Đang tải... (xem toàn văn)
Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc
Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc I. CÔNG SUẤT: Công suất của dòng điện xoay chiều: P = UIcosϕ = I 2 R = 2 2 Z RU . - Hệ số công suất: cosϕ = Z R = R U U - Ý nghĩa của hệ số công suất cosϕ + Trường hợp cos ϕ = 1 tức là ϕ = 0: mạch chỉ có R, hoặc mạch RLC có cộng hưởng điện (Z L = Z C ) thì P = P max = UI = R U 2 = I 2 R + Trường hợp cos ϕ = 0 tức là ϕ = ± 2 π : Mạch chỉ có L, hoặc chỉ có C, hoặc có cả L và C mà không có R thì P = P min = 0. - R tiêu thụ năng lượng dưới dạng toả nhiệt, Z L và Z C không tiêu thụ năng lượng của nguồn điện xoay chiều. * Để nâng cao hệ số công suất của mạch bằng cách mắc thêm vào mạch cuộn cảm hoặc tụ điện thích hợp sao cho cảm kháng và dung kháng của mạch xấp xĩ bằng nhau để cosϕ ≈ 1. Đối với các động cơ điện, tủ lạnh, … nâng cao hệ số công suất cosϕ để giảm cường độ dòng điện. II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN HỘP ĐEN 1. Các công thức. + Nếu giả sử: i = I 0 cosωt thì hiệu điện thế hai đầu mạch điện U AB = U o cos(ωt + ϕ) + Cảm kháng: Z L = ωL + Dung kháng: Z C = C 1 ω + Tổng trở Z = 2 CL 2 )ZZ(R −+ 1 Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc + Định luật Ôm: I = Z U I Z U 0 0 =⇔ + Độ lệch pha giữa u và i: tgϕ = R ZZ CL − + Công suất toả nhiệt: P = UIcosϕ = I 2 R Hệ số công suất: K = cosϕ = Z R UI P = 2. Giản đồ véc tơ * Cơ sở: + Vì dòng điện lan truyền với vận tốc cỡ 3.10 8 m/s nên trên một đoạn mạch điện không phân nhánh tại mỗi thời điểm ta coi độ lớn và pha của cường độ dòng điện là như nhau tại mọi điểm. + Hiệu điện thế tức thời ở hai đầu đoạn mạch u AB = u R + u L + u C * Cách vẽ giản đồ véc tơ Vì i không đổi nên ta chọn trục cường độ dòng điện làm trục gốc, gốc tại điểm O, chiều dương là chiều quay lượng giác. 3. Cách vẽ giản đồ véc tơ trượt Bước 1: Chọn trục nằm ngang là trục dòng điện, điểm đầu mạch làm gốc (đó là điểm A). Bước 2: Biểu diễn lần lượt hiệu điện thế qua mỗi phần bằng các véc tơ NB; MN ;AM nối đuôi nhau theo nguyên tắc: R - đi ngang; L - đi lên; C - đi xuống. Bước 3: Nối A với B thì véc tơ AB chính là biểu diễn u AB Nhận xét: 2 U A B i + U A N U L U C U R A M B N U L U R U A B O U +L U C U C i + DẠNG 1: Tính công suất tiêu thụ bởi đoạn mạch điện xoay chiều A B C b a c Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc + Các hiệu điện thế trên các phần tử được biểu diễn bởi các véc tơ mà độ lớn của các véc tơ tỷ lệ với hiệu điện thế hiệu dụng của nó. + Độ lệch pha giữa các hiệu điện thế là góc hợp bởi giữa các véc tơ tương ứng biểu diễn chúng. + Độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện là góc hợp bởi véc tơ biểu diễn nó với trục i + Việc giải bài toán là nhằm xác định độ lớn các cạnh và góc của tam giác dựa vào các định lý hàm số sin, hàm số cosin và các công thức toán học. Trong toán học một tam giác sẽ giải được nếu biết trước ba (hai cạnh 1 góc, hai góc một cạnh, ba cạnh) trong sáu yếu tố (3 góc và 3 cạnh). Để làm được điều đó ta sử dụng định lý hàm số sin hoặc Cosin. + SinC a SinB b ¢Sin a == + a 2 = b 2 + c 2 - 2bccosA b 2 = a 2 + c 2 - 2accosB c 2 = a 2 + b 2 - 2abcosC Cách giải: - Áp dụng các công thức: + Công thức tổng quát tính công