tiểu luận lý - chuyên đề điện

73
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ ---- BÀI TIỂU LUẬN MÔN: CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN ĐỀ TÀI: BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA HIỆU ĐIỆN THẾ VÀ CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN THEO CÁC THÔNG SỐ R,L,C TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU NỐI TIẾP

Upload: nhi-trieu-yen

Post on 27-Jul-2015

131 views

Category:

Education


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: tiểu luận lý - chuyên đề điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ

MINH

KHOA VẬT LÝ

----

BÀI TIỂU LUẬN

MÔN: CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN

ĐỀ TÀI:

BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ

CỰC ĐẠI CỦA HIỆU ĐIỆN THẾ

VÀ CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN

THEO CÁC THÔNG SỐ R,L,C

TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY

CHIỀU NỐI TIẾP

Giáo viên hướng dẫn: Trương Đình Tòa.

Nhóm sinh viên thực hiện: Sư phạm Vật Lý K37.

Page 2: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

Thành phố Hồ Chí Minh ,tháng 12/2013

NHÓM SINH VIÊN SƯ PHẠM VẬT LÝ K37.

Đỗ Thị Đào...........................................................................K37.102.012

Võ Thị Phấn..........................................................................K37.102.078

Lý Hoa Tăng.........................................................................K37.102.094

Thạch Ắs Rinh......................................................................K37.102.087

Phạm Khánh Văn..................................................................K37.102.125

Phạm Thị Mỹ Nhân..............................................................K37.102.070

Trần Thị Thảo Uyên.............................................................K37.102.122

Nguyễn Thị Phượng..............................................................K37.102.084

Nguyễn Vũ Thái Uyên..........................................................K37.102.123

Lê Nguyễn Minh Phương.....................................................K37.102.082

Nguyễn Đào Cẩm Phương....................................................K37.102.081

Page 2

Page 3: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

MỤC LỤCA. DẠNG 1: KHẢO SÁT CÔNG SUẤT CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

THEO R.........................................................................................................................6

I. Tóm tắt lý thuyết.................................................................................................6

1. Tính công suất tiêu thụ trên đoạn mạch RLC nối tiếp đơn thuần ...............6

2. Tính công suất tiêu thụ cực đại khi U không đổi.........................................6

3. Giá trị R làm cho công suất của R cực đại (khi có r)...................................7

4. Khảo sát sự biến thiên của công suất vào giá trị biến trở R.........................8

II. Bài tập mẫu....................................................................................................10

III. Luyện tập.......................................................................................................12

B. DẠNG 2: KHẢO SÁT HIỆU ĐIỆN THẾ CỰC ĐẠI CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY

CHIỀU PHỤ THUỘC VÀO GIÁ TRỊ CUỘN CẢM L...............................................21

I. Tóm tắt lý thuyết...............................................................................................21

1. Các công thức tổng quát:...........................................................................21

2. Các phương pháp giải................................................................................21

II. Bài tập mẫu:...................................................................................................22

III. Luyện tập:......................................................................................................24

C. DẠNG 3:KHẢO SÁT GIÁ TRỊ HIỆU ĐIỆN THẾ CỰA ĐẠI CỦA MẠCH

ĐIỆN XOAY CHIỀU PHỤ THUỘC VÀO TỤ ĐIỆN C............................................36

I. Tóm tắt lý thuyết...............................................................................................36

1. Phương pháp giải tìm Zc để Uc max.........................................................36

2. Có hai giá trị C1 , C2 cho cùng giá trị UC ,giá trị ZC để UCmax tính theo

C1 và C2...............................................................................................................39

II. Bài tập mẫu....................................................................................................41

III. Luyện tập.......................................................................................................44

Page 3

Page 4: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................51

LỜI MỞ ĐẦU

Trong chương trình vật lý 12 ở trung học phổ thông, một trong

những bài toán quan trọng là dạng bài toán liên quan đến mạch điện

xoay chiều. Đối với bài tập về mạch điện xoay chiều có rất nhiều dạng có

thể kể đến như sau: Bài toán về mạch điện xoay chiều không phân nhánh,

mạch điện xoay chiều mắc song song, mạch vừa song song vừa nối tiếp,

sản suất –truyền tải điện năng,….

Để phần nào giúp các bạn có thể tổng hợp kiến thức, phân loại bài

tập một cách ngắn gọn, dễ dàng trong bài này nhóm chúng tôi xin trình

bày về một dạng toán trong những vấn đề trên đó là “BÀI TOÁN XÁC

ĐỊNH GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA HIỆU ĐIỆN THẾ VÀ CÔNG SUẤT

MẠCH ĐIỆN THEO CÁC THÔNG SỐ R,L,C TRONG MẠCH ĐIỆN

XOAY CHIỀU NỐI TIẾP”

Nội dung mà chúng tôi sẽ trình bày trong cuốn tiểu luận này gồm

ba phần tương ứng với ba dạng:

Dạng 1: Khảo sát công suất của mạch điện xoay chiều theo R.

Dạng 2: Khảo sát giá trị hiệu điện thế cựu đại của mạch điện xoay chiều

phụ thuộc vào giá trị cuộn cảm L.

Dạng 3: Khảo sát giá trị hiệu điện thế cựu đại của mạch điện xoay chiều

phụ thuộc vào giá trị tụ điện C.

Trong mỗi phần, đầu tiên chúng tôi sẽ tóm tắt lý thuyết và các công

thức cần nhớ để sử dụng trong các bài tập. Sau đó, chúng tôi sẽ đưa ra

một số các bài tập mẫu với nhiều phương pháp giải khác nhau. Cuối

cùng là một số bài tập trắc nghiệm mà nhóm chúng tôi đưa ra .

Page 4

Page 5: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

Nhóm chúng tôi hy vọng với những nội dung kiến thức và bài tập

mà chúng tôi đưa ra trong cuốn tiểu luận này sẽ giúp các bạn trong việc

học tập và ôn luyện thật tốt.

Page 5

Page 6: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

A.DẠNG 1: KHẢO SÁT CÔNG SUẤT CỦA MẠCH

ĐIỆN XOAY CHIỀU THEO R.

I. Tóm tắt lý thuyết

1. Tính công suất tiêu thụ trên đoạn mạch RLC nối tiếp

đơn thuần .

