SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC
TR ƯỜNG THPT XUÂN HÒA
CHUYÊN ĐỀ ÔN THI ĐH MÔN VẬT LÍ
BÀI TOÁN HỘP ĐEN
Tác giả: Lê Anh Tuấn
GV môn Vật lí
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
"Bµi to¸n hép ®en"
!!"#$%&'$(!)*$+,-#.
/+,##$0%1"& 2
Có nhiều phương pháp để xác định xem trong hộp đen có những phần tử
nào và xác định giá trị của chúng. 3!&!4,567
++,!&48&'96,:'
5giản đồ véc tơ*!/;%8&<!=
Đối tượng áp dụng là học sinh lớp 12A2 và12A3 trường THPT Xuân
Hòa.
PHẦN II: NỘI DUNG
a. C¬ së lý thuyÕt
>?4@+A9B&(C!/;$D
&EB6!CFGC'1C+,
E16C+H2IH ,JB'+,6
K%L&'AGCME2
DẠNG 1: N'AEO'A%P8%6D!+
C'2
Q#ϕ,'1C+,M'
π
≤ϕ≤
π
−
22
O
ϕR
ϕRS
ϕR
.T.
.U5.&,
V
.
WV
U
.TX
.X5U5.
V
U
RV
.
.TU
.U5.
V
U
WV
.
Y22Z Y22OZ YG22Z YG22OZ
(c.1.1) (c.1.2)
[ϕ[S
S[ϕ < π/2
NX
+,.
.4X5U5
.2V
.
WV
U
N
U+,X
.4X5U5
.2V
U
WV
.
Y22Z Y22OZ YA22Z YA22OZ
ϕ
\
U
\
U.
\
.
\
X5.
\
X
\
U5X
DẠNG 2: 2NO'A%&]'T<K'
ϕ^1C&+,C&O
S≤ϕ ’≤π.
L
>%&'&
!&'
J
>%&U!ω
YE_Z`ϕ = 0
N8a"
N<a
>%&.
+,bF
N<X
Y_2Z Y2Z Y2Z
ϕ^RS
ϕ^R
ϕ^Rπ
c'(+
K
c'X
c'O.
c'U
c'OX
c'U
c'O.
Y2OZ
YG2O2OZ
YG2O2Z
Y2OZ
DẠNG 3:NO'A&]'T<O%LKX5U5.1
!8+H2
Q#ϕ^,'BC1O'$+HC
1O'OYS≤ϕ^≤π).
dc'X5Ue
• c'X5.
f
0 < ϕ^[
c'U5%
c'OXEU5%
c'U
c'OU52%
c'U2%
c'O.
Y2O2OZ
YA2OZ
Y2O2Z
[ϕ^[π
0 < ϕ^[
c'O.5
X^
c' O X^5
.
V
.
WV
U
0 < ϕ^[
c' O X^5
.
V
U^
WV
.
c'OX^5
U^
c'OX^5
.
ϕ^RS
c'OX^5U^
ϕ^R
c'OX^5.
(a.3)
(b.3)
ϕ^RS
c'OX^5.^
ϕ^R
c'OX^5U
(e.3)
(f.3)
< ϕ^[
c'O.5X^ c'OU^5.
V
.
WV
U^
0 < ϕ^[
c'OU^5.
V
U^
WV
.
c'OX^5U^
c'OX^5.
(c.3.3)(c.3.1) (d.3.1) (d.3.2)(c.3.2)
*c'U5.eV
U
WV
.
YgCV
U
[V
.
9DZ
2. Ph¬ng ph¸p gi¶i chung:
hiHe
>=&'e
Q1C+,M',ϕ
Q16C+H,ϕ^
gCG,'6C5`=&ϕ5ϕ^5?G*<
6CE?G*<'e
j
c'O.5
X^
c' O X^5
.
V
.
WV
U
c' O X^5
.
V
U^
WV
.
c'OX^5
U^
c'OX^5
.
