khi thay vào bất kì công thức nào, vì đây chính là chỗ đề thi thật hay gài bẫy ở cả ba phần.

Với chủ đề dòng điện xoay chiều, Phần I hay hỏi trực tiếp đọc $I_0$ , $\omega$ , $f$ , $T$ từ một biểu thức cho sẵn. Phần II hay kiểm tra đúng nhầm lẫn phổ biến nhất của chủ đề này: nhầm giá trị hiệu dụng với giá trị cực đại, hoặc nhầm công thức $\omega=2\pi f$ với $\omega=2\pi/f$ . Phần III thường cho giá trị hiệu dụng của một thiết bị thực tế và yêu cầu tính ngược ra giá trị cực đại (hoặc ngược lại), hay kết hợp với công thức công suất — đúng dạng bài các em vừa luyện ở bài trước. Vì mọi câu hỏi ở cả ba phần đều quy về đúng hai công thức $i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$ và $I=I_0/\sqrt2$ , việc ôn tập ở đây chủ yếu là luyện tốc độ nhận diện đề đang cho đại lượng nào, chứ không phải học thêm công thức mới.

Với chủ đề dòng điện xoay chiều, Phần I hay hỏi trực tiếp đọc $I_0$, $\omega$, $f$, $T$ từ một biểu thức cho sẵn. Phần II hay kiểm tra đúng nhầm lẫn phổ biến nhất của chủ đề này: nhầm giá trị hiệu dụng với giá trị cực đại, hoặc nhầm công thức $\omega=2\pi f$ với $\omega=2\pi/f$. Phần III thường cho giá trị hiệu dụng của một thiết bị thực tế và yêu cầu tính ngược ra giá trị cực đại (hoặc ngược lại), hay kết hợp với công thức công suất — đúng dạng bài các em vừa luyện ở bài trước. Vì mọi câu hỏi ở cả ba phần đều quy về đúng hai công thức $i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$ và $I=I_0/\sqrt2$, việc ôn tập ở đây chủ yếu là luyện tốc độ nhận diện đề đang cho đại lượng nào, chứ không phải học thêm công thức mới.

Nhìn lại cả bốn bài đã học, có một mạch suy luận xuyên suốt: từ thông biến thiên sinh ra suất điện động và dòng điện cảm ứng (Chương 1–2); khi sự biến thiên đó lặp lại đều đặn theo quy luật hàm cos do khung dây quay đều, dòng điện cảm ứng trở thành dòng điện xoay chiều với các đại lượng đặc trưng $I_0$ , $\omega$ , $\varphi$ (Chương 3); và vì dòng điện đó liên tục đổi giá trị, người ta cần một con số đại diện dùng được cho công suất, điện năng — đó là giá trị hiệu dụng (Chương 4). Nắm được mạch suy luận này giúp em không học thuộc bốn công thức rời rạc, mà hiểu chúng như một câu chuyện vật lí liền mạch.

Nhìn lại cả bốn bài đã học, có một mạch suy luận xuyên suốt: từ thông biến thiên sinh ra suất điện động và dòng điện cảm ứng (Chương 1–2); khi sự biến thiên đó lặp lại đều đặn theo quy luật hàm cos do khung dây quay đều, dòng điện cảm ứng trở thành dòng điện xoay chiều với các đại lượng đặc trưng $I_0$, $\omega$, $\varphi$ (Chương 3); và vì dòng điện đó liên tục đổi giá trị, người ta cần một con số đại diện dùng được cho công suất, điện năng — đó là giá trị hiệu dụng (Chương 4). Nắm được mạch suy luận này giúp em không học thuộc bốn công thức rời rạc, mà hiểu chúng như một câu chuyện vật lí liền mạch.

Đồ thị

u=100\sqrt2\cos(2\pi t)

(V): đường nét đứt tại

u=100\,V

là mức điện áp hiệu dụng — giá trị không đổi, nhỏ hơn hẳn điện áp cực đại

U_0\approx141{,}4\,V

mà

u

chỉ đạt được trong khoảnh khắc.Đồ thị $u=100\sqrt2\cos(2\pi t)$ (V): đường nét đứt tại $u=100\,V$ là mức điện áp hiệu dụng — giá trị không đổi, nhỏ hơn hẳn điện áp cực đại $U_0\approx141{,}4\,V$ mà $u$ chỉ đạt được trong khoảnh khắc.

