Phương Pháp Giải Toán ĐXC _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hinta Vũ Ngọc Anh – Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1 Tổng Hợp 96% Về Đại Lượng R Biến Thiên I − Mạch RLC 1, R thay đổi để công suất mạch RLC cực đại R0 = |ZL – ZC| 2 2 max L C 0 U U P 2 Z Z 2R 2, Hai giá trị của R cho cùng một giá trị công suất 22 1 2 0 L CR R R Z Z 1 2 2 (φ1, φ2 là độ lệch pha giữa u và i) 1 1 1 2 R cosφ R R 2 2 1 2 R cosφ R R 2 max 1 2 U P 2 R R 2 1 2 1 2 U P P R R 3, Mối quan hệ giữa công suất và công suất cực đại 2 2 2 L C2 2 L C Z ZU U R U R P I R .R . . . Z Z Z Z Z Z Z 2 L C U .sin .cos Z Z max2P .sin .cos nên P maxP .sin 2 . Lưu ý: Khi R thay đổi thì: maxP P .sin 2 Khi L, C, ω thay đổi thì 2 maxP P .cos II − Mạch RLrC 1, Công suất trên biến trở cực đại 22 2 1 L CR r Z Z 2 R max 1 U P 2 R r 1, Công suất trên toàn mạch cực đại 2 L CR Z Z r 2 max 2 U P 2 R r Phương Pháp Giải Toán ĐXC _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hinta Vũ Ngọc Anh – Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 2 III − Ví dụ minh họa VD1: Đặt điện áp u = 200cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Thay đổi R = R0 để công suất trên toàn mạch cực đại thì khi đó Pmax = 200 W. Tìm R0 ? A. 100 Ω B. 50 Ω C. 200 Ω D. 150 Ω HD: Ta có: 2 2 max 0 0 0 100 2U P 200 R 50Ω 2R 2R . Chọn B. VD2: Đặt điện áp u = U0cos(100πt + π/2) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Thay đổi R = R0 để công suất trên toàn mạch cực đại và dòng điện hiệu dụng cực đại chạy trong mạch là Imax = 2A. Tại thời điểm t = 0,05 s, cường độ dòng điện hiệu dụng có độ lớn là A. √2 A B. 1 A C. 2 A D. √3 A HD: Khi R thay đổi để công suất trong mạch đạt cực đại thì R0 = |ZL – ZC| Mặt khác: L C Z Z π tanφ 1 φ R 4 . Nên tại thời điểm t = 0, dòng điện có pha là α1 = 3π/4 hoặc α2 = π/4 → dòng điện có độ lớn là √2 A. Vậy tại t = 0,05 = 2,5T thì cường độ dòng điện có độ lớn là I = √2 A. Chọn A. VD3: Đặt điện áp u = 200cos(100πt + π/2) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được, L = 2/π (H) và C = 10−4/π (F). Thay đổi R = R0 để công suất trên toàn mạch cực đại. Biểu thức của dòng điện chạy trong mạch là A. i = 2cos(100πt + 3π/4) (A) B. i = 2cos(100πt + π/4) (A) C. i = √2cos(100πt + π/4) (A) D. i = √2cos(100πt + 3π/4) (A) HD: Ta có: ZL = 200Ω, ZC = 100Ω → R0 = |ZL – ZC| = 100Ω → Z = 100√2 Ω. Lại có I = U/Z = √2 A. Mặt khác ZL > ZC → điện áp sớm pha hơn dòng điện φ = π/4 → pha ban đầu của dòng điện là α = π/4 → i = √2cos(100πt + π/4) (A) Chọn C. VD4: Đặt điện áp u = 120√2cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi thay đổi R1 = 40 Ω và R2 = 90 Ω thì cho cùng một giá trị của công suất. Công suất cực đại của mạch là: A. 120 W B. 40 W C. 50 W D. 80 W HD: Ta có: 2 2 max 1 2 U 120 P 120W 2 R R 2 40.90 . Chọn A. VD5: Đặt điện áp u = 100√2cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi thay đổi R1 = 40 Ω và R2 = 60 Ω thì cho cùng một giá trị của công suất. Công suất của mạch khi đó là A. 120 W B. 40 W C. 100 W D. 80 W HD: Phương Pháp Giải Toán ĐXC _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hinta Vũ Ngọc Anh – Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 3 Ta có: 2 2 1 2 1 2 U 100 P P 100W R R 40 60 . Chọn C. VD6: Đặt điện áp u = U0cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi thay đổi R1 = 10 Ω và R2 = 30 Ω thì cho cùng một giá trị của công suất. Hệ số công suất của mạch khi R1 = 10 Ω là A. 1/2 B. √2/2 C. √3/2 D. 1 HD: Ta có: 1 1 1 1 2 22 1 21 1 21 L C R R R cosφ R RR R RR Z Z . Nên: 1 1 1 1 2 R 10 1 k cosφ R R 10 30 2 Chọn A. Tương tự ta có công thức tính hệ số công suất khi 2 giá trị của R cho cùng 1 công suất 1 1 1 2 R cosφ R R 2 2 1 2 R cosφ R R Chọn A. VD7: Đặt điện áp u = U0cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi thay đổi R = R1 = 20 Ω và R = R2 thì cho cùng một giá trị của công suất. Hệ số công suất của mạch khi R = R1 là 0,5. Tìm R2 ? A. 10 Ω B. 60 Ω C. 20 Ω D. 80 Ω HD: Ta có: 1 1 2 1 2 2 R 20 cosφ 0,5 R 60Ω R R 20 R Chọn B. VD8: Đặt điện áp u = U0cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi R = R1 thì công suất mạch là P0 và điện áp sớm pha hơn dòng điện π/6. Khi R = R2 thì công suất mạch là P0 và pha của dòng điện so với điện áp là A. chậm pha π/6 B. sớm pha π/6 C. chậm pha π/3 D. chậm pha π/6 HD: Ta có: 1 2 2 π π φ φ φ 2 3 . Khi R = R1 thì điện áp sớm pha hơn dòng điện π/6 → khi R = R2 thì điện áp sớm pha hơn dòng điện π/3 → dòng điện chậm pha π/3 so với điện áp. Chọn C. VD9: Mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi R = R1 thì công suất của mạch là 150W và lúc này độ lệch pha giữa cường động dòng điện và hiệu điện thế là π/3 rad. Thay đổi R để mạch có công suất cực đại, giá trị công suất cực đại là A. 100 W B. 120√3 W C. 100√3 W D. 200 W HD: Ta có: max max max 2π P P .sin 2φ 150 P .sin P 100 3W 3 . Chọn B. Phương Pháp Giải Toán ĐXC _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hinta Vũ Ngọc Anh – Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 4 VD10: Đặt điện áp u = 120√2cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được, C = 1/4π (mF) và L = 1/π (H). Khi thay đổi giá trị của R bằng R1 và R2, ứng với mỗi giá trị của biến trở thì công suất của mạch là P1 và P2 biết √3P1 = P2. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện trong hai trường hợp là φ1 và φ2 biết 2φ1 = φ2. Giá trị của P1 là: A. 120 W B. 240 W C. 60 W D. 60√3 W HD: Ta có: 1 2 1 2 2 2 3P P 3 sin 2φ sin 2φ 3 sinφ sin 2φ 2 2 2 2 2 1 3 3 sin 2sin cos cos 2 6 12 . Lại có: 2 max L C U P P .sin 2φ .sin 2φ 120.sin 2φ 2 Z Z (*) Áp dụng thay φ1 = π/12 vào (*) ta có: P1 = 120.sin2φ1 = 60 W. Chọn C. VD11: Mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi thay đổi giá trị của R bằng R1 và R2, ứng với mỗi giá trị của biến trở thì công suất của mạch là P1 và P2 biết 2P1 = √3P2. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện trong hai trường hợp là φ1 và φ2 biết φ1 + φ2 = 7π/12. Khi thay đổi giá trị của R = R0 thì công suất của mạch cực đại và bằng 200W. Giá trị của P1 là: A. 50 W B. 100√2 W C. 100 W D. 100√3 W HD: Ta có: 1 2 1 2 2P 3P 2sin 2φ 3sin 2φ Kết hợp với: φ1 + φ2 = 7π/12 → φ1 = π/3 và φ2 = π/4. (Bấm máy) Lại có: max P P .sin 2φ 200.sin 2φ (*) Áp dụng thay φ1 = π/3 vào (*) ta có: P1 = 200.sin2φ1 = 100√3 W. Chọn D. VD12: Đặt điện áp xoay chiều vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi thay đổi giá trị của R = R0 thì công suất của mạch cực đại và bằng 100W. Khi