< ϕ^[
c'OX^5U
c'OU5.^
V
.k
[V
U
0 < ϕ^[
c'OX^5.^
c'OX^5U
c'OU5.^
V
.k
WV
U
(i.3.1) (i.3.2) (i.3.3) (k.3.1) (k.3.2)
ϕ^RS
c'OU^5.^
V
U^
WV
.k
ϕ^R
c'OUk5%+,.k
V
Uk
RV
.k
ϕ^Rπ
c'O.^5U^
V
.^
WV
U^
(l.3) (m.3) (n.3)
0 < ϕ^[
c'OX5U^
[ϕ^[π
c'OX5.^
(p.3)
(q.3)
h
rR
C
1
L
rR
ZZ
UU
UU
tg
CL
rR
CL
+
ϖ
−ϖ
=
+
−
=
+
−
=ϕ
E$ϕ =R/Z.
h-;,&$($e$ϕ^R
O O O
O OL L
O OL
\ \ \
O\ \
+ −
2He
231213
uuu
+=
hiHOe
>?4@+A9e
l6;G,6'&'%GGCP%82
mCF6%MFP%&ộ$9@E(F+H6%M
F%G$9@*!/;&<1!=n+,C
,4G,6&&M2
B. CÁC VÍ DỤ MINH HỌA:
BÀI TẬP DẠNG 1:
B i à 1: .&=+o2l,&''A<K
XEUE.5GC
pi
RSS
2
$
SSπYZqr
p
R
2
YpZ5RSSYsZ5.
R
π
3
10
3−
YtZ5%u9
pi
2>=&vl+,6%;BK2
Gi¶i:
mCF4C+'1+,+,&8a$%'
A4&YA22Z
'A,&'&'' %≠S2
>eRr
O
%→%R
( )
( )
Ω== 50
2
100
I
P
22
NE!6e%
O
hYV
U
V
Z
O
R
2
2
I
U
AB
⇒
( )
2
2
2
2
2
2
AB
CL
50
2
100
r
I
U
ZZ −=−=−
w
l
p
.
i
p
Q4%eV
U
RxSYΩ) ⇒UR
ππω
5
4
100
80
==
L
Z
YcZ
B i 2:à .&=+o2X
,GC%P5a.,
L
S
y
−
π
YtZl,&'&@&O%LKX
S
5U
S
5.&z(C2-E
+, p5i&'C6%;a\
pi
!2mXRX
RySΩ=e
pN
RxS
O
$YSSπ
O
π
Z YZ
Ni
RwS
O
$YSSπZ YZ
l6;6KBl+,6%;B`2
Gi¶i:
l{pN5'1\
pN
+,e
ϕ
ΑΜ
R
4
1
1
π
ϕ
−=⇒−=
−
AM
C
R
Z
Y$H&9\
pN
f
π
>eV
pN
290
2
2
=+=
C
ZR
$%
A
Z
U
I
AM
AMO
2
0
==
→RO$YSSπ
f
π
ZYpZ
i M{Nie
230
I
U
Z
0
MB
MB
==
YΩ). 3 +H 5 \
Ni
$H& 9
ϕ
ΜΒ
=
4
π
%l4<KX
S
+,U
S
Y0&YA22ZZ
>e
ϕ
Ni
R
1
4
tg
R
Z
0
L
0
=
π
=
⇒V
US
RX
S
>eV
Ni
RLS
2
R
2RRR
0
2
10
2
0
=+
3%eX
S
RLSΩ = V
US
+,U
S
R
π
=
ϖ
3,0
Z
0L
YcZ
|
l
p
X
i
N
.
BÀI TẬP DẠNG 2:
B i 1: à
.&'&(Cp^i^.^<!,'
'4&5a5%P2m$(BG}SSSc
V
M
F6Ca\
p^i^
ROYZ5\
i^.^
R
3
YZ5\
p^.^
RYZ+,M
'arRS
L
YpZ2
Q1(;\
p^.^
"$(8J6SSSc
V
Mv%
&7p^i^.^4&2-&p^i^.^<1=n>$n-&
p^i^<=ni^.^<=n$n>7%PB'4&C2
Gi¶i:
>=&'
ϕ
k1
pkik
+,
ik.k
=&p^i^.^&z(C8e
p^.^
R
p^i^
h
i^.^
'''''' CBBACA
UUU
+=
>G*uG}4@+A92Y=+oG8Z
>e
O O O
p^.^ p^i^ i^. ^ p^i ^ i^ .^
\ \ \ O\ 2\ 2$= + − α
RfhLO2O
L
$α
→$αR
p ^ i ^5 i^.^
\ \
L j
^
O w w
π π
→α= →ϕ =
>vπ W
p^ i ^5 i ^ . ^
^
\ \
O
π
ϕ >
>%8&]&p^i^+,i^.^T&'!<0%8p^i^.^
@&&'a&z(C+H' %PAYA2OZ2
>?<e
rR
( )
p^.^ p^.^
O
O
p^.^
U .
