Các dạng bài tập ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Dạng 17: Cộng hưởng trong mạch điện xoay chiều R, L, C, nối tiếp - Đỗ Ngọc Hà (Có lời giải chi tiết)

Nội dung text: Các dạng bài tập ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Dạng 17: Cộng hưởng trong mạch điện xoay chiều R, L, C, nối tiếp - Đỗ Ngọc Hà (Có lời giải chi tiết)

1. DẠNG 17: CỘNG HƯỞNG TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU R, L C, NỐI TIẾP ❖ KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Trong mạch điện R, L, C nối tiếp, hiện tượng cộng hưởng xảy ra khhi: 1 Z Z hay LC L C 2 Khi đó ta có: + cos 1 0 :u cùng pha với i. U I max R + Z R min U2 P max R Ví dụ 1. (THPT QG 2019): Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Biết R 10 , cuộn cảm có cảm kháng ZL 20 và tụ điện có dung kháng ZC 20. Tổng trở của đoạn mạch là A. 10  .B. 30  .C. 50  .D. 20  . Hướng dẫn giải ZL ZC 20() Trong mạch đang có cộng hưởng điện Tổng trở của mạch là: Z = R = 10(  ). Đáp án A Ví dụ 2. (THPT QG 2017): Đặt điện áp xoay chiều u 200 6 cost(V) (  thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở 100 3 , cuộn cảm thuần và tụ điện mắc nối tiếp. Điều chỉnh  để cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch đạt Imax . Giá trị của Imax bằng A. 2A.B. 6A. C. 3A.D. 2 2A. Hướng dẫn giải Điều chỉnh  để cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch đạt Imax thì xảy ra cộng hưởng U 200 3 Z Z I I 2(A) L C max R 100 3 max Đáp án A Ví dụ 3. (Sở GD Hà Nội 2019): Cho mạch điện như hình vẽ: điện trở R, cuộn dây thuần cảm L và tụ điện có điện dung thay đổi được, vôn kế V1 và V2 lí tưởng. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều 1 có tần số và điện áp hiệu dụng không đổi. Nếu điện dung của tụ giảm xuống từ giá trị C thì L2 A. Số chỉ của hai vôn kế đều giảm.B. Số chỉ V 1 tăng, số chỉ V2 giảm. Trang 1
2. C. Số chỉ của hai vôn kế đều tăng.D. Số chỉ V 1 giảm, số chỉ V2 tăng. Hướng dẫn giải 1 1 Xét tại giá trị: C L Z Z hay trong mạch đang cộng hưởng. L2 C L C U Cường độ dòng điện trong mạch đang cực đại: I max R Vôn kế 1 đo điện áp 2 đầu đoạn mạch gồm R và L: Sau khi thay đổi C thì I giảm. 2 2 Mà UV1 I. R ZL Số chỉ Vôn kế 1 giảm. Vôn kế 2 đo điện áp 2 đầu đoạn mạch gồm L và C. Số chỉ Vôn kế 2 là: UV2 I. ZL ZC Khi cộng hưởng thì ZL ZC 0, Vôn kế 2 chỉ 0(V). Sau khi thay đổi C thì ZL ZC 0 , do đó số chỉ Vôn kế 2 tăng. Đáp án D Ví dụ 4. (Thử nghiệm THPT 2017): Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 200V và tần số f thay 1 đổi được vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Biết cuộn cảm thuần có độ tự cảm H . Khi f=50Hz hoặc f = 200Hz thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch đều bằng 0,4A. Điều chỉnh f để cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch có giá trị cực đại. Giá trị cực đại này bằng A. 0,75A.B. 0,5A.C. 1A.D. 1,25A. Hướng dẫn giải 1 Z 2 f L 2 .50. 100() L1 1 f f 50(Hz) 1 1 Z C1 2 f1C Khi 1 Z 2 f L 2 .200. 400() L2 2 f f2 200(Hz) 1 ZC Z f2 4f1 Z 1 C2 C2 2 f2C 4 Z I I 0,4(A) Z Z Z Z 100 Z 400 C1 Z 400() 1 2 L1 C1 L2 C2 C1 4 C1 U 200 I1 0,4 R 400() R2 (Z Z )2 R2 (100 400)2 L1 C1 Điều chỉnh f để cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch có giá trị cực đại tức là mạch xảy ra cộng hường điện, ta có: U 200 I 0,5(A) max R 400 Trang 2
3. Đáp án B Ví dụ 5. (THPT QG 2017): Đặt điện áp uAB 30cos100 t(V)vào hai đầu đoạn mạch AB như hình vẽ bên, trong đó cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C thay đổi được. Khi C = C o thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch MN đạt giá trị cực đại và điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch AN và 30 2V . Khi C = 0,5Co thì biểu thức điện áp giữ hai đầu cuộn cảm là 5 A. uMN 15 3 cos 100 t V. B. uMN 15 3 cos 100 t V. 6 3 5 C. uMN 30 3 cos 100 t V. D. uMN 30 3 cos 100 t V. 6 3 Hướng dẫn giải + Khi C Co : UMN max UL max I Imax nên mạch đang có cộng hưởng điện. Z = R và Z Z L Co U u 30 2(V) . R2 Z2 30 2(V) AN R L 15 2 U 152 (V) . R2 Z2 30 2(V) Z R 3 R L L 1 Z + Khi C 0,5C C C Z 2Z 2Z 2 3R o C Co L Độ lệch pha giữa u và i là , ta có: Z Z R 3 2 3R tan L C 3 R R 3 5 UL i 2 i 3 2 6 Uo .ZL 30.R 3 UoL 15 3(V) Z R2 (R 3 2 3R)2 Khi C 0,5Co thì biểu thức điện áp giữa hai đầu cuộn cảm là: 5 uMN 15 3 cos 100 t V. 6 Đáp án A Trang 3