R = R1 = √3 R0 thì công suất toàn mạch là P1. Giá trị của P1 là: A. 50 W B. 50√3 W C. 200 W D. 100√3 W HD: Ta có: 2 2 2 2 1 1 1 1 1 02 2 2 0 1 0 U U 3U P I R .R .R R 3R Z R R 4R Lại có: 2 max 0 U P 2R 1 1 max P 3 P 50 3(W) P 2 Chọn B. Phương Pháp Giải Toán ĐXC _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hinta Vũ Ngọc Anh – Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 5 VD13: Đặt điện áp xoay chiều u = U0cos(ωt + φ) (V) có tần số f không đổi vào đoạn mạch RLC mắc nối tiếp, cuộn dây thuần cảm, tụ điện C và điện trở thuần R. Đồ thị biểu diễn giá trị công suất toàn mạch khi điện trở R biến thiên như đồ thị như hình vẽ. Tính U0 A. 120V B. 130V C. 60V D.130 2 V HD: Ta có: 2 0 1 2 2 R R R R 90Ω Lại có: max 1 2 max 0 P R R 40 90 13 845 P W P 2R 2.60 12 6 Mặt khác: 2 max 0 0 U P U 130W U U 2 130 2W 2R . Chọn D. VD14: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp (cuộn dây không thuần cảm có r = 30 Ω), R là một biến trở. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều. Khi R = R1 và R = R2 = 10 Ω thì lần lượt điện áp trên biến trở cực đại PRmax và trên toàn mạch cực đại Pmax = nPRmax. Giá trị của n là A. 3 B. 1,5 C. 2,5 D. 2 HD: Ta có: 22 2 21 L C 2 2 1 2 12 2 2 L C R r Z Z R r R r R 50 R r Z Z Ω. (1) Lại có: 2 R max 1 U P 2 R r và 2 max 2 U P 2 R r Nên: max 1 R max 2 P R r 50 30 n 2 P R r 10 30 Chọn D. VD15: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp (cuộn dây không thuần cảm), R là một biến trở. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều. Khi R = R1 = 76 Ω và R = R2 thì lần lượt điện áp trên biến trở cực đại PRmax và trên toàn mạch cực đại Pmax = 2PRmax. Giá trị R2 là A. 45,6 Ω B. 60,8 Ω C. 15,2 Ω D. 12,4 Ω HD: Ta có: 22 2 21 L C 2 2 2 1 22 2 2 L C R r Z Z R r R r 76 R r Z Z . (1) Lại có: 2 R max 1 U P 2 R r và 2 max 2 U P 2 R r Đề cho: 1max R max 2 2 R r 76 r P 2P 2 2 R r R r . (2) Từ (1) và (2): suy ra r = 45,6 Ω và R2 = 15,2 Ω. Chọn C. P(W) R(Ω) PMax 130 40 60 Phương Pháp Giải Toán ĐXC _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hinta Vũ Ngọc Anh – Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 6 IV. Bài luyện tập Câu 1: Cho mạch điện xoay chiều AB gồm các phần tử R, L, C nối tiếp có R thay đổi được. Để công suất trên mạch cực đại thì giá trị của R phải là A. R = ZL – ZC B. R = ZC – ZL C. R = ZC + ZL D. R = |ZL – ZC| Câu 2: Cho mạch điện xoay chiều AB gồm các phần tử R, L, C nối tiếp có R thay đổi được. Thay đổi R = R1 và R = R2 thì công suất trên mạch có cùng một giá trị, độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp lần lượt là φ1 và φ2. Biểu thức đúng là A. cosφ1 + cosφ2 = 1 B. cosφ1 – cosφ2 = 1 C. cos2φ1 + cos2φ2 = 1 D. cos2φ1 – cos2φ2 = 1 Câu 3: Đặt điện áp u = U0cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Khi thay đổi R = R1 = 45 Ω và R = R2 = 80 Ω thì cho cùng một giá trị của công suất P = 80W. Khi thay đổi R = R0 thì công suất của mạch cực đại là A. 250 W B. 100 W C. 80√2 W D. 250/3 W Câu 4: Đặt điện áp u = U0cos(ωt) (v) vào mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được, L = 2/π (H) và C = 10−4/π (F). Khi thay đổi R = R1 và R = R2 thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là như nhau. Điện áp giữa 2 đầu LC khi R = R1 gấp 2 lần điện áp giữa 2 đầu LC khi R = R2. Các giá trị của R1 và R2 là: A. R1 = 50 Ω, R2 =100 Ω B. R1 = 50 Ω, R2 =200 Ω C. R1 = 25 Ω, R2 =100 Ω D. R1 = 40 Ω, R2 =250 Ω Câu 5: Cho mạch điện xoay chiều AB gồm các phần tử R, C nối tiếp có R thay đổi được. Thay đổi R = R1 và R = R2 thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là như nhau, độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp lần lượt là φ1 và φ2. Biết φ1 + φ2 = π/2. Biểu thức tính điện dung C là A. 1 2 1 C ω R R B. 1 2 C ω R R C. 1 2 R R C ω D. 1 2 ω C R R Câu 6: Cho mạch điện xoay chiều AB gồm các phần tử R, L, C nối tiếp có R thay đổi được. Thay đổi R = R1 và R = R2 = 9 R1/16 thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là như nhau. Hệ số công suất của mạch điện trong các lần thay đổi R là A. 0,6 và 0,8 B. 0,75 và 0,6 C. 0,8 và 0,6 D. 0,6 và 0,75 Câu 7: Mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có R thay đổi được. Thay đổi R = R0 = 24Ω để công suất trên toàn mạch cực đại và bằng 200W. Thay đổi R = R1 và R = R2 = 0,5625R1 thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là như nhau và bằng A. 288 W B. 192 W C. 144 W D. 168 W Câu 8: Trong mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp, trong đó cuộn dây có thêm điện trởtrong r. Biết rằng R của mạch thay đổi được. Thay đổi R cho đến khi R = R0 thì Pmax. Khi đó, cường độ dòng điện trong mạch được cho bởi công thức A. 0 U I 2R B. 0 U I 2R C. 0 U I 2R D. 0 U I R Câu 9: Đặt điện áp u = 100√2cos(100πt) (v) vào mạch điện xoay chiều AB gồm các phần tử R, L, C nối tiếp có R thay đổi được. Khi R = R1 = 50 Ω thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là P1 = 60 W, độ lệch pha giữa u và i là φ1. Khi R = R2 = 25 Ω thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là P2 , độ lệch pha giữa u và i là φ2. Biết cos2φ1 + cos2φ2 = 0,75. Giá trị của P2 là A. 180 W B. 90 W C. 120 W D. 150 W Câu 10: Đặt điện áp u = U√2cos(ωt) V vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R, tụ điện có điện dung C và cuộn cảm thuần có độ tự cảm L mắc nối tiếp. Khi R = R0 thì công suất của mạch là P và hệ số công của của mạch là cosφ0, tăng dần giá trị R đến R = R1 thì công suất của mạch vẫn là P và hệ số công suất của mạch là cosφ1. Tiếp tục điều chỉnh R đến R = R0 + R1 thì hệ số công suất của mạch là 2cosφ0, khi đó công suất của mạch bằng 100 W. Giá trị P gần với giá trị nào nhất sau đây: A. 120 W B. 90 W C. 80 W D. 140 W Phương Pháp Giải Toán ĐXC _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hinta Vũ Ngọc Anh – Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 7 Câu 11: Đặt một điện áp xoay chiều có tần số f không đổi vào một mạch điện có cuộn cảm thuần L mắc nối tiếp với một biến trở R. Thay đổi R = R0 để công suất toàn mạch đạt giá trị cực đại. Giá trị của cuộn cảm thuần L là A. 0 R L 2 f B. 0 R L f C. 0 2 f L R D. 0 f L R Câu 12: Đặt một điện áp xoay chiều có tần số f không đổi vào một mạch điện mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần L, tụ điện C và biến trở R. Thay đổi R = R0 để công suất toàn mạch đạt giá trị cực đại là Pmax = 200 W. Công suất trên cuộn cảm thuần L khi đó là A. 200 W B. 100√2 W C. 200√2 W D. 0 W Câu 13: Đặt một điện áp