Công thức: ,với

2. Tính công suất tiêu thụ cực đại khi U không đổi.

Công suất cực đại (Pmax) khi U không đổi ta dùng công thức:

a. Trường hợp 1: R không đổi ; L, hoặc C, hoặc f thay đổi:

P đạt giá trị lớn nhất (Pmax) khi mẫu số đạt giá trị nhỏ nhất. Điều này

xảy ra khi trong mạch có cộng hưởng điện ZL = ZC:

ZL = ZC hay lúc này trong mạch RLC nối tiếp sẽ có :

Cường độ dòng điện trong mạch cùng pha với hiệu điện thế của

mạch

Tổng trở Z = Zmin = R

Cường độ dòng điện I = Imax =

Page 6

Page 7: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

Hệ số công suất cos = 1

Công suất P = Pmax =

b. Trường hợp 2: R thay đổi ; L, C, và f không thay đổi:

Thay đổi R để công suất toàn mạch đạt cực đại.

Ta có:

P = R.I2 = R

U 2

Z2 =

RU 2

R2+(ZL−ZC )2=

U 2

R+(Z L−ZC )2

R

Vì U = const nên để P = Pmax thì [R+

(Z L−ZC)2

R ]min

Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho 2 số dương R và (ZL−ZC )2

R ta được:

R+(ZL−ZC )2

R≥2.√R .

(Z L−ZC )2

R=2|ZL−ZC|

Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi R=

(Z L−ZC )2

R =>R=|Z L−ZC|

Như vậy, ta có:

- Công suất cực đại:

- Hệ số công suất: cos ϕ=√2

2

Lưu ý:

Nếu dây có điện trở thuần r thì:

Page 7

Page 8: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

R+r=|ZL−ZC|và

Pmax=U 2

2|ZL−ZC|

3. Giá trị R làm cho công suất của R cực đại (khi có r)

Công suất của biến trở R là

PR=RI 2=RU2

( R+r )2+( ZL−ZC )2= U2

( R+r )2+(Z L−ZC )2

R

Đặt mẫu thức của biểu thức trên là :

A=(R+r )2+( ZL−ZC )2

R=R+

r 2+( ZL−ZC )2

R+2 r

Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho A ta được:

A=R+r2+(Z L−ZC )2

R+2r≥2√R

r2+(Z L−ZC )2

R+2r=2√r 2+( ZL−ZC )2+2r

Ta thấy rằng PRmax khi Amin nghĩa là dấu “ =” xảy ra, khi đó:

R=√r 2+( ZL−ZC )2

Công suất cực đại của biến trở R là:

PR max=U 2

2√r2+( ZL−ZC )2+2r

4. Khảo sát sự biến thiên của công suất vào giá trị biến

trở R

Xét mạch điện như hình:

Page 8

Page 9: tiểu luận lý - chuyên đề điện

PPmax

22

2

)( CLtđ ZZr

UrP

Chuyên đề điện 2

013

Quy ước theo hình vẽ R0=r

r, L, C không thay đổi, điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch và tần số góc

không đổi.

Ta đi tìm sự phụ của công suất toàn mạch vào biến trở R bằng

phương pháp khảo sát hàm số.

Công suất toàn mạch có biểu thức: Ptđ=(Rtđ ) I 2=Rtđ

U 2

Rtđ2+( ZL−ZC )2

với Rtđ=R+r

Đạo hàm Ptđ theo Rtđ ta có:

P 'tđ=U 2[ R

tđ2+(Z L−ZC )2 ]−2 R

tđ2 U2

[ Rtđ2+(Z L−ZC )2 ]2

P 'tđ=U 2[ ( ZL−ZC )2−R

tđ2 ]

[ Rtđ 2+( ZL−ZC )2 ]2

Ptđ đạt cực trị khi:

Bảng biến thiên cho trường hợp R>0

R 0 |ZL−ZC|−r ∞

P’ + 0 -

PPtđ=r

U2

r 2+( ZL−ZC )2

Pmax=U2

2|Z L−ZC|

0

Đồ thị của P theo Rtđ:

Page 9

Page 10: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

Nhận xét đồ thị:

Khi mạch không có r thì đồ thị đi qua gốc tọa độ và công suất mạch đạt

cực đại khi R=|Z L−ZC|

Khi vẽ đường thẳng P= Po song song với OR thì đường thẳng này cắt đồ

thị nhiều nhất tại 2 điểm, điều này chứng tỏ có 2 giá trị R khác nhau cho

cùng một công suất như nhau.

Nếu R<0 tức là r>|ZL−ZC|

khi đógiá trị biến trở làm cho công suất đạt

cực đại là R=0.

Công suất trên cuộn dây

P = I2r = U 2

(R+r )2+(Z L−ZC)2 r

Công suất trên cuộn dây cực đại:

P=Pmax⇔[(R+r )2+( ZL−ZC )2 ]min⇒( R+r )min ⇒R=0

Khi đó công suất cực đại: Pmax=U 2

r2+(ZL−ZC)2 r

II. Bài tập mẫu

Câu 1: Cho mạch điện R, L, C mắc nối tiếp: R là biến trở, cuộn dây

thuần cảm có hệ số tự cảm L= 2

π( H )

, tụ điện có điện dung C=100

π( μF )

.

Đặt vào hai đầu mạch một điện áp xoay chiều

Page 10

Page 11: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

U AB=220√2 cos(100 πt+ π3 ) (V )

. Hỏi R có giá trị là bao nhiêu để công suất

đạt cực đại, tìm giá trị Pmax đó.

Tóm tắt:

U AB=220√2 cos(100 πt+ π3 ) (V )

L= 2π

( H )

C=100π

( μF )=10−4

π( F )

R=?(Ω), Pmax=?(V)

Bài giải:

ZL=Lω= 2π

.100 π=200Ω

ZC= 1ω . C

= 1

100 π .10−4

π

=100Ω

PmaxR=|Z L−ZC|=100Ω .

Công suất đạt cực đại là::

Pmax=U2

2 .|Z L−ZC|=2202

2 .|200−100|=242W

Câu 2: Cho mạch điện RLC nối tiếp với cuộn dây thuần cảm.