suất: cosP UI ϕ = + Với đoạn mạch RLC không phân nhánh, có thể tính công suất bởi: P UI= cos ϕ 3 Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc + Hệ số công suất (đoạn mạch không phân nhánh): cos P R UI Z ϕ = = Bài tập TỰ LUẬN: Bài 1: Mắc nối tiếp với cuộn cảm có rồi mắc vào nguồn xoay chiều. Dùng vônkế có rất lớn đo ở hai đầu cuộn cảm, điện trở và cả đoạn mạch ta có các giá trị tương ứng là 100V, 100V, 173,2V. Suy ra hệ số công suất của cuộn cảm Bài giải Theo bài ra : Ta có: Hệ số công suất của cuộn cảm: 0 0 0 0 50 cos 0,5 100 R LR LR U R Z U ϕ = = = = Bài 2: Đặt một hiệu điện thế xoay chiều có tần số góc vào hai đầu cuộn dây có R, L thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là P 1 . Nếu nối tiếp với cuộn dây một tụ điện C với 2 2 1LC ω = và đặt vào hiệu điện thế trên thì công suất tiêu thụ là P 2 . Tính giá trị của P 2 Bài giải Cường độ dòng điện trước khi mắc tụ điện C: 1 2 2 L U I R Z = + Cường độ dòng điện sau khi mắc thêm tụ điện C là: 2 2 2 ( ) L C U I R Z Z = + − 4 Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Do 2 2 1 2 L C LC Z Z ω = ⇒ = Suy ra 2 2 2 ( ) L U I R Z = + − Suy ra I 2 =I 1 P 2 =P 1 Bài 3 : Cho một đoạn mạch điện gồm một biến trở R mắc nối tiếp với một tụ điện có điện dung . Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều với tần số góc . Thay đổi R ta thấy với hai giá trị của thì công suất của đoạn mạch đều bằng nhau. Tích bằng: Bài giải Khi Khi Vì và Với: Bài 4: Cho đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu mạch một hiệu điện thế ổn định u = U o cos(2πft). Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của công suất tiêu thụ P của đoạn mạch điện khi cho điện trở R của đoạn mạch thay đổi từ 0 Bài giải: 5 R O P P max R = Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc + Công suất tiêu thụ: bR aR )ZZ(R RU RIP 22 CL 2 2 2 + = −+ == + Lấy đạo hàm của P theo R: 22 )bR( )Rb(a 'P + − = P' = 0 ⇔ R = b ± + Lập bảng biến thiên: + Đồ thị của P theo R TRẮC NGHIỆM: Bài 1: Chọn câu đúng. Hiệu điện thế giữa hai đầu một đoạn mạch xoay chiều là: u = 100 2 cos(100πt - π/6)(V) và cường độ dũng điện qua mạch là i = 4 2 cos(100πt - π/2)(A). Công suất tiêu thụ của đoạn mạch đó là: A. 200W. B. 600W. C. 400W. D. 800W. ⇒ CHỌN A 6 R P' P 0 b ∞ 0 + − P max 0 0 Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc Bài 2: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, có R là biến trở. Đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện thế xoay chiều có biểu thức 120 2 cos(120 )u t π = V. Biết rằng ứng với hai giá trị của biến trở :R 1 =18 Ω ,R 2 =32 Ω thì công suất tiêu thụ P trên đoạn mach như nhau. Công suất của đoạn mạch có thể nhận giá trị nào sau đây: A.144W B.288W C.576W D.282W Bài giải Áp dụng công thức: 2 1 2 ( ) L C R R Z Z= − 1 2 24 L C Z Z R R⇒ − = = Ω Vậy 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 288 ( ) ( ) L C L C U U P R R W R Z Z R Z Z = = = + − + − ⇒ CHỌN B Bài 3: Khi đặt một hiệu điện thế u = 120cos200t (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm cuộn dây có L = 200 R . Khi đó hệ số công suất của mạch là: A. 2 2 B. 4 2 C. 2 3 D. 3 3 Bài 4: Đặt một hiệu điện thế u = 250cos(100 t π )V vào hai đầu đoạn mạch gồm cuộn cảm có L = 0.75 H π và điện trở thuần R mắc nối tiếp.Để công suất của mạch có giá trị P =125W thì R có giá trị A. 25 Ω B. 50 Ω C. 75 Ω D. 100 Ω ⇒ CHỌN A Bài 5: Một mạch xoay chiều R,L,C không phân nhánh trong đó R= 50Ω, đặt vào hai đầu mạch một hiệu điện thế U=120V, f≠0 thỡ i lệch pha với u một gúc 60 0 , cụng suất của mạch là A. 288W B. 72W C. 36W D. 144W 7 ⇒ CHỌN A Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc ⇒ CHỌN B Bài 6: Một cuộn cảm mắc nối tiếp với một tụ điện, đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều cú U=100(V) thỡ hiệu điện thế hai đầu cuộn dõy là U 1 =100(V), hai đầu tụ là U 2 = 2.100 (V). Hệ số cụng suất của đoạn mạch bằng: A). . 2 3 B). 0. C). 2 2 . D). 0,5. ⇒ CHỌN C 8 Bài 7: Cho đoạn mạch RLC, R = 50W. Đặt vào mạch u = 100 2 sinựt(V), biết hiệu điện thế giữa hai bản tụ và hiệu điện thế giữa hai đầu mạch lệch pha 1 góc π /6. Công suất tiêu thụ của mạch là A. 100W B. 100 3 W C. 50W D. 50 3 W ⇒ CHỌN C Dạng 2: Định điều kiện R,L,C để công suất đạt cực trị Cách giải: - Dựa vào các công thức có liên quan, lập biểu thức của đại lượng cần tìm cực trị dưới dạng hàm của 1 biến thích hợp - Tìm cực trị bằng càc phương pháp vận dụng + Hiện tượng cộng hưởng của mạch nối tiếp + Tính chất của phân thức đại số + Tính chất của hàm lượng giác + Bất đẳng thức Cauchy + Tính chất đạo hàm của hàm số CÁC GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI Công suất cực đại: 2 2 2 2 L C U P = RI = R R + (Z - Z ) R đổi : 2 2 2 2 2 L C L C U U P = RI = (Z - Z ) + (Z - Z ) = + 2 R R R R 9 P max khi L C R Z Z= − 2 max 2 L C U P Z Z ⇒ = − L đổi : 2 2 2 C U P R R + ( - Z ) L = Z P max khi C - Z L Z =0 ⇒ L Z = C Z P max = 2 U R C đổi : 2 2 2 L U P R R + (Z - ) C = Z P max khi C - Z L Z =0 ⇒ C Z = L Z 10 [...]... ra Thay (3) vào (2) ta được = (3) = = 23 = = Dạng 3: Bài toán hộp đen Phương pháp giải Để giải một bài toán về hộp kín ta thường sử dụng hai phương pháp sau: a Phương pháp đại số B1: Căn cứ “đầu vào” của bai toán để đặt ra các giả thi t có thể xảy ra B2: Căn cứ “đầu ra” của bài toán để loại bỏ các giả thi t không phù hợp B3: Giả thi t được chọn là giả thi t phù hợp với tất cả các dữ kiện đầu vào và. .. A, Vôn kế V2 chỉ 80 3 V, hiệu điện thế giữa hai đầu các vôn kế lệch pha nhau góc π /2 Tính L, C 2 Giữ L, C, UAB không đổi Thay đổi R đến giá trị R2 để công suất trên đoạn AN đạt cực đại Tìm R2 và giá trị cực đại đó của công suất Tìm số chỉ của vôn kế V1 khi đó ĐS: 1) L ≈ 0,37H, C ≈ = 69 µF ; 1 π Bài 4: Cho mạch điện RLC nối tiếp, cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = H , tụ có điện dung C=15,9 µF và điện... = 2ZC,điều chỉnh R để công suất của hệ đạt giá trị lớn nhất thì dòng điện trong mạch có giá trị là I= Giá trị của C, L là: 15 A 1 2 m F và H 10π π C 3 4 mF và H 10π π B 1 2 F và mH 10π π D 1 4 mF và H 10π π Bài giải: U2 P= = P = UI hay Z U2 R 2 + (Z L − ZC )2 Vậy P max khi và chỉ khi: R = Z L − Z C hay R = Z C (doZ L = 2ZC ) Khi đó, tổng trở của mạch là Z = U = 100 2(Ω) I 1 1 Hay R 2 + ( Z L − Z C... 30Ω , C = π 1 Công suất tiêu thụ của mạch là 2 Công suất tiêu thụ của mạch là cực đại Tính 3 là cực đại và tính Bài giải 19 đó 1 Mặt khác suy ra (có hai giá trị của 2 (1) khi (có cộng hưởng điện) Suy ra Tính Từ (1) suy ra 3 (2) Biến đổi y ta