Chương 5: Dòng điện xoay chiều

Giải Bài Tập Vật Lí 12 – Bài 28: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Cộng hưởng điện (Nâng Cao) giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Bài C1 (trang 153 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Các phần tử mắc với nhau như thế nào thì gọi là mắc nối tiếp? Viết các công thức về hiệu điện thế và cường độ dòng điện của đoạn mạch một chiều gồm các điện trở măc nối tiếp.

Lời giải:

Các phần tử gọi là mắc nối tiếp khi hai phần tử ở cạnh nhau chỉ có 1 điểm chung.

Giải bài tập Vật lý lớp 12 nâng cao Bai C1 Trang 153 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao

Đối với đoạn mạch một chiều gồm các điện trở mắc nối tiếp thì:

I = I1 = I2 = …. = In

U = U1 + U2 + … + Un

R = R1 + R2 + … + Rn

U = I.R

Bài C2 (trang 154 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu một phần tử trong đoạn mạch RLC nối tiếp có thể lớn hơn điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch được không? Hãy cho một ví dụ.

Lời giải:

Sử dụng giản đồ vectơ ta nhận thấy:

Giải bài tập Vật lý lớp 12 nâng cao Bai C2 Trang 154 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao

* UL có thể lớn hơn U.

* UC có thể lớn hơn U.

Nhưng UR là cạnh góc vuông của ΔOSP nên luôn nhỏ hơn hoặc bằng cạnh huyền OS có độ dài bằng U.

Bài C3 (trang 154 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Làm thí nghiệm đo điện áp hiệu dụng giữa hai đầu các phần tử R, L, C rồi so sánh với điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch.

Lời giải:

Mắc mạch như hình vẽ gồm:

Giải bài tập Vật lý lớp 12 nâng cao Bai C3 Trang 154 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao

Điện trở thuần R, cuộn dây độ tự cảm L, tụ điện C đã biết trước.

Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều U đã biết trước, tần số f = 50 (Hz).

Dùng vôn kế xoay chiều lần lượt đo các giá trị hiệu dụng UR, UC và Ud (điện áp ở hai đầu cuộn dây, vì cuộn dây không thuần cảm và có điện trở thuần r.

So sánh các giá trị thu được với điện áp U hai đầu đoạn mạch ta thấy UR < U, giá trị UL, UC có trường hợp lớn hơn U hoặc nhỏ hơn U.

Bài C4 (trang 156 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Trong trường hợp nào thì khi tăng dần điện dung C của tụ điện trong đoạn mạch RLC nối tiếp, cường độ dòng điện hiệu dụng tăng rồi lại giảm?

Lời giải:

Xét đoạn mạch RLC nối tiếp có ZC > ZL

Từ từ tăng dần điện dung C thì ZC giảm dần → (ZL – ZC)2 giảm dần xuống 0 → I tăng dần. Khi tăng C đến giá trị C0 mà ZC0 = ZL thì ta có cường độ dòng điện hiệu dụng Imax; sau đó tăng C lên tiếp tục thì (ZL – ZC)2 tăng dần từ 0 → I lại giảm dần.

Lời giải:

    + Khi chỉ có R và L tổng trở :

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Cau 1 Trang 156 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao

    + Khi chỉ có R và C tổng trở :

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Cau 1 Trang 156 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 1

    + Khi chỉ có C và L tổng trở:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Cau 1 Trang 156 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 2

    – chỉ có hai cuộn cảm thuần có độ tự cảm L1,L2 mắc nối tiếp.

    – chỉ có hai tụ điện có điện dung là C1,C2 mắc nối tiếp.

Lời giải:

    + Đoạn mạch chỉ có hai cuộn cảm thuần có độ tự cảm là L1,L2 mắc nối tiếp ta có, nếu cường độ hiệu dụng trong mạch là I thì điện áp hai đầu các cuộn dây là U1 = I.ωL1 và U2 = I.ωL2.

    Vì chúng cùng pha nên:

    U = U1 + U2 = I.ωL1 + I.ωL2 = I(ωL1 + ωL2)

    Tổng trở mạch:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Cau 2 Trang 156 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao

    + Đoạn mạch chỉ có hai tụ điện mắc nối tiếp có điện dung C1, C2. Vì C1, C2 mắc nối tiếp ta có điện dung tương đương của bộ tụ là:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Cau 2 Trang 156 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 1

    Tổng trở mạch:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Cau 2 Trang 156 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 2

Lời giải:

+ Điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện trong đoạn mạch xoay chiều RLC nối tiếp là:

Giải bài tập Vật lý lớp 12 nâng cao Cau 3 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 1

+ Khi cộng hưởng ta có:

    * Giải bài tập Vật lý lớp 12 nâng cao Cau 3 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 2 ⇔ ZL = ZC ⇔ UL = UC ⇔ L.Cω2 = 1 và Zmin = R; Giải bài tập Vật lý lớp 12 nâng cao Cau 3 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 3

    * φ = 0 hiệu điện thế u hai đầu mạch cùng pha với cường độ dòng điện i

    * cosφ = 1 (hệ số công suất cực đại). Giải bài tập Vật lý lớp 12 nâng cao Cau 3 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 4

    A. tăng điện dung của tụ điện

    B. tăng hệ số tự cảm của cuộn dây.

    C. Giảm điện trở của đoạn mạch.

    D. Giảm tần số dòng điện.

Lời giải:

    Chọn D

    Ta có dung kháng nhỏ hơn cảm kháng:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Bai 1 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao

    Nếu giảm tần số thì:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Bai 1 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 1

    Còn ZL = 2πfL giảm cho tới khi chúng bằng nhau ZL = ZC thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng.

    A. Tần số dòng điện trong đoạn mạch nhỏ hơn giá trị cần để xảy ra cộng hưởng.

    B. Tổng trở của đoạn mạch bằng hau lần điện trở R của mạch.

    C. Hiệu số giữa cảm kháng và dung kháng bằng điện trở thuần của đoạn mạch.

    D. Điện áp giữa hai đầu điện trở sớm pha π/4 so với điện áp giữa hai bản tụ điện.

Lời giải:

Chọn C

Theo giả thiết φ = φu – φi = π/4

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Bai 2 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 1

Lời giải:

Ta có: u = 120cos100πt (V)

→ U0 = 120V; ω = 100π rad/s; φu = 0 rad.

→ ZL = L.ω = 50Ω; ZC = 1/ωC = 100Ω.

Vì vậy tổng trở của đoạn mạch:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Bai 3 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 1

→ Biểu thức của cường độ dòng điện tức thời qua đoạn mạch:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Bai 3 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 2

   a) Hỏi dòng điện trong đoạn mạch sớm pha hay trễ pha so với điện áp ở hai đầu đoạn mạch?

   b) Cần phần thay tụ điện nói trên bởi một tụ có điện dung C bằng nao nhiêu để trên đoạn mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện?

Lời giải:

a) Áp dụng các công thức cho đoạn mạch có R và C mắc nối tiếp:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Bai 4 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 3

Vậy mạch có tính dung kháng → i biến thiên sớm pha so với u.

b) Để trên đoạn mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện cần phải thay tụ điện nói trên bởi một tụ có điện dung C sao cho:

Để học tốt Vật Lí 12 nâng cao | Giải bài tập Vật Lí 12 nâng cao Bai 4 Trang 157 Sgk Vat Ly 12 Nang Cao 4

 

Print Friendly, PDF & Email

Bài giải này có hữu ích với bạn không?

Bấm vào một ngôi sao để đánh giá!

Đánh giá trung bình / 5. Số lượt đánh giá:

Bình luận