Ví dụ

Đọc thông số từ đồ thị điện áp xoay chiều

1
Từ đồ thị $u=100\sqrt2\cos(2\pi t)$ (V) vừa vẽ ở trên, hãy đọc chu kì $T$ và tính điện áp hiệu dụng $U$ .
Từ đồ thị $u=100\sqrt2\cos(2\pi t)$ (V) vừa vẽ ở trên, hãy đọc chu kì $T$ và tính điện áp hiệu dụng $U$.
2
Quan sát đồ thị, đường cong lặp lại đúng một chu trình sau $T=1\,s$ .
Quan sát đồ thị, đường cong lặp lại đúng một chu trình sau $T=1\,s$.
3
Từ đồ thị, điện áp cực đại $U_0\approx141{,}4\,V$ — điểm cao nhất mà đường cong đạt tới.
Từ đồ thị, điện áp cực đại $U_0\approx141{,}4\,V$ — điểm cao nhất mà đường cong đạt tới.
4
Áp dụng $U=U_0/\sqrt2\approx141{,}4/\sqrt2\approx100\,V$ — đúng bằng mức đường nét đứt đã đánh dấu trên đồ thị.
Áp dụng $U=U_0/\sqrt2\approx141{,}4/\sqrt2\approx100\,V$ — đúng bằng mức đường nét đứt đã đánh dấu trên đồ thị.
5
Vậy $T=1\,s$ và $U=100\,V$ , khớp hoàn toàn với biểu thức ban đầu — cho thấy có thể đọc trực tiếp cả chu kì lẫn giá trị hiệu dụng ngay trên đồ thị, không cần thay số vào biểu thức đại số.
Vậy $T=1\,s$ và $U=100\,V$, khớp hoàn toàn với biểu thức ban đầu — cho thấy có thể đọc trực tiếp cả chu kì lẫn giá trị hiệu dụng ngay trên đồ thị, không cần thay số vào biểu thức đại số.

Ví dụ

Luyện dạng trắc nghiệm nhiều lựa chọn (Phần I)

1
Cường độ dòng điện xoay chiều có biểu thức $i=4\cos(100\pi t)$ (A). Tần số của dòng điện là: (A) 50Hz (B) 100Hz (C) 4Hz (D) 100π Hz.
Cường độ dòng điện xoay chiều có biểu thức $i=4\cos(100\pi t)$ (A). Tần số của dòng điện là: (A) 50Hz (B) 100Hz (C) 4Hz (D) 100π Hz.
2
Áp dụng $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{100\pi}{2\pi}=50\,Hz$ .
Áp dụng $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{100\pi}{2\pi}=50\,Hz$.
3
Vậy đáp án đúng là (A) 50Hz.

Ví dụ

Luyện dạng đúng/sai từng ý (Phần II)

1
Xét phát biểu: "Giá trị 220V ghi trên ổ cắm điện dân dụng là giá trị cực đại của điện áp xoay chiều." Phát biểu này đúng hay sai?
2
Mọi giá trị ghi trên nhãn thiết bị điện xoay chiều — bao gồm điện áp của ổ cắm — đều là giá trị HIỆU DỤNG, được định nghĩa theo hiệu quả tỏa nhiệt tương đương dòng điện không đổi, không phải giá trị cực đại $U_0$ .
Mọi giá trị ghi trên nhãn thiết bị điện xoay chiều — bao gồm điện áp của ổ cắm — đều là giá trị HIỆU DỤNG, được định nghĩa theo hiệu quả tỏa nhiệt tương đương dòng điện không đổi, không phải giá trị cực đại $U_0$.
3
Giá trị cực đại thực tế của điện áp lưới điện phải là $U_0=220\sqrt2\approx311{,}1\,V$ , lớn hơn hẳn 220V. Vậy phát biểu trên SAI.
Giá trị cực đại thực tế của điện áp lưới điện phải là $U_0=220\sqrt2\approx311{,}1\,V$, lớn hơn hẳn 220V. Vậy phát biểu trên SAI.

Ví dụ

Luyện dạng trả lời ngắn (Phần III)