Biết L = 1π (H), C = 4. 10−4

π (F), uAB = 200cos100πt (V)

Giá trị R để công suất tỏa nhiệt trên R là lớn nhất và giá trị công suất khi

đó lần lượt là:

Page 11

Page 12: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

A. 50 Ω và 400 W

B. 150 Ω và 400 W

C. 50 Ω và 200 W

D. 150 Ω và 200 W

Tóm tắt:

ZL=Lω=100(Ω)

ZC= 1Cω

=50(Ω)

Giải:

Áp dụng công thức ta có:

R=|Z L−ZC|=|100−50|=50(Ω)

P=Pmax=U2

2 R=

(100√2)2

2 .50=200

W

III. Luyện tập

Câu 1: Đặt điện áp u=U0cosωt (U0 và ω không đổi) vào hai đầu một đoạn

mạch RLC không phân nhánh. Biết độ tự cảm và điện dung được giữ

không đổi. Điều chỉnh trị số điện trở để công suất tiêu thụ của đoạn mạch

đạt cực đại. Khi đó hệ số công suất của đoạn mạch bằng:

A. 0,5 B. 0,85 C. 0,5√2 D. 1

Hướng dẫn:

cos ϕ=RZ , Pmax suy ra R=|Z L−ZC|

Mà Z2=R2+( ZL−ZC )2

nên Zmin=R√2

Page 12

Page 13: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

Chọn C

Câu 2: Đặt hiệu điện thế u = U0sinωt (U0 và ω không đổi) vào hai đầu

đoạn mạch RLC không phân nhánh. Biết độ tự cảm và điện dung được

giữ không đổi. Điều chỉnh trị số điện trở R để công suất tiêu thụ của đoạn

mạch đạt cực đại. Khi đó hệ số công suất của đoạn mạch bằng

A. 0,85. B. 0,5. C. 1. D. 1/√2

Chọn D

Câu 3: Đoạn mạch điện xoay chiều gồm biến trở R, cuộn dây thuần cảm

có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp. Biết hiệu điện thế

hiệu dụng hai đầu đoạn mạch là U, cảm kháng ZL, dung kháng ZC (với

ZC ZL) và tần số dòng điện trong mạch không đổi. Thay đổi R đến giá trị

R0 thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch đạt giá trị cực đại Pm, khi đó ?

A. R0 = ZL + ZC B. C. D.

Chọn D

Câu 4: Đoạn mạchxoaychiều gồm tụ điện có điện dung C = F mắc

nối tiếp với điện trở thuần có giá trị thay đổi. Đặt vào hai đầu đoạn mạch

một điện áp xoay chiều có dạng

U = 200cos100πt (V). Khi công suất tiêu thụ trong mạch đạt giá trị cực

đại thì điện trở có giá trị:

Page 13

Page 14: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

A. R = 50Ω

B. R = 100Ω

C. R = 150Ω

D. R = 200Ω

Hướng dẫn:

khi Pmax thì R=|Z L−ZC|

Suy ra R

Chọn B

Câu 5: Một đoạn mạch nối tiếp gồm cuộn dây có điện trở thuần

r=100√3Ω và có độ tự cảm L=0 ,191 H , tụ điện có điện dung C= 1

4 πmF

,

điện trở R có giá trị thay đổi được. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp

U =200√2 cos (100 πt )V . Thay đổi giá trị R để công suất tiêu thụ trong mạch

đạt cực đại. Xác định giá trị cực đại của công suất trong mạch?

200W B. 228W C. 100W D. 50W

Hướng dẫn cách giải:

Áp dụng công thức:

Pmax=U 2

r2+(ZL−ZC )2 r

Pmax

Chọn B

Page 14

Page 15: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

Câu 6: Cho mạch điện RLC nối tiếp, trong đó cuộn L thuần cảm, R là

biến trở. Hiệu điện thế hiệu dụng U=200V , f =50 Hz , biết ZL=2 ZC , điều

chỉnh R để công suất của toàn mạch đạt giá trị lớn nhất thì dòng điện

trong mạch có giá trị I=√2 A . Tìm giá trị C, L

B. C=10−4

πF ,L= 2

πH

Hướng dẫn cách giải:

R thay đổi Pmax =>R=|Z L−ZC| với (ZC=

12 π fC ) , ZL=2 π fL

Z=UI

=√R2+(ZL−ZC )2 =>R

Mặt khác: R=ZC => C => L

Chọn B

Câu 7: Đặt điện áp U=200 cos100 πt (V ) vào đoạn mạch RLC, biến trở R.

Biết L=0,8

πH

và C=50

πμF

. Tìm R để Pmax. Tính cos ϕ khi đó.

A.R=100Ω ,cos ϕ=1 B. R=120Ω ,cos ϕ=1

2

C. R=120Ω ,cos ϕ= 1

√2 D. R=130Ω ,cos ϕ= 1

√3

Hướng dẫn cách giải:

Page 15

Page 16: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

ZL=ωL

ZC=1ω .C =>

Pmax=U2

2|Z L−ZC|R=|Z L−ZC| => cos

ϕ= RZ

Chọn C

Câu 8: Đặt điện áp vào mạch RLrC gồm r=40Ω , ZC=80Ω,

ZL=60Ω và R (0≤R≤∞ ) . Khi thay đổi R thì công suất toàn mạch Pmax=?

A.1000W B. 144W C.800W D. 125W

Hướng dẫn cách giải:

Chọn C

Câu 9: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, biết R có thể thay

đổi được. Biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch có dạng

U =100√2 cos (100 πt + π4 )

V. Điều chỉnh R để công suất tiêu thụ của mạch

đạt cực đại và bằng 100W. Viết biểu thức cường độ dòng điện trong

mạch, biết mạch có tính dung kháng.

A.i=2 cos (100 πt + π

4 )AB.

i=2 cos (100 πt− π4 ) A

Page 16

Page 17: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2

013

C. i=2√2cos(100 πt+ π

2 )AD.

i=2 cos (100 πt + π2 )A

Page 17

Page 18: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Hướng dẫn cách giải:

R=|Z L−ZC|

Pmax=U2

2|Z L−ZC|

Khi đó I=

U0

Z=> cosϕ

Do mạch có tính dung kháng nên ϕ<0 => ϕ=ϕu−ϕi

Từ đó, ta viết được biểu thức cường độ dòng điện trong mạch

Chọn D

Câu 10: Đoạn mạch xoay chiều gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với cuộn thuần

cảm, trong đó giá trị của R có thể thay đổi được. Điều chỉnh R để công suất tiêu

thụ trên R đạt cực đại thì điện áp ở hai đầu của cuộn cảm là 40V, cường độ dòng

điện hiệu dụng trong mạch là 2A. Tính giá trị của R và L. Biết tần số của dòng điện

là 100Hz.

