Giải Bài Tập Vật Lý Lớp 12
Chương III: Dòng Điện Xoay Chiều
Bài 14: Mạch Có R, L, C Mắc Nối Tiếp
Ở bài học này các em sẽ được tìm hiểu về mạch điện xoay chiều gồm các phần tử khác loại mắc nối tiếp nhau, giống như bài học trước về nghiện cứu mạch điện xoay chiều sơ cấp chỉ gồm 1 loại phần tử (điện trở, tụ điện, hay cuộn cảm)…
Tóm Tắt Lý Thuyết
I. Phương pháp giản đồ Fre-nen
1. Định luật về điện áp tức thời: (SGK trang 75)
**Hiệu điện thế trong mạch điện một chiều gồm nhiều điện trở mắc nối tiếp được tính bằng biểu thức nào?
Tại một thời điểm xác định: \(u = u_1 + u_2 +….+ u_n\)
\(U = U_1 + U_2 + U_3 + … + U_N\)
Trong mạch điện xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp thì điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch bằng tổng đại số các điện áp tức thời giữa hai đầu của từng đoạn mạch ấy.
2. Phương pháp giản đồ Fre-nen
* Biểu diễn riêng từng điện áp \(U_R; U_L; U_C\)
\(u_R = U_{0R}cos(ωt + φ_i) ⇒ U_R\) và i cùng pha
\(u_L = U_{0L}cos(ωt + φ_i + \frac{π}{2}) ⇒ U_L\) sớm pha \(\frac{π}{2}\) so với i
\(u_C = U_{0C}cos(ωt + φ_i – \frac{π}{2}) ⇒ U_C\) chậm (trễ) pha \(\frac{π}{2}\) so với i.
Trong đó:
\(U_R = I.R\): điện áp hiệu dụng giữa hai đầu điện trở R (V)
\(U_L = I.Z_L\): điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm L (V)
\(U_C = I.Z_C\): điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện C (V)
U = I.Z: điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp (V)
*** Ý nghĩa của phương pháp giản đồ Fre-nen:
– Mỗi đại lượng xoay chiều hình sin đều có thể biểu diễn bằng một vectơ quay tương ứng.
– Phép cộng đại số các đại lượng xoay chiều hình sin (cùng tần số) được thay thế bằng phép tổng hợp các vectơ quay tương ứng.
– Các thông tin về tổng đại số phải tính (giá trị hiệu dụng, độ lệch pha) hoàn toàn được xác định bằng các tính toán trên giản đồ Fre-nen tương ứng.
II. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp
* Sơ đồ mạch điện R, L, C mắc nối tiếp
a. Định luật Ohm cho đọan mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Tổng trở.
Giả sử cho dòng điện trong đọan mạch có biểu thức
\(i = I_0.cosωt\)
Điện áp tức thời đọan mạch AB:
\(u_{AB} = U_0.cos(ωt + φ)\)
\(u_{AB} = U_R + U_L + U_C\)
Giản đồ Fre- nen:
– Trường hợp 1: \(U_L > U_C (Z_L > Z_C)\)
Phương pháp giản đồ Fre-nen
\(\vec{u_{AB}} = \vec{U_R} + \vec{U_L} + \vec{U_C}\)
– Theo giản đồ:
\(u^2_{AB} = U^2_R + (U_L – U_C)^2\)
Tổng trở của đoạn mạch: \(Z_{AB} = \sqrt{R^2 + (Z_L – Z_C)^2}\)
Trường hợp 2: \(U_Z < U_C(Z_L < Z_C)\) (cho kết quả tương tự trường hợp một)
Định luật Ohm cho đọan mạch có R, L, C mắc nối tiếp: Cường độ hiệu dụng trong một mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng của mạch và tổng trở của mạch.
