Luyện thi Vật lí Lớp 12 - Dạng toán điện xoay chiều - Chu Văn Biên

Nội dung text: Luyện thi Vật lí Lớp 12 - Dạng toán điện xoay chiều - Chu Văn Biên

1. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ MỤC LỤC BÀI TẬP ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ SỬ DỤNG LINH HOẠT CÔNG THỨC CƠ BẢN 110 TỈ SỐ HAI TAN GÓC LỆCH PHA 121 GIẢN ĐỒ VÉC TƠ 125 CÔNG THỨC TÍNH CÔNG SUẤT MẠCH TIÊU THỤ 136 GIÁ TRỊ TỨC THỜI Ở HAI THỜI ĐIỂM 138 GIÁ TRỊ TỨC THỜI VÀ VUÔNG PHA 140 GIÁ TRỊ TỨC THỜI KHI ULmax,UCmax KHI L THAY ĐỔI (C THAY ĐỔI) 142 HỆ SỐ CÔNG SUẤT TRONG HAI TRƯỜNG HỢP VUÔNG PHA 145 QUAN HỆ HIỆU TẦN SỐ VÀ TỈ SỐ DÒNG HIỆU DỤNG 146 ĐỊNH LÝ VIET KHI L, C THAY ĐỔI ĐỂ UL,C = kU 147 ĐỊNH LÝ VIET KHI ω THAY ĐỔI ĐỂ UL,C = Ku 152 PHÁT HIỆN MỚI CỦA PHỪNG LÃO−QUAN HỆ TẦN SỐ KHI UL = UC = kU 155 ĐỘ LỆCH PHA CỰC ĐẠI CỰC TIỂU 160 MỘT ĐIỆN ÁP HAI MẠCH CÙNG R HAI DÒNG ĐIỆN CÙNG BIÊN ĐỘ 162 KINH NGHIỆM DÙNG TN1 165 KINH NGHIỆM DÙNG BHD1 GIẢI BÀI TOÁN Ở MỨC VẬN DỤNG CAO 167 KINH NGHIỆM DÙNG BHD4 GIẢI BÀI TOÁN Ở MỨC ĐỘ VẬN DỤNG CAO 168
2. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ TUYỂN CHỌN MỘT SỐ DẠNG TOÁN ĐIỆN XOAY CHIỀU HAY – MỚI - LẠ SỬ DỤNG LINH HOẠT CÔNG THỨC CƠ BẢN Câu l. Đăt điện áp u = U0cosωt (V) (U, ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, điện trở R và tụ điện có điện dung C thay đổi được. Lúc đầu, điện áp hiệu dụng trên L, R và C lần lượt là 120 V, 60 V và 40 V. Thay đổi C để điện áp hiệu dụng trên tụ là 50 2 V thì điện áp hiệu dụng trên R là A. 60 2 V. B. 50 2V. C. 100V. D. 50V. Hướng dẫn U U2 U U 2 400 * Lúc đầu: R L C ZL 2R ' '2 ' ' 2 2 UC 50 2 UR UL UC 100 ' * Lúc sau:  U 50 2 Chọn B. ' ' R UL 2UR Câu 2. Đặt điện áp u = U0cosωt (V) (U, ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm cuộn cam thuần có độ tự cảm L, biến trơ R và tụ điện có điện dung C. Lúc đầu, điện áp hiệu dụng trên L, R và C lần lượt là U1, U1 3 và 2U1 . Thay đổi R để điện áp hiệu dụng trên R là U1 2 thì điện áp hiệu dụng trên C là A. U1 2 V. B. U1 3 V. C. U1. D. 2 2U1. Hướng dẫn 2 U U2 U U 2U * Lúc đầu: R L C 1 ' ' UC 2UL ZC 2ZL UC 2UL 2 2 1 ' ' 2 * Lúc sau: U1`.2 UC UC 4U1 UC 2 2U1 Chọn D 2 Câu 3. Đăt điện áp xoay chiều u 220 2 cos100 t V (V) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm biến trở R và cuộn cảm thuần L. Khi R = R1 hoặc R = R2 thì thấy tổng điện áp hiệu dụng trên R và trên L đều bằng 110 6 V. Dòng điện tức thời trong hai trường hợp R = R, và R = R2 lệch pha nhau một góc A. π/6. B. π/2. C. π/3. D. π/4. (Trích đề của Sở GD Nam Định − 2017) Hướng dẫn 6 1 UR U cos UR UL 110 6 U 3 12 Cách 1: 2 cos U Usin 4 2 5 L 2 12 Chọn C. 2 1 3 Cách 2: ZL 2 3 1 R ZL R ZL R 12 UR UL U 110 6 220 2 2 2 2 R Z R Z ZL 5 L L 2 3 R 2 12 . 2 1 3 Câu 4. Đăt điện áp xoay chiều u 200 2 cos100 t (V) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm biến trở R và tụ điện C. Khi R = R1 hoặc R = R2 thì thấy tổng điện áp hiệu dụng trên R và trên C đều bằng 280 V. Dòng điện tức thời trong hai truờng họp R = R 1 và R = R2 lệch pha nhau một góc A. π/6. B. π/3. C. 0,09π. D. 0,08π. Hướng dẫn UR U cos U U 280 280 1 0,6435 rad * Từ R L  cos U Usin 4 C 200 2 2 0,9273 rad 2 1 0,09 Chọn C. Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 110
3. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ Câu 5. Đặt điện áp u a 2 cost (V) (a, ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc U (V) P(W) UL (V) C nối tiếp gồm điện trở R = (Ω), cuộn cảm thuần có cảm kháng ZL thay đổi được và tụ điện C. Hình vẽ là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cảm kháng ZL của điện áp hiệu dụng trên cuộn cảm, điện áp hiệu dụng trên tụ và công suất mạch AB tiêu thụ. Giá trị của a gần nhất với 40 giá trị nào sau đây? A. 37. B. 31. C. 48. D. 55 0 17,5 ZL () Hướng dẫn * Đường 1 là UL. U2R U2 * Nếu đường 2 là P thì: P P a 40 2 2 max R R ZL ZC 2 2 2 2 17,5 Z Z Lm R ZC ZC 40 C 2 UZC ZLm  ZC 49,7 UC max 49,7 40 ZC ZC R Vô lý. UZC UZC * Nếu đường 2 là UC thì: UC UC max ZC 40 2 2 R R ZL ZC 2 2 2 2 17,5 Z 2 2 Z Lm R ZC a 40 C 2 a 40 ZLm  80 17,5 a 30 Chọn A. ZC 40 40 Câu 6. Đăt điện áp u 200 2 cost (V) (ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, điện trở R = 100Ω và tụ điện có điện dung C. Biểu thức điện áp trên tụ u C = 100 2 cos(cot − π/2) (V). Công suất tiêu thụ trên mạch AB là A. 200 W. B. 400 W. C. 300 W. D. 100 W. Hướng dẫn U2 2002 * Vì u  u nên mạch cộng hưởng: P 400 W Chọn B. L C R 100 Câu 7. Đăt cùng điện áp u 100 2 cos 100 t / 4 (V) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C = 1/(3π) mF. Điện áp hiệu dụng trên cuộn cảm và trên tụ lần lượt là 25 /2 V và 75 /2 V. Viết biểu thức dòng điện trong mạch. A. i 5 2 cos 100 t / 2 A . B. i 5cos 100 t / 2 A . C. i 2,5cos 100 t / 4 A . D. i 2,5 2 cos 100 t / 4 A . Hướng dẫn 2 2 2 U 100 * Từ U UR UL UC  UR 50 2 UL 25 2;UC 75 2 UL UC tan 1 UR 4 * Tính i 5cos 100 t A Chọn B. U 2 I C 2,5 2 ZC Câu 8. Đăt điện áp u U0 cost (V) (U0 và ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm cuộn cảm có độ tự cảm L có điện trở R và tụ điện có điện dung C thay đổi được. Thay đổi C để công suất tỏa nhiệt trên cuộn dây cực đại, khi đó điện áp hiệu dụng trên tụ là 2U0 và điện áp hiệu dụng trên cuộn dây là? A. 1,5U0 2. B. U0 2. C. U0 . D. 0,5U0 . Hướng dẫn UL UC 2U0 2 2 * Pmax khi cộng hưởng U0 URL UR UL 1,5U0 2 Chọn A. UR U 2 Câu 9. Đăt điện áp u U 2 cos 200 t (V) (U không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thay đổi được và điện trở R. Lần lượt cho L = 1/π H và L = 0,25/π H thì độ lệch pha của u và dòng trong mạch lần lượt là φ và φ’ sao cho φ + φ’ = 90°. Tính R. A. 80 Ω. B. 65 Ω. C. 100 Ω. D. 50 Ω. Hướng dẫn Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 111
4. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ R 2 R 2 * Từ ' 900 cos2 cos2 ' 1 1 R 2 2002 R 2 502 R 100  Chọn C. Câu 10. Đặt điện áp u = U0cosωt (V) (U0, ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm đoạn mạch AM chứa điện trở R, đoạn mạch MN chứa tụ điện có điện dung C và đoạn NB chứa cuộn cảm có độ tực ảm L và điển trở r. Nếu dùng ampe kế xoay chiều lý tưởng mắc nối tiếp xen giữa mạch thì số chỉ ampekes là 2,65A. Nếu mắc song song vào hai điểm A, M thì số chỉ là 3,64A. Nếu mắc song song vào hai điểm M, N thì số chỉ ampe kế là 1,68A. Hỏi nếu mắc song song ampe kế vào hai điểm A, N thì số chỉ ampe kế gần giá trị nào nhất sau đây: =A. 1,86 A. B. 1,21 A. C. 1,54 A. D. 1,91 A. Hướng dẫn 2 2 2 U C L,r R r Z Z 1 R L C 2 A A B 2,65 M N 2 2 U r2 Z Z 2 L C 3,642 A C L,r 2 R 2 2 U A B R r ZL 2 3 M N 1,68 U I 4 A r2 Z2 L,r L R C A B M N A L,r R C A B M N U2 U2 U2 Lấy 1 2 3 : r2 Z2 r2 Z2 0,2874U2 L 2,652 3,642 1,682 L U U I 1,865 A Chọn A. 2 2 2 r ZL 0 ,2874U Câu 11. Đăt điện áp u 50 100 2 cos100 t 50 2 cos 200 t (V) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 1/π H, điện trở R = 50 Ω và tụ điện có điện dung C = 50/π µF. Công suất mạch tiêu thụ là A. 40 W. B. 50 W. C. 1W. D. 200 W. Hướng dẫn 2 2 U2R U3 R * Vì dòng 1 chiều không đi qua tu nên: P O2 P3 2 2 Z2 Z3 1002.50 502.50 P 50 W Chọn B. 502 100 200 2 502 200 100 2 Câu 12. Đặt điện áp u 198 2 cos 2 ft(V) (V) (f không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp theo thứ tự gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, điện trỏ R và tụ điện có điện dung C. Khi nối tắt tụ thì điện áp hiệu dụng trên R tăng 2 lần và dòng điện trong hai trường hợp vuông pha nhau. Điện áp hiệu dụng trên R khi chua nổi tắt tụ là A. 442,74 V. B. 88,55 V. C. l 14,32 V. D. 140,01 V. Hướng dẫn 2 2 2 2 R ZL ZC 2 R ZL 2 Z 0,5R Z R2 Z Z R 5 * Từ L L C Z Z Z  L C . L 1 ZC 2,5R R R U UR 88,55 V Chọn B. 5 Câu 13. Cho mạch điện xoay chiều RLC với R = 50 Ω. Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi, tần số 50 Hz thì trong mạch có dòng điện xoay chiều. Tại thời điểm t = t1 năng lượng điện trường trong tụ điện đạt cực đại W0. Tại thời điểm −3 t = t2 = t1 + 5.10 s thì năng lượng từ trường trong cuộn cảm có giá trị 0,5W0. Biết rằng, ở thời điểm t dòng điện tức thòi trong mạch là i và điện áp tức thời trên tụ là UC thì năng lượng từ trường trong cuộn cảm và năng lượng điện trường trong tụ điện lăn lượt là 1 1 W Li2 và W Cu2 . Người ta thấy, dù tăng hay giảm giá trị của R (từ giá trị R = 50 Ω.) thì công suất tiêu thụ trong mạch đều L 2 C 2 C giảm. Giá trị điện dung C của tụ điện trong mạch là Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 112
5. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ A. 100/π (µF). B. 10/π (µF). C. 200/π µF). D. 50/π (µF). (Chuyên Quảng Bình − 2016) Hướng dẫn 1 1 1 * Vì W 0,5W LI2 0,5. CI2 Z2 Z Z L max C max 2 0 2 0 C L 2 C * Khi R 50 thì Pmax nên: 1 4 Z Z L 2 C 1 10 R ZC ZL  ZC 100  C F Chọn A. ZC Câu 14. Đăt điện áp u 200 2 cos 2 ft (V) (f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp theo thứ tự gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, điện trở R và tụ điện có điện dung C. Cố định f = 50 Hz, tại thời điểm t = t1 năng lượng điện trường trong tụ điện đạt cực −3 đại W0. Tại thời điểm t = t2 = t1 + 5.10 s thì năng lượng từ trường trong cuộn cảm có giá trị 0,5W0. Biết rằng, ở thời điểm t dòng điện tức thời trong mạch là i và điện áp tức thời trên tụ là Uc thì năng lượng từ trường trong cuộn cảm và năng lượng điện trường trong 1 1 tụ điện lân lượt là W Li2 và W Cu2 . Nếu thay R bằng các điện trở khác nhau thì công suất tiêu thụ trong mạch đều giảm. L 2 C 2 C Khi f thay đổi điện áp hiệu dụng trên L đạt giá trị cực đại gần giá trị nào nhất sau đây? A. 300 V. B. 280 V.C. 240V. D. 350 V. Hướng dẫn 1 1 1 * Vì W 0,5W LI2 0,5. CI2 Z2 Z Z L max C max 2 0 2 0 C L 2 C 1 Z Z Z R L 2 C L * Từ giá trị R thì Pmax nên R ZC ZL  ZC 2R 1 R 2C R 2 4 U 1 0,25 n UL max 302,4 Chọn A. 2 n 2L 2ZL ZC 3 1 n Câu 15. Đặt điện áp u 200 2 cos 100 t / 8 (v) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp theo thứ tự gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thay đổi được, điện trở R và tụ điện có điện dung C. Khi L = 1/π H hoặc L = 3/π H thì thấy cường độ hiệu dụng trong mạch bằng nhau và bằng 2 A. Điều chỉnh L để điện áp hiệu dụng trên đoạn RL cực tiểu thì giá trị cực tiểu đó là: A. 60 5 V. B. 40 5 V. C. 30 2 V . D. 70 2 V. Hướng dẫn 200 200 ZC 200  * Từ I1 2 2 2 2 2 R 100  R 100 ZC R 300 ZC 2 2 2 R ZL R 0 * URL I.R RL min U 40 5 V 2 2 2 2 R ZL ZC R 0 ZC Chọn B. Câu 16. Đặt điện áp u U 2 cos 2 ft V (U không đổi, f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp theo thứ tự gồm đoạn AM chựa cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và đoạn MB chứa điện trở R nối tiếp với tụ điện có điện dung C. Khi f = f1 thì mạch tiêu thụ công suất cực đại. Khi f = f2 hoặc f = f3 thì dòng điện hiệu dụng trong mạch có cùng giá trị sao cho 2/f2 + 1/f3 = 0,05. Khi f = f4 80Hz thì điện áp hiệu dụng trên đoạn MB không đổi nếu R thay đổi. Giá trị f1 gần giá trị nào nhất sau đây? A. 80 Hz. B. 70 Hz. C. 90Hz. D. 50 Hz. Hướng dẫn 2 2 2 1 1 2 1 1 * Vì I3 I2 nên f2f3 f1 2 . f1 f2 f3 2 f2 f3 40 f1 40 2 56,57 Hz 1 R 2 Z2 2 * Vì U U C R Z 2Z 2 f L RC 2 2 L C 4 2 f C R ZL ZC 4 f4 2f1 80 f1` 40 2 Hz 2 Từ (1) và (2) Chọn D. Câu 17. Đặt điện áp u U0 cos 2 ft(V) (f và U0 không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp theo thứ tự gồm điện trở R, tụ điện có điện dung C và cuộn cảm có độ tự cảm L có điện trở r sao cho L = CR2 = Cr2. Biết điện áp hiệu dụng trên đoạn RC gấp 3 lần điện áp hiệu dụng trên cuộn cảm. Tính hệ số công suất của mạch AB. A. 0,71. B. 0,5. C. 0,866. D. 0,6. Hướng dẫn Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 113
6. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ R r 1 2 2 2 2 L 2 2 1 R ZC 3 r ZL 1 * Từ ZL ZC r R ZC  x C x 3 ZL x R r cos 0,866 Chọn C. 2 2 R r ZL ZC Câu 18. Đăt điện áp u U0 cost (V) (ω và U0 không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp theo thứ tự gồm đoạn AM chứa điện trở R nối tiếp tụ điện có điện dung C và đoạn MB chứa cuộn cảm có độ tự cảm L có điện trở r. Dòng điện trong mạch sớm pha π/12 so với u. Điện áp trên AM trên pha π/2 so với điện áp trên MB nhưng có giá trị hiệu dụng gấp lần. Nếu trong thời gian 5 phút nhiệt lượng tỏa ra trên R là 1500 J thì nhiệt lượng tỏa ra trên cuộn cảm trong thời gian đó gần giá trị nào nhất sau đây ? A. 866 J. B. 750 J. C. 630 J. D. 1500 J Hướng dẫn 0 * Từ giản đồ suy ra:  45 . 150 300 R Qr r Qr 866 J Chọn A.  B 3 3 UC  UL   UR  Ur M Câu 19. Đặt cùng điện áp i U0 cos 100 t vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thay đổi được và tụ điện có điện dung C 10 4 / F. Lần lượt cho L = 2/π H và L = 4/π H thì biểu thức dòng điện trong mạch lần lượt là i1 I1 2 cos 100 t /12 (A) và i2 I2 2 cos 100 t / 4 (A). Giá trị R gần giá trị nào nhất sau đây? A. 145 0. B. 170 0. C. 240 0. D. 250 0. Hướng dẫn tan tan 400 200 * Ta nhận thấy: / 6 tan 2 1 2 1` 6 1 tan tan 300.100 2 1 R R R 100 3 Chọn B. Câu 20. Đăt điện áp xoay chiều u 100 2 cost V (ω thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm hai hộp kín X và Y. Trong mỗi hộp kín chỉ chứa một linh kiện hoặc điện trở thuần hoặc cuộn dây hoặc tụ điện. Khi ω = ω 0 thì điện áp hiệu dụng trôn X và Y lần lượt là 200 V và 100 V. Sau đó, nếu tăng C0 thì công suất của mạch tăng. Tính hệ số công suất của mạch AB khi ω = ω0. A. 3 / 12. B. 0,5 C. 1/ 2 . D. 3 / 2 Hướng dẫn   2 2 * Vì UX UY UY  U Có hai trường hợp như trên hình vẽ.  UR M    R U URL U M Y    UL   UC UX  URL UX   UL UC UY I A I A B B * Nếu hình a thì vô lý vì khi tăng ω công suất giảm. Chỉ hình B là đúng. AM 100 3 cos Chọn D. MB 200 Câu 21. Đăt điện áp xoay chiều ổn định vào hai đầu đoạn mạch gồm cuộn dây không thuần cảm nối tiếp với tụ điện, vôn kế lý tưởng mắc vào hai đầu cuộn dây. Nếu nối tắt tụ điện thì số chỉ vôn kế tăng 3 lần và cường độ dòng điện tức thời trong hai trường hợp vuông pha với nhau. Hệ số công suất của mạch lúc này là: A. 3 / 10. B. 1/ 10. C. 1/ 3. D. 1/ 3. Hướng dẫn Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 114
7. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ U UZ U I.Z RL cos UY 2 3UY1 cos 3cos V RL Z R 2 1 * Từ I1  I2 2 1 2 2 2 1 cos 1 9cos 1 cos 1 Chọn B. 2 10 Câu 22. Đăt điện áp u U 2 cos 2 ft (V) (U không đổi, f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C. Khi f = 50 Hz thì cường độ hiệu dụng qua mạch là 0,25 A. Khi f = f2 = 100 Hz thì mạch cộng hưởng và cường độ hiệu dụng là 0,25 2 A. Khi f = 150 Hz thì cường độ hiệu dụng qua mạch là A. 0,331 A. B. 0,288 A. C. 0,309 A. D. 0,322 A. Hướng dẫn U Bảng chuẩn hóa: (Từ I2 ) 2 2 R ZL ZC f(Hz) ZL ZC I 100 1 1 U I 0,25 2 2 R 50 0,5 2 U I1 0,25 R 2 0,5 2 2 150 1,5 2/3 U I3 R 2 1,5 2 / 3 2 I R 2 1,52 2 2 R 1,5 I R 1 Chọn C. I3 R 34 I3 0,309 I2 Rh2 25 / 36 3 Câu 23. Đăt điện áp u 60 2 cos100 t (V) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm đoạn AM chứa điện trở R 1 nối tiếp tụ điện có điện dung C = 0,5/π mF, đoạn MB chứa cuộn cảm có độ tự cảm L có điện trở R2. Điện áp hiệu dụng trên AM là 24 /5 V. Nếu nối tắt tụ bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ thì điện áp hiệu dụng trên AM và MB lần lượt là 24 5 V và 20 5 V. Tìm hệ số công suất mạch AB khi chưa nối tắt tụ. A. 0,86. B. 0,81. C. 0,95. D. 0,92. Hướng dẫn b R C M A B  60 UL Nối tắt C 20 5 MB R M L,R 2 A B A M UR 2 UR1 20 2 2 2 2 2 1 3 * Sau 60 20 .5 20 .2 2.20 2.5 cos MB cos MB sin MB 10 10 R R 2 UR 2 20 5 cos MB 10 2 R1 2R UL 20 5 sin MB 30 2 ZL 3R 2 2 U Z 60 9R 3R 20 * Trước AB AB R 10 2 2 UAM ZAM 24 5 4R 20 R 3R cos AB 0,3 10 0,95 Chọn C. Z 2 2 AB 9R 3R 20 Câu 24. Môt nhà máy thủy điện, mực nước có độ cao h = 40 m. Nhà máy này cung cấp điện cho một thành phố có 400000 dân. Coi hiệu suất là 100%. Biết rằng, mỗi tháng (30 ngày) mỗi người dân dùng A = 50 kWh điện năng, khối lượng riêng của nước là D = 1000 kg/m3, lấy g = 10 m/s2. Hỏi lưu lượng nước (thể tích nước chảy qua trong một đơn vị thời gian) tối thiểu chạy qua tua bin là bao nhiêu? Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 115
8. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ A. 138 m3/s B. 69,44 m3/s. C. 6,944 m3/s. D. 13,8 m3/s. Hướng dẫn * Gọi V là số m3 nước chảy qua tua bin trong 1 giây thì khối lượng nước chảy qua trong một giây là m = VD và công suất của nhà máy: Pnm = mgh = VDgh A *Công suất tiêu thụ điện: P . d t A 400000.50.103.h Pnm Pd VDgh V.1000.10.40 V 69,44 m3 / s t 30.24h Chọn B. Câu 25. Đăt điện áp u 150 2 sin100 t (V) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm biến trở R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 2/n H và tụ điện có điện dung C 10 4 / 0,8 F. Biết mạch tiêu thụ công suất 90 W. Tính R. A. 90 Ω hoặc 160 Ω. B. 90 Ω hoặc 250 Ω. C. 80 n hoặc 250 Ω. D. 80 Ω hoặc 160 Ω. Hướng dẫn U2R 150R R 160 P I2R 90 Chọn A. 2 2 2 2 R 90 R ZL ZC R 200 80 Câu 26. Đăt điện áp xoay chiều u0 U0 cos100 t (V) vào mạch điện gồm cuộn dây, tụ điện C và điện trở R. Biết điện áp hiệu dụng của tụ điện c, điện trở R là UC UR = 60 V, dòng điện sớm pha hơn điện áp của mạch là π/6 và trễ pha hơn điện áp cuộn dây là π/3. Điện áp hiệu dụng của đoạn mạch có giá trị: A. 82V. B. 60 V. C. 82 3 V. D. 60 2 V. Hướng dẫn 0 0 0   180 60 75 M UR * Tính 81,96 Ur 0 0 U 60 2 sin 45 60  600 UL 60 2  600 UC A 300 B Câu 27. Đăt điện áp u U 2 cost (V) (U và ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm thay đổi được và tụ điện có điện dung C. Điều chỉnh L để điện áp hiệu dụng hên R cực đại và bằng URmax thì lúc này điện áp hiệu dụng tren L bằng 0,5 URmax. Điều chỉnh L để điện áp hiệu dụng trên L cực đại và ULmax Tính tỉ số UL max / UR max . A. 5. B. 2 / 5. C. 5 / 2 D. 0,4. Hướng dẫn UL 0,5UR max UR max U ZL1 ZC  ZL1 ZC 0,5R * Khi L thay đổi: 2 Chọn C. ZC UL max UL max U 1 0,5U 5 0,5 5 R UR max Câu 28. Đăt điện áp u = U 2 cosωt (V) (U và ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm biến trở R và tụ điện có điện dung C. Khi R = R1 và R = R2 thì điện áp hiệu dụng thỏa mãn: 4UR1 7UR 2 và 6UC1 5UC1 . Hệ số công suất của mạch AB khi R = R1 gần giá trị nào nhất sau đây? A. 0,707. B. 0,629. C. 0,366. D. 0,500. (Sở GD Quãng Ngãi) Hướng dẫn 4R 7R 1 2 4UR1 7UR 2 2 2 2 2 * Từ R1 ZC R 2 ZC Chọn B. 6UC1 5UC2 2 2 2 2 5 R1 ZC 6 R 2 ZC Câu 29. Đăt điện áp u U0 cos100 t (V) (U0 không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm tụ điện có điện dung C thay đổi được, điện trở R = 30 Ω và cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 0,4/π H. Điều chỉnh C để điện áp hiệu dụng trên C cực đại và bằng 150 V. Tính hệ số công suất lúc này. A. 1 B. 0,8. C. 0,75. D. 0,6. Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 116
9. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ Hướng dẫn R 2 Z2 40 2 L UC max U 150 U 1 U 90 R 30 2 2 Chọn B. R ZL R ZC 62,5 cos 0,8 2 2 ZL R Z Z L C Câu 30. Đăt điện áp u U0 cost (V) (U0, ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm đoạn AM chứa điện ừở R nối tiếp với cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và đoạn MB chứa tụ điện có điện dung C thay đổi được. Khi C = C 1 thì điện áp hiệu dụng trên AM là l,5U1, góc lệch pha giữa UAB và dòng điện là α > 0. Khi C = C2 thì điện áp hiệu dụng trên tụ cực đại, điện áp hiệu dụng trên đoạn AM là 2U1 và góc lệch pha giữa UAB và dòng điện là β > 0, với α + β = 90°. Hệ số công suất đoạn AM khi C = C2 là A. 0,7. B. 0,9. C. 0,8. D. 0,6. Hướng dẫn   0 * Khi UC max U  URL RL  90 .  900 * Từ để bài suy ra: Z2 0, 75Z1 cos 0, 75cos  sin  0, 6 cos RL Chọn D. Câu 31. Đăt điện áp u 220 2 cos100 t (V) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm đoạn AM chứa biến trở R, đoạn MB chứa cuộn dây không thuần cảm nối tiếp tụ điện có điện dung C. Khi R = R1 điện áp trên MB có giá trị hiệu dụng U1 và lệch pha π/6 so với dòng điện. Khi R = R2 công suất trên biến trở vẫn như khi R = R1 nhưng điện áp hiệu dụng trên đoạn MB là U1 /3 lần. Giá trị U1 gần giá trị nào nhất sau đây? A. 83 V. B. 90 V. C. 127 T D. 78 V. Hướng dẫn Z r2 * Từ tan LC tan Z2 AB r 6 LC 3 2 2 2 2 U R 2 U 4r 4r * Từ PR R 2r R 0 R1R 2 2 2 P 3 3 R r ZLC R 2 2 r 0,75R1R 2 ZLC 0,25R1R 2 2 2 r ZLC UAB UMB UAB 2 R r Z2 2 1 LC R 0,75 0,25 R R 1 2 220 * Vì UMB2 UMB1 3 R1 3R 2 UMB1 83,152 2 3 0,75 0,25 Chọn A. Câu 32. Đăt điện áp u U 2 cost (V) (ω và U không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm, điện trở R, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C. Điện áp hiệu dụng trên L và trên RC lần lượt là u U 2 và U / 2 . Chọn hệ thức đúng. 2 2 A. 8R ZL ZL ZC . B. R 7ZL ZC . C. 5R 7 ZL ZC . D. 7R ZL ZC . Hướng dẫn ZL 2 2 2 2 2 2 Z * Từ Z R ZL ZC R ZC ZL 2ZL ZC 2 E5555F U2 RC ZRC 0,5UL 5 2 2 2 ZC 0,375ZL ZL ZC ZL 0,5ZL 0,25ZL ZL 2ZL ZC 8 Chọn C. R 2 Z2 0,25Z2 7 C L R Z 8 L Câu 33. Đăt điện áp u 220 2 cos (V) (ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp theo thứ tự gồm, điện ừở R, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C. Khi R thay đổi thì điện áp hiệu dụng trên đoạn R L không thay đổi. Khi R = R1, điện áp hiệu dụng trên tụ là 264 V thì điện áp hiệu dụng trên R là A. 220V. B. 146 V. C. 132 V. D. 176 V. Hướng dẫn * Vì URL R ZC 2ZL UC 2UL Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 117
10. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ UC 264 U2 U2 U U 2 * Khi R R thì R  LC  U 176 Chọn D. 1 UC R UL 132 2 Câu 34. Môt đoạn mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm điện trở thuần R, tụ điện C và cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi được. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều ổn định, khi điều chỉnh độ tự cảm của cuộn cảm đến giá trị L0 thì điện áp hiệu dụng hai đầu các phần tử R, L, C có giá trị lần lượt là 30 V, 20 V và 60 V. Khi điều chỉnh độ tự cảm đến giá trị 2L 0 thì điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở gần giá trị nào nhất sau đây? A. 42V. B. 50 V. C. 55 V. D. 30V. Hướng dẫn U U2 U U 2 50 V R L C * Khi L L : 0 2 Z R;Z 2R L0 3 C ZC 2R UC 2UR 2 2 2 U UR UL UC 9 * Khi L 2L0 : 4 4  UR 50 V Z 2Z R U U 13 L L0 3 L 3 R Chọn A. Câu 35. Đăt điện áp u U0 cost (V) ((B và U0 không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm cuộn dây không thuần cảm và tụ điện có điện dung C thay đổi được. Khi điện áp hiệu dụng trên C cực đại và bằng 2U0 thì điện áp hiệu dụng trên cuộn dây là A. 3,5U . B. 3U .C .D 0 0 . U0 3,5. . U0 2. Hướng dẫn   2 2 2 2 2 U0 2 * Khi C thay đổi để UCmax thì U  URL U U U 4U U C RL 0 2 RL URL U0 3,5 Chọn C. Câu 36. Đăt điện áp u U 2 cos 2 t (V) (f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm, điện trừ R, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C sao cho 2L > CR2. Khi f = 30 2 Hz hoặc f = 40 2 Hz thì điện áp hiệu dụng trên tụ có cùng giá trị. Tìm f để điện áp hiệu dụng trên tụ cực đại. A. 50 2 Hz. B. 50 Hz.C. 48HZ. D. 20 6 Hz. Hướng dẫn U * Từ UC IZC 2 2 2 4 L R 2 2 L C  2 C  1 C 2 2 2 f 2 f 2 2 1 2 f 1 2 50 Hz Chọn B. C 2 C 2 Câu 37. Cho đoạn mạch xoay chiều nối tiếp AB theo thứ tự gồm cuộn dây thuần cảm có L = 3/π (H); điện trở R 100 3  và hộp X. Gọi M là điểm giữa R và X. Khi đặt vào hai đầu AB điện áp xoay chiều 200 V − 50 Hz thì giá trị hiệu dụng trên AM và MB lần lượt là UAM = 100 V, UMB = 250 V. Công suất tiêu thụ của hộp X là: A. 42,18 W. B. 20,62 W. C. 36,72 W. D. 24,04 W. Hướng dẫn ZL M tan RL 3 RL R 3 600 * Tính U 0,5 I AM A 100 R 2 Z2 3 L 200 600 Xét tam giác AMB: A 1002 2502 2002 cos 2.100.250 200 0 0 49,46 X 70,54 PX UMBIcos X 24,04 W Chọn D. Câu 38. Đăt điện áp u 200 2 cos 100 t V vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp theo đúng thứ tự gồm tụ điện có điện dung C 10 4 / F, điện trở R và cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thay đổi được. Khi L = L1 thì điện áp hiệu dụng trên L cực đại và bằng 200 2 V. Tìm công suất cực đại. A. 300W. B. 200 W C. 200V2 W. D. 400W. Hướng dẫn Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 118
11. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ 2 2 ZC 100 * Từ UL max U 1 200 2 200 1 R 100  R R U2 2002 P 400 W max R 100 Câu 39. Mach điện xoay chiều AB gồm hai đoạn mạch AM, BM mắc nối tiếp. Đoạn mạch AM gồm cuộn dây có độ tự cảm L có điện trở r nối tiếp với điện trở thuần R. Đoạn mạch MB chứa tụ điện có điện dung C. Khi mắc vào điện áp xoay chiều có tần số 40 Hz thì hệ số công suất đoạn AM là 0,6 của mạch AB là 0,8 và cường độ dòng điện sớm pha so với điện áp hai đầu mạch AB. Hệ số công suất của mạch AB cực đại thì tần số bằng: A. 80Hz. B. 50 Hz. C. 60 Hz. D. 30 Hz. Hướng dẫn   Ur UR M  UL  UC AM I A E B 2 2 ZL ME tan AM * Tính 4 f1 LC 0,64 ZC ME EB tan AM tan f1 f2 50 Hz Chọn B. 0,64 Câu 40. Đăt điện áp u U0 cost (V) (U0 và ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB như L X C 2 2 A B hình vẽ (cuộn dây thuần cảm có độ tự càm L và tụ điện có điện dung C sao cho L 2 C M N thì biểu thức điện áp trên đoạn MN là? A. U0 2. B. U0 / 2. C. 2U0 . D. U0 / 2. Hướng dẫn   2 1 * Từ L 2 C suy ra UC 0,5UL .        2 2 2 2 * Từ U UL UX UC U UX 0,5UL U U 2U cos 0,25U 3 L UL 2U U0 2 Chọn A. Câu 41. Đăt điện áp u U 2 cost (V) (U, ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp theo đúng thứ tự gồm đoạn AM chứa biến trở R nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn MB chứa cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thay đổi được. Cố định L = L1 thay đổi R thì thấy điện áp hiệu dụng trên đoạn AM không phụ thuộc R. Cố định R L1 thay đổi L thì điện áp hiệu dụng trên L đạt giá trị cực đại là A. 0,5U 2. B. 0,5U. C. 0,5U 3. D. 0,5U 5. Hướng dẫn * Khi L = L1 thì URC không phụ thuộc nên ZL1 2ZC . R 2 Z2 R 2 0,52 R 2 * Khi L thay đổi: U U C U 0,5U 5 Chọn D. L max R R Câu 42. Đăt điện áp u = U0cosωt (V) (C0 không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm theo thứ tự gồm điện trở thuần R, tụ điện có điện dung C (sao cho dung kháng của tụ bằng 2R) và cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi được. Khi L = L1 thì UAB sớm pha hơn i là α > 0 và điện áp hiệu dụng trên đoạn RC là U 1. Khi L = L2 thì UAB trễ pha hơn i là β > 0 (sao cho α + β = 2π/3) và điện áp hiệu dụng trên đoạn RC là 0,75U 1. Cố định L = L2, thay tụ C bằng tụ xoay C x và khi Cx = C0 thì điện áp hiệu dụng trên đoạn RCx cực đại. Lúc này, hệ số công suất của mạch AB gần giá trị nào nhất sau đây? A. 0,5. B. 0,6. C. 0,7. D. 0,8 Hướng dẫn I2 Z1 cos 2 4 I1 Z2 cos 1 3 5 3 ZL2 ZC R L2 5 3 tan 2 2 2 6 R R 6 1 2 3 2R * URC max 2 tan 2 cos 0,7962794 Chọn D. ZL2 Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 119
12. KINH NGHIỆM LUYỆN THI VẬT LÝ 12 – ĐIỆN XOAY CHIỀU MỚI LẠ KHÓ Câu 43. Cho mạch điện nhu hình vẽ, các diot lý tưởng, các điện trở R 1 = R2 = 2R3 = 2r. Hãy xác R1 định công suất tiêu thụ trên R1 nếu nối A, B với điện áp xoay chiều u U 2 cost (V). 2 2 2 2 7 U 25 U 9 U 3 U A A. . B. . C. . D. . R 24 r 72 r 64 r 8 r 2 R3 B Hướng dẫn 1 U2 U2 * Giả sử nửa chu kỳ đầu qua R2: P1 . 2 R1 R 2 8r 1 U2 U2 7 U2 * Nửa chu kỳ sau qua R3: P2 P P1 P2 Chọn A. 2 R1 R3 6r 24 r Câu 44. Đăt điện áp u U 2 cos100 t (V) (U không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm, đoạn AM chứa điện trở R nối tiếp tụ điện có điện dung C thay đổi được, đoạn MB chứa cuộn dây thuần càm có độ tự cảm L. Lần lượt điều chỉnh C đến các giá trị C = C1, −3 −3 C = C2 = Cl + 10 /(84π) F và C = C3 = C1 + 3.10 /(56π) F thì lần lượt điện áp hiệu dụng trên tụ cực đại, điện áp hiệu dụng trên đoạn AM cực đại và điện áp hiệu dụng trên R cực đại. Điện trở R có thể nhận giá trị nào sau đây? A. 50 6 . B. 40 3 . C. 20 3 . D. 50 . Hướng dẫn * UR max ZC3 ZL 2 2 R ZL ZC3 ZL 2 2 * UC max ZC1  ZC1ZC1 ZC3 R 1 ZL Z Z Z * U 1 tam .tan C2 L C2 ZC2 ZL Z2 Z Z R 2 2 RC max RC R R C2 C2 C3 2 2 2 Từ (1) và (2) ZC2 ZC2 ZC3 ZC1ZC3 ZC3 9C2 7C3C1 1 2 C mF R 40 3 1 3 1 14 9 C1 7 C1 C1 Chọn B 84 56 1 C mF R 160 6 1 112 Câu 45. Đăt điện áp u 30 14 cos (V) (ω không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp như hình vẽ. Điện áp tức thời trên MB lệch pha π/3 so với đòng điện. Khi R = R1 thì công suất tiêu thụ trên biến trở là P và điện áp hiệu dụng trên MB là U 1. Khi R = R2 < R1 thì công suất tiêu thụ trên biến trở vẫn là P và điện áp hiệu dụng trên MB là U2. Biết U1 + U2 = 90 V. Tỷ số R1/R2 là R L,r C A B M N A. 6 B. 2 C. 7. D. 4. Hướng dẫn ZMB 2r ZLC * Từ tan MB tan ZLC r 3 r 3 2 2 Z R r 3r R 2r x U2R U2 1 * Từ 2 2 2 PR 2 R 2r R 4r 0 R1R 2 4r 2r Z PR R 2 x U 2U U1 U2 90 * Từ UMB ZMB  2 Z R 1 3 r 60 6 60 7 90 x 4 Chọn D. 2 2 1 2 x 3 2 1 3 x Câu 46. Đăt điện áp u = u U 2 cos100 t (V) (U không đổi) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp gồm, đoạn AM chứa điện trở R nối tiếp cuộn dâỵ thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi được, đoạn MB chứa tụ điện có điện dung C. Lần lượt điều chỉnh L đến các giá trị L = L1, L = L2 = L1 − 0,375/π H và L = L3 = L1 − 0,125/π H thì lần lượt điện áp hiệu dụng trên L cực đại, điện áp hiệu dụng trên đoạn R cực đại và điện áp hiệu dụng trên AM cực đại. Điện trở R có thể nhận giá trị nào sau đây? A. 50 Ω. B. 50 3 Ω. C. 25 3 Ω. D. 25 Ω. Thầy cô cần file WORD liên hệ số ĐT: 0125.23.23.888 120