A. R=20Ω , L=0,2

πH

B. R=20Ω , L=0,1

πH

C. R=10Ω , L=0,2

πH

D. R=40Ω , L=0,1

πH

Hướng dẫn cách giải:

Áp dụngR=√r 2+( ZL−ZC )2 với r=0, Zc=0 suy ra R=ZL. Tính

ZL=U L

I

ZL=2π fL⇒ L

Chọn B

Page 18

Page 19: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Câu 11: Đoạn mạch xoay chiều gồm tụ điện có điện dungC=10−4

πF

mắc nối tiếp

với điện trở thuần có giá trị thay đổi. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế

xoay chiều có dạng u=200 cos (100 πt ) V . Khi công suất tiêu thụ trong mạch đạt giá trị

cực đại thì điện trở phải có giá trị là

A. 200Ω B. 150Ω C. 50Ω D.100Ω

Hướng dẫn cách giải:

Áp dụng: R=|Z L−ZC|

Với

ZL=0 , R=ZC= 1Cω

Chọn D

Câu 12: Cho đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM nối tiếp MB. Đoạn mạch

AM gồm điện trở R nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB có cuộn

cảm có độ tự cảm L và điện trở r. Đặt vào AB một điên áp xoay chiều

u=U √2 cosωt (V ) . Biết R=r=√ L

C,U AM=2 U MB

. Hệ số công suất của đoạn mạch có

giá trị là

A.√32 B.

√22 C.

35 D.

45

Huớng dẫn cách giải:

(1)

Page 19

Page 20: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

4ZL2−ZC

2 +4 r2−R2=0 (2)

Chọn R = r = 1, từ (1) và (2) suy ra ZL¿12

, ZC

=2

Do đó cosφ = 45 ,

Chọn D

Câu 13:Đoạn mạch AB gồm tụ điện C mắc nối tiếp với một biến trở từ 0 đến 600

Ω . Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch uAB=U √2 cosωt (V ) . Điều chỉnh con chạy để

biến trở có giá trị R=400Ω thì công suất tỏa nhiệt trên biến trở lớn nhất và bằng

100W. Khi công suất tỏa nhiệt trên biến trở là 80W thì biến trở có giá trị

200Ω B.300Ω C. 400Ω D. 500Ω

Hướng dẫn cách giải:

Khi mạch không có r của cuộn thuần cảm thì

R’ nhận 2 giá trị từ phương trình trên,với điều kiện đề bài ta nhận R=200Ω

Chọn A

Câu 14: Cho một đoạn mạch điện gồm một biến trở R mắc nối tiếp với một tụ điện

có điện dung C= 10-4/π F. Đặt vào 2 đầu đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều u

Page 20

Page 21: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

với tần số góc ω=100π. Thay đổi R ta thấy hai giá trị của R1≠ R2 thì công suất của

đoạn mạch đều bằng nhau. Tích R1.R2 bằng:

10000 B. 2500 C. 75000 D. 12500

Hướng dẫn giải

Khi R=R1: P=P1=R1U2/(R12 + Zc

2)

Khi R=R2

P1=P2

R1.R2=Zc2

Chọn A

Câu 15: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp, có R là biến trở. Đặt vào mạch điện

một điện áp xoay chiều có biểu thức u = 120√2cos120πt (V). Biết rằng ứng với

hai giá trị của biến trở: R1 = 18 Ω, R2 = 32 Ω thì công suất tiêu thụ P trên đoạn

mạch như nhau. P có thể nhận giá trị nào sau đây?

144W B. 288W C. 576W D. 282W

Hướng dẫn giải:

PR2−RU 2+P (Z L−ZC )2=0

vì có 2 giá trị R mà P như nhau nên pt trên phải có 2 nghiệm R1, R2 theo định lý

Viete ta có:

R1 R2=(Z L−ZC )2và

R1+R2=U2

P

Từ đó suy ra P

Page 21

Page 22: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Chọn B

Câu 16: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp, cuộn dây không thuần cảm có L =

1,4/π H và r = 30 Ω, tụ có C = 31,8 µF, R là biến trở. Điện áp hai đầu đoạn mạch

có biểu thức u = 100√2cos100πt (v). Giá trị nào của R để công suất trên biến trở R

là cực đại? Giá trị cực đại đó bằng bao nhiêu?

R = 50 Ω, PRmax = 62,5 W

R = 25 Ω, PRmax = 65,2 W

R = 75 Ω, PRmax = 45,5 W

R = 50 Ω, PRmax = 625 W

Hướng dẫn giải:

PR max=U 2

2√r2+( ZL−ZC )2+2r

R=√r 2+( ZL−ZC )2

Chọn A

Câu 17: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp, cuộn dây thuần cảm, R là biến trở.

Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch bằng U không đổi khi điện trở của biến trở

bằng R1 và R2 người ta thấy công suất tiêu thụ trong đoạn mạch trong hai trường

hợp bằng nhau. Tìm công suất cực đại toàn mạch Pmax khi điện trở của biến trở thay

đổi.

Chọn B

Page 22

Page 23: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Page 23

Page 24: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

B.DẠNG 2: KHẢO SÁT HIỆU ĐIỆN THẾ CỰC ĐẠI CỦA

MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU PHỤ THUỘC VÀO GIÁ

TRỊ CUỘN CẢM L.

I. Tóm tắt lý thuyết.

1. Các công thức tổng quát:

Công thức suy ra từ giản đồ Fre-nen:

Dựa vào giản đồ, điều kiện quan trọng khi L thay đổi để ULmax là ZLmax > ZC hay

ULmax > UC

Nếu cuộn dây không thuần cảm thì kí hiệu R lúc này xem như là tổng của điện trở

ngoài và điện trở trong cuộn dây và không ảnh hưởng đến toàn bộ công thức.

2. Các phương pháp giải

- Phương pháp đạo hàm.

- Phương pháp dùng tam thức bậc hai

- Phương pháp dùng giản đồ Fre-nen

Page 24

Page 25: tiểu luận lý - chuyên đề điện

V

A R BC LM

Chuyên đề điện 2013

II. Bài tập mẫu :

Cho mạch điện như hình vẽ. Điện áp giữa hai đầu AB có biểu thức u=200cos100πt

(V). Cuộn dây thuần cảm có L thay đổi được, điện trở R=100Ω, tụ điện có điện

dung C= (F). Xác định L sao cho điện áp hiệu dụng giữa hai điểm M và B cực

đại, tính hệ số công suất của mạch điện khi đó.

Bài giải:

Dung kháng

Cách 1: Phương pháp đạo hàm

Ta có:

với (với )

Khảo sát hàm số y ta có:

X 0 ∞

y’ - 0 +

Y

Page 25

Page 26: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

khi hay

Hệ số công suất

Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai

Ta có

Đặt

với ; ;

khi

Vì nên tam thức bậc hai đạt cực tiểu khi

Hay

Hệ số công suất

Cách 3: Phương pháp dùng giản đồ Fre-nen

Page 26

Page 27: tiểu luận lý - chuyên đề điện

α

O

P

Q

I

UC

UL

UR

U

U1

1

Chuyên đề điện 2013

Đặt

Ta có:

Xét tam giác OPQ và đặt

Theo định lý hàm số sin, ta có:

Vì U và sinα không đổi nên khi sinβ cực đại hay sinβ=1

Hệ số công suất

Mặt khác

Page 27

Page 28: tiểu luận lý - chuyên đề điện

V

A R BC L

Chuyên đề điện 2013

III. Luyện tập:

Câu 1: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có hệ số tự cảm L thay đổi

được, điện trở R=100Ω, tụ điện có điện dung C không thay đổi. Khi L thay đổi để

cảm kháng ZL=250Ω thì hiệu điện thế

giữa 2 đầu cuộn cảm cực đại ULmax .

