Câu hỏi và bài tập Vật lý - Bài 15: Mạch xoay chiều có R, L, C (tiếp)

Bài 14 - MẠCH XOAY CHIỀU CÓ R, L, C (TIẾP) A- Trả lời các câu hỏi kỳ trước: 1- Có phảI khi cộng hưởng thì UL, UC đều cực đại? - Như bài trước ta đã nhận xét: để tạo ra cộng hưởng, phải làm cho ZL=ZC 1L C ω ω ⇒ = do đó có 3 cách tạo ra cộng hưởng. + Nếu thay đổi L, giữ nguyên C và ω thì ZC không đổi do đó khi cộng hưởng thì axm C CZ U IZ⇒ = cũng đạt cực đạI còn .LZ Lω= bị thay đổi theo L do đó UL=IZL nói chung không đạt cực đại lực cộng hưởng + Tương tự: nếu thay đổi C, giữ nguyên L vàω thì khi cộng hưởng UL=IZL sẽ đạt cực đại còn UC=IZC nói chung không cực đại. + Nếu giữ nguyên L, C mà thay đổI ω thì cộng hưởng I max còn ZL, ZC đều bị thay đổI nên nói chung cũng không đạt cực đại. - UL và UC lúc cộng hưởng không nhất thiết phải lớn hơn U chung. Quan hệ giữa UL, UC v à U lúc cộng hưởng còn tuỳ thuộc giá trị của R với ZL, ZC do đầu bài cho. 2- Có trường hợp nào I khi cộng hưởng lại gần bằng I lúc bình thường ko? Trường hợp này có thể xảy ra nếu điện trở thuần R của mạch lớn hơn nhiều so với ZL,ZClúcchưacộnghưởng. Ví dụ: Mạch R, L, C nối tiếp có U=100V, R= 400Ω ; ZL=60 ; ZΩ C=20Ω . Thay đổi L để xảy ra cộng hưởng: so sánh IC lúc đầu với I lúc cộng hưởng. - Ban đầu: ( )22400 60 402Z 20= + − ≈ Ω 120 0,2985 402 UI A Z = = ≈ - Khi cộng hưởng: max max 120I 0,3 400 U A I R I= = = ⇒ = - U I . Hiện tượng này gọi là cộng hưởng tù. ax ax . 0,3.20 6 120Cm m CZ V U= = = << = V Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. B- Bài tập 1 1 20010 4 .100 2 CZ Cω π π = = = − Ω L BR C V U ∼ A A a- Tính L và số chỉ Ampe - ( )2 2 2 AB L L C U UI R Z R Z Z = = + + − 2 Theo giả thiết: UAB =U=120V ( ) ( ) 22 2002 100 2 2 L L C L L C C L L C L C L Z Z Z Z Z Z ZZ Z Z Z Z Z ⇒ = − ⇒ = − ⇒ = − − ⇔ = ⇔ = = = Ω Vậy 100 1 100 LZL H ω π π = = = - chủ 2 2 2 2 120 120 0,54 100 5200 100 AB L UI A R Z = = = ≈ + + A b- Tính L và số chỉ khi UC max V Từ UC=I . ZC => khi thay đổi L và ZC không đổi => UC max Khi Imax => xảy ra cộng hưởng. 200 2200 100 L L C ZZ Z L H ω π π ⇒ = = Ω⇒ = = = Lúc này Imax = 120 1,2 100 U A R = = 2 2 max max 2 2 . 1, 2 100 200 120 5 268,3 AB AB LU I Z I R Z V = = + = + = = chỉ 268,3V V B- Bài giảng: Giải bài toán dòng điện xoay chiều bằng cách lập hệ nhiều phương trình. 1- Nguyên tắc: Nếu trong mạch xoay chiều ta đã biết tất cả các số liệu về R, L, C và biết hiệu điện thế U đặt vào mạch thì chúng ta sẽ tách được tất cả các đại lượng trong mạch như I, U, P… Nếu có 1 trong các đại lượng trên chưa biết thì đầu bài phải cho thêm một điều kiện bổ sung n số chỉ , số chỉ , góc lệch pha ϕ …. hưA V Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. Số điều kiện cho thêm phải đúng bằng số đại lượng còn thiếu thì bài toán mới đủ điều kiện để giải. 2- Cách giải: Sử dụng các điều kiện