- Khi mắc hai đầu hộp X với nguồn điện một chiều, ampe kế chỉ 2A
trong mạch có dòng điện có cường độ I1 = 2A, chứng tỏ trong hộp kín X
không có tụ
điện (tụ
điện không cho dòng điện một chiều đi qua). Vậy
hộp kín X chứa điện trở R nối tiếp cuộn cảm L.
Z AM
R U1
I1
(vì ZL
= 0)
- Khi mắc A, B vào nguồn điện xoay chiều:
Z AM
U AM
I
Vì Z AM
ZL
2
L .
uuuur
R2 Z 2
L
- Với đoạn mạch AM gồm R nối tiếp L, nên cường độ U AM
dòng điện trễ
pha so với điện áp uAM một góc
AM:
tanAM
ZL
R
AM .
- Vẽ nhau).
giản đồ
Fre-nen (chú ý: uAM và uMB vuông pha O
AM
I
MB r
- Theo giản đồ Fre-nen, uMB chậm pha hơn dòng điện
một góc điện C.
. Vậy hộp Y chứa điện trở R’ nối tiếp tụ 2
uuuur
UMB
- Với đoạn mạch MB gồm điện trở R’ nối tiếp tụ điện C:
ZMB
UMB
I
2
(1)
- Z 2
R' 2 Z 2
(2)
MB C
- Vì uAM vuông pha uMB nên: tanAM .tanMB 1
ZL . Zc 1 ZL . ZC 1
(3)
R R'
R R'
- Từ (1), (2) và (3) giá trị của R’ và ZC C.
Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:
Hoạt động của học sinh | |
- Mỗi hộp X, Y chỉ chứa hai trong | |
ba phần tử điện: R, L, C. | |
- Tụ điện có dòng điện một chiều | - Tụ điện không cho dòng điện một |
đi qua hay không? Vì sao? | chiều đi qua vì giữa hai bản tụ là |
chất cách điện. | |
- Khi mắc hai đầu hộp X (hai điểm A, M) với nguồn điện một chiều, ampe kế chỉ 2A. Dựa vào dữ kiện này, hãy xác định các phần tử điện | - Ampe kế chỉ 2A trong đoạn mạch AM có dòng điện có cường độ I1 = 2A, chứng tỏ trong hộp X không có tụ điện. Vậy hộp X chứa điện trở |
Có thể bạn quan tâm!
- Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý về dòng điện xoay chiều - 12
- Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý về dòng điện xoay chiều - 13
- Bài Tập Về Xác Định Các Phần Tử Điện Chứa Trong Hộp Đen: Bài 1
- Bài Tập Về Máy Phát Điện Và Động Cơ Điện: Bài 1
- Bài Tập Về Máy Biến Thế Và Truyền Tải Điện Năng: Bài 1
- Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý về dòng điện xoay chiều - 18
Xem toàn bộ 161 trang tài liệu này.
R nối tiếp cuộn cảm L. - Z R2 Z 2 U1 (1) AM L I 1 - Khi mắc đoạn mạch AM với nguồn điện một chiều thì ZL = 0. R U1 - Vì ZL = 0 nên từ (1) I (2) 1 2 2 U ' - Z AM R ZL 1 (3) I2 - Vì đoạn mạch AM gồm điện trở R nối tiếp cuộn cảm L, nên điện áp uAM nhanh pha so với cường độ dòng điện i một góc AM. - tan ZL AM R AM - uMB trễ pha so với dòng điện i hộp kín Y chứa điện trở R’nối tiếp tụ điện C. Z R' 2 Z 2 U2 - MB C I (4) 2 - Vì uAM vuông pha uMB nên: |
chứa trong hộp X.
tanAM .tanMB 1 ZL . ZC 1 (5) R R' |
- uAM vuông pha với uMB nên ta suy ra điều gì?
Bài giải:
Khi mắc hai đầu hộp X với nguồn điện một chiều, ampe kế
chỉ 2A
trong mạch có dòng điện có cường độ I1 = 2A, chứng tỏ trong hộp kín X không có tụ điện. Vậy hộp kín X chứa điện trở R nối tiếp cuộn cảm L.
Khi đó ta có: Z
R U1 60 30 (vì Z
= 0).
I
2
AM L
1
Khi mắc A và B vào nguồn điện xoay chiều, ta có:
U ' 60
Z AM
1 60
R2 Z 2
L
602 302
L L
I2 1
Vì Z AM
R2 Z 2 602 Z
30 3
L
ZL
2 f
0,165 H.
30 3
2 .50
Ta có:
tanAM
ZL
R
30 3
3
30 AM
rad 3
Ta có hình vẽ như ở bên dưới. Theo hình, uMB trễ pha so với dòng điện
uuuur
U AM
AM
MB
I
uuuur
UMB
nên hộp kín Y chứa điện trở R’ nối tiếp tụ điện C.
Đối với đoạn mạch MB:
ZMB
U2
I2
60 60 1
Mà ZMB
60
R' 2 Z 2
C
C
R' 2 Z 2 602 (1)
Vì uAM vuông pha uMB nên ta có: O r
Z Z
tanAM .tanMB 1 L .C 1
ZL . ZC 1
R R'
R R'
30 3 . ZC 1
R' Z
(2)
3
30 R' C
Giải (1) và (2) R' 30 3 ;
ZC 30
C
1
2 f .ZC
1
2 .50.30
1,06.104 (F).
Vậy hộp X chứa
R 30 nối tiếp
L 0,165 H
hộp Y chứa
R' 30 3 nối tiếp C 1, 06.104 F.
8. Dạng 8: GIẢI TOÁN NHỜ GIẢN ĐỒ VEC-TƠ.
8.1. Phương pháp giải chung:
- Với những bài tập giải theo phương pháp đại số gặp nhiều khó khăn (phải xét nhiều trường hợp, số lượng phương trình nhiều, giải rất phức tạp hoặc không thể giải bằng phương pháp đại số…) thì phương pháp giải toán nhờ giản đồ vec-tơ sẽ thuận lợi hơn nhiều, cho kết quả nhanh chóng, gọn gàng (như bài toán hộp kín đã xét ở dạng 7).
- Dạng toán này thường được dùng khi bài toán chỉ cho biết độ lệch pha của điện áp u1 so với u2 thì nên dùng giản đồ vec-tơ để giải, gồm các bước cơ bản sau:
+ Vẽ giản đồ vec-tơ.
+ Dựa vào giản đồ vec-tơ, sử dụng định lý hàm số sin, cos để tìm các đại lượng chưa biết.
8.2. Bài tập về giải toán bằng giải đồ vec-tơ: Bài 1
Cho mạch điện như hình vẽ. Cuộn dây thuần cảm, điện trở ampe kế
không đáng kể, điện trở
vôn kế
rất
lớn. Đặt vào hai đầu AB một điện áp
uAB
120 2 cos100 t (V). Khi
L 3 H
thì điện áp uAN trễ pha 3
Bài 2
so với uAB và uMB sớm pha
3 so với uAB. Tìm R, C.
Cho mạch điện như hình vẽ. Hai đầu A, B đặt vào một điện áp xoay
chiều
uAB 120 6 cos100 t (V). Điện
trở
vôn kế
nhiệt là vô cùng lớn. Cho
biết vôn kế
chỉ
120V, công suất tiêu
thụ trên mạch AB là 360W, uAN lệch
pha
so với u 2
MB, uAB
lệch pha
3 so
với uAN. Tìm R, r, L, và C.
Bài 3
Cho mạch điện xoay chiều có sơ đồ như hình. Đặt điện áp xoay chiều có tần số 50Hz vào hai đầu M,Q của đoạn mạch thì vôn kế nhiệt chỉ 90V, RV = .
Khi đó uMN lệch pha 150o và uMP lệch
pha 30o so với uNP. Đồng thời UMN = UMP = UPQ. Cho biết điện trở thuần của đoạn mạch PQ là R = 30.
a. Hỏi cuộn dây có điện trở thuần không? Giải thích. b.Tính UMQ và hệ số tự cảm L của cuộn dây.
8.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1:
Tóm tắt:
uAB 120 2 cos100 t (V)
L 3 H
uAN trễ pha 3 so với uAB
uMB sớm pha 3 so với uAB R = ? , C = ?
Các mối liên hệ cần xác lập:
- Cảm kháng: ZL L
2
AB
- U UoAB
- uAN trễ pha
3 so với uAB và uMB sớm pha 3
so với uAB UL > UC.
- U AB U AM
UMN U NB U AM
UMB U R UMB .
- Ta có giản đồ Fre-nen như hình vẽ. Từ hình vẽ, ta thấy:
DOQ OQP
uur
U L
D Q
QOP
3
OPQ là tam giác đều
uuuur
UMB
3
uuur
U AB
3
O uur R r
UAB = UAN UMB = UC.
uur
uuuur U I
R
U AN
- Xét OQR:
6
U R U AB cos UC C P
- Xét ODQ: cos OD UMB U
U cos
3 OQ U AB
MB AB 3
- UMB U L UC U L UMB UC 2UMB
- U R U L UC
R, C.
R ZL ZC
Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:
Hoạt động của học sinh | ||||
- Tính cảm kháng của cuộn dây và điện áp hiệu dụng của toàn mạch. | - ZL L | ; U | AB | UoAB 2 |
- U AB U AM UMN U NB U AM UMB U R UMB DOQ OQP 3 OPQ đều. QOP 3 UAN = UAB. - 6 U R U AB cos U U cos MB AB 3 - UMB = UL – UC (1) - OPQ đều nên OR là đường trung tuyến R là trung điểm của PQ RQ = RP hay UMB = UC. (2) - Từ (1) và (2) U L UMB UC 2UMB - UR = IR (3) UL = IZL (4) UC = IZC (5) - Lập tỉ số: U R R R U L ZL |
- Hãy viết biểu thức điện áp toàn mạch dạng vec-tơ?