\ \
V
X V V
=
+ −
.v\
p^.^
R$5X5U5.R$
m_"8H9_
S
RSSSc
~
&,U4&<0YV
U
V
.
Z
O
"→
•V
U
V
.
•"&,!_"=V
U
"V
.
4&2
x
ϕ^
i^.^
\
p^i^
\
p^.^
\
α
&(
U .
V V−
"!_W_
S
=_
S
4Oπ_
S
UW
S
O _ .π
V
SU
≥V
S.
[RW
O O O O O
SU S.^ SU S.^ ^
~ ~ X ~ ~ \ \≥ → + > → >
>AG,\
p^i^
R\
R
OW\
i^.^
R
L
YZ
%8p^i^4,' %P5%8i^.^,a2
m_R_
S
RSSSc
V
V
S.
R
L
i^.^
\
L2S
r
= Ω
V
p^i^
R
O O L
p^i^
S
\
X V O2S
r
+ = = Ω
V
p^.^
R
( )
O
O L
p^.^
SU S.
\
X V V S
r
+ − = = Ω
Q4%XRS
L
Ω
BÀI TẬP DẠNG 3
B i 1:à
.&=+ol+,€,'A5&]'T<O
%LKe%P5' 4&+,a&z(C2.6
+!C
5
O
+,&A!CF4+,&'2-%P6
+!C%vH5%P&A!C!6!*2m&z*&p+,N+,
DB@&'5&A!CTOp5
TwSYZ2m&zp+,i
+,@5$(jSc
V
=&A!CTp56+!CT
:6%;wSYZ\
pN
+,\
Ni
2
π
2c'l+,€1
!,n>=&6%;B`2
Gi¶i:
y
€l
O
p i
N
m&zOBl+,€+H@&'5%&rR
Op2.<0!<aYAY_2ZZ2%l<%+,'
4&U2Ie%R
Ω== 30
2
60
I
U
gCۥ1X+,U=1
AM
U
+,
MB
U
T*,
&'#+=4$H&9$+H2€<%PX
+,a.YAYG2LZZ2
Q4@+A9%%MF,F%=G,=+o2
>AG,erRp23%
\
%
Rr2%R2LSRLSYZ
g+e\
%
R
2
1
\
pN
→αRLS
S
>\
U
R\
pN
2$αRwS2$LS
S
RLS
3
YZ
3%eV
U
R
330
1
330
I
U
L
==
YΩ)
⇒UR
π
=
ω 100
330
Z
L
YcZ
I\
pN
+,\
Ni
+5$%β = α = LS
S
8e
\
X
R\
pi
2$βRwS$LS
S
RLS
3
YZ
⇒XR
330
I
U
R
=
YΩ)
\
.
R\
pi
2$βRwS$LS
S
RLSYZ
V
.
R
30
1
30
I
U
C
==
YΩ) ⇒.R
π3000
1
YtZ
CÁC BÀI TẬP TƯƠNG TỰ
i,e
.&=+oe
RSS
2
$SSπYZ2
S
l
p
%5U
i
N
m
pg
\
U
\
β
.
\
Ni
\
X
\
α
%
\
i0J%P (+,!6m2
2mm%&r
ROp+,LS
S
$+H
C2c<0' %2
O2mm&P=r
O
Rpq
pN
$+H
Ni
yS
S
2
2>7$v8a%8l2
G2-&l<O%LKYX5U5.Z2c6;l+,=&
6%;B`2
i, Oe .&=+o2
l,'A<O%LK5'4&5a5%P!_RjSc~q
\
pN
R\
Ni
R|jYZq \
pi
RjSYZq rRS5jp2
m_RSSc~5$($vB&Ni,
2
1
2
c0l<1!=n>=&6%;B`
-3ec'l@&' %RjSYΩ),UR
π
1
YcZ+,.R
f
S
−
π
i, L e.&=+o2
UR
)H(
2
1
π
q.R
π
−
25
10
2
YtZ
pi
RSS
2
$SSπYZ2l,&''<O%LK'
4&5a+,%P2
\
pN
RSS
2
YZq
pN
+,
Ni
4
3π
2c0l<1!
=n>=&'HB`n
Bµi 4
.&pi@&'!7lT
<&'KY' 4&
EaZ+,GC%PX=+o2
l
p
X
i
N
l
p
.
i
U
N
Y%RSZ
l
i
p
X
-E+,p5i&'C;6%;a
OSS+,$(jSc~2>6%;BGC%PX*$v8a
%&pi,D2m5M'J&6%;
aG}5ffpYG}
O
pZ2iCM'$H&9
C1&pi2c0'!7<K,5=&6
%;B`2
Bµi 5 : .&=+o2
pi
RSS
2
2$ SSπ YZ2
.
R
π
−
5
10
3
YtZ2c'l<O
%LKX
5U5.2m.
R.
O
v
pN
2
π
$+H
Ni
5&
9
pi
,
6
π
+,rRS5jp2
c'l<=n>=&6%;B`2
-3e.<XRjS
3
qUR
2
π
YcZ
Bµi 6 :
>%&''!7<aa2g('+H
@=vC'9M'
J'&'ϕ YS[ϕ[
2
π
Z2cGC%'<6a
a,niCC'aa=6aa&z(C
+,T@&L%P5' +,a2
Bµi 7 : .&=+o2
O
p
.
i
l
N
X .
O
l
.
i
U
p
p
Q1p+,i
pi
ROSS$SSπYZ2.' UR
π
2
5
.R
π
100
Yµ5tZ2iCl<O%LKX5U4&5.(C2>=&
6%l5GCrRO5xYpZ5$($v,&G}5v
2
R5f2
Bµi 8 : .&=+o2
l5€,'A2N]'T<O%L!&z(C
%P5' 4&5a2p&A!C%P%v05+!C
%P%vH2i&z*&p5N+,ODB&'@
!=C
Tfj5rR5jp23&zp5i+,@
C
pi
ROS$SSπYZ=&A!CTp5+
!CT:&'6%;+,
pN
&'
2
π
$+H
pi
2c0l5€<6
!,576%;$(B`2
Bµi 9:.&=+o
l5€,O'AGCvTGC%&]'<O%LK
X5UE.2g(+,p5N+H@&'Y
ZRwSYpZTr
p
R
Op2g(+,*&N5i&'@&'=r
p
RS2g(@
+,O*&*&p5N=Y
ZRLS
2
YZ2r
p
RYpZ2g(
@+,*&Ni=Y
O
ZRjS
2
YZ2r
p
ROYpZ2iC
%'€6%;6KG}2.6YpZ+,YZP2>=&v
&]'+,6%;6K
L
p
l
i
p
€
O
N
p
l
i
p
€
O
N
-3e leXUeXRV
U
RLS
€e.UeV
U
RV
.
ROj
Bµi 10: g(&=+o5%&]'l5€T<&'
!5p&A!CYpZTp2
\
iI
R\
It
RSYZ
\
it
RS
3
YZ
it
Rj
w
YsZ
l6;!%l5€+,'H_RjSc~
B µi 1 1 .
.O'Al5€&z(C5&]'T<O%LKeX5
UY%P!6!*Z5.2m&zO*&p5N+,OD&'@
&'=r
p
ROYpZ5
\
RwS2m&zO*&p5i+,ODB@
$(jSc~=r
p
Rp5
\
RwS5
O
\
RxS+,
pN
$+H
Ni
,OS
S
2c0'l5€<1K,2>=&66%;B
`2
§S: l@&XUq XRLSYΩ) 5 V
U
R
LS L
YΩ)
€@&X^U^q X^RfSYΩ) 5 V^
U
R
fS L
YΩZ
i, O 2
.&=+oe
f
l €
O
•
•
i
p
N
p
•
g
l
•
×
N
.