\(I = \frac{U_{AB}}{Z_{AB}}\)
b. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện
\(tanφ = \frac{U_{LC}}{U_{R}} = \frac{U_L – U_C}{U_R} = \frac{Z_L – Z_C}{R}\)
\(Z_L > Z_C ⇒φ > 0: u_{AB}\) sớm pha hơn i ( tính cảm kháng)
\(Z_L < Z_C ⇒φ > 0: u_{AB}\) trễ pha hơn i ( tính dung kháng)
c. Cộng hưởng điện
Điều kiện: \(Z_L = Z_C ⇒ L.ω = \frac{1}{C.ω}\)
⇒ \(φ < 0: u_{AB}\) cùng pha với i
Phát biểu: Hiện tượng cộng hưởngtrong mạch điện xoay chiều R,L,C mắc nối tiếp là hiện tượng cường độ dòng điện trong mạch R, L, C đạt đến giá trị cực đại khi\(Z_L = Z_C\)
Hệ quả:
\(I_{max} = \frac{U_{AB}}{Z_{AB_{min}}} = \frac{U_{AB}}{R}\)
Các Bài Tập & Lời Giải Bài Tập SGK Bài 14 Mạch Có R, L, C Mắc Nối Tiếp
Bài Tập 1 Trang 79 SGK Vật Lý Lớp 12
Phát biểu định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp.
>> Xem: lời giải bài tập 1 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 2 Trang 79 SGK Vật Lý Lớp 12
Dòng nào ở cột A tương ứng với dòng nào ở cột B ?
A | B |
1. Mạch có R
2. Mạch có R, C mắc nối tiếp 3. Mạch có R, L mắc nối tiếp 4. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp (ZL > ZC) 5. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp (ZL < ZC) 6. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp (ZL = ZC) |
a) u sớm pha so với i
b) u sớm pha \(\)\( \frac{\pi}{2}\) so với i c) u trễ pha so với i d) u trễ pha \( \frac{\pi}{2}\) so với i e) u cùng pha so với i f) cộng hưởng |
>> Xem: lời giải bài tập 2 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 3 Trang 79 SGK Vật Lý Lớp 12
Trong mạch điện xoay chiều nối tiếp, cộng hưởng là gì ? Đặc trưng của cộng hưởng là gì ?
>> Xem: lời giải bài tập 3 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 4 Trang 79 SGK Vật Lý Lớp 12
Mạch điện xoay chiều gồm có \( R = 20 \Omega\) nối tiếp với tụ điện \(C=\frac{1 }{2000\Pi}F\). Tìm biểu thức của cường độ dòng điện tức thời i, biết \( u = 60\sqrt{2}cos100 \pi t (V).\)
>> Xem: lời giải bài tập 4 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 5 Trang 79 SGK Vật Lý Lớp 12
Mạch điện xoay chiều gồm có R = 30 Ω nối tiếp với cuộn cảm thuần: L = \(\frac{0,3}{\Pi }H\). Cho điện áp tức thời giữa hai đầu mạch u = 120√2cos100πt (V). Viết công thức của i.
>> Xem: lời giải bài tập 5 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 6 Trang 79 SGK Vật Lý Lớp 12
Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 30 Ω nối tiếp với một tụ điện C. Cho biết điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch bằng 100 V, giữa hai đầu tụ điện bằng 80 V, tính \(\)\(Z_C\) và cường độ hiệu dụng I.
>> Xem: lời giải bài tập 6 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 7 Trang 80 SGK Vật Lý Lớp 12
Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 40 Ω ghép nối tiếp với cuộn cảm thuần L. Cho biết điện áp tức thời hai đầu mạch u = 80cos100πt (V) và điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm \(\)\(U_L\) = 40 V.
a) Xác định \(Z_L\) .
b) Viết công thức của i.
>> Xem: lời giải bài tập 7 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 8 Trang 80 SGK Vật Lý Lớp 12
Mạch điện xoay chiều gồm có: R = 30 Ω, C = \(\)\(\frac{1 }{5000\Pi }F\), L = \(\frac{0,2}{\Pi}H\). Biết điện áp tức thời hai đầu mạch u = 120√2cos100πt (V). Viết biểu thức của i.
