Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 20 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
20
Dung lượng
332,5 KB
Nội dung
KĨ THUẬT CHUẨN HĨA TRONG GIẢI TỐN ĐIỆN XOAY CHIỀU CHỦ ĐỀ I CƠ SỞ CỦA KĨ THUẬT CHUẨN HÓA SỐ LIỆU + Để hiểu kĩ thuật này, ta biểu thức hệ số công suất đoạn mạch điện xoay chiều RLC: R cos R Z L ZC + Giả sử từ giả thuyết tốn ta biểu diễn ZL = nR, ZC = mR Thay vào biểu thức cosφ ta thấy kết phép tính khơng phụ thuộc vào giá trị R → Do để đơn giản cho bước biến đổi ZL = nR, ZC = mR ta chọn R = Khi thay làm việc với biến hình thức ZL, ZC R ta giải phương trình với hệ số xác định Câu 31: (Thị Xã Quảng Trị - 2018) Trong học thực hành, học sinh bắt mạch điện MQ hình vẽ Học sinh đặt vào hai đầu MQ điện áp xoay chiều dùng vôn kế xác định điện áp hiệu dụng hai đầu điểm cho kết sau: UMQ = 25 V, UMN = 19 V, UNP = 13 V UPQ = 19 V Bỏ qua điện trở dây nối xem vơn kế có điện trở vô lớn Hệ số công suất mạch A 0,80 B 0,72 C 0,96 D 0,88 Câu 31: 25 2 U MQ 19 1 U r U L 1 13 U 13 U U U L Ur NP r L 19 19 Để đơn giản, ta chọn UR = UC = → → 2 13 25 U U r r 19 19 → UR = 0,263 → U U r 0, 26 cos MN 0,96 25 U MQ 19 → Hệ số công suất Đáp án C Bài tập minh họa 1: (Quốc gia – 2009) Một đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần, cuộn cảm tụ điện mắc nối tiếp Biết cảm kháng gấp đôi dung kháng Dùng vôn kế xoay chiều (điện trở lớn) đo điện áp hai đầu tụ điện điện áp hai đầu điện trở số vơn kế Độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch so với cường độ dòng điện đoạn mạch A B C D 3 Hướng dẫn: + Cảm kháng gấp đôi dung kháng → ZL = 2ZC Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện hai đầu điện trở ZC = R Ta chuẩn hóa R = → ZC = ZL = Z ZC 1 → Độ lệch pha tan L R Đáp án A Bình luận: Bài tốn bước đầu giúp ta làm quen với kĩ thuật chuẩn hóa, nhiên tính ưu việt kĩ thuật chưa thể rõ Để thấy rõ ta tiến hành so sánh kĩ thuật giải ví dụ sau L R , đặt vào C hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u U cos t (U không đổi, ω thay đổi được) Khi ω = ω1 2 91 mạch có hệ số cơng suất, giá trị hệ số cơng suất 2 A B C D 73 13 21 67 Hướng dẫn: Ta giải theo cách thông thường Z Từ L R ZL ZC R ZC + Hai giá trị tần số góc ω cho hệ số cơng suất mạch R R cos 1 cos 2 ZL1 ZC1 ZL2 ZC2 2 R ZL1 ZC1 R Z L ZC Bài tập minh họa 2: (Chuyên ĐH Vinh – 2012) Cho đoạn mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp với ZL2 9ZL1 R2 + Mặc khác 2 91 ZC1 ZC1 ZL1 ZC R ZL1 + Thay vào phương trình ta thu ZC 3R →Vậy hệ số cơng suất mạch là: cos 1 R R ZL1 ZC1 R R R 3R 3 73 Đáp án A Vận dụng kĩ thuật chuẩn hóa vào tốn: R 1 + Chuẩn hóa ZC n ZL n + Hai trường hợp tần số góc cho giá trị hệ số công suất 1 1 cos 1 cos 2 n 9n n 2 n 9n 1 12 n 12 9n n 9n → Vậy hệ số công suất mạch cos 1 73 1 12 n n → Qua ví dụ ta thấy cơng cụ chuẩn hóa giúp ta đơn giản hóa phép biến đổi toán học Bài tập minh họa 3: (Chuyên ĐH Vinh – 2012) Một cuộn dây không cảm nối tiếp với tụ điện có điện dung C mạch điện xoay chiều có điện áp u U cos t V dịng điện mạch sớm pha điện áp u φ1, điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây 30 V Biết rằng, thay tụ điện C tụ điện C 3C dịng điện mạch chậm pha điện áp u 2 1 điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây 90 V Hỏi biên độ U0 vôn A 60 V B 30 V C 60 V D 30 V Hướng dẫn: Giải theo cách thông thường Z + Vì C 3C ZC C Z ZL ZL ZC R2 ZL ZC + Ta có 1 2 tan 1 tan 2 C R R ZC Z L 2 Mặc khác Ud 3U d I 3I R ZC ZL R ZL ZC R + Thay giá trị ZL ZC ta thu được: ZC ZL 8R ZC ZL 9R ZC Z L ZC ZL 3R Z Z 2 9R C L Giải phương trình 64R 36R 10R R Z Z R ZL ZC L C ZC ZL 3R ZC ZL 3R ZL 2R → Hệ phương trình tương đương với ZC R R ZC 5R ZL ZC ZL Ta có R ZL2 Ud R 4R 2 U 2U d 60 V 2 U R 2R 5R R Z L ZC Đáp án A Vận dụng kĩ thuật chuẩn hóa vào tốn: + Ta có R Z2L Ud → Nhận thấy rằng, ta biểu diễn ZL – ZC = nR , ZL = mR kết U U R Z L ZC không phụ thuộc vào R R + Chuẩn hóa Z L ZC n Z ZL ZL ZC tan 1 tan 2 C ZL ZC R R n + Kết hợp với 1 2 2 I 3I Z 3Z R ZL ZC R ZL ZC 12 n n n ZC Z L ZL U 12 22 U 2U d Ta có hệ Vậy d ZC 2 U 3 Z L ZC → Một lần ta thấy cơng cụ chuẩn hóa giúp ta rút ngắn thời gian tính tốn với biểu thức Bài tập minh họa 4: (Chuyên Nguyễn Huệ – 2012) Nối hai cực máy phát điện xoay chiều pha vào hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở mắc nối tiếp với cuộn cảm Bỏ qua điện trở máy phát Khi roto quay với tốc độ n vịng/phút cường độ dịng điện hiệu dụng mạch A Khi roto quay với tốc độ 3n vịng/phút cường độ dịng điện hiệu dụng mạch A Nếu roto quay với tốc độ 2n vịng/phút cảm kháng đoạn mạch R 2R A B C R D 2R 3 Hướng dẫn: + Chuẩn hóa R = Gọi x cảm kháng cuộn dây roto quay với tốc độ n vòng/phút 12 3x I1 U1Z2 1 x + Ta có I U Z1 3 12 x 2 → Vậy roto quay với tốc độ 2n vịng/phút cảm kháng đoạn mạch ZL 2R Đáp án B II VẬN DỤNG KĨ THUẬT CHUẨN HÓA VÀO BÀI TỐN TẦN SỐ GĨC BIẾN THIÊN LIÊN QUAN ĐẾN CỰC ĐẠI TRÊN UR, UL VÀ UC: Nhắc lại kết tốn tần số góc biến thiên liên quan đến cực đại UR, UL UC: Tần số góc ω Điện áp hiệu dụng cực đại Hai giá trị cho điện áp biến thiên hiệu dụng UR R 0 L URmax = U LC U Lmax CX UL UC X C U Lmax L 12 2R U L 1 CX 2 U L 1 CX 2 với X 1 2 1 2 L → Khi UL = U có hai giá trị ω thõa mãn là: L 1 L R2 C 12 22 2C2 → Khi UC = U có hai giá trị ω thõa mãn là: 1 2 2C L R2 với X C 2 Mối liên hệ trường hợp phép chuẩn hóa: Ta để ý tăng dần ω thứ tự cực đại điện áp C X 1 L L L CX LC L C 2R + Để đơn giản cho biểu thức ta tiến hành chuẩn hóa X = đặt n L L C C U U Cmax n 2 cos n U U Lmax Z n L L n 2 ZC X , n L Z L ZC + Khi ULmax L , C C CX R 2n 2 cos n X L ZC n + Khi UCmax C ZL X , n L ZL ZC , C C L R 2n Bài tập minh họa 1: Cho đoạn mạch điện AB gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện C nối tiếp với theo thứ tự có CR2 < 2L Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có biểu thức u U cos t , U không đổi ω thay đổi Điều chỉnh giá trị ω để điện áp hiệu dụng hai tụ đạt cực đại Khi UCmax = 1,25U Gọi M điểm nối L C Hệ số công suất đoạn mạch AM Hướng dẫn: A B C D ZL U U Cmax n + Thay đổi ω để điện áp hiệu dụng tụ cực đại, chuẩn hóa ZC n 2 1 n R 2n Hệ số công suất đoạn mạch chứa RL: cos RL 2n 2 2n Đáp án A Bài tập minh họa 2: (Chuyên Lê Hồng Phong – 2017) Đặt điện áp u 120 cos 2ft V (f thay đổi đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm cuộn cảm có độ tự cảm L, điện trở R = 50 Ω tụ điện có điện dung C, với CR2 < 2L Khi f = f1 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện có giá trị cực đại Khi f f 3f1 điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở đạt giá trị cực đại Khi f = f3 điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại công suất tiêu thụ mạch lúc P3 Giá trị P3 A 120 W B 124 W C 144 W D 160 W Hướng dẫn: L 2R f n 3 U2 C C2 f1 Ta có P3 cos 3 144W R 2 cos 3 1 n Đáp án C Bài tập minh họa 3: (Chuyên sư phạm Hà Nội – 2016) Đặt hiệu điện xoay chiều u U cos t V (với U0 không đổi ω thay đổi được) vào đoạn mạch AB gồm ba điện trở R, tụ điện C cuộn cảm L mắc nối tiếp (CR2 < 2L) Điều chỉnh giá trị ω, thấy ω = ω1 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ đạt giá trị cực đại Khi ω = ω2 điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại Khi giá trị hiệu dụng U Lmax 2U Khi ω = ω1 hệ số công suất đoạn mạch AB gần giá trị sau đây? A 0,76 B 0,87 C 0,67 D 0,95 Hướng dẫn: + Hệ số công suất đoạn mạch xảy cực đại với điện áp tụ hoạc cuộn dây cos 1 L C U Mặc khác UL max C 0,96 → Vậy cos 1 C L L 1 L C Đáp án D III VẬN DỤNG KĨ THUẬT CHUẨN HĨA VÀO BÀI TỐN TẦN SỐ GÓC BIẾN THIÊN ĐỀ UL = U HOẶC UC = U Nhắc lại kết tốn tần số góc biến thiên liên để UL = U UC = U: Tần số góc ω biến thiên UL = U UC = U + → ZC2 L L R2 với X C 2CX L R2 2X với X C L → Z2L 2ZL ZC R + 2C 2ZL ZC R Vận dụng kĩ thuật chuẩn hóa: + Khi UL = U, ta chuẩn hóa cos 2X ZC , m ZL m , R 2m R 2m Z m + Khi UC = U, ta chuẩn hóa cos L L n Z L ZC C 2C 2X ZL , m ZC m L L n ,khi Z L ZC C 2C R 2m R 2m Z m Bài tập minh họa 1: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U khơng đổi, tần số f thay đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần, cuộn cảm tụ điện mắc nối tiếp Khi f = f0 Hz điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện UC = U Khi f f Hz điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm UL = U hệ số công suất toàn mạch lúc Tần số f0 gần với giá trị sau đây? A 30 Hz B 15 Hz C 60 Hz D 50 Hz Hướng dẫn: 2m 1 m 0,55 Ta có: cos m f f0 SHIFT SOLVE 0,55 f 15 Hz → Với m C fL f0 Đáp án B BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: (Chuyên ĐH Vinh – 2012) Cho đoạn mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp, cuộn dây cảm Biết L = CR2 Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều ổn định, mạch có hệ số cơng suất với hai giá trị tần số góc ω1 = 50π rad/s ω2 = 200π rad/s Hệ số công suất đoạn mạch A B C D 13 12 + Từ biểu thức L CR ZL ZC R Gọi n giá trị cảm kháng tần số dòng điện ω1 R 1 + Chuẩn hóa ZC n ZL n Từ giả thuyết toán cos 1 cos 2 1 12 n n Hệ số công suất mạch cos 1 13 1 12 n n Đáp án A 1 n 4n n n 4n 4n 4n Câu 2: (Chuyên ĐH Vinh – 2012) Hai cuộn dây nối tiếp với mạch điện xoay chiều Cuộn có điện trở r1 lớn gấp lần cảm kháng ZL1 nó, điện áp cuộn cuộn có giá trị hiệu dụng lệch L pha Tỉ số độ tự cảm hai cuộn dây L2 1 A B C D 3 + Chuẩn hóa ZL1 r1 Ta có tan 1 ZL1 r1 1 Vậy cuộn dây thứ hai cảm U d1 U d ZL2 Z2L2 r L1 L2 Chọn C Câu 3: (Chuyên SPHN – 2012) Đặt điện áp xoay chiều u = U0cosωt V vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp (cuộn dây cảm) Khi nối tắt tụ C điện áp hiệu dụng điện trở R tăng lần dòng điện hai trường hợp vuông pha Hệ số công suất đoạn mạch lúc sau 2 A B C D 2 5 Z L ZC Z L 1 + Ta có: 1 2 tan 1 tan 2 1 R R + Chuẩn hóa R ZL ZC ZL U R 2U R1 Z1 2Z2 ZL ZC 4Z2L R 1 ta thu 4Z2L 4Z4L 3Z2L ZL ZL ZL → Vậy hệ số công suất mạch cos 1 12 2 Thay ZL ZC Đáp án A Câu 4: (Chuyên Phan Bội Châu – 2012) Mắc vào đoạn mạch không phân nhánh RLC nguồn điện xoay chiều có tần số thay đổi Ở tần số f1 = 60 Hz , hệ số công suất mạch đạt cực đại cosφ = Ở tần số f2 = 120 Hz, hệ số công suất nhận giá trị cosφ = 0,707 Ở tần số f3 = 90 Hz, hệ số công suất mạch A 0,872 B 0,486 C 0,625 D 0,781 + Chuẩn hóa R = Gọi n cảm kháng cuộn dây tần số dòng điện ω = ω1 ZL1 n 12 LC ZC1 n n Ta có cos 0,707 n 12 2n 2 0,87 Hệ số công suất 3 cos 2n 3 12 n 2 Đáp án A Câu 5: (Chuyên Thái Bình – 2012) Một đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn mạch AM gồm biến trở R mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L, đoạn mạch MB tụ điện có điện dung C Đặt điện áp xoay chiều u = U0cos2πft (U không đổi, tần số f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch AB Khi tần số f1 điện áp hiệu dụng R đạt cực đại Khi tần số f2 điện áp hiệu dụng hai điểm AM không đổi điều chỉnh R Hệ thức liên hệ f1 f2 B f f1 f1 + Ta có 12 LC R Chuẩn hóa ZC x ZL x C f f1 A f + Giả sử tần số góc 2 n1 , ta có U AM U 12 nx x 12 nx n D f f1 U x2 2x 2 n 1 nx x x2 f 2 f2 Để UAM khơng phụ thuộc vào R 2x n n Đáp án D Câu 6: (Chuyên ĐH Vinh – 2013) Một mát phát điện xoay chiều pha có roto phần cảm, điện trở máy không đáng kể, quay với tốc độ n vòng/phút nối vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp, L thay đổi Ban đầu L = L1 ZL1 = ZC = R hiệu điện hai đầu cuộn U Bây giờ, roto quay với tốc độ 2n vòng/phút, để hiệu điện hiệu dụng hai đầu cuộn cảm U độ tự cảm L2 5L1 L 3L1 3L1 A B C D 4 + Chuẩn hóa ZL1 ZC R + Giả sử L nL Ta có U1 U 12 12 1 1 2 2n 2 1 12 2n 2 n Đáp án B Câu 7: (Chuyên ĐH Vinh – 2013) Đặt điện áp xoay chiều u = U0cos2πft V (U0 không đổi, f thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R tụ điện C Khi tần số 20 Hz cơng suất tiêu thụ đoạn mạch 20 W, tần số 40 Hz cơng suất tiêu thụ đoạn mạch 32 W Khi tần số 60 Hz công suất tiêu thụ mạch A 48 W B 44 W C 36 W D 64 W R + Chuẩn hóa ZC n + Ta có P2 I 22 Z12 12 n n 1 P1 I1 Z2 n 2 Tương tự ta có P3 P1 n2 n 1 3 36W Đáp án C Câu 8: (Chuyên ĐH Vinh – 2013) Cho đoạn mạch điện xoay chiều AB gồm hai đoạn AM MB mắc nối tiếp, đoạn mạch AM gồm biến trở R tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB có cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp xoay chiều ổn định u U cos t V Ban đầu, giữ L = L1, thay đổi giá trị biến trở R ta thấy điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch AM không đổi với giá trị biến trở Sau đó, giữ R = ZL1 thay đổi L để điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại, giá trị điện áp hiệu dụng cuộn cảm U A B C D U U U 2 2 U R ZC2 + Ta có điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch AM: U AM Để UAM khơng phụ thuộc vào R R Z L ZC 2 U 1 Z2L 2ZL ZC R ZC2 Z2L 2ZL ZC ZL 2ZC R ZC2 + Chuẩn hóa R = → Điện áp hiệu dụng cực đại hai đầu cuộn dây U Lmax 1 12 2 U R ZC 2 U U R Đáp án D Câu 9: (Chuyên ĐH Vinh – 2013) Đặt điện áp u = U0cos2πft V vào hai đầu đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm điện trở R, cuộn dây có điện trở r = R tụ điện C Điểm M nằm R cuộn dây, điểm N nằm cuộn dây với tụ điện C thấy uAN vng pha với uMB có giá trị hiệu dụng Hệ số công suất đoạn mạch 1 A B C D 3 + Chuẩn hóa R = r = Ta có AN MB tan AN tan MB 1 ZL ZL ZC 2 ZL ZC ZL + Điện áp hai đoạn mạch có giá trị hiệu dụng: U AN U MB ZAN ZMB 22 ZL2 12 ZL ZC Thay ZL ZC 2 ta thu Z4L 2Z2L ZL ZC ZL Hệ số công suất toàn mạch cos Rr R r Z L ZC 11 1 1 1 3 2 Đáp án C Câu 10: (Chuyên ĐH Vinh – 2013) Đặt điện áp u AB U cos t V vào hai đầu đoạn mạch RCL mắc nối tiếp, U cuộn dây cảm thấy U U L RC Hệ số công suất mạch điện 1 A B C D 2 + Chuẩn hóa U U L U RC U U U U 2 U 1 U 2 U R R L C R C Ta có : 2 U U RC U R U C C U → Hệ số công suất toàn mạch cos R U Đáp án B Câu 11: (Chuyên ĐH Vinh – 2013) Đặt vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp điện áp xoay chiều u = U0cos2πft V, tần số f thay đổi Khi tần số f1 4f1 cơng suất mạch 80% công suất cực đại mà mạch đạt Khi f = 5f1 hệ số cơng suất mạch điện A 0,53 B 0, 46 C 0,82 D 0,75 ZC + Hai giá trị tần số góc cho công suất tiêu thụ: 12 412 ZL1 LC R ZC1 4n + Chuẩn hóa ZL1 n P P Pmax cos cos cos Pmax + Ta có cos 1 12 n 4n 2 n + Hệ số công suất mạch ω = 5ω1: cos 5n n 0,82 Đáp án C Câu 12: (Chuyên Nguyễn Huệ – 2013) Cho mạch điện xoay chiều có đoạn mạch AM gồm điện trở R mắc nối tiếp với đoạn mạch MN gồm cuộn dây không cảm, có điện trở r = R độ tự cảm L nối tiếp với đoạn mạch NB chứa tụ điện C Giá trị hiệu dụng điện áp UAB = UNB Hệ số công suất cuộn dây k1 = 0,6 Hệ số công suất mạch bao nhiêu? A 0,923 B 0,683 C 0,752 D 0,854 + Chuẩn hóa R = r = 1 cos MN 0,6 ZL 1 Z L 4 U AB U NB 22 ZC ZC2 ZC 2,16 3 Rr + Hệ số công suất mạch cos AB R r Z L ZC 2 4 22 2,16 0,924 Đáp án A Câu 13: (Vật Lý Phổ Thông) Cho đoạn mạch điện gồm cuộn dây mắc nối tiếp với tụ điện Gọi điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây Ud, hai đầu tụ UC Biết U C 3U d độ lệch pha hiệu điện hai đầu cuộn dây dịng điện Hệ số cơng suất mạch A 0,5 B 0,707 C 0,87 D 0, 25 + Chuẩn hóa r = Z tan d L ZL r Kết hợp với U C 3U d ZC2 r ZL2 ZC cos r r Z L ZC 0,5 Đáp án A Câu 14: (THPT Cẩm Bình – 2016) Cho đoạn mạch RLC nối tiếp (cuộn dây cảm) với CR2 < 2L Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u = U0cosωt V với ω thay đổi Điều chỉnh ω để điện áp hiệu dụng hai đầu tụ đạt cực đại, điện áp hiệu dụng điện trở gấp lần điện áp hiệu dụng cuộn dây Hệ số cơng suất đoạn mạch 5 A B C D 31 29 29 19 + Thay đổi ω để điện áp hai đầu tụ điện đạt cực đại, chuẩn hóa ZL U 2n 5U U R 5U d n 13,5 ZC n n 1 n2 1 R 2n 2 → Hệ số cơng suất đoạn mạch lúc cos 1 n 29 Đáp án B Câu 15: (Vật Lý Phổ Thông) Cho đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở R, cuộn dây cảm L tụ điện C mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều ổn định cường độ dòng điện hiệu dụng mạch I1 Nếu nối tắt tụ điện cường độ dịng điện mạch I2 = 2I1, đồng thời hai dòng điện i1 i2 vuông pha với Hệ số công suất đoạn mạch không nối tắt tụ điện A 0,5 B 0, C 0, D 0,75 + Chuẩn hóa R = + Dịng điện hai trường hợp vng pha với ZL ZC ZL 1 ZL ZC + I 2I1 Z12 4Z22 Z2L 1 4Z2L ZL 2 ZL → Hệ số công suất đoạn mạch không nối tắt : cos R R Z L ZC Đáp án B L tần số thay đổi Khi f = f1 f = f2 mạch có C hệ số cơng suất Hệ số cơng suất mạch lúc 1 A B 2 f1 f1 f2 f2 1 n n f f f f n n C D 2 f1 f1 f2 f2 1 1 n f f f f L + Chuẩn hóa R n C R Hệ số công suất cos1 2 L2 1 2 R L1 C1 Câu 16: (Vật Lý Phổ Thơng) Mạch RLC có R n 12 LC 1 cos1 + Kết hợp với L2 n12 1 n L 2 1 1 C n 2 1 Đáp án B Câu 17: (Vật Lý Phổ Thông) Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, cuộn dây cảm Biết L = CR2 Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều ổn định, mạch có hệ số công suất với hai giá trị tần số góc 50π rad/s 200π rad/s Tổng trở mạch trường hợp A 0,5 13R B 6R C 0,5 85R D 36R Chuẩn hóa R = 1 + Ta có LC L C 12 L C 2 1 2 13 Tổng trở mạch Z R L1 C2 1 2 Đáp án A Câu 18: (Vật Lý Phổ Thông) Nối hai cực máy phát điện xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch RLC Khi máy phát quay với tốc độ n vịng/phút mạch có cộng hưởng cơng suất tiêu thụ đạt cực đại P0 Khi máy quay 2P0 với tốc độ 2n vịng/phút cơng suất tiêu thụ Khi máy quay với tốc độ 3n vịng/phút hệ số công suất đoạn mạch 3 A 0,5 B C D 265 34 R + Khi 1 mạch xảy cộng hưởng, chuẩn hóa ZL Z 4U 2 U2 cos cos R R 10 1 c os X2 10 X 2X 2 + Khi 21 P + Khi 31 hệ số cơng suất mạch là: c os X 3X 3 265 Đáp án B Câu 19: (Vật Lý Phổ Thông) Cho mạch điện AB gồm hai đoạn mạch AM MB nối tiếp nhau, đoạn mạch L AM gồm điện trở R nối tiếp với tụ điện có điện dung C, MB có cuộn dây với độ tự cảm L thõa mãn Rr C Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều với tần số góc ω thay đổi Với hai giá trị tần số ω = ω1 rad/s ω2 = ω1 + 120 rad/s mạch có hệ số công suất a Giá trị ω1 13 A 40 rad/s B 160 rad/s C 120 rad/s D 80 rad/s + Chuẩn hóa R + r = 1 → Hệ số suất mạch cos 2 13 1 2 1 1 Từ ta tìm ω1 =40 rad/s Đáp án A Câu 20: (Chuyên Thái Bình – 2011) Cho mạch điện RC với R = 15 Ω Đặt vào hai đầu đoạn mạch máy phát điện xoay chiều pha Khi roto quay với tốc độ n vịng/phút cường độ dòng điện I1 = A A Khi roto quay với tốc độ 2n vịng/phút cường độ I A Nếu roto quay với tốc độ 3n vịng/phút dung kháng tụ A Ω B 18 Ω + Chuẩn hóa R = I 2I1 X 2 X 1 X 1 C Ω Dung kháng tụ tốc độ quay roto 3n : ZC D Ω 15X 2 5Ω Đáp án A Câu 21: (Vật Lý Phổ Thông) Đặt điện áp u = U0cosωt V vào hai đầu đoạn mạch AB theo thứ tự gồm tụ điện C, cuộn cảm L điện trở R mắc nối tiếp Gọi M điểm nối tụ điện cuộn cảm Biết điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch MB gấp lần điện áp hiệu dụng đoạn mạch AM cường độ dòng điện lệch pha so với điện áp hai đầu mạch Hệ số công suất đoạn mạch MB A B C D 2 + Chuẩn hóa R 1 ZL ZC Z L ZC ZL Ta có ZMB 3ZAM Z2 3Z2 C L Hệ số công suất đoạn mạch MB: cos MB Đáp án C R R Z2L Câu 22: (Vật Lý Phổ Thông) Cho mạch điện nối thứ tự gồm điện trở R, tụ điện có điện dung C cuộn dây có độ tự cảm L, điện trở r Biết L = CR2 = Cr2 Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u U cos t V điện áp hai đầu đoạn mạch RC gấp lần điện áp hiêu dụng hai đầu cuộn dây Hệ số công suất đoạn mạch A 0,83 B 0,657 C 0,785 D 0,5 ZL X + Chuẩn hóa R r ZC X 1 X X 0,528 X 0,83 + Hệ số công suất mạch cos 12 X X Đáp án A Câu 23: (Chuyên Lê Quý Đôn – 2016) Đặt điện áp xoay chiều u U cos 2ft V vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện C mắc nối tiếp Khi nối tắt tụ C điện áp hiệu dụng điện trở R tăng hai lần dịng điện hai trường hợp vng pha Hệ số công suất đoạn mạch lúc sau A B C D 2 5 Ta có U RC 3U d 12 + Điện áp điện trở tăng lên lần: I 2I1 R ZL ZC 4R 4ZC2 Dịng điện hai trường hợp vng pha nhau: tan 1 tan 2 1 Chuẩn hóa R ZL ZC Z L ZC ZC R R 1 ZC + Thay lên phương trình đầu ta thu 4ZC4 3ZC2 ZC + Hệ số công suất mạch lúc sau cos R R ZC2 1 12 2 Đáp án A Câu 24: (Chuyên Lê Quý Đôn – 2016) Cho mạch điện AB gồm hai đoạn mạch AM MB mắc nối tiếp Đoạn AM gồm điện trở R1 mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C, đoạn mạch MB gồm điện trở R2 mắc nối tiếp với cuộn cảm có độ tự cảm L Đặt điện áp xoay chiều có tần số f giá trị hiệu 2 LC dụng không đổi vào hai đầu A, B Khi mạch điện AB tiêu thụ cơng suất P1 Nếu nối