1
Một thiết bị điện ghi thông số điện áp hiệu dụng $U=110\,V$ . Tính điện áp cực đại $U_0$ đặt vào thiết bị (kết quả làm tròn đến hàng phần mười).
Một thiết bị điện ghi thông số điện áp hiệu dụng $U=110\,V$. Tính điện áp cực đại $U_0$ đặt vào thiết bị (kết quả làm tròn đến hàng phần mười).
2
Áp dụng $U_0=U\sqrt2=110\sqrt2$ .
Áp dụng $U_0=U\sqrt2=110\sqrt2$.
3
Với $\sqrt2\approx1{,}41421$ , ta có $U_0\approx110\times1{,}41421\approx155{,}6\,V$ .
Với $\sqrt2\approx1{,}41421$, ta có $U_0\approx110\times1{,}41421\approx155{,}6\,V$.
4
Vì $\sqrt2 > 1$ nên $U_0$ luôn lớn hơn $U$ ; $155{,}6\,V$ lớn hơn $110\,V$ đúng như dự đoán, và không vượt quá $110\times1{,}5=165\,V$ — một khoảng hợp lý cho hệ số $\sqrt2\approx1{,}41$ .
Vì $\sqrt2 > 1$ nên $U_0$ luôn lớn hơn $U$; $155{,}6\,V$ lớn hơn $110\,V$ đúng như dự đoán, và không vượt quá $110\times1{,}5=165\,V$ — một khoảng hợp lý cho hệ số $\sqrt2\approx1{,}41$.
5
Vậy $U_0\approx155{,}6\,V$ .
Vậy $U_0\approx155{,}6\,V$.

Ví dụ

Luyện thêm dạng trắc nghiệm nhiều lựa chọn (Phần I)

1
Điện áp xoay chiều có biểu thức $u=200\cos(120\pi t)$ (V). Tần số của điện áp này là: (A) 60Hz (B) 120Hz (C) 200Hz (D) 120π Hz.
Điện áp xoay chiều có biểu thức $u=200\cos(120\pi t)$ (V). Tần số của điện áp này là: (A) 60Hz (B) 120Hz (C) 200Hz (D) 120π Hz.
2
$f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{120\pi}{2\pi}=60\,Hz$ .
$f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{120\pi}{2\pi}=60\,Hz$.
3
Vậy đáp án đúng là (A) 60Hz.

Ví dụ

Luyện thêm dạng đúng/sai từng ý (Phần II)

1
Xét phát biểu: "Trong biểu thức $i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$ , tần số góc $\omega$ không phụ thuộc vào thời gian $t$ ." Phát biểu này đúng hay sai?
Xét phát biểu: "Trong biểu thức $i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$, tần số góc $\omega$ không phụ thuộc vào thời gian $t$." Phát biểu này đúng hay sai?
2
$\omega$ là một hằng số đặc trưng cho tốc độ quay của khung dây (hay tần số của nguồn điện), được xác định ngay từ đầu và giữ nguyên trong suốt quá trình dòng điện biến thiên; chỉ có pha $(\omega t+\varphi)$ và giá trị tức thời $i$ mới thay đổi theo $t$ .
$\omega$ là một hằng số đặc trưng cho tốc độ quay của khung dây (hay tần số của nguồn điện), được xác định ngay từ đầu và giữ nguyên trong suốt quá trình dòng điện biến thiên; chỉ có pha $(\omega t+\varphi)$ và giá trị tức thời $i$ mới thay đổi theo $t$.
3
Phát biểu này ĐÚNG.

Ví dụ

Luyện thêm dạng trả lời ngắn — kết hợp giá trị hiệu dụng và công suất (Phần III)

1
Cường độ dòng điện xoay chiều có giá trị cực đại $I_0=5\sqrt2\,A$ . Tính công suất tỏa nhiệt trung bình trên một điện trở $R=8\,\Omega$ mắc trong mạch.
Cường độ dòng điện xoay chiều có giá trị cực đại $I_0=5\sqrt2\,A$. Tính công suất tỏa nhiệt trung bình trên một điện trở $R=8\,\Omega$ mắc trong mạch.
2
$I=I_0/\sqrt2=5\sqrt2/\sqrt2=5\,A$ .
$I=I_0/\sqrt2=5\sqrt2/\sqrt2=5\,A$.
3
Vì $I$ là giá trị hiệu dụng, công suất trung bình tính bằng công thức của dòng điện không đổi: $P=I^2R=5^2\times8=25\times8$ .
Vì $I$ là giá trị hiệu dụng, công suất trung bình tính bằng công thức của dòng điện không đổi: $P=I^2R=5^2\times8=25\times8$.
4
Nếu lỡ dùng nhầm $I_0=5\sqrt2\,A$ thay vì $I=5\,A$ vào công thức công suất, kết quả sẽ bị nhân đôi thành $400\,W$ — sai lệch đúng gấp đôi, vì $I_0^2=(I\sqrt2)^2=2I^2$ . Đây là lí do bước đổi sang giá trị hiệu dụng ở trên không thể bỏ qua.
Nếu lỡ dùng nhầm $I_0=5\sqrt2\,A$ thay vì $I=5\,A$ vào công thức công suất, kết quả sẽ bị nhân đôi thành $400\,W$ — sai lệch đúng gấp đôi, vì $I_0^2=(I\sqrt2)^2=2I^2$. Đây là lí do bước đổi sang giá trị hiệu dụng ở trên không thể bỏ qua.
5
Vậy $P=200\,W$ — bài này đòi hỏi đổi từ giá trị cực đại sang giá trị hiệu dụng trước khi áp dụng công thức công suất, đúng chuỗi hai bước hay gặp ở Phần III.
Vậy $P=200\,W$ — bài này đòi hỏi đổi từ giá trị cực đại sang giá trị hiệu dụng trước khi áp dụng công thức công suất, đúng chuỗi hai bước hay gặp ở Phần III.

