CÁC BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU MÔN VẬT LÝ 12 GỒM 2 HỘP ĐEN MẮC NỐI TIẾP Câu 1 (THPT Chuyên ĐHSP Hà Nội lần 7 – 2015): Đoạn mạch AB gồm hai hộp đen X, Y mắc nối tiếp, trong mỗi hộp chỉ chứa[r]
Trang 1CÁC BÀI TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU MÔN VẬT LÝ 12 GỒM 2 HỘP ĐEN MẮC NỐI TIẾP Câu 1 (THPT Chuyên ĐHSP Hà Nội lần 7 – 2015): Đoạn mạch AB gồm hai hộp đen X, Y mắc nối tiếp,
trong mỗi hộp chỉ chứa một linh kiện thuộc loại điện trở thuần, cuộn dây hoặc tụ điện Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB một điện áp xoay chiều u = 100 2cos2πft (V) với tần số f thay đổi được Khi điều chỉnh tần số đến giá trị f0thì điện áp giữa hai đầu hộp X và Y lần lượt là UX= 200 V và UY= 100 3V Sau đó tiếp tục tăng tần số f thì công suất của mạch tăng Hệ số công suất của đoạn mạch AB lúc tần số có giá trị f0là:
Hướng dẫn:
Nhìn vào số liệu đề bài:
U =100V; UX= 200 V và UY= 100 3V
Làm ta nhớ bộ ba số: 1; 3; 2 trong 3 cạnh của tam giác vuông
Từ đó ta vẽ giản đồ vectơ như hình bên, ta có:
R
100 U (U 200) (1)
100 3 U U (2)
U 50 3V U 150V
U 50 3
U 100
Trang 2Chọn đáp án C
Câu 2: Một mạch điện xoay chiều có sơ đồ như hình vẽ.
Trong hộp X và Y chỉ có một linh kiện hoặc điện trở, hoặc cuộn cảm, hoặc là tụ điện Ampe kế nhiệt (a) chỉ 1A; UAM= UMB= 10VUAB= 10 V3 Công suất tiêu thụ của đoạn mạch AB là P = 5 6W Hãy xác định linh kiện trong X và Y và độ lớn của các đại lượng đặc trưng cho các linh kiện đó? Cho biết tần số dòng điện xoay chiều là f = 50Hz
Hướng dẫn:
Phân tích bài toán: Trong bài toán này ta có thể biết được góc lệch (Biết U, I, P ) nhưng đoạn mạch chỉ chứa hai hộp kín Do đó nếu ta giải theo phương pháp đại số thì phải xét rất nhiều trường hợp, một
trường hợp phải giải với số lượng rất nhiều các phương trình, nói chung là việc giải gặp khó khăn.
Nhưng nếu giải theo phương pháp giản đồ véctơ trượt sẽ tránh được những khó khăn đó Bài toán này một lần nữa lại sử dụng tính chất đặc biệt của tam giác đó là: U = U MB ; U AB = 10 3V 3UAM tam giác AMB là cân có 1 góc bằng 30 0
Hệ số công suất: cos P cos 5 6 2
* Trường hợp 1: uABsớm pha
4
so với i Giản đồ véctơ
Vì:
AM AB
MB AM
U 3 U
U U
AMB là cân và UAB= 2UAMcos
Trang 3cos = AB 0
AM
2U 2.10 2
a Vì uABsớm pha hơn uAMmột góc 300suy ra UAMsớm pha hơn so với i một góc X= 450– 300= 150
X phải là 1 cuộn cảm có tổng trở ZX gồm điện trở thuận RXvà độ tự cảm LX
I 1
Xét tam giác AHM:
0 X
X 0 X
R U cos15 R Z cos15
L X L X
X
U U sin15 Z Z sin15 10sin15 2,59
2,59
100
Xét tam giác vuông MKB: MBK= 150(vì đối xứng) UMBsớm pha so với i một góc Y= 900– 150= 750
Y là một cuộn cảm có điện trở RYvà độ tự cảm LY
+ RY= ZLX (vì UAM= UMB) RY= 2,59
+ ZLY RX= 9,66 LY= 30,7mH
b uABtrễ pha hơn uAMmột góc 300
Tương tự ta có: X là cuộn cảm có tổng trở: ZX= U AM 10 10
I 1 Cuộn cảm X có điện trở thuần RXvà độ tự cảm LXvới RX= 2,59; RY= 9,66
Trang 4* Trường hợp 2: uABtrễ pha
4
so với i, khi đó uAMvà uMBcũng trễ pha hơn i (góc 150và 750) Như vậy mỗi hộp phải chứa tụ điện có tổng trở ZX, ZXgồm điện trở thuần RX, RYvà dung kháng CX, CY Trường hợp này không thể thoả mãn vì tụ điện không có điện trở
Nhận xét: Đến bài toán này học sinh đã bắt đầu cảm thấy khó khăn vì nó đòi hỏi học sinh phải có óc phán
đoán tốt, có kiến thức tổng hợp về mạch điện xoay chiều khá sâu sắc Để khắc phục khó khăn, học sinh phải
ôn tập lý thuyết thật kĩ và có kĩ năng tốt về hình học.
Chú ý:
a Nếu 2 2 2
U U U thì UXUr.
b Nếu 2 2 2
U U U thì UXUAB.
c Nếu 2 2 2
U U U thì UAB Ur.
d Nếu 2
U U U thì UX ngược pha Ur.