xoay chiều u = 100√2cos(ωt + φ) (V) vào một mạch điện mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần L, tụ điện C và biến trở R. Khi R = R1 hoặc R = R2 thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch cùng bằng 200 W. Biết hệ số công suất của đoạn mạch khi R = R1 là 1/√5. Giá trị của R2 là A. 20 Ω B. 10 Ω C. 40 Ω D. 30 Ω Câu 14: Đặt một điện áp xoay chiều ổn định u = U0cos(ωt – π/6) (V) vào một mạch điện mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần L, tụ điện C và biến trở R. Khi R = R1 hoặc R = R2 = 20 Ω thì mạch tiêu thụ cùng công suất. Biết rằng khi R = R1 thì biểu thức hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm là u = U0Lcos(ωt + π/6) (V). Giá trị của R1 là A. 40 Ω B. 60 Ω C. 40 Ω D. 80 Ω Câu 15: Đặt một điện áp xoay chiều u = U0cos(100πt – π/6) (V) vào một mạch điện mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần L, tụ điện C = 1/7π (mF) và biến trở R. Khi R = R1 = 40 Ω hoặc R = R2 = 90 Ω thì thì mạch tiêu thụ cùng công suất. Giá trị L của cuộn cảm có thể là A. 2/π H B. 13/π H C. 3/π H D. 12/π H Câu 16: Đặt một điện áp xoay chiều ổn định u = U0cos(ωt + π/6) (V) vào một mạch điện mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần L, tụ điện C và biến trở R. Khi R = R1 hoặc R = R2 thì mạch tiêu thụ cùng công suất. Biết rằng khi R = R1 thì biểu thức hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm là u = U0Ccos(ωt – π/6) (V). Hệ số công suất của mạch khi R = R2 là A. 0,5 B. 1/√2 C. √3/2 D. 1 Câu 17: Đặt một điện áp xoay chiều có tần số f không đổi vào một mạch điện mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần L, tụ điện C và biến trở R. Khi R = R0 = 20 Ω thì công suất tiêu thụ của mạch cực đại và biểu thức dòng điện là i = 2√2cos(ωt + φ) A. Khi R = R1 thì công suất tiêu thụ của mạch là 40√3 W. Giá trị của R1 là A. 20 Ω B. 10√3 Ω C. 20/√3 Ω D. 40 Ω Câu 18: Đặt điện áp xoay chiều ổn định u = U√2cos(100πt) vào 2 đầu đoạn mạch gồm: biến trở R, cuộn cảm thuần L và tụ điện C mắc nối tiếp. Người ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất mạch điện với điện trở R như hình bên. Xác định giá trị của y: A. 20 B. 50 C. 80 D. 100 Câu 19: Cho một đoạn mạch điện xoay chiều gồm một biến trở R mắc nối tiếp với một cuộn thuần cảm L = 1/ H. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch ổn định và có biểu thức u = 100sin100t (V). Thay đổi R, ta thu được công suất toả nhiệt cực đại trên biến trở bằng A. 12,5W B. 25W C. 50W D. 100W Câu 20: Một đoạn mạch gồm biến trở R mắc nối tiếp với cuộn dây có độ tự cảm L = 0,08H và điện trở thuần r = 32. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế dao động điều hoà ổn định có tần số góc 300 rad/s. Để công suất toả nhiệt trên biến trở đạt giá trị lớn nhất thì điện trở của biến trở phải có giá trị bằng bao nhiêu? A. 56 B. 24 C. 32 D. 40 Phương Pháp Giải Toán ĐXC _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hinta Vũ Ngọc Anh – Viện Vật Lý Kỹ Thuật – Đại Học Bách Khoa Hà Nội 8 Câu 21: Cho một đoạn mạch điện RLC nối tiếp. Biết L = 0,5/ H, C = 10-4/ F, R thay đổi được. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế ổn định có biểu thức: u = U0.sin 100t. Để công suất tiêu thụ của
Tài liệu đính kèm: