Học tốt Vật lí 12, bài 14: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp

Thứ bảy - 10/08/2019 10:04

Hệ thống kiến thức lí thuyết cơ bản cần nhớ, hướng dẫn trả lời câu hỏi sách giáo khoa và giải bài tập Vật lí 12, bài 14: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp

A. Kiến thức cơ bản
1. Mạch điện xoay chiều có R, L, C nối tiếp
hoc tot vat ly 12 bai 14

Xét đoạn mạch có R, L, C nối tiếp.
Dòng điện qua mạch i = I

cosωt.
Các hiệu điện thế tức thời:
- Ở hai đầu R: u_R = U_R

cosωt với U_R= IR
- Ở hai đầu L:u_L = U_L

với U_L= IZ_L
- Ở hai đầu C: u_C = U_C

với U_C= IZ_C
Ở hai đầu mạch:
U = u_R + u_L + u_C = U

cos(ωt + φ)
Giản đồ vectơ:
hoc tot vat ly 12 bai 14 hinh 2

Từ giản đồ Fre-nen, ta có:
Hiệu điện thế hiệu dụng: U² =

+ (U_L – U_C)²
hay U² = [R²+ (Z_L - Z_C)²]I² (1)
Cường độ hiệu dụng: (1) => I =

Tổng trở mạch: Z =

Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện.
Từ giản đồ Fre-nen: tanφ =

hay tanφ =

Nếu Z_L > Z_C => φ > 0: Điện áp u sớm pha so với dòng điện một góc φ.
Nếu Z_L < Z_C => φ < 0: Điện áp u trễ pha so với dòng điện một góc φ.
Nếu Z_L = Z_C => φ = 0: Điện áp u cùng pha so với dòng điện, mạch cộng hưởng.

4. Cộng hưởng điện
Đoạn mạch R, L, C xảy ra cộng hưởng khi Z_L = Z_C hay LCω² = 1
Khi đó: Z_min= R (Tổng trở của đoạn mạch có giá tri cực tiểu).
- U_R = U
- I_max=

(Cường độ hiệu dụng có giá trị cực đại).
- U_L = U_C.

B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 14
C1. Hãy nhắc lại định luật về hiệu điện thế trong mạch điện một chiều gồm nhiều điện trở mắc nối tiếp.
Trả lời:
Hiệu điện thế của mạch điện một chiều gồm nhiều điện trở ghép nối tiếp bằng tổng hiệu điện thế của từng đoạn U = U₁ + U₂ + ...

C2. Hãy giải thích vị trí tương hổ của các vectơ quay

và

trong Hình 14.2.
Trả lời:
Đoạn mạch chỉ có R:

_R hợp với

một góc 0°,

_R song song với

Đoạn mạch chỉ có C:

_C hợp với

một góc -90°,

_C vuông góc với

hướng xuống.
Đoạn mạch chỉ có L:

_L hợp với

một góc 90°,

_L vuông góc với

hướng lên.

C3. Chứng minh các hệ thức (14.1), (14.2) cho trường hợp U_L > U_C.
Trả lời:
Với U_L > U_C
Từ hình vẽ ta có:
U² =

=> U²=

+ (U_L – U_C)²
=> U² = [R²+ (Z_L - Z_C)²]I²
=> I =

Đặt Z=

I =

C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 14 TRANG 79, 80
1. Phát biểu định luật Ôm đối với mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp.
Trả lời:
Định luật Ôm của dòng điện xoay chiều của đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp: "Cường độ hiệu dụng trong mạch R, L, C mắc nối tiếp có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và tổng trở của mạch".

2. Dòng nào ở cột A tương ứng với dòng nào ở cột B?

A	B
1. Mạch có R 2. Mạch có R, C nối tiếp 3. Mạch có R, L nối tiếp 4. Mạch có R, L, C nối tiếp (Z_L > Z_C) 5. Mạch có R, L, C nối tiếp (Z_L< Z_C) 6. Mạch có R, L, C nối tiếp (Z_L = Z_C)	a. u sớm pha so với i b. u sớm pha so với i c. u trễ pha so với i d. u trễ pha so với i e. u cùng pha so với i f. cộng hưởng.

Trả lời:
1- e; 2 - a; 4 - a; 5 - c; 6 – f.

3. Mạch điện xoay chiều nối tiếp, cộng hưởng là gi? Đặc trưng của cộng hưởng?
Trả lời:
Cộng hưởng điện là hiện tượng trong mạch R, L, C mắc nối tiếp có Z_L = Z_C hay ωLC = 1.
Đặc điểm: - Tổng trở mạch Z = R là nhỏ nhất và I =

là lớn nhất.
- Dòng điện i cùng pha với điện áp u
U = U_R
U_L= U_C
4. Mạch điện xoay chiều gồm R = 20Ω nối tiếp với tụ điện C = F. Tìm biểu thức của cường độ tức thời i, biết u = 60 cos 100πt (V).
Giải:
Mạch R nối tiếp tụ điện thì i sớm pha so với u một góc φ =
Ta có: u = 60

cos100πt => I = I₀cos (100πt+φ₁)
Với I₀=

= 3A
tan φ =

= -1 => φ =

rad
=> φ = φ_u- φ_i=> φ_i= φ_u– φ = 0 -

Vậy i = 3cos

(A)

5. Mạch diện xoay chiều gồm có R = 30Ω nối tiếp với cuộn cảm: L= H. Cho điện áp tức thời giữa hai đầu mạch u = 120 cos100πt (V). Viết biểu thức của i.
Giải:

6. 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 100V, giữa hai đầu tụ điện bằng 80V, tính Z_C và cường độ hiệu dụng I.
Giải:
hoc tot vat ly 12 bai 14 cau 6

7. Mạch điện xoay chiều gồm điện trở R = 40Ω ghép nối tiếp với cuộn cảm L. Cho biết điện áp tức thời hai đầu mạch u = 80cos100πt (V) và điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm U_L = 40V.
a) Xác định Z_L
b) Viết biểu thức của i.
Giải:
hoc tot vat ly 12 bai 14 cau 7

8. Mạch điện xoay chiều gồm có: R = 30Ω, C = F, L= H. Biết điện áp tức thời hai đầu mạch u = 120 cos100πt (V). Viết biểu thức của i.
Giải:
hoc tot vat ly 12 bai 14 cau 8

9. Mạch điện xoay chiều gồm có: R = 40Ω, C = F, L= H. Biết diện áp tức thài hai đầu mạch: u = 120 cos100πt (V).
a) Viết biểu thức của i.
b) Tính U_AM (H.14.6).
Giải:

10. Cho mạch diện xoay chiều gồm R = 20Ω, L= H, C = 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 i.
Giải:

11. Chọn câu đúng.
Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp có R = 40Ω;