Tìm dung kháng ZC ?

A. ZC=200Ω, ZC=50Ω

B. ZC=200Ω

C. ZC=50Ω

D. Cả A,B,C đều sai

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức khi ULmax thì . Thế ZL và R vào ta tìm được 2

giá trị của ZC là 200Ω và 50Ω. Dựa vào giản đồ Fre-nen ta có điều kiện ZL>ZC khi

ULmax, vậy ta chọn cả 2 giá trị của ZC là 200Ω và 50Ω.

Đáp án A.

Câu 2: Mạch RLC, cuộn thuần cảm có L thay đổi. Dùng vôn kế có điện trở rất lớn

đo điện áp hiệu dụng trên mỗi phần tử. Điều chỉnh giá trị L thì thấy điện áp hiệu

dụng cực đại trên cuộn cảm lớn gấp 2 lần điện áp hiệu dụng cực đại trên điện trở.

Hỏi điện áp hiệu dụng cực đại trên cuộn cảm gấp bao nhiêu lần điện áp hiệu dụng

cực đại trên tụ?

A. 3 lần

B. 4 lần

Page 28

Page 29: tiểu luận lý - chuyên đề điện

V

A R BC L

Chuyên đề điện 2013

C. lần

D. lần

Hướng dẫn giải:

⇒ URmax khi ZL=ZC

khi ZL=ZC

Mặt khác:

Từ (1) và (2)

Đáp án D

Câu 3: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, R=100Ω, , L thay

đổi được, uAB=150sin(100πt) (V). Khi hiệu điện thế 2 đầu cuộn dây cực đại thì giá

trị L là:

A.

B.

Page 29

Page 30: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

C.

D.

Hướng dẫn giải :

Ta tính

Áp dụng công thức khi ULmax thì

Đáp án C

Câu 4: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng vào 2 đầu đoạn

mạch RLC có L thay đổi. Khi điện áp hiệu dụng ULmax thì UC=200V. Giá trị ULmax

là:

A. 100V

B. 150V

C. 300V

D. 200V

Hướng dẫn giải:

Dựa vào giản đồ Fre-nen, khi ULmax thì trong tam giác vuông tạo bởi UAB và URC có

hệ thức:

Đáp án C

Page 30

Page 31: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Câu 5: Điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng Vvào hai đầu đoạn mạch

RLC có L thay đổi. Khi điện áp ULmax thì UR=100V. Giá trị UC là:

A. 100V

B. V

C. 50 V

D. V

Hướng dẫn giải: Dựa vào giản đồ Fre-nen, khi L thay đổi để ULmax, trong tam giác

tạo bởi UAB và URC ta có hệ thức là

Đáp án: B

Câu 6: Mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, cuộn thuần cảm L thay đổi L

được. Khi ULmax thì UR=100V, UC=200V. Hỏi giá trị ULmax là:

A. 220V

B. 235V

C.250V

D.300V

Hướng dẫn giải:

Dựa vào giản đồ Fre-nen, khi L thay đổi để ULmax, trong tam giác tạo bởi UAB và

URC ta có hệ thức là

Đáp án C

Page 31

Page 32: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Câu 7: Cho mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm cuộn dây thuần cảm có độ tự

cảm thay đổi được, tụ điện có điện dung C và điện trở R. Có hai giá trị khác nhau

của L là L1 và L2 thì điện áp trên cuộn cảm có cùng giá trị. Giá trị của L để điện áp

trên cuộn cảm cực đại là:

A.

B.

C.

D.

Hướng dẫn giải:

Đặt và

(do a>0)

Phương trình (*) có hai nghiệm x1 và x 2, với

Page 32

Page 33: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Từ (1) và (2) hay

Đáp án A

Câu 8: Cho đoạn mạch không phân nhánh RLC, hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch

có biểu thức , R=100Ω, cuộn dây thuần cảm có L thay

đổi được, tụ có .Khi hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu cuộn dây đạt giá trị

cực đại thì độ tự cảm của cuộn dây và giá trị cực đại đó là:

A. và

B. và

C. và

D. và

Hướng dẫn giải:

Khi hiệu điện thế hiệu dụng hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại thì:

(với )

Page 33

Page 34: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Đáp án: A

Câu 9: Đặt điện áp vào 2 đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở

thuần R, tụ điện và cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi được. Biết dung kháng của

tụ bằng .Điều chỉnh L để điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm cực đại, khi

đó:

A. Điện áp giữa hai đầu R lệch pha so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch

B. Điện áp giữa hai đầu tụ lệch pha so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch

C. Trong mạch có cộng hưởng điện

D. Điện áp giữa hai đầu cuộn cảm lệch pha so với điện áp giữa hai đầu đoạn

mạch.

Hướng dẫn giải:

Điện áp giữa hai đầu R và hai đầu đoạn mạch lệch pha một góc:

Đáp án: A

Page 34

Page 35: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Câu 10: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có L thay đổi. Khi

và thì hiệu điện thế hai đầu cuộn cảm có giá trị như nhau. Hỏi với giá trị

nào của L thì UL max:

A.

B.

C.

D.

Hướng dẫn giải:

Áp dụng kết quả câu 7:

Đáp án A

Câu 11: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp. Đặt điện áp xoay chiều có

giá trị hiệu dụng vào hai đầu đoạn mạch. Khi L thay đổi, có một giá trị

L làm UL max, lúc đó thấy UC=200V. Hiệu điện thế trên cuộn dây thuần cảm đạt giá

trị cực đại bằng:

A. 100V

B. 200V

Page 35

Page 36: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

C. 300V

D. 200 v.

Hướng dẫn giải:

Hiệu điện thế hai đầu cuộn cảm đạt cực đai nên:

Thay và ta tìm được

Đáp án C

Câu 12: Đặt một điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch RLC nối

tiếp với L thay đổi được. Trước hết chỉnh L để điện áp hiệu dụng UR giữa hai đầu

điện trở đạt giá trị cực đại UR max. Sau đó tiếp tục điều chỉnh L để điện áp hiệu dụng

UL giữa hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại UL max , khi đó UL max=2UR max . Tìm

dung kháng của tụ điện:

A.

