slide bài giảng vật lí 12 tiết 14 mạch cơ RLC mắc nối tiếp

Bài 14


Kiểm tra bài cũ
Câu 1: Công thức xác định dung kháng của tụ điện C
đối với tần số f là:
1
A : Z C 2. . f .C

B : Z C  . f .C

C : ZC 

1
2. . f .C

D : ZC

. f .C

Câu 2: Công thức xác định cảm kháng của cuộn cảm L
đối với tần số f
1
1
A : Z L 2. . f .L B : Z L  . f .L
D : ZL 
C : ZL
2. . f .L

. f .L

Câu 3: Điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch điện xoay
chiều là:

u 80 cos100t (V )

Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn
mạch đó là bao nhiêu?
A : 80V
C : 40 2V
B : 40V
D : 80 2V


Kiểm tra bài cũ

Câu 4: Biểu thức nào không phải biểu thức của
định luật Ôm
U
A: I R
R

B:I

UL
ZL

C : I U .R

UC

D:I
ZC

Vậy: Mạch điện xoay chiều gồm các phần tử R, L,
C mắc nối tiếp biểu thức của định luật Ôm và
góc lệch pha giữa u và i đợc tính nh thế nào?


I - PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN

Thảo luận trả lời câu hỏi
C1?
1)Định
luật về điện áp tức thời :

C1: Hiệu điện thế trong
Trong mạch điện xoay chiều gồm
mạch một chiều gồm nhiều
R1
R2 nối Rtiếp
3
nhiều đoạn mạch
mắc
thì điện áp tức
điện
trở
được
tính
bằng
Rn

thời giữa hai đầu
của
mạch
biểu
thức
nào? bằng tổng đại số

các điện áp tức thời giữa hai đầu của từng
i
U
U
U
U
=
U
+
U
+
U
đọan mạch
ấy
1
2
3 + … + UN
U
1

2

3

N

u = u1 + u2 +….+un


2) Phương pháp giản đồ Fre-nen :
Mạch

Các véctơ quay U và I

uuu
r
UR

R

u, i cùng pha
C


u trễ pha
so với i
2
L


u sớm pha
so với i
2

uuu
r
UC
uur
UL

Đinh luật Ôm

r
I

UR = IR

r
I

UC = IZC

r
I

UL = IZL

Nhận xét vị trí tơng hỗ của các véctơ
điện áp hai đầu mỗi đoạn mạch với
véctơ cờng độ dòng điện trong m¹ch

Thảo luận trả lời câu hỏi C2?

II- MẠCH CĨ R,L,C MẮC NỐI TIẾP
1) Định luật Ơm cho đoạn mạch có R,L,C mắc nối tiếp-Tổng trở :
A

C

L

R
M

N

B

Giả sử cho dịng điện trong đoạn mạch có biểu thức :

i I 2 cos(t )( A) Ta viết được biểu thức các điện áp tức thời:
- 2 đầu R :
- 2 đầu L :

u R U R 2 cos(t )(V )

u L U L 2 cos(t  )(V )

- 2 đầu C :

uC U C

2

2 cos(t  )(V )
2

- Điện áp thức thời giữa A và B :

u  u R  u L  uC
U 2 cos(t   )(V )

- Phương pháp giản đồ Fre-nen:
ur uuu
r uur uuu
r
U  U R  U L  UC


? HÃY VẼ CÁC VECTO

U R ;U L ;U C

UL

TRÊN CÙNG MỘT GIẢN ĐỒ VỚI U L


I

UR


U LC
UC
Với

Z 

U
Nghĩa là:

I 

U
R 2  (Z L  ZC )2

R  (Z L  ZC )
2

2

U

Z

Gọi là tổng trở của mạch


? Hãy vẽ giản đồ Fresnen với UL> UC.
UL

+
U

ULC
o



UR
UC
Hình 14.3

I


Định luật Ôm :

U
I
Z

Cường độ hiệu dụng trong một
mạch điện xoay chiều có điện trở R, L, C
mắc nối tiếp có giá trị bằng thương số của
điện áp hiệu dụng của mạch và tổng trở
của mạch:


2) Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện :
tan  

U L  U C Z L  ZC
Với φ là độ lệch pha của u đối với i.

UR
R
UL

• Nếu ZL > ZC �   0 : u sớm pha hơn i ( tính cảm kháng )
+

 Nếu ZL < ZC
ULC

 Nếu : ZL = Zc
o

�   0 : uUtrễ pha hơn i ( tính dung kháng )

?

: u cùng pha i



3) Cộng hưởng điện :I
UR

1
 

LC
2

a) ĐKCH : ZL = ZC :
UC

b) Hệ quả :

§iỊu kiƯn cã céng hëng
Hình
U 14.3
U
®iƯn?
I 

max

Z min

R


Củng cố
2
2
Tổng trở mạch R L C nối tiếp: Z  R  ( Z L  Z C )

Định luật Ơm cho đoạn mạch xoay chiều có R,L, C mắc nối tiếp:

I

U
Z

Z–Z

Cơng thức tính góc lệch pha
giữa điện áp và dòng điện: tan φ =
R
L

Nếu ZL > ZC: điện áp u sớm pha so với dòng điện i.
Nếu Zl < ZC: điện áp u trễ pha so với dòng điện i.
1
Cộng hưởng điện xảy ra khi ZL = ZC hay ω2 = LC hay ω2LC = 1.
U

Khi đó I sẽ lớn nhất: Imax=

R

C


Dòng nào ở cột A tương ứng với cột B

A

B

1. Mạch R
2. mạch R, C nối tiếp
3. mạch R, L nối tiếp
4. mạch R, L, C nối tiếp (ZL>ZC)

a.
b.
c.
d.
e.
f.