>> Xem: lời giải bài tập 8 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 9 Trang 80 SGK Vật Lý Lớp 12
Mạch điện xoay chiều gồm có: \(\)\( R= 40 \Omega, C =\frac{1}{4000 \pi}F, L=\frac{0,1}{\pi}H\). Biết điện áp tức thời hai đầu mạch \( u = 120\sqrt{2}cos100 \pi t\)(V).
a) Viết biểu thức của i.
b) Tính \(U_AM\) (H.14.4).
>> Xem: lời giải bài tập 9 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 10 Trang 80 SGK Vật Lý Lớp 12
Cho mạch điện xoay chiều gồm R = 20 Ω, L = \(\)\(\frac{0,2}{\Pi }H\) và C = \(\frac{1}{2000\Pi }F\). Biết điện áp tức thời hai đầu mạch u = 80cosωt (V), tính ω để trong mạch có cộng hưởng. Khi đó viết biểu thức của i.
>> Xem: lời giải bài tập 10 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 11 Trang 80 SGK Vật Lý Lớp 12
Chọn câu đúng:
Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp có R = 40 Ω; \(\)\(\frac{1}{\omega C}\) = 20 Ω; ωL = 60 Ω. Đặt vào hai đầu mạch điện áp u = 240√2cos100πt (V). Cường độ dòng điện tức thời trong mạch là:
A. i = 3√2cos100πt (A)
B. i = 6cos(100πt + \(\frac{\Pi }{4}\)) (A)
C. i = 3√2cos(100πt – \(\frac{\Pi }{4}\)) (A)
D. i = 6cos(100πt – \(\frac{\Pi }{4}\)) (A)
>> Xem: lời giải bài tập 11 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 12 Trang 80 SGK Vật Lý Lớp 12
Chọn câu đúng:
Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp có R = 40 Ω; \(\)\(\frac{1}{\omega C}\) = 30 Ω; ωL = 30 Ω. Đặt vào hai đầu mạch điện áp u = 120√2cos100πt (V). Biểu thức của dòng điện tức thời trong mạch là:
A. i = 3cos(100πt – \(\frac{\Pi }{2}\)) (A)
B. i = 3√2 (A)
C. i = 3cos100πt (A)
D. i = 3√2cos100πt (A)
>> Xem: lời giải bài tập 12 trang 79 sgk vật lý lớp 12
Lời Kết:
Mạch có R, L, C mắc nối tiếp là một trong những nội dung cực kỳ quan trong chương trình vật lý 12, hầu như thường xuyên góp mặt hầu như trong các kỳ thi tuyển sinh ĐH và THPT quốc gia, vì vậy các em cần nắm bắt nội dung bài này thật kỷ.
– Những tính chất chung của mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp.
– Sau đó viết công thức định luật ôm cho đọan mạch điện xoay chiều có R, L, C nối tiếp nhau.
– Tiếp theo là phải nêu được các đặc điểm của đoạn mạch R, L, C nối tiếp khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện.
– Sau cùng là vận dụng các kiến thức đã học trong bài giải các bài tập sgk từ dễ đến khó, từ trắc nghiệm đến tự luận.
Lời cuối chúc các em có một bài học với kết quả tốt nhất ở bài này. Để học tốt vật lý lớp 12 chương 3 bài 14 mời các em xem toàn bộ lời giải bài tập ngay say đây nhé.
Bài Tập Liên Quan:
- Bài 19: Thực Hành Khảo Sát Đoạn Mạch Xoay Chiều R, L, C Mắc Nối Tiếp
- Bài 18: Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha
- Bài 17: Máy Phát Điện Xoay Chiều
- Bài 16: Truyền Tải Điện Năng Và Máy Biến Áp
- Bài 15: Công Suất Điện Tiêu Thụ Của Mạch Điện Xoay Chiều. Hệ Số Công Suất
- Bài 13: Các Mạch Điện Xoay Chiều
- Bài 12: Đại Cương Về Dòng Điện Xoay Chiều
Trả lời