A
X
Y
FDB
•
Ng
ROSS
O3SS π
YZ2.R
L
S
OSS
−
YtZ2l,&<O%LK2
X5U4&5.(C2p&A!CTS5xp2.$vRyws2
c6;6K%'l+,=&6%;B`2
§S: XUYE.Ze
X jSY Z
U S5|YcZ
. |5| t
= Ω
≈
≈ µ
i, L2
.&=+oe
>%e
pN
R
OS O3YSS Z
w
π
π −
YZ
Ni
R
O
wS w3YSS Z
L
π
π +
YZ
.R
L
S
w
−
π
2iCl<%LKX5U5.2
c0l<=n>=&6%;Bn
§S: l<
( )
fj
U c
SS
% j LY Z
=
π
= Ω
i,f2
.&'&<L!{(CU5X5.5&]'T
<&'%G!Y=+oZ2
-E+,Op5I&'C
pI
R
x O
3YOπ_Z
m_RjSc~5:&'+!C=v\
pi
R\
i.
RjYZ
\
.I
Rf5\
iI
RL2I:6!C$v,&=R5ws2
m_WjSc~=$(Tp&A!C4&2
iCX
p
RS5X
+
R∞2
c6;6K<%l5€5V+,6%;B`2
j
l
•
.
i
.
N
p
•
§S: l<XROjYΩ)
€<V
U
ROSYΩ)5%RjYΩ).
V<V
.
ROSYΩZ
i,j2
-E +, & pi = +o &' C RSS
πO3YSS Z
YZ2 >a .^
,
f
S
−
π
t2c'!7lT<&'
KY%PE' 4&Z2I%
&$H&π•L$+HC1&pi2c0l<
=n>=&6%;Bn
§S: c'l<XR
SS L
L
YΩZ
Bài tập 16:
Cho mạch điện AB gồm 3 linh kiện X, Y, Z mắc nối tiếp với nhau. Mỗi hộp
chỉ chứa một trong ba linh kiện cho trước: điện trở thuần, tụ điện và cuộc cảm.
Đặt vào hai đầu A, D của đoạn mạch một hiệu điện thế xoay chiều u
AD
=32
2
sin(2.π.f.t) (V). Khi f=100Hz thì U
X
=U
Y
=20V, U
Z
=16V, U
YZ
=12V (hiệu điện thế
giữa hai đầu Y và Z) và công suất tiêu thụ P=6,4W. Khi thay đổi f thì số chỉ của
Ampe kế giảm.
Hỏi X, Y, Z chứa những linh kiện gì? Tìm giá trị của chúng? Coi Ampe kế có
R
A
=0.
i,|
w
l € V
p
•
•
•
•
I
.
i
p
l
•
i
.
p
•
.&=5%p,p&A!C5%PX
S
RSSΩ5l,&''!7<%GKY.' 4&U5a
.5%PXZ&z(C2
i0J%PBp&A!C!6m+, (2-E+,N+,gB
&&'C6%;a!+,
G*<
Ng
ROSS
2
3YO
π
_ZYZ
ZH_RjSc~=!6m5p&A!CTp2>7.
S
Ba
2
GZm!6mz5$(=v`!_RjSc~5p&A!CT6
%;D+,C1'!7lπ•O$+H
C1*&N+,I2c0'l<1K,n>76%;B
`n
§S: c'l<UR
L
YcZ
π
5XRLSSYΩZ
i,xe.&
=+o2
pi
ROS
2
$YSSπh
2
π
ZYZqUR
π
2,1
YcZq . R
π
−
12
10
3
YtZ2l,
&(C@&O%LK' 4&5%P+,
a2 mmP5\
pN
R\
Ni
ROSYZ2c0l<1K,n>=&6
%;B`2
|
p
l
g
N
I
X
S
.
S
m
••
i
l
.
U5%RS
N
p
O
PHẦN III : KẾT LUẬN
§,(G,+&&z(C
‚c'Ak6964+,6+7a%`#$(!C
<}&6%*+,!ƒ",&+'`+6%*
!4"D#5D=&!C<B#$}&%G;#$
!(F!C<+G,6•68+
!62
H(6G,%`#$C(+H6G,+
&&z(C‚c'Ak5,F`
!*&&2
DM!5!4"BG4 8,
!%6!01C$2Xv&F1!C
B6@+,6A&#$*+6a,+,
4F(9„
Tµi liÖu tham kh¶o
2 366!+O
O2 366!8+
L2 >*&LS•f
f2 >*6#/
j2 >7+2
w2 N'$(%…AG$A++
x