đầu bài đã cho để lập hệ phương trình. Số phương trình cần lập phải đúng bằng số ẩn còn thiếu. U R A C D B L Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ U=U0sin100 tπ (V) 100 3R = Ω Dùng vôn kế có điện trở rất lớn: - Mắc vào A,C thì vôn kế chỉ 200V và mắc vào UAC sớm pha hơn i: 6 π C - Mắc vào B, D thì vôn kế chỉ 173,2V và UBD trễ pha hơn i: 3 π a- Chứng minh rằng cuộn dây có điện trở r b- Tính r, L, C và U0 c- Viết biểu thức của i và của U ở hai đầu cuộn dây GIẢI a- Chứng minh cuộn dây có r: Giả sử cuộn dây không có điện trở. Khi đó UL sớm pha hơn i: 2 π . UC trễ pha hơn i: 2 π => UL ngược pha với UC => UBD sẽ lệch pha 2 π so với i => trái với giả thiết là lệch pha so với i: 3 π . Vậy cuộn dây phải có r UAC 2ϕ 1ϕ Ur ""# LU ""# RrU """# BDU """"# CU """# I # CU """# LU ""# b- Tính r, L, C, U0 - ( )2 2 1 200 (1) 100 3 1 6 3 100 3 100 3 (2) 3 AC AC L L L Br L UI Z r Z U Ztg U r rZ π = = + + ⇒ =tgϕ = = + + ⇔ = Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. Thay (2) vào (1) ta có: ( ) ( ) 2 2 200 200 3 (3) 100 3 .2100 3100 3 3 I rrr = = + ++ +     - ( )22 100 3 (4)BD BD C L U Z r Z Z+ − I = = . Theo giả thiết UBD trễ pha hơn i => ZC > ZL 2 r 3 3 3 C L C L C L U U Z Ztg tg Z Z r U r (5)πϕ − −= = ⇒ = ⇔ − = Thay (5) vào (4): ( )22 100 3 100 3 (6) 23 I rr r = = + Từ (3) và (6): 200 3 100 3 2 100 3 100 3 22(100 3 ) I r r rr = = ⇔ = + ⇔ = + r Ω - Từ (2): 100 3 100 3 100 3 200 3 3 200 2 100 L L rZ ZL H ω π π + + = = = = = = Ω - Từ (5): 5 3 3.100 3 300 300 300 200 500 1 1 2 .10 500.100 C L C L C Z Z r C F Z ω π π − − = = = Ω = + = + = Ω ⇒ = = = Z Z - Từ (6): ( ) ( ) ( ) ( )22 2 0 0 100 3 100 3 0,5 2 2.100 3 200 3 500 200 100 12 9 100 21 0,5 2.100 21 50 42 648 C L I A r r Z Z U I Z V = = = = + + − = + − = + = Ω = = = $ 2Z R c- Viết biểu thức i và UBC - 0 2 0,5 2I I A= = Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. Góc lệch pha giữa U và i là ϕ 200 500 300 3 2100 3 100 3 200 3 0,714 L CZ Ztg R r rad ϕ ϕ − − − = = = = + + ⇒ = − − ϕ i sớm pha hơn U Vậy 0,5 2 sin(100 0,714)π= +i t A - Hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây ( )22 2 2 0 r r 0,5 100 3 200 0,5.100 3 4 50 7 2 50 14 187 200 2' ' 0,857 100 3 3 BC L BC BC L L U I Z U U V U Ztg U r ϕ ϕ = + = + = + = = = = = = = ⇒ = $ BCU U "# ϕ I UC URr Ur UL => UBC sớm pha hơn U ' 0,857 0,714 1,571 2 πϕ ϕ+ = + = $ Vậy 187sin 100 2BC ππ = +    U t V BÀI TẬP VỀ NHÀ 1- Cho mạch điẹn như hình vẽ. Các vôn kế có điện trở rất lớn, ampe kế có điện trở không đáng kể. Am pe kế chỉ 0,4A, vôn kế 1 chỉ 100V, vôn kế 2 chỉ 48V. UAB sớm pha hơn i góc 1ϕ với 1 4 3 ϕtg = a- Tính R, ZL, ZC và U b- Thay đổi f đến giá trị 100 Hz thì ZL=10Zc. Tính L, C và f0 ban đầu. U∼ A V2 V1 Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam. 2- Làm các bài tập trong bộ đề luyện thi ĐH 43(2), 50(2).