zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Tài Liệu Phổ Thông

» Ôn thi ĐH-CĐ

Ôn tập môn Lý: Cực trị trong mạch điện xoay chiều

Chia sẻ: Tran Minh Phuong | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:28

Báo xấu

369
lượt xem 122
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nguyên tắc chung: Để tìm cực trị của một biểu thức nào đó thì chúng ta xuất phát từ công thức tổng quát của chúng, thực hiện các phép biến đổi theo quy tắc nếu tử số và mẫu số đều là đại lượng biến thiên thì chỉ để một biểu thức thay đổi (chia cả tử và mẫu cho tử số chẳng hạn..)

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ôn tập môn Lý: Cực trị trong mạch điện xoay chiều

GV: Trần Nhật Trung. Cực trị trong mạch điện xoay chiều 1
GV: Trần Nhật Trung. Cực trị trong mạch điện xoay chiều 1. Mạch điện xoay chiều RLC có R thay đổi * Bài toán tổng quát 1: Cho mạch điện xoay chiều RLC trong đó R có thể thay đổi được (R còn được gọi là biến trở). Tìm giá trị của R để : a. Cường độ hiệu dụng I của mạch đạt giá trị cực đại, (nếu có) b. Cường độ hiệu dụng I của mạch đạt giá trị cực tiểu, (nếu có) c. Điện áp hiệu dụng hai đầu R đạt cực đại, (nếu có) d. Điện áp hiệu dụng hai đầu R đạt cực tiểu, (nếu có) e. Công suất tỏa nhiệt trên điện trở R đạt cực đại * Hướng dẫn giải: Nguyên tắc chung: Để tìm cực trị của một biểu thức nào đó thì chúng ta xuất phát từ công thức tổng quát của chúng, thực hiện các phép biến đổi theo quy tắc nếu tử số và mẫu số đều là đại lượng biến thiên thì ch ỉ để một biểu thức thay đổi (chia cả tử và mẫu cho tử số chẳng hạn..) Bổ đề : • Bất đẳng thức Cauchy : Cho hai số không âm a, b khi đó Dấu bằng xảy ra khi a = b • Hàm số bậc hai , với a > 0 đạt giá trị nhỏ nhất tại điểm 2
GV: Trần Nhật Trung. a. Cường độ hiệu dụng vậy R = 0 thì Imax và giá trị b. Vậy khi R rất lớn thì cường độ dòng điện rất nh ỏ và giảm d ần v ề 0, (đúng với khái niệm điện trở : cho biết khả năng cản trở sự di chuyển của các điện tích, tức là cản trở dòng điện) c. Điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở là: d. Ta có: e. Công suất tỏa nhiệt trên R (cũng là trên toàn mạch): với Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: 3
GV: Trần Nhật Trung. Dấu bằng xảy ra khi suất cực đại của mạch Khi đó công Vậy mạch điện xoay chiều RLC có R thay đổi đạt công suất t ỏa nhi ệt trên R cực đại: Khi Chú ý: • Trong trường hợp Pmax thì hệ số công suất của mạch khi đó là • Thông thường khi mạch điện có R thay đổi thì đề bài th ường yêu c ầu tìm R để Pmax nên các em chú ý trường hợp này hơn. Ví dụ 1: Cho mạch điện RLC, R có thểthay đổi được,điệnáp haiđầu mạch là: . Tìm R để : a. Mạch tiêu thụ công suất P = 90W và viết biểu thức c ủa c ường đ ộ hi ệu dụng trong mạch khi đó. b. Công suất tỏa nhiệt trên mạch cực đại Pmax và tính giá trị Pmax * Hướng dẫn giải Ta có: 4
GV: Trần Nhật Trung. a. Công suất của mạch tiêu thụ chính là công suất tỏa nhiệt trên điện trở R: • Với Độ lệch pha của u va i thỏa mãn Biểu thức cường độ dòng điện là • Với Độ lệch pha của u va i thỏa mãn Biểu thức cường độ dòng điện là với b. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: Dấu bằng xảy ra khi Khi đó công suất cực đại của mạch Vậy khi thì 5
GV: Trần Nhật Trung. * Nhận xét : Trong mạch điện RLC mà cuộn dây có thêm điện trở hoạt động r thì ta có thể tìm công suất mạch cực đại và công suất tỏa nhiệt trên cực đại R • Công suất tỏa nhiệt P trên toàn mạch cực đại: Với : Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: Dấu bằng xảy ra khi Khi đó công suất cực đại của mạch Vậy mạch điện xoay chiều RLC có R thay đổi và cuộn dây không thuần cảm đạt công suất tỏa nhiệt trên toàn mạch đạt giá trị cực đại khi • Công suất tỏa nhiệt trên điện trở R, (PR) cực đại: Với: Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: 6
