Các dạng bài tập ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Dạng 15: Bài toán mạch R, L, C mắc nối tếp - Đỗ Ngọc Hà (Có lời giải chi tiết)

Nội dung text: Các dạng bài tập ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Dạng 15: Bài toán mạch R, L, C mắc nối tếp - Đỗ Ngọc Hà (Có lời giải chi tiết)

1. DẠNG 15: BÀI TOÁN MẠCH R, L, C MẮC NỐI TẾP ❖ KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Giản đồ véctơ biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng trong mạch R, L, C nối tiếp như sau: 2 2 + Tổng trở của mạch: Z R (ZL ZC ) + Quan hệ tức thời: u uR uL uC Uo cos(t u ) U U U U u2 (U U )2 + Quan hệ biên của các đại lượng: I oR oL oC o oR oL oC R Z Z Z 2 2 L C R (ZL ZC ) UoL UoC ZL ZC tan tan( u i ) UoR R + Độ lệch pha (u,i) là : U R cos cos( ) oR u i Uo Z Ví dụ 1. (THPT QG 2019): Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R 20 3 mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần. Biết cuộn cảm có cảm kháng ZL 20. Độ lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện trong đoạn mạch là A. . B. . C. . D. . 3 2 4 6 Hướng dẫn giải R 20 3 Z 1 Ta có: tan L R 6 ZL 20 3 Độ lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện trong đoạn mạch là 6 Đáp án D Trang 1
2. Ví dụ 2. (Thử nghiệm THPT QG 2017): Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 220V và tần số 50Hz vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở có giá trị là 40  , cuộn cảm thuần có độ tự cảm ,8 2.10 4 H và tụ điện có điện dung F. Cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch bằng A. 2,2A. B. 4,4A. C. 3,1A.D. 6,2A. Hướng dẫn giải 0,8 0,8 L H Z 2 fL 2 ,50. 80(). L 2.10 4 1 1 C F Z 50() C 2 fC 2.10 4 2 .50. 2 2 2 2 Tổng trở của mạch: Z R (ZL ZC ) 40 (80 50) 50(). U 220 Cườn độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch bằng: I 4,4(A). Z 50 Đáp án B Ví dụ 3. (THPT QG 2019): Đặt điện áp u 40cos100 t (V) vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp, trong đó cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thay đổi được. Biết giá trị của điện trở là 10  và dung kháng của tụ điện là 10 3. Khi L = L1 thì điện áp giữa hai đầu cuộn cảm là 2L1 uL UL cos 100 t (V). Khi L thì biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là o 6 3 A. i 2 3 cos 100 t (A). B. i 2 3 cos 100 t (A). 6 6 C. i 3 cos 100 t (A). D. i 3 cos 100 t (A). 6 6 Hướng dẫn giải R 10(); ZC 10 3(). + Khi L L1 : uL UL cos 100 t (V) i u o 6 1 L 2 6 2 3 Độ lệch pha giữa u và i lúc này là: 1 u i 0 1 3 3 Z Z Z 10 3 Ta có: tan L1 C tan L1 Z 20 3() 1 R 3 10 L1 2L 2L 2 2 40 + Khi L L 1 : Z L  1 .Z 20 3 (). 2 3 L2 2 3 3 L1 3 3 Trang 2
3. 2 40 20 Tổng trở của đoạn mạch: Z R2 (Z Z )2 102 10 3 () L2 C 3 3 40 10 3 Z Z tan L2 C 3 2 R 10 2 6 i2 u 6 6 U 40 Cường dộ dòng điện cực đại: I o 2 3(A) o Z 20 3 2L Vậy khi L 1 thì biểu thức cường độ dòng điện trong đoạn mạch là: 3 i 2 3 cos 100 t (A) 6 Đáp án A Ví dụ 4. (THPT QG 2017): Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng và tần số không đổi vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp theo thứ tự gồm biến trở R, cuộn cảm thuần L và tụ điện C. Gọi U RL là điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch gồm R và L, U C là điện áp hiệu dụng ở hai đầu tụ điện C. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của U RL và UC theo chiều giá trị của biến trở. Khi giá trị của R bằng 80  thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu biến trở có giá trị là A. 160V.B. 140V.C. 1,60V.D. 180V. Hướng dẫn giải R2 Z2 U U Ta có U I.Z U L RL RL 2 2 2 2 R (ZL ZC ) R (Z Z ) Z .(Z 2Z ) L C 1 C C L 2 2 R2 Z2 R ZL L Từ đồ thị ta thấy đường biểu diễn URL (R) là một đường thẳng URL R. U ZC .(ZC 2ZL ) URL R 2 2 0 ZC 2ZL UC 2UL ZC .(ZC 2ZL ) R ZL 1 2 2 R ZL UC 240(V) UL ,5UC 120(V) R 80() : 2 2 2 URL 200(V) URL UR UL 2 2 2 2 UR URL UL 200 120 160(V) Đáp án A Trang 3
4. Trang 4