Bài III.1, III.2, III.3 trang 48 SBT Vật Lí 12

III.1

Khi đặt một hiệu điện thế không đổi \(12V\) vào hai đầu một cuộn dây có điện trở thuần \(R\) và độ tự cảm \(L\) thì dòng điện qua cuộn dây là dòng điện một chiều có cường độ \(0,15A.\) Nếu đặt vào hai đầu cuộn dây này một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng \(100V\) thì cường độ hiệu dụng qua nó là \(1A.\) Cảm kháng của cuộn dây bằng

A. \(60\Omega .\)                            B. \(40\Omega .\)

C. \(50\Omega .\)                            D. \(30\Omega .\)

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết chỉ có điện trở cản trở dòng điện không đổi

Sử dụng định luật Ôm cho đoạn mạch \(RL\) mắc nối tiếp: \(I = \dfrac{U}{Z}\)

Sử dụng công thức tính  tổng trở: \(Z = \sqrt {{R^2} + {Z_L}^2} \)

Lời giải chi tiết:

+ Chỉ có điện trở cản trở dòng điện không đổi \(R = \dfrac{{{U_{1c}}}}{{{I_{1c}}}} = \dfrac{{12}}{{0,15}} = 80\Omega \)

+ Mạch xoay chiều ta có: \(I = \dfrac{U}{Z} \Rightarrow Z = \dfrac{U}{I} = \dfrac{{100}}{1} = 100\Omega \)

Tổng trở của mạch điện:\(Z = \sqrt {{R^2} + {Z_L}^2} \)

\( \Rightarrow {Z_L} = \sqrt {{Z^2} - {R^2}} \\ = \sqrt {{{100}^2} - {{80}^2}}  = 60\Omega \)

Chọn A

III.2

Một đoạn mạch điện \(RLC\) nối tiếp có \({U_R} = {U_C} = 0,5{U_L}.\) So với cường độ dòng điện thì điện áp giữa hai đầu đoạn mạch này

A. Trễ pha \(\dfrac{\pi }{2}.\)                 B. Sớm pha \(\dfrac{\pi }{4}.\)

C. Lệch pha \(\dfrac{\pi }{2}.\)               D. Sớm pha \(\dfrac{\pi }{3}.\)

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện: \(\varphi  = {\varphi _u} - {\varphi _i}\); \(\tan \varphi  = \dfrac{{{U_L} - {U_C}}}{{{U_R}}}\)

Lời giải chi tiết:

Ta có \({U_R} = {U_C} = 0,5{U_L}.\)

\({U_L} = 2{U_R}\)

Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện là \(\varphi \)

Xét

 \(\begin{array}{l}\tan \varphi  = \dfrac{{{U_L} - {U_C}}}{{{U_R}}} = \dfrac{{2{U_R} - {U_R}}}{{{U_R}}} = 1\\ \Rightarrow \varphi  = \dfrac{\pi }{4} = {\varphi _u} - {\varphi _i} > 0 \Rightarrow {\varphi _u} > {\varphi _i}\end{array}\)

So với cường độ dòng điện thì điện áp giữa hai đầu đoạn mạch này sớm pha\(\dfrac{\pi }{4}.\)

Chọn B

III.3

Đặt điện áp xoay chiều \(u = {U_0}cos100\pi t(V)\) vào hai đầu đoạn mạch \(AB\) mắc nối tiếp gồm điện trở thuần \(100\Omega ,\) tụ điện có điện dung \(\dfrac{{{{10}^{ - 4}}}}{\pi }(F)\) và cuộn cảm thuần có độ tự cảm thay đổi được. Để điện áp hai đầu điện trở trễ pha \(\dfrac{\pi }{4}\) so với điện áp hai đầu đoạn mạch \(AB\) thì độ tự cảm của cuộn cảm bằng

A. \(\dfrac{1}{{5\pi }}(H).\)                        B. \(\dfrac{1}{{2\pi }}(H).\)

C. \(\dfrac{{{{10}^{ - 2}}}}{{2\pi }}(H).\)                    D. \(\dfrac{2}{\pi }(H).\)

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện: \(\varphi  = {\varphi _u} - {\varphi _i}\); \(\tan \varphi  = \dfrac{{{Z_L} - {Z_C}}}{R}\)

Lời giải chi tiết:

Dung kháng \({Z_C} = \dfrac{1}{{C\omega }} = \dfrac{1}{{\dfrac{{{{10}^{ - 4}}}}{\pi }.100\pi }} = 100(\Omega )\)

Điện áp giữa hai đầu điện trở cùng pha với dòng điện, điện áp hai đầu điện trở trễ pha \(\dfrac{\pi }{4}\) so với điện áp hai đầu đoạn mạch \(AB\)nên dòng điện cũng trễ pha \(\dfrac{\pi }{4}\) so với điện áp hai đầu đoạn mạch \(AB\)

\( \Rightarrow \varphi  = \dfrac{\pi }{4}rad\)

\(\begin{array}{l}\tan \varphi  = \dfrac{{{Z_L} - {Z_C}}}{R}\\ \Leftrightarrow \tan (\dfrac{\pi }{4}) = \dfrac{{{Z_L} - 100}}{{100}} \\\Rightarrow {Z_L} = 200\Omega \end{array}\)

Ta có cảm kháng \({Z_L} = L\omega  \Rightarrow L = \dfrac{{{Z_L}}}{\omega } = \dfrac{{200}}{{100\pi }} = \dfrac{2}{\pi }(H)\)

Chọn D