Ví dụ

So sánh công suất tỏa nhiệt trên hai điện trở khác nhau, cùng dòng điện hiệu dụng

1
Hai điện trở $R_1=5\,\Omega$ và $R_2=15\,\Omega$ lần lượt được mắc vào cùng một nguồn điện xoay chiều có giá trị hiệu dụng $I=2\,A$ . Điện trở nào tỏa nhiệt mạnh hơn, và mạnh hơn bao nhiêu lần?
Hai điện trở $R_1=5\,\Omega$ và $R_2=15\,\Omega$ lần lượt được mắc vào cùng một nguồn điện xoay chiều có giá trị hiệu dụng $I=2\,A$. Điện trở nào tỏa nhiệt mạnh hơn, và mạnh hơn bao nhiêu lần?
2
$P_1=I^2R_1=2^2\times5=4\times5=20\,W$ . $P_2=I^2R_2=2^2\times15=4\times15=60\,W$ .
$P_1=I^2R_1=2^2\times5=4\times5=20\,W$. $P_2=I^2R_2=2^2\times15=4\times15=60\,W$.
3
$P_2/P_1=60/20=3$ lần.
$P_2/P_1=60/20=3$ lần.
4
Vậy điện trở $R_2$ tỏa nhiệt mạnh hơn $R_1$ đúng 3 lần — tỉ lệ này bằng đúng tỉ số $R_2/R_1=15/5=3$ , vì cả hai điện trở dùng chung một dòng điện hiệu dụng.
Vậy điện trở $R_2$ tỏa nhiệt mạnh hơn $R_1$ đúng 3 lần — tỉ lệ này bằng đúng tỉ số $R_2/R_1=15/5=3$, vì cả hai điện trở dùng chung một dòng điện hiệu dụng.

Sai lầm thường gặp

Ở Phần III, làm tròn sai quy tắc đề yêu cầu là lỗi mất điểm oan phổ biến — đề yêu cầu "làm tròn đến hàng phần mười" nghĩa là giữ đúng một chữ số sau dấu phẩy, không phải làm tròn đến hàng đơn vị hay giữ nguyên nhiều chữ số thập phân. Luôn đọc kĩ yêu cầu làm tròn của đề trước khi điền đáp số.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

$i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$ cho dòng điện tức thời; $I=I_0/\sqrt2$ , $U=U_0/\sqrt2$ chuyển đổi giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng — giá trị ghi trên mọi thiết bị điện luôn là giá trị hiệu dụng. Ba dạng câu hỏi của đề thi tốt nghiệp THPT 2025 đều dùng chung đúng những công thức này, chỉ khác cách trình bày câu hỏi và cách chấm điểm.

$i=I_0\cos(\omega t+\varphi)$ cho dòng điện tức thời; $I=I_0/\sqrt2$, $U=U_0/\sqrt2$ chuyển đổi giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng — giá trị ghi trên mọi thiết bị điện luôn là giá trị hiệu dụng. Ba dạng câu hỏi của đề thi tốt nghiệp THPT 2025 đều dùng chung đúng những công thức này, chỉ khác cách trình bày câu hỏi và cách chấm điểm.

Khóa học Cảm ứng điện từ và dòng điện xoay chiều khép lại tại đây, với đầy đủ bốn công cụ: từ thông, suất điện động cảm ứng, định luật Lenz, và dòng điện xoay chiều cùng giá trị hiệu dụng của nó. Chương tiếp theo của chương trình Vật lí 12 chuyển sang một nhánh hoàn toàn khác — Vật lí hạt nhân — nơi các định luật bảo toàn quen thuộc (năng lượng, điện tích, số khối) được áp dụng ở một quy mô nhỏ hơn rất nhiều: hạt nhân nguyên tử, nơi mọi phản ứng đều phải cân bằng chính xác đến từng hạt.