5. mạch R, L, C nối tiếp (ZL6. mạch R, L, C nối tiếp (ZL=ZC)

Đáp án

1
e

2
c

3
a

4
a

u sớm pha so với i

u sớm pha 2 so với i
u trễ pha so với i
u trễ pha  so với i
2
u cùng pha so với i
Cộng hưởng

5
c

6
f


Gọi φ = φu - φi
Mạch R => φ = 0 => u cùng pha so với i.
Mạch R, C nối tiếp => tan φ = Mạch R, L nối tiếp => tan φ =

ZC
R

ZL
R

1e

< 0 => φ < 0 => u trễ pha so với i.

2c

> 0 => φ > 0 => u sớm pha so với i.

3a

Mạch R, L, C nối tiếp (ZL > ZC) => tan φ =
so với i.

ZL - ZC
R

> 0 => φ > 0 => u sớm pha
4a

Mạch R, L, C nối tiếp (ZL < ZC) => tan φ =
với i.
Mạch R, L, C nối tiếp (ZC = ZL) => tan φ =
điện.

ZL - ZC
R
ZL - Z C
R

< 0 => φ < 0 => u trễ pha so
5c
= 0 => φ > 0 ; cộng hưởng
6f


1. Nếu cuộn dây có điện trở thuần R0 ta tách

thành hai phần tử điện trở R0 nối tiếp với cuộn cảm
thuần
R
C

R0,L

coi nh

R
C

U (U R U R0 ) 2  (U L  U C ) 2

Z  ( R  R0 ) 2  ( Z L  Z C ) 2
Z L  ZC
tan  
R  R0

R0

L


2. Nếu trong mạch ta xét thiếu phần tử nào trong
các công thức ta cho các giá trị của phần tử đó
bằng 0
a . Mạch có R, L nối tiếp
R

U  U R2  U L2

L

U

UL
O

ZC = 0 ; UC =
0



Z  R 2  Z L2
I

UR

tan  

UL
Z
 L
UR
R

u luôn luôn sớm pha
hơn i

b. Mạch có R, C mắc nối
tiếp
2

R

UR
O

U U R UC

C

I

2

Z  R 2  Z C2
U C  Z C
tan  

UR
R



UC

U

u lu«n lu«n trƠ pha so
víi i


b. Mạch có L, C mắc nối
tiếp
L

C

Z Z L  ZC

UL
I

O

U  U L  UC

U L  U C     2

U L  U C    2
UC


vận dụng
1. Biểu thức định luật Ôm cho mạch điện xoay chiỊu cã R,
L, C m¾c nèi tiÕp:
U

U
I
 (1)
Z
R 2  (Z L  ZC )2

Z  R 2  ( Z L  Z C ) 2 (2) gäi là tổng trở của mạch
2. Góc lệch pha giữa u vµ
i:

U L  UC Z L  ZC
tan  

UR
R


vận dụng
Bài 1: Công thức tính tổng trở của mạch ®iƯn xoay chiỊu cã
RLC m¾c nèi2 tiÕp: 2
2
2
A : Z  R  (Z L  Z C )

B : Z  R  (Z L  Z C )

C : Z  R 2  (Z L  Z C ) 2

D : Z  R 2  (Z L Z C ) 2

Bài 2: Công thức tính góc lệch pha giữa u và i:
A : tan 

Z L  ZC
R

ZL  R
C : tan  
ZC

B : tan  
D : tan  

Z L  ZC
R

ZL  R
ZL


vận dụng
Bài 3: Mạch điện xoay chiều gồm R, L, C m¾c nèi
tiÕp, cã :

R 30; Z L 60; Z C 30

a. TÝnh tỉng trë cđa m¹ch

b. TÝnh gãc lƯch pha giữa u và i
và nhận xét 2

2

Z R  (Z L  ZC )

Z  302  (60  30)2  302  302 30 2
tan  


Z L  Z C 60  30


1    (rad )
R
30
4



 0 u sím pha
4
4

so víi i


vận dụng
Bài 4: Cờng độ dòng điện luôn luôn sớm pha hơn hiệu điện thế

ở hai đầu đoạn mạch khi
A. đoạn mạch có R và C mắc nối tiếp

B. đoạn mạch có
L và C mắc nối tiếp
C. đoạn mạch có R và L mắc nối tiếp
D. đoạn mạch chỉ
có cuộn cảm L
Bài 5: Trong mạch điện xoay chiều chỉ có L (cuộn dây thuần
cảm)và C nối tiếp . Trong trờng hợp nào thi hiệu điện thế hai
đầu đoạn mạch sớm pha hơn cờng độ dòng điện góc .
A.ZL < ZC
B. ZL = ZC
C.ZL=0,5ZC
D. ZL > Zc


vận dụng
Bài 6: Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc
nối tiÕp, cã:

R 30; C 

1
0,1
F; L  H
4000


u 120 2 cos100t (V )
Điện áp tức thời ở hai đầu đoạn mạch
là:
Viết biểu thức của dòng điện

trong mạch
1
1
ZC

40
1
C
100 .
4000
0,1
Z L L 100 .
10



Z  R 2  ( Z L  Z C ) 2  30 2  (10  40) 2 30 2
I0 

U 0 120 2

3( A)
Z
30 2


vËn dông
Z L  Z C 10  40

tan  


 1    (rad )
R
30
4


  u   i 0   i    i  (rad )
4
4


i 3 cos(100t  )( A)
4