được 20 ) (3) Muốn cực đại thì y phải cực tiểu Từ (3) ta thấy : Thay vào (2) : Khi đó Suy ra 21 Bài 3: Cho mạch điện RLC mắc nối tiếp với C thay đổi được Hiệu... 100V Biết các hiệu điện thế uAN và uMB lệch pha nhau góc 900 Tính các giá trị L và C 2 Khi biến trở R = R1 thì công suất tiêu thụ của mạch điện là cực đại Xác định R 1 và giá trị cực đại đó của công suất Viết biểu thức của cường độ dòng điện khi đó ĐS: 1) L ≈ 0,127H, C ≈ 141,5 µF 2)R1 = 17,5 Ω ,PMax=138W Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ Các vôn kế điện trở vô cùng lớn Đặt vào hai đầu AB một hiệu điện... đã bắt đầu cảm thấy khó khăn vì nó đòi hỏi học sinh phải có óc phán đoán tốt, có kiến thức tổng hợp về mạch điện xoay chiều khá sâu sắc Để khắc phục khó khăn, học sinh phải ôn tập lý thuyết thật kĩ và có kĩ năng tốt trong bộ môn hình học Ví dụ 2: Cho hai hộp kín X, Y chỉ chứa 2 M a X (thuần), C mắc nối tiếp Y trong ba Aphần tử: R, L B Khi mắc hai điểm A, 1 M vào hai2 cực của một v v nguồn điện một chiều... đến khi công suất của mạch đạt cực đại, lúc đó độ lệch pha giữa u và i là A π/4 B π/6 C π/3 D π/2 ⇒ CHỌN A Bài 7: Một cuộn dây có điện trở thuần r = 15Ω, độ tự cảm L = được mắc như hình vẽ, u AB = 100 2 cos100π t (V ) B Khi dịch chuyển con chạy của biến trở Công suất toả nhiệt trên biến trở có thể đạt giá trị cực đại là 17 1 H và một biến trở thuần 5π A R L,r A 130 W B 125 W C 132 W D 150 W ⇒ CHỌN B... có độ tự cảm L = H , tụ có điện dung C=15,9 µF và điện trở R thay đổi được Đặt vào hai đầu A,B một hiệu điện thế u AB = 200 cos100πt(V) 1 Chọn R = 100 3 Ω Viết biểu thức dòng điện qua mạch 2 Cho công suất của mạch là P = 80W Tính R? Muốn công suất của mạch này đạt cực đại thì phải chọn R là bao nhiêu? Tính PMax khi đó 3 Tính R để cho uAN và uMB lệch pha nhau một góc π /2 π 6 ĐS:1) i = 1cos(100πt +... xoay chiều mắc nối tiếp gồm tụ điện C = F , cuộn dây thuần cảm L= π 1 H và điện trở thuần có R thay đổi Đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện thế xoay chiều có 2π giá trị hiệu dụng U = 80V và tần số f = 50 Hz Khi thay đổi R thì công suất tiêu thụ trên mạch đạt giá trị cực đại là: A Pmax = 64W B Pmax=100W C Pmax=128W D Pmax=150W => CHỌN A Bài 2: Cho mạch điện RLC nối tiếp, trong đó cuộn L thuần cảm, R... 200 Ω 1 Tìm công thức tính R để công suất tiêu thụ P của mạch cực đại Tính công suất cực đại đó 2 Tính R để công suất tiêu thụ P = 3 PMax Viết biểu thức cường độ dòng điện khi đó 5 ĐS:1) R = ZL − ZC = 120Ω, Pmax = 83.3W 2) R = 40Ω,i = 1.58cos(100πt + 1.25)(A) Bài 2:Cho mạch điện như hình vẽ , cuộn dây C L R thuần cảm Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế N M có giá trị hiệu dụng không đổi, có . công suất: cosP UI ϕ = + Với đoạn mạch RLC không phân nhánh, có thể tính công suất bởi: P UI= cos ϕ 3 Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc + Hệ số công suất (đoạn mạch không. Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc I. CÔNG SUẤT: Công suất của dòng điện xoay chiều: P = UIcosϕ = I 2 R = 2 2 Z RU . - Hệ số công suất: cosϕ = Z R =. −+ 1 Chuyên đề ôn thi đại học môn vật lý hay và chọn lọc + Định luật Ôm: I = Z U I Z U 0 0 =⇔ + Độ lệch pha giữa u và i: tgϕ = R ZZ CL − + Công suất toả nhiệt: P = UIcosϕ = I 2 R Hệ số công suất: