zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Tài Liệu Phổ Thông

» Ôn thi ĐH-CĐ

Luyện thi ĐH vật lí - Biện luận hộp kín trong mạch điện xoay chiều

Chia sẻ: Khong Huu Cuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Báo xấu

381
lượt xem 45
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luyện thi ĐH vật lí - Biện luận hộp kín trong mạch điện xoay chiều hệ thống kiến thức lý thuyết một cách trọng tâm nhất, đưa ra ví dụ bài tập minh họa kèm theo lời giải hướng dẫn, giúp các bạn dễ dàng hơn trong việc ôn luyện và nắm kiến thức để giải bài tập nhanh và chính xác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luyện thi ĐH vật lí - Biện luận hộp kín trong mạch điện xoay chiều

Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . BIỆN LUẬN HỘP KÍN TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) GIÁO VIÊN: ĐẶNG VIỆT HÙNG Đây là tài liệu tóm lược các kiến thức đi kèm theo bài giảng “Biện luận hộp kín trong mạch điện xoay chiều“ thuộc khóa học LTĐH KIT-1 : Môn Vật lí(Thầy Đặng Việt Hùng) tại website Hocmai.vn. Để có thể nắm vững kiến thức phần “Biện luận hộp kín trong mạch điện xoay chiều”, Bạn cần kết hợp theo dõi bài giảng với tài liệu này. I. KIẾN THỨC VỀ DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU  Dòng điện một chiều không qua tụ điện.  Dòng điện một chiều có qua cuộn cảm nhưng ZL = 0.  Dòng điện một chiều qua được điện trở, khi đó điện trở có giá trị xác định bởi R = U/I. Ví dụ 1: Cho dòng điện một chiều có điện áp U = 12 V chạy qua một cuộn dây, khi đó cường độ dòng điện đo được là 0,4 A. Cho dòng điện xoay chiều có điện áp hai đầu mạch 100 V, tần số 50 Hz chạy qua cuộn dây trên thì cường độ dòng điện đo được là 2 A. Tính hệ số tự cảm của cuộn dây. Lời giải:  Khi cho dòng một chiều chạy qua cuộn dây thì chỉ có điện trở r của cuộn dây có tác dụng. Giá trị của r xác định bởi r = U/I = 12/0,4 = 30 Ω.  Khi cho dòng xoay chiều chạy qua cuộn dây, thì cuộn dây đóng vai trò như một đoạn mạch xoay chiều Lr thu nhỏ. U 100 Tổng trở của cuộn dây là ZLr  r 2  ZL2    50Ω   ZL  ZLr 2  r 2  502  302  40Ω I 2 Z Z 0,4 Từ đó ta được hệ số tự cảm của cuộn dây là L  L  L  (H). ω 2πf π Ví dụ 2: Cho dòng điện một chiều có điện áp U = 20 V chạy qua một cuộn dây, khi đó cường độ dòng điện đo được là 0,5 A. Cho dòng điện xoay chiều có điện áp hai đầu mạch 120 V, tần số 50 Hz chạy qua cuộn dây trên thì cường độ dòng điện đo được là 2,4 A. a) Tính hệ số tự cảm của cuộn dây. b) Tính công suất tỏa nhiệt trên cuộn dây khi mắc dòng một chiều và dòng xoay chiều tương ứng. Lời giải: a) Tính L:  Khi cho dòng một chiều chạy qua cuộn dây thì chỉ có điện trở r của cuộn dây có tác dụng. Giá trị của r xác định bởi r = U/I = 20/0,5 = 40 Ω.  