B.

C.

D.

Hướng dẫn giải:

⇒ URmax khi ZL=ZC

Page 36

Page 37: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Đáp án C

Câu 13: Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch mắc nối

tiếp gồm điện trở thuần R, tụ điện C, cuộn cảm L thay đổi được. Điều chỉnh L để

điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại bằng 100V và điện áp hiệu

dụng ở hai đầu tụ điện bằng 36V. Giá trị của U là:

A. 64V

B. 80V

C. 48V

D. 136V.

Hướng dẫn giải:

Thay giá trị và ta tìm được U=80V

Đáp án B

Câu 14: Đặt điện áp (U0 và ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch mắc

nối tiếp gồm điện trở R, tụ điện có điện dung C, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L

thay đổi được. Khi L=L1 và L=L2 thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm có cùng

giá trị, độ lệch pha của điện áp ở hai đầu đoạn mạch so với cường độ dòng điện lần

lượt là 0,52 rad và 1,05 rad. Khi L=L0, điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm

Page 37

Page 38: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

đạt cực đại, độ lệch pha của điện áp ở hai đầu đoạn mạch so với cường độ dòng

điện là φ. Giá trị của φ gần giá trị nào nhất sau đây?

A. 1,57 rad

B. 0,26 rad

C. 0,41 rad

D. 0,83 rad

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Page 38

Page 39: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

C.DẠNG 3:KHẢO SÁT GIÁ TRỊ HIỆU ĐIỆN THẾ CỰA

ĐẠI CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU PHỤ THUỘC

VÀO TỤ ĐIỆN C

I. Tóm tắt lý thuyết.

1. Phương pháp giải tìm Zc để Uc max

Hiệu điện thế hai đầu tụ được xác định bởi:

Chúng ta có thể giải bài toán trên bằng nhiều phương pháp:

- Phương pháp tam thức bậc hai

- Phương pháp đạo hàm

- Phương pháp giản đồ véc tơ

a. Phương pháp tam thức bậc 2

Chia cả tử số, mẫu số cho Zc: Uc= U√¿¿¿

Đặt x=1

ZC thì y = (R2+ ZL

2 )x2- 2ZLx +1

Đây là tam thức bậc 2 có a = R2+ZL2 >0 ; b = -2ZL; c = 1. Nên đồ thị parapol y(x)

có bề lõm quay lên tồn tại y = min.

Dựa vào tọa độ đỉnh parapol tính (xm; ymin)

xm = (-b/2a) = ZL/(R2 + ZL2)

ZC=R2+ZL

2

ZL2 ymin =

−Δ4a

= R2

R2+ZL2

Page 39

Page 40: tiểu luận lý - chuyên đề điện

UR

U α

IO

B

UL UR1 A

α

β

UC

Chuyên đề điện 2013

Vì y = min nên

b. Phương pháp giản đồ vec-to.

Ta có hiệu điện thế trên tụ là :Uc=I . Zc= Zc

√R2+(ZL−ZC)2U

, trong đó R; ZC và U là

các hằng số không đổi. Ta có thể dùng phương pháp khảo sát hàm số này theo biến

số là ZC. Tuy nhiên với cách khảo sát hàm số sẽ rất phức tạp. Với phương pháp

dùng giản đồ Vecto bài toán này có thể giải dễ hơn và rút ra nhiều kết luận hơn.

Áp dụng định lý hàm số sin cho tam giác OAB ta có: OA

sin (OBA )= AB

sin ( AOB)

Ucos α

=U C

sin β UC =

Usin βcos α

Trong đó U và α không đổi.

Ucmax khi sinβ là lớn nhất β = π/2

Mặt khác cos α= R

√ R2+Z L2

Thay vào đoạn biểu thức trên ta được:

Giá trị trên đạt được khi:

ZC = R2+Z L

2

Z L

c. Phương pháp dùng đạo hàm

Ta có :

Uc=I . Zc= Zc

√R2+(ZL−ZC)2U (1)

Chia cả tử số, mẫu số cho Zc:

Page 40

Page 41: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Zc 0 Zc ∞Y - 0 +

Y’ ymin

U Umax

Chuyên đề điện 2013

Uc= U√¿¿¿

Nhận xét tử số là U không đổi nên Uc = max y = min

Đặt x=1

ZC thì :

y = (R2+ ZL2 )x2- 2ZLx +1

Tính đạo hàm y'= 2. (R2+ZL2 ¿ . x−2ZL y'= 0

xm=1

ZCm

=ZL

R2+ZL2 ZCm =

R2+Z L2

Z L

Bảng biến thiên :

Vậy khi ZCm = R2+Z L

2

Z L

thì Ucmax = √R2+ZL2

RU

Page 41

Page 42: tiểu luận lý - chuyên đề điện

AB

LB

V

R

Chuyên đề điện 2013

2. Có hai giá trị C1 , C2 cho cùng giá trị UC ,giá trị ZC để UCmax tính

theo C1 và C2.

- Khi có hai giá trị của C cho cùng một giá trị hiệu điện thế:

- Bình phương và khai triển biểu thức trên ta thu được:

- Theo kết quả phần trên khi hiệu điện thế giữa hai đầu tụ cực đại

thì với giá trị ZC là giá trị làm cho UCmax . Thay vào biểu thức

trên:

- Tiếp tục khai triển biểu thức trên ta thu được:

- Khi có hai giá trị C = C1 hoặc C = C2 cho cùng giá trị UC thì giá trị của C làm

cho UCmax là:

Giá trị ZC để hiệu điện thế URcmax (với MB là đoạn mạch mắc tụ điện nối tiếp với

điện trở)

Lập biểu thức:

UMB = I. ZMB = Z MB

√R2+( Z L−ZC )2U

Page 42

Page 43: tiểu luận lý - chuyên đề điện

x 0 ZC ∞ y - 0 +

y, ymin

U Umax

B R L AB

V

Chuyên đề điện 2013

với x=ZC

UMBmax khi y min.

Khảo sát hàm số y:

y'= 2.Z L¿¿ ta có: y'=0 x2−x ZL−R2=0 (*)

Giải phương trình (*) x = ZC = Z

L+¿√4 R2+ZL2

2¿ (x lấy giá trị dương).