GV: Trần Nhật Trung. Dấu bằng xảy ra khi Khi đó công suất cực đại của mạch Vậy mạch điện xoay chiều RLC có R thay đổi và cuộn dây không thuần cảm đạt công suất tỏa nhiệt trên R cực đại khi: Ví dụ 2: Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có r = 50Ω, và tụ điện có điện dung và điện trở thuần R thay đổi được. Tất cả được mắc nối tiếp với nhau, rồi đặt vào hai đầu đoạn mạch có hi ệu đi ện thế xoay chiều . Tìm R để: a. Hệ số công suất của mạch là b. Công suất tỏa nhiệt trên toàn mạch đạt cực đại. Tính giá trị cực đại đó. c. Công suất tỏa nhiệt trên điện trở R cực đại. Tính giá trị c ực đ ại c ủa công suất đó. * Hướng dẫn giải 7
GV: Trần Nhật Trung. Ta có a. Hệ số công suất của mạch là số được Thay ta Giải phương được nghiệm cần trình trên ta các R tìm b. Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt giá trị cực đại khi Khi đó công suất cực đại của mạch c. Ta có công suât tỏa nhiệt trên R là: Với: Áp dụng bất đẳng thức Cauchy ta có: Dấu bằng xảy ra khi Khi đó công suất cực đại của mạch: 8
GV: Trần Nhật Trung. Bài toán tổng quát 2 Cho mạch điện RLC có R thay đổi. Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch điện là U. Khi R = R1 và R = R2 thì mạch tiêu thụ cùng một công suất (hay P 1 = P2) Chứng minh rằng: a. b. Công suất tiêu thụ * Hướng dẫn giải a. Theo giả thiết ta có P1 = P2 b. Ta có Vậy mạch RLC có R thay đổi mà R = R1 và R = R2 thì P1 = P2 sẽ thỏa mãn Ví dụ: (Đại học – 2009) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm biến trở R mắc nối tiếp với tụ điện. Dung kháng của tụ điện là 100Ω. Khi điều chỉnh R thì tại hai giá trị R 1 và R2 công suất tiêu thụ của đoạn mạch như nhau. Biết điện áp hiệu dụng giữa hai đ ầu t ụ đi ện khi R 9
GV: Trần Nhật Trung. = R1 bằng hai lần điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện khi R = R 2. Các giá trị R1 và R2 là: A. R1 = 50Ω, R2 = 100Ω. B. R1 = 40Ω, R2 = 250Ω. C. R1 = 50Ω, R2 = 200Ω. D. R1 = 25Ω, R2 = 100Ω. * Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có P1 = P2 , (1) Mặt khác, gọi U1C là điện áp tụ điện khi R = R 1 và U2C là điện áp tụ điện khi R = R2 Khi đó theo bài ta được Lại có , (2) Giải (1) và (2) ta được R1 = 50Ω, R2 = 200Ω. Ví dụ 2: Một mạch điện gồm một tụ điện C, một cuộn cảm L thuần cảm kháng và một biến trở R được mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu mạch điện một hiệu điện thế xoay chiều . Biết rằng ứng với hai giá trị của biến trở: R1 = 18Ω và R2 = 32Ω thì công suất tiêu thụ P trên đoạn mạch là như nhau. Công suất P của đoạn mạch có thể nhận giá trị nào trong các giá trị sau? * Hướng dẫn giải 10
GV: Trần Nhật Trung. Theo chứng minh công thức ở trên ta được 2. Mạch điện xoay chiều RLC có L thay đổi Bài toán tổng quát: Cho mạch điện xoay chiều RLC trong đó L có thể thay đổi được. Tìm giá trị của L để: a. Cường độ hiệu dụng I của mạch đạt giá trị cực đại b. Công suất tỏa nhiệt của mạch đạt cực đại. Tính giá trị Pmax c. Điện áp hiệu dụng hai đầu L đạt cực đại * Hướng dẫn giải a. Cường độ hiệu dụng Vậy: thì Imax và giá trị b. Công suất tỏa nhiệt trên mạch . Do R không đổi nên Giá trị: c. Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm là 11
GV: Trần Nhật Trung. Với , đặt Do hệ số hàm số y đạt giá trị nhỏ nhất khi: Khi đó giá trị nhỏ nhất của hàm số y là: Vậy : Ví dụ điển hình: Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó . Cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi được. Điện áp gi ữa hai đ ầu đo ạn mạch là u = 200cos(100πt) (V). Xác định độ tự cảm của cuộn dây trong các trường hợp sau: a. Hệ số công suất của mạch cosφ = 1. b. Hệ số công suất của mạch cosφ = . c. Điện áp hiệu dụng trên cuộn cảm L là cực đại. * Hướng dẫn giải 12
GV: Trần Nhật Trung. Ta có a. Hệ số công suất b. Khi c. Theo chứng minh trên ta được khi thì điện áp hiệu dụng hai đầu L đạt cực đại. Giá trị cực đại: Ví dụ 2: Cho mạch điện RLC, L có thể thay đổi được, điện áp hai đ ầu mạch là . Các giá trị . Tìm L để: a. Mạch có công suất cực đại. Tính Pmax b. Mạch có công suất P = 80W c. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu L đạt cực đại. Tính giá trị cực đại đó. * Hướng dẫn giải Ta có a. Công suất của mạch P = I2.R. Do R không đổi nên: 13
GV: Trần Nhật Trung. Khi đó: b. Từ đó ta tìm được hai giá trị của L thỏa mãn đề bài là: c. Điện áp hiệu dụng hai đầu L đạt cực đại khi . Giá trị cực đại Ví dụ 3: Cho mạch điện RLC,điện áp hai đầu mạch điện là u = 200 cos(100πt) (V). L thay đổi được. Khi mạch có L = L 1 = (H) và L = L2 = (H). Thì mạch có cùng cường độ dòng điện hiệu dụng nhưng giá trị tức thời lệch pha nhau góc . a. Tính R và C b. Viết biểu thức của i * Hướng dẫn giải Ta có: a. Do 14
GV: Trần Nhật Trung. Theo bài thì u1 và u2 lệch pha nhau góc nên có một biểu thức là nhanh pha hơn i và một biểu thức chậm pha hơn i. nên u1 nhanh pha hơn i còn u2 chậm pha hơn i. Do Khi đó Trong đó Vậy các giá trị cần tìm là b. Viết biểu thức của i • Với Tổng trở của mạch: Độ lệch pha của u và i: Biểu thức của cường độ dòng điện i là: • Với: Tổng trở của mạch: Độ lệch pha của u và i: Biểu thức của cường độ dòng điện i là: 15
GV: Trần Nhật Trung. * Nhận xét: Cách giải trên là tổng quát cho trường hợp độ lệch pha bất kỳ. Tuy nhiên trong bài toán trên chúng ta có thể nhận xét được rằng do cường độ dòng điện trong hai trường hợp bằng nhau nên trong hai trường hợp đó độ lệch pha của u và i có cùng độ lớn. Khi đó u 1 sẽ nhanh pha hơn là giải ra R luôn chứ không cần phải khai triển công thức lượng i góc giác. 3. Mạch điện xoay chiều RLC có C thay đổi Bài toán tổng quát: Cho mạch điện xoay chiều RLC trong đó C có thể thay đ ổi đ ược. Tìm giá trị của C để: a. Cường độ hiệu dụng I của mạch đạt giá trị cực đại b. Công suất tỏa nhiệt của mạch đạt cực đại. Tính giá trị Pmax đó. c. Điện áp hiệu dụng hai đầu C đạt cực đại * Hướng dẫn giải a. Cường độ hiệu dụng Vậy: thì Imax và giá trị b. Công suất tỏa nhiệt trên mạch P = I2.R. Do R không đổi nên Giá trị : c. Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện là: 16
GV: Trần Nhật Trung. Với: , đặt Do hệ số hàm số y đạt giá trị nhỏ nhất khi Khi đó giá trị nhỏ nhất của hàm số y là: Vậy: Ví dụ điển hình: Ví dụ 1: Cho mạch điện RLC có , C thay đổi. Điện áp hai đầu đoạn mạch . Tìm C để: a. Mạch tiêu thụ công suất P = 50W b. Mạch tiêu thụ công suất cực đại. Tính Pmax c. UC max * Hướng dẫn giải Ta có: 17
GV: Trần Nhật Trung. a. Nhận nghiệm ZC = 200Ω ta được b. Công suất của mạch P = I2.R. Do R không đổi nên: Khi đó: c. Theo công thức đã chứng minh được điện áp hiệu dụng gi ữa hai b ản t ụ cực đại khi: Khi đó: Ví dụ 2: Cho mạch điện RLC có C thay đổi, hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch: F thì mạch . Khi C = C1= F và C = C2 = có cùng công suất P = 200W. a. Tính R và L b. Tính hệ số công suất của mạch ứng với C1, C2. * Hướng dẫn giải a. Theo giải thiết ta có: Với ZL = 300Ω ta được 18
GV: Trần Nhật Trung. Giải phương trình ta được nghiệm duy nhất R = 100Ω. Vậy: b. Tính hệ số công suất ứng với các trường hợp • Khi • Khi Nhận xét : Trong hai trường hợp L thay đổi và C thay đổi chúng ta thấy vai trò của L và C là bình đẳng nên hoán đổi vị trí của L và C ta sẽ được kết quả. Vậy nên trong trắc nghiệm chúng ta chỉ cần nhớ kết quả với C hoặc L. 4. Mạch điện xoay chiều RLC có tần số f hay ω thay đổi Bài toán tổng quát: Cho mạch điện xoay chiều RLC trong đó tần số góc ω thay đổi được. Tìm ω để : a. Cường độ hiệu dụng của dòng điện đạt cực đại. Tính giá trị cực đại đó. b. Công suất tỏa nhiệt trên mạch đạt cực đại. Tính giá trị c ực đ ại đó. c. Điện áp hiệu dụng hai đầu R, hai đầu L, hai đầu C đạt cực đại * Hướng dẫn giải 19
GV: Trần Nhật Trung. a. Cường độ hiệu dụng: Vậy: khi thì cường độ hiệu dụng trong mạch đạt giá trị cực đại và giá trị . b. Công suất tỏa nhiệt trên mạch P = I2.R. Do R không đổi nên Giá trị: c. Điện áp hiệu dụng đạt cực đại • UR đạt cực đại Khi đó: • UL đạt cực đại Với: , 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

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

240 tài liệu

1095 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.