tắt hai đầu cuộn cảm điện áp hai đầu mạch AM MB có giá trị hiệu dụng lệch pha , lúc công suất tiêu thụ mạch AB 120 W Giá trị P A 200 W B 240 W C 160 W D 320 W + Khi nối tắt cuộn dây, điện áp hai đầu AM MB lệch pha ZC 3R1 Chuẩn hóa R1 ZC U AM U MB R12 ZC2 R 22 R 2 Công suất tiêu thụ mạch lúc sau P P1cos P1 P ZC2 R1 R R1 R 2 160W Đáp án C Câu 25: (Chuyên Lê Quý Đôn – 2016) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi, tần số thay đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C Khi tần số f1 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại UCmax Khi tần số f f1 điện áp hai đầu điện trở đạt 2 f1 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ 150 V Giá trị UCmax gần giá trị sau đây? A 120 V B 180 V C 220 V D 200 V + Với 1 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại cực đại Khi tần số f 2LU 2U R2 U1 LC 2L R 4LC R C2 R 4LC R C2 L + Với 2 1 điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở đạt giá trị cực đại 22 12 U U LC R2 R2 Chuẩn hóa 22 12 LC 3 2L L LC R C2 Mặc khác R L2 + Khi 3 1 , điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện U U U 9U UC 2 2 C3 R L3 3 R C LC3 C3 3 3 2LU 2U 2U 3U U1 2 R 2 R 4LC R C 4LC R C2 4 L 3 12 Từ ta tìm U1 90 5V Đáp án D Câu 26: (Chuyên Lê Quý Đôn – 2016) Một đoạn mạch gồm biến trở R, cuộn dây tụ điện mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều ổn định Khi R = R0 cơng suất tiêu thụ điện biến trở đạt cực đại, điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch lớn gấp 1,5 lần điện áp hiệu dụng hai đầu biến trở Hệ số công suất đoạn mạch bằng: A 0,87 B 0,67 C 0,80 D 0,75 2 + Công suất tiêu thụ biến trở đạt giá trị cực đại R r ZL ZC Chuẩn hóa ZL ZC R r 2 Mặc khác U R UR R r Z L ZC + Hệ số công suất mạch cos 1,5 r2 1 r r 1 Rr R r Z L ZC 2 r 0,125 R 1,008 0,749 Đáp án D Câu 27: (Chuyên sư phạm Hà Nội – 2016) Đặt điện áp xoay chiều u U cos 100t vào hai đầu đoạn mạch gồm cuộn dây, tụ điện C điện trở R mắc nối tiếp Biết điện áp hiệu dụng tụ điện C điện trở R trễ pha so với điện áp hai đầu cuộn dây U R U C 60 V, dòng điện sớm pha điện áp mạch Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch có giá trị A 82 V B 60 V C 82 V D 60 V + Ta có UC = UR → R = ZC, chuẩn hóa R = ZC = Dịng điện trễ pha so với điện áp hai đầu đoạn dây ZL 3r Z ZC 3r 1 tan L r Rr 1 r 4 3 U Z UR UR U R UR Z R 2 1 3 1 82 V 1 4 4 Đáp án A Câu 28: (Chuyên sư phạm Hà Nội – 2016) Đặt hiệu điện xoay chiều u = U0cos(ωt + φ) V vào hai đầu đoạn mạch AB nối thứ tự gồm R1, R2 với R1 = 2R2 , cuộn cảm có độ tự cảm L thay đổi tụ điện có điện dung C Điều chỉnh L = L1 để hiệu điện tức thời hai đầu đoạn mạch chứa R2 L lệch pha cực đại so với điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch AB, hệ số cơng suất hai đầu đoạn mạch AB có giá trị L Điều chỉnh L L để cường độ dòng điện hiệu dụng mạch có giá trị cực đại Tỉ số cos AB L2 A B 0,5 C D 0,25 + Chuẩn hóa R2 = → R1 = Hiệu điện tức thời hai đầu đoạn mạch chứa R2 L lệch pha cực đại so với điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch AB ZL1 ZL1 ZC 1 ZL1 ZL1 ZC 3 R R1 R + Kết hợp với cos AB R1 R R1 R 2 ZL Từ hai phương trình ta có 32 ZL ZC 32 32 Z Z L1 C ZL1 ZC Điều chỉnh L L để cường độ dòng điện hiệu dụng mạch có giá trị cực đại ZL2 ZC L1 0,5 L2 Đáp án B Câu 29: (Chuyên sư phạm Hà Nội – 2016) Đặt hiệu điện xoay chiều u = U0cosωt V (với U0 không đổi) vào đoạn mạch AB gồm ba đoạn mạch AM, MN NB ghép nối tiếp Đoạn mạch AM gồm điện trở R Đoạn mạch MN gồm tụ điện có điện dung C Đoạn mạch NB gồm ống dây Nếu dùng ampe kế xoay chiều (lý tưởng) mắc nối tiếp vào đoạn mạch AB ampe kế I1 = 2,65 A Nếu dùng ampe kế nối hai điểm A M ampe kế I2 = 3,64 A Nếu dùng ampe kế nối hai điểm M N ampe kế I3 = 1,68 A Nếu dùng ampe kế nối vào hai điểm A N số ampe kế gần giá trị nhất? A 1,54 A B 1,21 A C 1,86 A D 1,91 A + Chuẩn hóa R = U 2,65 I RLC 2,65 Z L ZC Ta có ZL ZC 1,06 I LC 3,64 U 3,64 Z Z L C Vậy U 3,64 1,06 I LC 3,64 Tương tự với ZL 2,06 U I RL 1,68 1,68 Z2L U U Dùng ampe kế nối vào hai điểm A N: I 1,87 A ZL 2,06 Đáp án C Câu 30: (Chuyên KHTN Hà Nội – 2016) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi, tần số thay đổi L vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện C cho R Thay đổi tần số đến C giá trị f1 f2 hệ số công suất đoạn mạch cos Thay đổi tần số đến giá trị f3 điện áp hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại, biết f1 f 2f Giá trị cos gần với giá trị sau đây? A 0,56 B 0,45 C 0,35 D 0,86 Chuẩn hóa R L C X 1 + Hai giá trị tần số góc cho giá trị công suất : 12 LC X + Tần số góc để điện hấp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại: 32 2 R C X LC R Ta có: cos 2 X 1 2 R L1 C1 Mặc khác 1 2 23 1 2 23 X 0, 447 Thay vào biểu thức ta thu cos 22 Đáp án B Câu 31: (Chuyên ĐH Vinh – 2016) Cho mạch điện hình vẽ, đặt vào hai đầu mạch điện áp u AB 30 14 cos t V (với ω không thay đổi) Điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch MB lệch pha so với dòng điện mạch Khi giá trị biến trở R = R1 cơng suất tiêu thụ biến trở P điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch MB U1 Khi giá trị biến trở R = R2 (R2 < R1) cơng suất tiêu thụ biến trở P điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch MB U2 Biết U1 + U2 = 90V Tỉ số R1 R2 là: A B C D + Điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch MB lệch pha so với dòng điện mạch ZL ZC 3r U2R U2 2 Công suất tiêu thụ biến trở: P R 2r R 4r 2 P R r 3r Hai giá trị biến trở R cho công suất tiêu thụ thõa mãn R1R 4r Chuẩn hóa r R R1 Ta có: U1 U1 U2r R1 r 2 3r U2r R r 2 3r 90 R1 12 2 1 R1 R R Đáp án D Câu 32: (Chuyên ĐH Vinh – 2016) Cho mạch điện mắc nối thứ tự tụ điện C, điện trở R cuộn cảm có độ tự cảm thay đổi Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u U cos 2f V, với f thay đổi Ban đầu tần số giữ f f1 , thay đổi L đến hiệu điện hai đầu đoạn mạch chứa R L cực đại cố định giá trị L này, đồng thời nhận thấy giá trị L thõa mãn L f f2 f1 R 2C Sau đó, cho f thay đổi đến hiệu điện hai đầu tụ điện đạt cực đại Bây muốn cường độ dòng điện mạch đạt cực đại cần phải tăng hay giảm tần số lần so với f2 4 A tăng lần B tăng lần C giảm lần D giảm lần 3 3 + Giá trị tần số góc để dịng điện hiệu dụng mạch cực đại 1 32 1 , chuẩn hóa 32 LC LC + Thay đổi L để điện áp hiệu dụng đoạn mạch chứa R L cực đại L R2 Z2L ZC ZL R R L2 12 12 12 C LC L + Giá trị tần số góc để điện áp hiệu dụng tụ điện đạt cực đại 12 2 R2 2 1 LC 2L2 2 3 Mặc khác 12 222 22 22 2 2 Vậy phải tăng tần số lên lần Đáp án B Câu 33: (Vật Lý Phổ Thông – 2016) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi vào hai đầu đoạn mạch L gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện C R Thay đổi tần số góc đến giá trị f1 f2 cường C độ dòng điện mạch công suất tiêu thụ mạch lúc P0 Thay đổi tần số đến giá trị f3 điện áp f f 25 hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại công suất tiêu thụ mạch lúc P Biết f3 f3 P Gọi Giá trị δ gần giá trị sau đây? P A 0,45 B 0,57 C 0,66 D 2,2 Chuẩn hóa R L C X 1 + Hai giá trị tần số cho dòng điện hiệu dụng mạch 12 LC X R2 + Giá trị tần số để điện áp hiệu dụng tụ cực đại 32 LC 2L 2X 2 R L3 3 23 C P0 Z3 Ta có 2 P Z12 1 2 2 R L1 1 23 C1 3 3 1 1 2 2 3 Mặc khác 1 2 2 2 3 3 3 P Thay vào biểu thức ta thu P 13 Đáp án A Câu 34: (Chuyên Thái Bình – 2016) Đặt điện áp u U cos t V (U ω không đổi ) vào hai đầu đoạn mạch gồm cuộn dây tụ điện mắc nối tiếp Biết cuộn dây có hệ số cơng suất 0,97 tụ điện có điện dung thay đổi Điều chỉnh C để tổng điện áp hiệu dụng cuộn dây tụ điện có giá trị lớn nhất, tỉ số cảm kháng dung kháng đoạn mạch điện gần giá trị sau đây? A 0,52 B 0,71 C 0,86 D 0,26 2 + Áp dụng bất đẳng thức Bunhia U d U C max U d U C ZC ZL r + Chuẩn hóa r = ZL 0, 25 ZL 0,97 0, 24 ZC 1 Z ZC 1,03 L Đáp án D Câu 35: (Vật Lý Phổ Thông – 2016) Đặt điện áp xoay chiều u U cos t V vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp, cuộn dây cảm có hệ số tự cảm L dụng cuộn cảm đạt cực đại R 2C , tần số góc ω thay đổi Thay đổi ω để điện áp hiệu 2U Khi 1 2 1 2 hệ số cơng suất mạch k Biết 1 2 1612 , giá trị k gần giá trị sau đây? A 0,66 B 0,92 C 0,3 + Hai giá trị của tần số góc cho giá trị hệ số công suất: 12 02 D 0,83 LC 1 X Chuẩn hóa 0 1 X 0,57 Từ phương trình 1 2 1612 2 1.75 U R 2C Mặc khác C UL L 2L max R2 1 LC L 1 0,65 Hệ số công suất mạch cos 2 L 1 2 R Đáp án A Câu 36: (Chuyên ĐH Vinh – 2015) Đặt điện áp u U cos t V (ω thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm cuộn cảm có độ tự cảm L, điện trở R tụ điện có điện dung C, với CR 2L Khi 1 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại Khi 2 1 điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại 332,61(V) Giữ nguyên 2 cho C thay đổi đến điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện lại đạt cực đại Giá trị cực đại xấp xỉ bao nhiêu? A 220,21 V B 381,05 V C 421,27 V D 311,13 V + Chuẩn hóa 1 2 R C R2 R2 1 Ta có C L 2L 2L 12 L U U 220 V Điện áp hiệu dụng cực đại hai đầu cuộn cảm 2 : U Lmax 1 1 2 Giá trị cực đại điện áp hiệu dụng tụ điện C thay đổi: U Cmax U L2 2 421 V R2 Đáp án C Câu 37: (Vật Lý Phổ Thông – 2016) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng tần số khơng đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C Gọi điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện, hai đầu biến trở hệ số công suất đoạn mạch biến trở có giá trị R1 UC1, UR1 cosφ1 Khi biến trở có giá trị R2 giá trị tương ứng UC2, UR2và cosφ2 Biết 9UC1 = 16UC2, 16UR1 = 9UR2 Giá trị cosφ1 cosφ2 A 0,74 0,89 B 0,49 0,78 C 0,94 0,78 D 0,49 0,87 U R U R1 16 Chuẩn hóa U C2 n U 16n C1 2 16n 2 Ta có n n 0,5625 16 U R1 16 0, 49 co1 2 2 U R1 U C1 16.0,5625 16 Vậy UR2 0,87 co2 2 U U n R2 C2 Đáp án D U 2R1 U C2 U 2R U C2 CR Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều có tần số góc thay đổi Đoạn mạch có hệ số công suất với hai giá trị tần số góc 1 100 rad/s 2 400 rad/s Hệ số công suất A 0,9 B 0,75 C 0,83 D 0,8 + Chuẩn hóa R C 4L 1 Hai giá trị tần số góc cho hệ số cơng suất 12 412 L2 LC 4L 1612 0,8 Hệ số công suất mạch cos 1 1 2 1612 Câu 38: (Hoằng Hóa – 2017) Cho mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp Biết L Đáp án D Câu 39: ( Chuyên Phan Bội Châu – 2017) Một đoạn mạch AB gồm cuộn dây tụ điện theo thứ tự mắc nối tiếp M điểm nằm cuộn dây tụ điện Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có tần số thay đổi Khi tần số f1 60 Hz hệ số công suất đoạn AM 0,6; đoạn AB 0,8 mạch có tính cảm kháng Khi tần số dịng điện f2 mạch có cộng hưởng điện, f2 gần với giá trị sau đây? A 48 Hz B 35 Hz C 42 Hz D 55 Hz Giả sử ω1 = nω2 + Khi ω = ω2, mạch xảy cộng hưởng ZL2 = ZC2, ta chuẩn hóa ZL2 = ZC2 = ZL n + Khi 1 n2 , ý lúc mạch có tính cảm kháng n > ZC n r 0,6 r n Từ giả thuyết tốn ta có cos AM r2 n2 cos AB r r n 0,8 0,8 n n 0,8 n 1 n n 16 n 1 r2 n n f Vậy ta tìm f 15 40 Hz Đáp án C Câu 40: (Chuyên KHTN Hà Nội – 2016) Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp, RC2 2L Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u U cos 2ft V, U có giá trị khơng đổi, f thay đổi Khi f f1 điện áp hiệu dụng tụ có giá trị cực đại mạch tiêu thụ công suất công suất cực đại Khi tần số dòng điện f f1 100 Hz điện áp hiệu dụng cuộn cảm có giá trị cực đại Tính tần số dịng điện điện áp tụ điện cực đại A 150Hz B 75 5Hz C 75 2Hz D 125Hz + Hệ số công suất mạch điện áp hiệu dụng tụ cuộn cảm cực đại cos 1 C 0,6 L 1 C L f1 +Kết hợp với 0,6 f1 150 Hz f1 100 Đáp án A ... tiếp với tụ điện có điện dung C mạch điện xoay chiều có điện áp u U cos t V dịng điện mạch sớm pha điện áp u φ1, điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây 30 V Biết rằng, thay tụ điện C tụ điện C ... cos 1 n 29 Đáp án B Câu 15: (Vật Lý Phổ Thông) Cho đoạn mạch điện xoay chiều gồm điện trở R, cuộn dây cảm L tụ điện C mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều ổn định... Thông) Cho mạch điện nối thứ tự gồm điện trở R, tụ điện có điện dung C cuộn dây có độ tự cảm L, điện trở r Biết L = CR2 = Cr2 Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u U cos t V điện áp hai