Lập bảng biến thiên:

điện dung C ¿1

ωZcF, thay x = ZC =

ZL+¿√4 R2+ZL

2

2¿ vào biểu thức y

Page 43

Page 44: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

II. Bài tập mẫu.

Câu 1: Mạch điện như hình vẽ. cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 0.318 H, R

= 100Ω, tụ C là tụ xoay. Điện áp đặt vào đầu đoạn mạch có biểu thức u = 200√2

cos 100πt (V). Tìm C để điện áp giữa hai bản tụ đạt giá trị cực đại, tính giá trị cực

đại đó

A, 5.10−5

πF ;200√2 V B, 6.25 .10−5

πF ;200√5 V

C, 6.25 .10−5

πF ;100√2 C, 5.10−5

πF ;100√5

Hướng dẫn giải:

Tính C để Ucmax

Cảm kháng: ZL = ωL = 100π. 0.318 = 100Ω.

Cách 1: Phương pháp đạo hàm

Ta có:

Đặt x=1

ZC thì y = (R2+ ZL

2 )x2- 2ZLx +1

Tính đạo hàm y'= 2. (R2+ZL2 ¿ . x−2ZL y'= 0

xm=1

ZCm

=ZL

R2+ZL2

ymin khi xm=1

ZCm

=ZL

R2+ZL2

Page 44

Page 45: tiểu luận lý - chuyên đề điện

UR

U α

IO

B

UL U1 A

α

β

UC

Chuyên đề điện 2013

Cách 2: Phương pháp dùng tam thức bậc hai

Chia cả tử số, mẫu số cho Zc:

Đặt x=1

ZC thì y = (R2+ ZL

2 )x2- 2ZLx +1

Đây là tam thức bậc 2 có a = R2+ZL2 >0 ; b = -2ZL; c = 1. Vì hàm số có hệ số góc a

> 0, nên y đat cực tiểu khi

xm = (-b/2a) = ZL/(R2 + ZL2)

Cách 3: Phương pháp dùng giản đồ Fre-nel

Ta có: U=UL+UC+U R

Áp dụng định lý hàm số sin, ta có:

Vì U và không đổi nên UCmax

Khi sinβ cực đại hay sinβ = 1. Khi sinβ = 1 β=π /2

Page 45

Page 46: tiểu luận lý - chuyên đề điện

AB

LB

V

R

Chuyên đề điện 2013

V

Câu 2: Mạch điện như hình vẽ. cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 0.318 H, R

= 100Ω, tụ C là tụ xoay. Điện áp đặt vào đầu đoạn mạch có biểu thức u = 200√2

cos 100πt (V). C bằng bao nhiêu để UMBmax Và UMBmax = ?

Hướng dẫn giải:

Lập biểu thức: UMB = I. ZMB =

Đặt y = (−2 ZC Z L+ZL

R2+ZC2

2

)+1 = (−2 xZL+ZL

R2+x2

2

)+1

(với x= ZC)

UMBmax khi y min:

Khảo sát hàm số y:

ta có: y'=0 x2−x−R2=0 (*)

Giải phương trình (*) x = (x lấy giá trị dương).

Page 46

Page 47: tiểu luận lý - chuyên đề điện

x 0 162∞y - 0 +

y’ ymin

UmaxU

Chuyên đề điện 2013

= 50.(1+√5

) = 162 Ω.

Lập bảng biến thiên:

điện dung C ¿ 1ωZc

= 1100 π .162

=6.25 .10−5

πF, thay x = ZC =

ZL+¿√4 R2+ZL

2

2¿ vào biểu

thức y

ymin = 4 R2

4 R2+2 ZL2+2 Z L√4 R2+ZL

2 = 4 R2

¿¿

UMBmax =U

√ y=U ¿¿¿ =200¿¿ = 324 (V)

III. Luyện tập

Câu 1: Cho mạch điện RLC có R = 100Ω, L = 1/π (H), C có thể thay đổi được.

điện áp 2 đầu mạch có biểu thức là u =100√2 cos 100πt (V) . giá trị của điện dung

để cho UCmax, và giá trị của UCmax đó là:

A, 5.10−5

πF ;200√2 V B, 6.25 .10−5

πF ;200√2V

C, 6.25 .10−5

πF ;100√2V C, 5.10−5

πF ;100√2V

Page 47

Page 48: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức ta dễ dàng tìm ra ZL=100 Ω, từ đó áp dụng các công thức trên ta

tìm ra được:

Đáp án C.

Câu 2: (DH 2011) Đặt một điện áp xoay chiều u =U√2 cos 100πt (V) vào hai đầu

mạch mắc nối tiếp gồm điện trở thuần R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 1/5π

(H), và tụ điện có điện dung C thay đổi được. Điều chỉnh C để điện áp hiệu dụng

hai đầu tụ điện đạt cực đại, thì thấy giá trị cực đại bằng U√3. Điện trở R bằng bao

nhiêu?

A, 10√2 Ω B, 20√2 Ω

C, 10√3 Ω D, 20√2 Ω

Hướng dẫn giải:

ZL = L. ω =100π/ 5π = 20 Ω

Ucmax = U√3 = √R2+ZL2

RU R2+ZL

2= 3R2

R = ZL

√2 = 10√2 Ω

Đáp án A.

Page 48

Page 49: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Bài 3: Cho mạch điện RLCmắc nối tiếp, trong đó có R = 100Ω, L = 0.96 (H), và tụ

điện có điện dung thay đổi được. Điện áp hiệu dụng 2 đầu mạch là u =200√2 cos

100πt (V). Khi C =C1 = 10−4

4 πF và C =C2 = 2C1 thì tụ có cùng điện áp UC. Hỏi C

bằng bao nhiêu để Ucmax và Ucmax bằng bao nhiêu?

A, 3.10−4

8 π;333.5 V B, 3.10−4

8 πF ;635.5V

C, 3.10−4

4 πF ;333.5V D, 3.10−4

4 π;635.5V

Hướng dẫn giải:

ZL = L. ω =100π. 0.96= 301.6 Ω

Để Ucmax thì theo chứng minh trên ta có C = C1+C2

2 = 3.10−4

8 πF

Và Ucmax = √R2+ZL

2

RU =

Vậy đáp án đúng là B.