Khi cho dòng xoay chiều chạy qua cuộn dây thì ta có U 120 0,3 ZLr  r 2  ZL2    50Ω   ZL  ZLr 2  r 2  502  302  30Ω  L  (H). I 2, 4 π b) Tính công suất tỏa nhiệt trên cuộn dây: - Khi cho dòng một chiều chạy qua thì P  I2 r  0,52.40  10W. - Khi cho dòng xoay chiều chạy qua thì P  I2 r  2, 42.40  230, 4W. Ví dụ 3: Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp, đoạn mạch AM chỉ có điện trở thuần R, đoạn mạch MB là một cuộn dây có độ tự cảm L và điện trở r. Khi mắc vào hai đầu AB vào nguồn điện không đổi có giá trị 20 V thì điện áp giữa hai điểm MB là 5 V và cường độ dòng điện qua mạch là 0,5 A. Khi mắc vào hai đầu AB nguồn điện xoay chiều u  20 2 cos 100 πt  V thì điện áp hiệu dụng giữa hai điểm MB là 10 V. Độ tự cảm của cuộn dây có giá trị là bao nhiêu? 5 2 1 1 A. (H). B. (H). C. (H). D. (H). π π 3π 5π Lời giải: Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………. II. MỐI QUAN HỆ VỀ PHA CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU - Mạch chỉ có R thì u và i cùng pha. - Mạch chỉ có L thì u nhanh pha hơn i góc π/2. - Mạch chỉ có tụ C thì u chậm pha hơn i góc π/2. ZL - Mạch có R và L thì u nhanh pha hơn i góc φ xác định bởi công thức tan φ  R Z - Mạch có R và C thì u chậm pha hơn i góc φ xác định bởi công thức tan φ  C R - Mạch có L và C thì u nhanh pha hơn i góc π/2 khi ZL > ZC và u chậm pha hơn i góc π/2 khi ZL < ZC Chú ý: Các dạng bài toán về hộp đen đòi hỏi khả năng biện luận và suy luận cao (giống biện luận số nghiệm của phương trì nh bậc hai chứa tham số đó) nên chúng ta cố gắng phân chia hết các trường hợp có thể xảy ra (nhớ đọc kỹ hết đề bài vì có thể một dữ kiện ở phần sau đề bài sẽ giúp loại trừ đi một trường hợp nào đó). III. MỘT SỐ DẠNG TOÀN VỀ HỘP KÍN THƯỜNG GẶP 1) Mạch điện có 1 hộp kín π π Gọi φ là độ lệch pha giữa u và i, với   φ  . Ta có một số các trường hợp điển hình: 2 2  Nếu φ = 0: + hộp kín chỉ chứa R nếu nó chứa 1 phần tử. + hộp kín chứa 3 phần tử R, L, C với ZL = ZC. π  Nếu φ  : 2 + hộp kín chỉ chứa L nếu nó chứa 1 phần tử. + hộp kín chứa 2 phần tử (L, C) với ZL > ZC. π  Nếu φ   : 2 + hộp kín chỉ chứa C nếu nó chứa 1 phần tử. + hộp kín chứa 2 phần tử (L, C) với ZL < ZC. π  Nếu 0  φ  : 2 + hộp kín chứa 2 phần tử (R, L). Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . + hộp kín chứa 3 phần tử R, L, C với ZL > ZC. π  Nếu   φ  0 : : 2 + hộp kín chứa 2 phần tử (R, C). + hộp kín chứa 3 phần tử (R, L, C) với ZL < ZC. Chú ý: + Nếu mạch điện không cho dòng một chiều chạy qua thì mạch đó phải có chứa tụ điện. + Nếu mạch điện có tiêu thụ điện năng thì mạch điện phải có R, hoặc cuộn dây không thuần cảm. Ví dụ 1. Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ. Điện áp hai đầu mạch là uAB = 200cos(100πt) V, biết ZC = 100 , ZL = 200 , cường độ hiệu dụng của mạch là I  2 2 A, cosφ  1. X là đoạn mạch gồm hai trong ba phần tử (Ro, Lo, Co) mắc nối tiếp. Hỏi X chứa những linh kiện gì? Xác định giá trị của các linh kiện đó. Lời giải: Từ cosφ = 1  mạch xảy ra cộng hưởng. Khi đó u và i cùng pha. Đoạn AN chứa C và L với ZL > ZC nên để u và i cùng pha thì X phải chứa Ro và Co với ZCo  ZL  ZC  100Ω.  100 2  U R o  U AB  100 2V  R o   50Ω  2 2 Từ đó ta được   104 Z  Co  100Ω   C  (F) π Ví dụ 2. (Trích đề Tuyển sinh Đại học 2004) Cho một mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R có thể thay đổi được mắc nối tiếp với một hộp kín X (chỉ chứa một phần tử L hoặc C). Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch là UAB = 200V, f = 50 Hz. Khi công suất trong mạch đạt giá trị cực đại Pmax thì I  2A và i nhanh pha hơn u. Tìm phần tử trong hộp X và tính giá trị của chúng. Lời giải: Do i nhanh pha hơn u nên hộp X chứa tụ C. U2 U2 R U2 U2 U2 Ta có PAB  I2 R  R       P   khi R = ZC R 2  ZC2 AB Z2 ZC2 2ZC max 2ZC R R U AB 200 104 Khi đó, ZAB  R 2  ZC2  2ZC    100 2   R  ZC  100Ω  C  (F) Imax 2 π ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  Mạch điện có 2 hộp kín Giả sử hai hộp kín ta cần xác định phần tử chứa trong chúng là X và Y. TH1: Mỗi hộp chỉ chứa một phần tử. Gọi φ là độ lệch pha giữa điện áp của X và Y (   u X  u Y , với 0  φ  π). một số các khả năng có thể xảy ra:  Nếu φ = 0: Khi đó, các hộp kín hoàn toàn giống nhau ở các phần tử. π  Nếu φ  : 2 + Hộp 1 chứa L, hộp 2 chứa R. Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . + Hộp 1 chứa R, hộp 2 chứa C.  Nếu φ = π: Khi đó, hộp 1 chứa L, hộp 2 chứa C. π  Nếu 0  φ  : 2 + Hộp 1 chứa cuộn dây không thuần cảm (r, L); hộp 2 chứa R. + Hộp 1 chứa L, hộp 2 chứa cuộn dây không thuần cảm (r, Lo). π  Nếu  φ  π : Khi đó, hộp 1 chứa cuộn dây không thuần cảm (r, L); hộp 2 chứa C. 2 TH2: Mỗi hộp chứa 2 trong 3 phần tử. Gọi φ là độ lệch pha giữa điện áp của X và Y (   u X  u Y , với 0  φ  π). Khả năng 1: X chứa hai phần tử R, L: L L  Nếu φ = 0: Khi đó Y chứa R, L với . R R π Z R L  Nếu φ  : Khi đó Y chứa R, C với L   R.R   ZL .ZC  R.R   2 R ZC C π  Nếu 0  φ  : Có một số khả năng sau xảy ra: 2 L L + Hộp 2 chứa (L, R) với  . R R L + Hộp 2 chứa (R, C) với RR   . C π  Nếu  φ  π : Có một số khả năng sau xảy ra: 2 + Hộp 2 chứa (L, C) với ZL  ZC L + Hộp 2 chứa (R, C) với RR   . C Khả năng 1: X chứa hai phần tử R, C:  Nếu φ = 0: Khi đó Y chứa R, C với CR  CR . π Z R L  Nếu φ   : Khi đó Y chứa R, L với L   R.R   ZL .ZC  R.R   2 R  ZC C π  Nếu 0  φ  : Có một số khả năng sau xảy ra: 2 + Hộp 2 chứa (L, C) với ZL  ZC + Hộp 2 chứa (R, C) với CR  CR . Ví dụ 3. Hộp X, Y mỗi hộp chứa hai trong 3 phần tử R, L, C. Nối AM với nguồn điện một chiều thì vôn kế V1 chỉ 60 V và ampe kế chỉ 2 A. Nối AB với nguồn điện xoay chiều có tần số f = 50 Hz thì các vôn kế V1 và V2 cùng chỉ 60 V còn ampe kế chỉ 1   A và UAM  UMB . Xác định các phần tử trong các hộp X, Y và xác định giá trị của chúng. Lời giải: Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . Khi nối AM với nguồn một chiều thì trong X phải có điện trở R1. Do dòng điện một chiều không thể chạy qua tụ điện, đồng thời X chứa 2 trong 3 phần tử R, L, C nên phần tử còn lại là L. Do X là R1L nên điện áp hai đầu AM nhanh pha hơn dòng   điện, để UAM  UMB thì điện áp hai đầu MB phải chậm pha hơn i, suy ra Y phải chứa R2 và tụ C.  Khi nối AM với dòng điện một chiều thì điện áp hai đầu AB cũng chính là điện áp hai đầu AM do Y chứa tụ C nên dòng điện không chạy qua. Khi đó, UAM = 60 V; I1 = 2 A  R1 = 60/2 = 30 Ω.  Khi nối AB với dòng điện xoay chiều thì theo bài ta có UAM = UMB = 60 V; I2 = 1 A  ZAM = ZMB = 60 Ω. ZAM  R12  ZL2  302  ZL2  ZL  602  302  30 3 Ω Độ lệch pha giữa uAM và i khi đó thỏa mãn ZL 30 3 π tan φ AM    3   φ AM  R1 30 3 Hay uAM nhanh pha hơn i góc 600.   π Do U AM  U MB , mà uAM nhanh pha hơn i góc 600 nên uMB chậm pha hơn i góc 300, hay φMB   6  R2  π cosφMB  Z   R 2  ZMBcosφMB  60.cos     30 3 Ω  MB  6 Ta có   tan φ   ZC   π  ZC  R 2 tan φ MB  30 3.tan     30Ω   MB R2  6 Ví dụ 4. Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ, điện áp hai đầu mạch là u AB  100 2 cos 100πt  V. L,r M X  Khi khóa K đóng thì I1 = 2A và i lệch pha π/6 với uAB A B   K  Khi khóa K mở thì I2 = 1A và UAM  UMB . Biết hộp X có chứa 2 trong 3 phần tử R, L, C. Xác định các phần tử trong hộp X và tính giá trị của chúng. Lời giải:  Khi khóa K đóng: đoạn mạch MB bị đoản mạch nên mạch điện chỉ có r, L và M  B, khi đó UAM = UAB = 100 V. Do mạch có r và L nên uAM nhanh pha hơn i góc π/6.  U AM  ZAM  I  50Ω  π 3 Từ  1   r  ZAM cos  50.  25 3 Ω cos π  r 6 2  6 ZAM π ZL π 1 Đồng thời, tan    ZL  r.tan  25 3.  25Ω 6 r 6 3  Khi khóa K mở thì mạch điện gồm có r, L và hộp X. Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 5 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín .   Do UAM  UMB và uAM đã nhanh pha hơn i góc π/6 nên uMB chậm pha hơn i góc π/3 (hay φMB = –π/3).  đoạn mạch MB có chứa một điện trở R và một tụ C.     U AB  U AM  U MB Ta có      U 2AB  U AM 2  U MB 2  U AM  U MB  Z2AB  Z2AM  ZMB 2   ZMB  ZAB 2  ZAM 2 U AB 100 ZAB    100Ω   ZMB  1002  502  50 3 Ω I2 1 Khi đó R  π cos φ MB   R  50 3.cos     25 3 Ω ZMB  3  ZC tan φMB  R  π    ZC  R tan     25 3.  3  75Ω  3 Ví dụ 5. Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ. Hộp X chứa 2 trong 3 phần tử. Cho biết 103  π C F, u AM  180 2cos  100πt   V, u MB  60 2cos 100πt  V 9π  2 a) Cho RX = 90 Ω, viết biểu thức điện áp hai đầu mạch uAB và tính giá trị các phần tử trong hộp X. b) Tìm giá trị của Rx để công suất tỏa nhiệt trong mạch đạt giá trị cực đại. Lời giải: a) Viết uAB và xác định phần tử trong X.  Viết biểu thức điện áp hai đầu mạch uAB Từ giả thết ta thấy uAM và uMB vuông pha với nhau.      U AB  U AM  U MB Từ đó      U 2AB  U 2AM  U MB 2  UoAB 2  UoAM 2  UoMB 2  U oAB  U oAM 2  U oMB 2  120 5 V   AM U  U MB Bằng phép tổng hợp véc tơ (như tổng hợp hai dao động điều hòa) ta được U oAM sin φ AM  U oMB sin φ MB 180 2.  1  60 2.0 tan φ AB    3   φ AB  1, 25rad. U oAM cosφ AM  U oMB cosφ MB 180 2.0  60 2.1  u AB  120 5cos 100πt  1, 25  V.   Xác định các phần tử trong hộp X 1 Ta có ZC   90Ω   ZAM  R 2x  ZC2  90 2 Ω C  ZC 90 π Độ lệch pha của uAM với i thỏa mãn tan φ AM    1   φ AM   Rx 90 4 Hay uAM chậm pha hơn i góc 450.   Do UAM  UMB , mà uAM chậm pha hơn i góc 450 nên uMB nhanh pha hơn i góc 450 (hay φMB = π/4).  đoạn mạch MB chứa một điện trở R và cuộn cảm L, hay hộp X có chứa R và L. Ta có U oAM  3U oMB  ZAM  3ZMB   ZMB  30 2 Ω. R π cosφ MB    R  ZMB .cosφMB  30 2.cos    30Ω ZMB 4 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 6 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . ZL π tan φMB    ZL  R.tan φ MB  30.tan    30Ω R 4 b) Xác định R để công suất tỏa nhiệt cực đại U2 U2 U2 U2 Ta có P  I2  R  r    R  r   2  x R  r    R x  r    Z L  ZC   Z L  ZC  2 Z L  ZC x 2 2 Z2 Rx  r  Rx  r   2 U 2 U 2 U o2 120 5  P    Pmax     300 W. 2 Z L  ZC 2 ZL  ZC 4 ZL  ZC 4  30  90  Pmax khi R x  r  ZL  ZC   R x  ZL  ZC  r  60  30  30Ω Ví dụ 6. Cho mạch điện xoay chiều AB gồm hai đoạn mạch AN và NB mắc nối tiếp nhau. Đoạn mạch AN gồm tụ điện có dung kháng 100  mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần có cảm kháng 200 . Đoạn mạch NB là hộp kín X chứa hai trong ba phần tử ( R0, L0 thuần, C0) mắc nối tiếp. Mắc hai đầu đoạn mạch AB vào nguồn điện xoay chiều u  200 cos100 .t (V) thì cường độ dòng điện hiệu dụng đo được trong mạch là 2 2 (A). Biết hệ số công suất toàn mạch bằng 1. Tổng trở của hộp kín X có giá trị: A. 50 B. 100 C. 50 5 D. 50 17  Lời giải: C Vẽ giản đồ vectơ cho đoạn mạch đã biết: X A M N B Theo bài ra cos  1  UAB và i cùng pha N U R0 U AM  U C  200 2 (V ) U MN  U L  400 2 (V ) UMN UC0 U AB  100 2 (V ) A i  UAB B Vì U NB xiên góc và trễ pha so với i nên X phải chứa R0 và C0. Dựa vào giản đồ ta có: UAM 100 2 U R 0  U AB  I .R0  100 2  R0   50 M 2 2 200 2 U C 0  U L  U C  I .Z C 0  200 2  Z C 0   100 2 2  Z X  R0  Z C2 0  50 2  100 2  50 5 2 * Nếu giải bằng phương pháp đại số cho bài này ta làm như sau: 100 2 R Theo bài ZAB =  50() ; cos   1 2 2 Z Vì trên AN chỉ có C và L nên NB (trong X) phải chứa Ro, mặt khác: Ro=Z  ZL(tổng) = ZC(tổng) nên ZL = ZC+ZCo Vậy X có chứa Ro và Co R 0  Z AB  50()  Z C  Z L  Z C  200  100  100() o  Z X  R0 2  ZC2 0  502  1002  50 5 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 7 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . Ví dụ 7: Cho đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AN và NB ghép nối tiếp nhau. Đoạn AN gồm tụ điện có dung kháng 10 3 mắc nối tiếp với điện trở thuần 10 . Đoạn NB là hộp kín X chứa hai trong ba phần tử ( R0, L0 thuần, C0) mắc nối tiếp và có UNB = 60 (V). Biết u AN  60 6 cos100 .t (V );u AB  120(V ) . Tổng trở của hộp kín X có giá trị là: 20 B. 20 10 10 A.  C.  D. 10  3 3 3 Lời giải: Vẽ giản đồ véc tơ cho đoạn mạch đã biết AN, phần còn lại chưa biết hộp kín chứa gì vì vậy ta giả sử nó là một vectơ bất kì tiến theo chiều dòng A i điện sao cho: U NB  60(V );U AB  120(V );U AN  60 3(V ) UAB U A C R N B X UC A M N B N B  U Ul 0 Nhận thấy: U 2 U 2 U 2 , từ đó ta vẽ được U NB phải chéo lên và AB AN NB M N UR0 D tam giác ANB vuông tại N. UR  Vì U NB chéo lên nên X phải chứa R0 và L0. - Xét tam giác vuông AMN có: UR R 1  tan       UC ZC 3 6 3 U R 0  U NB . cos   60  30 3 (V ) - Xét tam giác vuông NDB có: 2 1 U L0  U NB . sin   60 .  30 (V ) 2 1 U 30 3 Mặt khác: U R  U AN . sin   60 3.  30 3 (V )  I  R   3 3 ( A) 2 R 10  U R 0 30 3  R0    10()  I 3 3 10 2 20  Z X  R0  Z L )  10   () 2 2 2 Do đó:  Z  U L 0  30  10 () 3 3  L 0 I 3 3 3 *Nhận xét: Qua 2 ví dụ trên ta thấy: ở ví dụ 1 là 1 bài tập khá đơn giản về hộp kín, trong bài này ta đã biết  và I nên có thể giải theo phương pháp đại số cũng được. Nhưng ở ví dụ 2 thì ta chưa biết rõ  và I nên giải theo phương pháp đại số sẽ gặp rất nhiều khó khăn( phỉa xét nhiều trường hợp, số lượng phương trình lớn). Nhưng khi sử dụng giản đồ véctơ trượt sẽ cho kết quả nhanh chóng, ngắn gọn. Tuy nhiên cái khó của học sinh là ở chỗ rất khó nhận biết được tính chất: U AB  U AN  U NB . Để có sự nhận biết tốt học sinh phải rèn luyện nhiều bài tập để có kĩ năng giải. 2 2 2 Ví dụ 8: Cho đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AN và NB ghép nối tiếp nhau. Đoạn mạch AN gồm tụ điện có dung kháng 90 ghép nối tiếp với điện trở thuần 90 . Đoạn mạch NB là hộp kín X chứa hai trong ba phần tử ( R0, L0  thuần, C0) mắc nối tiếp. Cho biết: u AN  180 2 cos(100 .t  )(V ); u NB  60 2 cos100 .t (V ) . Tổng trở của hộp 2 kín X có giá trị là: A. 90 2 B. 30 5 C. 30 2 D. 30 Lời giải: Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 8 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . Vẽ giản đồ vectơ cho đoạn mạch đã biết AN, phần còn lại chưa biết hộp kín là gì, ta giả sử nó là một vectơ bất kì tiến  theo chiều dòng điện sao cho UNB sớm pha so với UAN. 2 i A C R X UAB A M N B U A  N B Từ giản đồ vectơ ta nhận thấy U NB chéo lên nên X phải chứa R0 và L0 UC B UN Uc0 - Xét tam giác vuông AMN: M N UR0 D UR UR R 90  2 tan      1     U C  U AN . cos   180.  90 2 U C Z C 90 4 2 U C 90 2 I    2 ( A) ZC 90 2 U 30 2 U R 0  U NB . cos   60  30 2 (V )  R0  R 0   30() 2 I 2 - Xét tam giác vuông NDB: Vì :   45 0  U L 0  U R 0  30 2 (V )  Z L 0  30  Z X  R02  Z L20  30 2  30 2  30 2 () *Nhận xét: Trong ví dụ 3 này ta cũng chưa biết  và I nên giải theo phương pháp đại số sẽ gặp nhiều khó khăn. Ở ví 2 dụ 3 cũng khác ví dụ 2 ở chỗ chưa biết trước UAB có nghĩa là tính chất: U AB  U AN 2  U NB 2 không sử dụng được. Tuy nhiên ta lại biết được độ lệch pha giữa UAN và UNB – đây là mấu chốt để giải bài toán. Sau đây ta sẽ xét thêm một số ví dụ khác. 3 Ví dụ 9: Một cuộn dây có điện trở thuần R  100 3 và độ tự cảm L  ( H ) . Mắc nối tiếp cuộn dây với một đoạn  mạch X có tổng trở ZX rồi mắc vào hiệu điện thế xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng là 120 V, tần số 50 Hz thì thấy dòng điện qua mạch sớm pha 300 so với hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch X và có giá trị hiệu dụng 0,3ª. Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch X là: A. 30W B. 27W C. 9 3 W D. 18 3 W Lời giải: Vẽ giản đồ vectơ trượt cho đoạn mạch ta có: M 0 60 300 Z d  R 2  Z L2  200 3  U d  I .Z d  60 3 ZL 60V tan  d   3   d  60 0 R Dựa vào giản đồ vectơ ta thấy tam giác AMB vuông tại M 600 300  U X  120 2  60 2  60 3 (V )  MB A 120V B  PX  U X .I . cos  X  60 3.0,3. cos 30  27 W 0 Ví dụ 10: Khi đặt vào hai đầu cuộn dây một điện áp xoay chiều 120V – 50Hz thì thấy dòng điện chạy qua cuộn dây có giá trị hiệu dụng là 2A và trễ pha 600 so với điện áp hai đầu đoạn mạch. Khi mắc nối tiếp cuộn dây trên với một Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 9 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . mạch điện X rồi đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện thế xoay chiều như trên thì thấy dòng điện qua mạch có giá trị hiệu dụng 1 A và sớm pha 300 so với điện áp hai đầu mạch X. Công suất tiêu thụ trên toàn mạch khi ghép thêm X là: A. 120W B. 300W C. 200 2W D. 300 3W Lời giải: U 120 Ta có: Z d    60 . M I 2 60 0 300 - Khi mắc nối tiếp với X thì: U d  I .Z d  1.60  60 (V ) Dựa vào giản đồ vectơ ta thấy: Tam giác AMB vuông tại M nên: Ud UX AM 1    cos      60 0  AB  I AB 2 A i  P  U .I . cos0  U .I  120W 120V Ví dụ 11: Cuộn dây có điện trở thuần R và độ tự cảm L mắc vào B điện áp xoay chiều u  250 2 cos(100.t )V thì thấy dòng điện qua cuộn dây có giá trị hiệu dụng là 5A và lệch pha so với điện áp hai đầu mạch 300. Mắc nối tiếp cuộn dây với đoạn mạch X thì cường độ hiệu dụng qua mạch là 3A và điện áp hai đầu cuộn dây vuông pha với điện áp hai đầu X. Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch X là: A. 200W B. 300W C. 200 2W D. 300 3W Lời giải: U 250  Ta có: Z d    50; d  M I 5 6 0 30 600 - Khi mắc nối tiếp X: U d  I .Z d  3.50  150 (V ) Dựa vào giản đồ vectơ ta thấy:  X  90 0  30 0  60 0 Ud UX      d Ux U  U d  U X U U 2  U d2  U X2 A i  2502  1502  U X2  U X  200(V ) PX  U X .I . cos X  300( W ) 120V B Ví dụ 12: Đặt điện áp xoay chiều u  200 2 cos100  .t (V ) vào hai đầu đoạn mạch AB gồm đoạn mạch AM nối tiếp với đoạn mạch MB thì cường độ hiệu dụng qua mạch là 3A. Điện áp tức thời trên AM và MB lệch pha nhau 900. Đoạn mạch AM gồm cuộn cảm thuần có cảm kháng 20 3 nối tiếp với điện trở thuần 20 và đoạn mạch MB là hộp kín X. Hộp kín X chứa hai trong ba phần tử hoặc điện trở thuần R0 hoặc cuộn cảm thuần có cảm kháng ZL0 hoặc tụ điện có dung kháng ZC0 mắc nối tiếp. Hộp X chứa: A. R0  93,8; Z C 0  54 ,2 B. R0  46 ,2; Z C 0  26 ,7 C. Z L 0  120 ; Z C 0  54 ,2 D. Z L 0  120 ; Z C 0  120  Lời giải: Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 10 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . UR M UR0 E R X B A L M UL UAM UC0 UM B Ta có: 60 0  Z tan  d  l  3   d  60 0 A R U U d  I .Z d  I . R 2  Z 2 L  3 20 2  (20 3 ) 2  120(V ) B Dựa vào giản đồ vectơ ta có: - Xét tam giác vuông AMB: MB  AB2  AM 2  2002  1202  160(V ) - Xét tam giác vuông MEB ta có:     d  60 0   U R0 U R 0  160. sin   80 3  R0   46,2  I  U C0 U C 0  160. cos  80  Z C 0  I  26,7 *Chú ý: Qua các ví dụ ở trên ta đã hiểu được phần nào về phương pháp giải các bài toán hộp kín bằng phương pháp giản đồ vector trượt cũng như nhận ra được ưu thế của phương pháp này. Tuy nhiên bài tập về hộp kín là rất đa dạng và phức tạp, vận dụng những kĩ năng khi giải các ví dụ ở trên xin mời bạn đọc hãy tham gia giải các bài tập đề nghị sau. Ví dụ 13: Cho mạch điện như hình vẽ:UAB = 120(V); ZC = 10 3() ; R = 10(); uAN = 60 6 cos100 t (V ) ; UNB = 60(V) C R X a) Viết biểu thức uAB(t) A M N B b) Xác định X. Biết X là đoạn mạch gồm hai trong ba phần tử (Ro, Lo (thuần), Co) mắc nối tiếp Lời giải: a) Vẽ giản đồ véc tơ cho đoạn mạch đã biết (Hình vẽ) Phần còn lại chưa biết hộp kín chứa gì vì vậy ta giả sử nó là một véc tơ bất kỳ tiến theo chiều dòng điện sao cho: NB = 60V, AB = 120V, AN = 60 3V A i + Xét tham giác ANB, ta nhận thấy AB2 = AN2 + NB2, vậy đó là tam giác vuông tại N UAB NB 60 1 U tg =   A N B AN 60 3 3 UC B N U Ul 0 M N UR0 D UR        UAB sớm pha so với UAN góc  Biểu thức uAB(t): uAB= 120 2 cos  100 t   (V) 6 6  6 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 11 -
Luyện thi đại học KIT-1: Môn Vật Lí ( Thầy Đặng Việt Hùng) Bài toán liên quan đến hộp kín . b. Xác định X: Từ giản đồ ta nhận thấy NB chéo lên mà trong X chỉ chứa 2 trong 3 phần tử nên X phải chứa Ro và Lo. Do đó ta vẽ thêm được U R vµ U L 0 0 như hình vẽ. UR R 1  +) Xét tam giác vuông AMN: tg     U C ZC 3 6 3 U R  U NB cos   60.  30 3 (V) +) Xét tam giác vuông NDB: O 2 1 U L  U NB sin   60.  30(V) O 2 1 U 30 3 +) Mặt khác: UR = UANsin = 60 3.  30 3(v)  I  R   3 3( A) 2 R 10  U RO 30 3  RO    10() +) Hộp đen X:    I 3 3  Z  U LO  30  10 ()  L  10  0,1 (H )   LO I 3 3 3 O 100 3 3 * Nhận xét: Đây là bài toán chưa biết trước pha và cường độ dòng điện nên giải theo phương pháp đại số sẽ gặp nhiều khó khăn (phải xét nhiều trường hợp, số lượng phương trình lớn  giải phức tạp). Vậy sử dụng giản đồ véc tơ trượt sẽ cho kết quả ngắn gọn, .. Tuy nhiên, học sinh khó nhận biết được: U AB 2  U AN 2  U NB 2 . Để có sự nhận biết tốt, HS phải rèn luyện nhiều bài tập để có kĩ năng giải. Ví dụ 14:Một đoạn mạch xoay chiều AB gồm hai phần tử X, Y mắc như trên.Cường độ dao động trong mạch nhanh pha /6 so với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch. A B a) Hai phần tử trên là 2 phần từ nào trong số R, L, C? b) Biết các biên độ của hiệu điện thế và cường độ dòng điện lần lượt là U0 = 40V và I0 = 8,0 A, tần số dao động là f = 50Hz. Tính giá trị mỗi phần từ. Lời giải: Giả sử trong đoạn mạch trên không có R. Như vậy thì X ,Y là hai phần từ L, C.  ZL  Zc  Gọi  là góc hợp với U ; I ( R=0): tan = =  = tan  vô lí R 2 Theo đầu bài U trễ pha với i 1 góc /6 vậy mạch điện chắc chắn có R (giả sử X là R)  Y là L hoặc C .Do i sớm pha hơn u => Y là C ZC  1  = 2f = 2.50 = 100 (Rad/s); tan = -  tg( )    3 ZC = R (1) R 6 3 U 0 40 Mặt khác: Z = R  Z C    5 R2 + Z2C = 25 2 2 (2) I0 8 Thay (1) vào (2): 3ZC2 + Z2C= 25  ZC = 2,5 ()  R = 2,5 3 () 1 1 4.103 Vậy: R = 2,5 3 ; C =   (F) ZC 2,5.100  Giáo viên: Đặng Việt Hùng Nguồn : Hocmai.vn Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 12 -

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

EXAM.06: Bộ 240 Đề Thi Thử THPT Quốc Gia 2023

240 tài liệu

1111 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.