UC U L | | ZC ZL | Z | C | C | 1 ZC |
của R, C.
Bài giải: Cảm kháng:
Z L 100 . 3 300
L
uur
U L
M Q
2
U
UoAB
AB
120 V
uuuur
UMB
3
uuur
U AB
Ta có : U U U U U
U U U
uur R r
AB AM MN NB
AM MB R MB
O uuuur U I
R
Từ giản đồ Fre-nen, ta thấy
OPQ là tam giác đều
uur U AN
U AN U AB
120 V ;
6
U
rad C N P
U R U AB
cos 120.cos
3
6
60 V
U U cos 120. 1 60 V
MB AB 3 2
OPQ đều nên OR là đường trung tuyến R là trung điểm của PQ
UC = UMB = 60V.
Vì UMB = UL - UC UL = UMB + UC = 2UMB = 2.60 = 120V
U R IR
Ta có :
U R
R
R U R Z
60 3 .300 150 3
U IZ
U Z U L
120
L L
L L L
UC IZC U
Tương tự: C
ZC Z
UC Z
60 .300 150
U IZ U Z
C U L
120
L L
L L L
1 1 103
C Z
100
F.
C
Bài 2: Tóm tắt:
.150 15
uAB 120 6 cos100 t (V) UV = 120V
P = 360W
uAN
lệch pha
so với u 2
MB
uAB lệch pha
3 so với uAN
Tính R, r, L, C?
Các mối liên hệ cần xác lập:
2
AB
- Điện áp hiệu dụng toàn mạch : U UoAB .
- U AB U R UC U L Ur
hay U AB U R UV
(với UV
UMB UC U L Ur )
- U AN
U R UC
có hướng vuông góc UMB
- Vẽ giản đồ Fre-nen:
- uAN
lệch pha
so với u 2
MB, uAB
lệch pha
3 so với
uAN POQ rad.
uur
uur uuuur
6 U L
U U Q
- Áp dụng định lý hàm số được:
2 2 2
cosin cho
OPQ, ta
uur uur
UL UC
V
/ 6
MB
P
uur
U
uuur
U AB
U R UV U AB 2UVU AB cos 6 UR.
O / 3uur R r
- Dựa vào giản đồ Fre-nen, suy ra:
uur Ur I
Ur UV
cos
3
; UC U R
.tan
6
UC uuuur
U AN
U U U sin U
L C V 3 L
- Công suất tiêu thụ trên mạch AB:
P I 2 R r I U
R Ur
I
P
U R Ur
R, r, L, C.
Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:
Hoạt động của học sinh | |
- Tính điện áp hiệu dụng toàn mạch. - Viết biểu thức điện áp toàn mạch dạng vec-tơ. - Biểu thức (1) có thể được viết lại là U AB U R UV (Với UV UMB UC U L Ur ) - U AN U R UC có hướng vuông góc UMB . - u lệch pha so với u , u lệch AN MB AB 2 | - U UoAB AB 2 - U AB U R UC U L Ur (1) uur uur uuuur U L U U Q V MB uur uur P uuur U U uur U AB L C / 6 O / 3uur UR r uur Ur I UC uuuur U AN |
- Áp dụng định lý hàm số cosin cho OPQ, ta được: U 2 U 2 U 2 2U U cos UR R V AB V AB 6 - u lệch pha so với u , u lệch AN MB AB 2 pha 3 so với uAN uAB lệch pha 6 so với uMB hay POQ rad. 6 Vì hình tạo bởi U R và UV là hình bình hành có OQ là đường chéo góc lệch pha của uAB so với uR là 6 Từ giản đồ Fre-nen, suy ra được: U U cos ; U U .tan r V 3 C R 6 U U U sin U L C V 3 L - P I 2 R r I U U I. R r - R U R ; r Ur I I Z U L L ZL L I Z U C C 1 C I Z C |
pha 3 so với uAN UL > UC. |
- Từ những phân tích trên, yêu cầu |
học sinh vẽ giản đồ Fre-nen. |
- Xét OPQ, áp dụng định lý hàm số |
cosin tìm UR. |
- Dựa vào giản đồ Fre-nen, hãy tính |
góc lệch pha giữa uV và uR so với |
uAB. |
Từ đó, tìm giá trị của Ur, UC, UL. |
- Viết biểu thức tính công suất tiêu |
thụ trên mạch AB. Từ biểu thức đó, |
hãy tính I. |
- Vận dụng định luật Ohm cho từng |
phần tử điện: điện trở, cuộn cảm, |
tụ điện, hãy tìm giá trị R, L, C. |