Câu 4: Một đoạn mạch gồm cuộn căm có độ tự cảm L và điện trở thuần r mắc nối

tiếp với tụ điện có điện dung thay đổi được. đặt vào 2 đầu mạch một hiệu điện thế

xoay chiều có giá trị hiệu dụng U và tần số f không đổi. khi điều chỉnh điện dung

của tụ điện có giá trị C = C1 thì điện áp giữa 2 đầu tụ điện và 2 đầu cuộn cảm có

cùng giá trị và bằng U, cường độ dòng điện trong mạch khi đó có biểu thức i1=2√6

cos (100πt+ π/4). Khi điều chỉnh để điện dung của tụ có giá trị C = C2 thì điện áp

hiệu dụng giữa hai bản tụ đạt giá trị cực đại. Cường độ dòng điện tức thời trong

mạch có biểu thức là:

Page 49

Page 50: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

A, i1=2√3 cos (100πt+ 5π/12) B, i1=2√2 cos (100πt+ 5π/12)

C, i1=2√2 cos (100πt+ π/3) D, i1=2√3 cos (100πt+ π/3)

Hướng dẫn giải:

Khi C = C1, UD = UC = U Zd = Zc1 = Z1

Zd = Z1 √r2+(ZL−ZC1)2 = √r2+Z L

2 ZL−ZC 1 = ±ZL

ZL=ZC 1

2 (1)

Zd = Zc1 r2+ZL2= ZC 1 r2=

3 Z L2

4 r = √3 ×

2ZC1

Khi C = C2 , UC = UCmax khi ZC 2 = r2+Z L

2

Z L

= ZC 1

2

ZC 1

2 = 2ZC 1

Khi đó Z2 = √r2+(ZL−ZC 2)2 =√3ZC 1

2 = √3 ZC 1

Tan α1 = (Z¿¿ L−ZC 2)

r¿=

ZC 1

2−2 ZC 1

√32

ZC 1

= −√3 α1 = −π

3

U = I1.Z1 = I2.Z2 I2 = I1. Z1

Z2 =

I 1

√3 =

2√3√3

= 2 A

Cường độ dòng điện qua mạch là:

i1=I 2√2 cos (100πt+ π4− π

6+ π

3¿ = i1=2√2 cos (100πt+ 5π/12)

Đáp án B

Page 50

Page 51: tiểu luận lý - chuyên đề điện

UR

U α

IO

B

UL URLLR

A

α

β

UC

Chuyên đề điện 2013

Câu 5: Cho mạch điện RLC có điện dung thay đổi. điều chỉnh điện dung sao cho

điện áp hiệu dụng của tụ đạt giá trị cực đại, khi đó điện áp hiệu dụng trên R là 75

V. Khi điện áp tức thời của đoạn mạch là 75√6 V thì điện áp tức thời của đoạn

mạch RL là 25√6 V. Điện áp hiệu dụng của đoạn mạch là:

A, 75√10 V B, 75√3 V C, 150V D, 150√2 V.

Hướng dẫn giải:

Vẽ giản đồ như hình vẽ. ta thấy UC = UCmax

khi α = 90ª tức khi uRL vuông pha với u.

UCmax2 = U2 + U2

RL

Khi u = 75√6 V thì uRL = 25√6 V Z = 3ZRL

hay U = 3.URL

UCmax2 = U2 + U2

RL = 10 U2RL.

Trong tam giác vuông hai cạnh góc vuông U;

URL, cạnh huyền UC

Đường cao thuộc cạnh huyền UR ta có: U. URL = UR .UC

3U2RL = √10.URL.UR URL = √10

3 UR = √10

3.75=25√10 V

Do đó U = 3. URL = 75√10 V

Đáp án là A.

Câu 6: Cho đoạn mạch điện gồm có điện trở hoạt động R nối tiếp tụ C. Đặt vaò hai

đầu mạch điện một điện áp xoay chiều ổn định u = U√2 coswt . Khi C = C0 thì

điện áp giữa hai đầu cuộn dây lớn nhất bằng 2U. Với giá trị nào của C thì Uc đạt

cực đại?

A, C = 3C0

4 B, C =

C0

2 C, C =

C0

4 D, C =

C0

3

Page 51

Page 52: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Hướng dẫn giải:

Ta có :

Ud = I.√ R2+Z L2; Ud = Udmax khi I = Imax mạch có cộng hưởng ZL=ZC 0

Udmax = 2U Zd=2 Z=2R (vì ZL=ZCO) R2+ZL2= 4R2R =

ZL

√3 =

ZC 0

√3

UC = UCmax khi ZC=R2+ZL

2

ZL2 =

ZCO2

3+ZCO

2

ZCO

= 4 ZC 0

3

C=3C0

4

Đáp án A

Câu 7: Một đoạn mạch AB gồm 2 đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp. Đoạn

mạch AM gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung thay đổi

được, đoạn mạch MB là cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L. Thay đổi C để điện

áp hiệu dụng của đoạn mạch AM đạt cực đại thì thấy các điện áp hiệu dụng giữa 2

đầu điện trở và cuộn dây lần lượt là UR = 100√2 V, UL = 100V. khi đó điện áp giữa

2 đầu tụ là:

UC = 100√3 V B. UC = 100√2 V C. UC = 200 V D.UC = 100 V

Hướng dẫn giải:

UAM = I. ZAM =

Z AM

√R2+(ZL−ZC)2U= U

√(−2 ZC Z L+ZL

R2+ZC2

2

)+1

= U√ y

Đặt y = (−2 ZC Z L+ZL

R2+ZC2

2

)+1 = (−2 xZL+ZL

R2+x2

2

)+1 (với x= ZC)

UMBmax khi y min:

Page 52

Page 53: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Khảo sát hàm số y: y'= 2.Z L¿¿ ta có: y'=0 x2−x ZL−R2=0 (*) hay UC2 - UL UC +

U2R = 0 UC

2 - 100 UC +20000 = 0 UC=200V

Đáp án C.

Page 53

Page 54: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Văn Thông, Tuyển tập các bài toán Vật Lý, Nhà xuất bản trẻ, 1997.

2. Nguyễn Anh Vinh, Tài liệu ôn luyện thi ĐH

phân loại và phương pháp giải - Vật lí 12, NXB tổng hợp Tp HCM.

3. Dương Văn Cẩn (Chủ biên) - Hà Duyên Tùng - Nguyễn Văn Đóa - Nguyễn

Văn Sơn - Nguyễn Xuân Trung, 1000 bài trắc nghiệm trọng tâm và điển

hình vật lý 12, NXB Đại học Sư phạm.

4. Nguyễn Anh Vinh, Hướng dẫn ôn tập và phương pháp giải nhanh bài tập

trắc nghiệm Vật lý 12, NXB Đại học Sư phạm.

5. Đề thi đại học cao đẳng, BGD&ĐT,2011

6. Đề thi đại học cao đẳng, BGD&ĐT,2012

7. Đề thi đại học cao đẳng, BGD&ĐT,2013

Page 54

Page 55: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Page 55

Page 56: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Page 56

Page 57: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Page 57

Page 58: tiểu luận lý - chuyên đề điện

Chuyên đề điện 2013

Page 58