Câu 3: Một mạch điện xoay chiều gồm phần tử X nối tiếp phần tử Y Biết rằng X và Y là 1 trong 3 phần tử
điện trở thuần, tụ điện và cuộn dây Đặt một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U vào hai đầu đoạn
mạch thì điện áp hiệu dụng trên X là U 3 và trên Y là 2U Hai phần tử X và Y tương ứng là
A X là cuộn dây thuần cảm và Y là tụ điện
B X là cuộn dây không thuần cảm và Y là tụ điện
C X là tụ điện và Y là cuộn dây không thuần cảm
D X là điện trở thuần và Y là cuộn dây không thuần cảm
Hướng dẫn:
Trang 5Ta có:
X là cuộn dây không thuần cảm và Y là tụ điện
Chọn B
Câu 4: Cho hai hộp kín X, Y chỉ chứa 2 trong ba phần tử: R, L (thuần), C mắc nối tiếp Khi mắc hai điểm A,
M vào hai cực của một nguồn điện một chiều thì Ia= 2A, UV1= 60V Khi mắc hai điểm A, B vào hai cực của một nguồn điện xoay chiều tần số 50Hz thì Ia= 1A, Uv1= 60V; UV2= 80V, UAMlệch pha so với UMBmột góc
1200 Xác định X, Y và các giá trị của chúng?
Hướng dẫn:
Phân tích bài toán: Đây là một bài toán có sử dụng đến tính chất của dòng điện 1 chiều đối với cuộn cảm và
tụ điện Khi giải phải lưu ý đến với dòng điện 1 chiều thì = 0 Z L = 0 và
C
1
ZC Cũng giống như phân tích trong những bài toán trên, bài toán này phải giải theo phương pháp giản đồ véctơ (trượt).
Vì X cho dòng điện một chiều đi qua nên X không chứa tụ điện Theo đề bài thì X chứa 2 trong ba phần tử nên X phải chứa điện trở thuần (RX) và cuộn dây thuần cảm (LX) Cuộn dây thuần cảm không có tác dụng với dòng điện một chiều nên: RX= U V 1 60
30
Khi mắc A, B vào nguồn điện xoay chiều: ZAM= 1
X
V 2 2
X L
U 60
60 R Z
I 1
Trang 6X X
X
X
Z 60 30 3.30 Z 30 3
Z
R
Vẽ giản đồ véctơ cho đoạn AM Đoạn mạch MB tuy chưa biết nhưng chắc chắn trên giản đồ nó là một véc tơ tiến theo chiều dòng điện, có độ dài = UV2= 80V và hợp với véctơ AB một góc 1200ta vẽ được giản đồ véctơ cho toàn mạch
Từ giản đồ véctơ ta thấy MB buộc phải chéo xuống thì mới tiến theo chiều dòng điện, do đó Y phải chứa
điện trở thuần (RY) và tụ điện CY
Xét tam giác vuông MDB:
Y Y
Y Y
R 0
L 0
L MB
Y
U
Z 40 3 3
U U cos30 80 40 3V 40 3 0,4 3
100
Câu 5: Một đoạn mạch xoay chiều AB gồm hai phần tử X, Y mắc như trên Cường độ dao động trong mạch
nhanh pha
6 so với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch
a Hai phần tử trên là 2 phần từ nào trong số R, L, C?
Trang 7b Biết các biên độ của hiệu điện thế và cường độ dòng điện lần lượt là U0= 40V và I0= 8A, tần số dao động
là f = 50Hz Tính giá trị mỗi phần tử
Hướng dẫn:
Giả sử trong đoạn mạch trên không có R Như vậy thì X, Y là hai phần từ L, C
Gọi U,I (R = 0): tan =
R
Z
ZL c = = tan
2
vô lí
Theo đầu bài Utrễ pha với i một góc
6
vậy mạch điện chắc chắn có R (giả sử X là R) Y là L hoặc C
Do i sớm pha hơn u Y là C
Tần số góc: = 2f = 2.50 = 100 rad/s
Độ lệch pha: tan = –
3
1 ) 6 ( tg R
ZC
8
40 I
U Z R
0
0 2 C
2 R2+ Z2C= 25 (2)
Thay (1) vào (2) ta được: 3ZC2+ Z2C= 25 ZC= 2,5 R = 2,5 3
Vậy: R = 2,5 3; C =
3 C
10 4 100 5 , 2
1 Z
Trang 8Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư phạm đến từ các trường Đại học và các trường chuyên
danh tiếng
I Luyện Thi Online
- Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ các Trường ĐH và THPT danh tiếng xây dựng các khóa luyện thi THPTQG các môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và Sinh Học.
- Luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán : Ôn thi HSG lớp 9 và luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán các trường
PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trường Chuyên khác cùng TS.Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo và Thầy Nguyễn Đức Tấn.
II Khoá Học Nâng Cao và HSG
- Toán Nâng Cao THCS:Cung cấp chương trình Toán Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho các em HS THCS lớp 6,
7, 8, 9 yêu thích môn Toán phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập ở trường và đạt điểm tốt ở các kỳ thi HSG.
- Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng 5 phân môn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ Hợp dành cho
học sinh các khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam
Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn cùng đôi HLV đạt thành
tích cao HSG Quốc Gia.
III Kênh học tập miễn phí
- HOC247 NET: Website hoc miễn phí các bài học theo chương trình SGK từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn
học với nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú và cộng đồng hỏi đáp sôi động nhất.
- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp các Video bài giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa bài tập, sửa đề thi miễn phí
từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và Tiếng Anh.
Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online cùng Chuyên Gia
HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí