Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 14: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp - Trường THPT Chu Văn An

Bài 14 –LỚP 12 CB-TIẾT 25, 26 
MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP. BÀI TẬP VỀ MẠCH RLC 
GIÁO VIÊN: TRẦN VIẾT THĂNG 
TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN TN 
KiÓm tra bµi cò 
C©u 1: C«ng thøc x¸c ® Þnh dung kh¸ng cña tô ® iÖn C ® èi víi tÇn sè f lµ: 
C©u 2: C«ng thøc x¸c ® Þnh c¶m kh¸ng cña cuén c¶m L ® èi víi tÇn sè f 
KiÓm tra bµi cò 
C©u 3: BiÓu thøc nµo kh«ng ph¶i biÓu thøc cña ® Þnh luËt ¤m 
KiÓm tra bµi cò 
Câu 4 : Nếu cường độ dòng điên qua các mạch thuần R, L, C có biểu thức: i = I 0 cos t thức của điện áp giữa hai đầu các phần tử có biểu thức như thế nào?. Vẽ giản đồ véc tơ cho các đoạn mạch đó 
u R = U cost 
O 
u L = U cos(t+/2) 
u C = U cos(t-/2) 
U R 
U C 
U L 
I 
Khi i = I cos t 
 
U 
i 
R 
3. Giản đồ vectơ: 
O 
i = I 0R cos t = I cost 
u = U 0R cos t = U cost 
U oR 
I oR 
I. MẠCH THUẦN R 
Mạch thuần R: u, i cùng pha 
1. Định luật về điện áp tức thời : 
 Trong mạch điện xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp thì điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch bằng tổng đại số các điện áp tức thời giữa hai đầu của từng đọan mạch ấy 
u = u 1 + u 2 +.+u n 
I - PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN 
U = U 1 + U 2 + U 3 +  + U N 
 R 1 R 2 R 3 R n 
 i U 1 U 2 U 3 U N 
C1: Hiệu điện thế trong mạch một chiều gồm nhiều điện trở được tính bằng biểu thức nào? 
2. Phương pháp giản đồ Fre-nen : 
U R = IR 
u = U 0 cos t 
R 
u, i cùng pha 
u trễ pha so v ới i 
L 
u s ớm pha so v ới i 
Mạch điện 
Giản đồ vectơ i = I 0 cos t 
Định luật Ôm; điện áp tức thời u 
C 
U L 
I 
U C 
I 
I 
U R 
U C = IZ C 
u = U 0 cos( t- ) 
U L = IZ L 
u = U 0 cos( t+ ) 
II- MẠCH CÓ R,L,C MẮC NỐI TIẾP 
1. Định luật Ôm - Tổng trở : 
A 
B 
M 
N 
R 
L 
C 
 Ta viết được biểu thức các điện áp tức thời : 
- Điện áp thức thời giữa A và B : 
- Phương pháp giản đồ Fre-nen : 
Giả sử cho dòng điện trong đoạn mạch có biểu thức : 
- 2 đầu R : 
- 2 đầu L : 
- 2 đầu C : 
Với 
Gọi là tổng trở của mạch 
VẼ GIẢN ĐỒ: U L <U C 
U R 
U C 
U L 
I 
U L + U C 
U 2 = U R 2 + (U L – U C ) 2 
U 2 = I 2  R 2 + (Z L – Z C ) 2 ] 
VẼ GIẢN ĐỒ: U L >U C 
o 
U L 
U LC 
U C 
U R 
U 
I 
Định luật Ôm : 
 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 : 
 Nếu Z L > Z C 
 u sớm pha hơn i ( tính cảm kháng ) 
 u trễ pha hơn i ( tính dung kháng ) 
Với φ là độ lệch pha của u đối với i. 
 Nếu Z L < Z C 
 Nếu : Z L = Z c 
Hình 14.3 
o 
U 
+ 
U L 
U LC 
U C 
U R 
I 
: u cùng pha i 
 =0 
2. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện : 
3. Cộng hưởng điện : 
 Nếu : Z L = Z c 
: u cùng pha i 
 =0 
Từ công thức của ĐL Ôm 
Ta thấy khi Z L = Z C thì I = I max = U/R: trong mạch có cộng hưởng điện 
Điều kiện để có cộng hưởng điện: Z L = Z C 
Hay  2 LC = 1 
3. Cộng hưởng điện : 
 2 LC = 1 
Khi mạch RLC có cộng hưởng ta có:: 
Z L = Z C 
u, i cùng pha  = 0 
U 
U C 
U L 
U R 
I 
I có giá trị lớn nhất 
Z = Z min = R 
U L =U C ; U R = U 
Củng cố 
Tổng trở mạch R L C nối tiếp : 
Định luật Ôm cho đoạn mạch xoay chiều có R,L, C mắc nối tiếp : 
Công thức tính góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện : tan φ = 
 Nếu Z L > Z C : điện áp u sớm pha so với dòng điện i. 
 Nếu Z l < Z C : điện áp u trễ pha so với dòng điện i. 
Cộng hưởng điện xảy ra khi Z L = Z C hay ω 2 = hay ω 2 LC = 1. 
 Khi đó I s ẽ l ớn nh ất : I max = 
Z L – Z C 
R 
U 
R 
A 
B 
1. Mạch R 
2. mạch R, C nối tiếp 
3. mạch R, L nối tiếp 
4. mạch R, L, C nối tiếp (Z L >Z C ) 
5. mạch R, L, C nối tiếp (Z L <Z C ) 
6. mạch R, L, C nối tiếp (Z L =Z C ) 
u sớm pha so với i 
u sớm pha so với i 
u trễ pha so với i 
u trễ pha so với i 
u cùng pha so với i 
Cộng hưởng 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
e 
c 
a 
a 
c 
f 
Đáp án 
Dòng nào ở cột A tương ứng với cột B 
Gọi φ = φ u - φ i 
 2. Mạch R, C nối tiếp => tan φ = - φ 
 u trễ pha so với i. 
Z C 
R 
1. Mạch R => φ = 0 => u cùng pha so với i. 
1e 
Z L - Z C 
R 
6. Mạch R, L, C nối tiếp (Z C = Z L ) => tan φ = = 0 => φ = 0 ; cộng hưởng điện. 
6f 
Z L - Z C 
R 
5. Mạch R, L, C nối tiếp (Z L tan φ = φ u trễ pha so với i. 
5c 
Z L - Z C 
R 
4. Mạch R, L, C nối tiếp (Z L > Z C ) => tan φ = > 0 => φ > 0 => u sớm pha so với i. 
4a 
R 
Z L 
3. Mạch R, L nối tiếp => tan φ = > 0 => φ > 0 => 
 u sớm pha so với i. 	 
3a 
2c 
 N Õu cuén d©y cã ® iÖn trë thuÇn R 0 ta t¸ch thµnh hai phÇn tö ® iÖn trë R 0 nèi tiÕp víi cuén c¶m thuÇn 
 R R 0 ,L C 
 R R 0 L C 
coi nh ­ 
2. NÕu trong m¹ch ta xÐt thiÕu phÇn tö nµo trong c¸c c«ng thøc ta cho c¸c gi ¸ trÞ cña phÇn tö ®ã b»ng 0 
a . M¹ch cã R, L nèi tiÕp 
 R L 
u lu«n lu«n sím pha h¬n i 
Z C = 0 ; U C = 0 
O 
U R 
U 
U L 
I 
b. M¹ch cã R, C m¾c nèi tiÕp 
 R C 
u lu«n lu«n trÔ pha so víi i 
O 
U R 
U 
U C 
I 
c. M¹ch cã L, C m¾c nèi tiÕp 
L C 
O 
U L 
U C 
I 
U 
U 
I 
U C 
O 
U L 
1. BiÓu thøc ® Þnh luËt ¤m cho m¹ch R, L, C m¾c nèi tiÕp : 
2. Gãc lÖch pha gi÷a u vµ i: 
tæng trë cña m¹ch 
CẦN NHỚ 
CỦNG CỐ 
1 : C«ng thøc tÝnh tæng trë cña m¹ch ® iÖn xoay chiÒu cã RLC m¾c nèi tiÕp : 
 2: C«ng thøc tÝnh gãc lÖch pha gi÷a u vµ i: 
3 : M¹ch ® iÖn xoay chiÒu gåm R, L, C m¾c nèi tiÕp , cã : 
a. TÝnh tæng trë cña m¹ch 
b. TÝnh gãc lÖch pha gi÷a u vµ i vµ nhËn xÐt 
u sím pha so víi i 
CỦNG CỐ 
W 
= 
+ 
= 
- 
+ 
= 
- 
+ 
= 
2 
30 
30 
30 
) 
30 
60 
( 
30 
) 
( 
2 
2 
2 
2 
2 
2 
Z 
Z 
Z 
R 
Z 
C 
L 
Bµi 4: C­êng ®é dßng ® iÖn lu«n lu«n sím pha h¬n hiÖu ® iÖn thÕ ë hai ® Çu ®o¹n m¹ch khi 
®o¹n m¹ch cã R vµ C m¾c nèi tiÕp 
B . ®o¹n m¹ch cã L vµ C m¾c nèi tiÕp 
C . ®o¹n m¹ch cã R vµ L m¾c nèi tiÕp 
D . ®o¹n m¹ch chØ cã cuén c¶m L 
vËn dông 
Bµi 5: Trong m¹ch ® iÖn xoay chiÒu chØ cã L ( cuén d©y thuÇn c¶m)v µ C nèi tiÕp . Trong tr­êng hîp nµo thi hiÖu ® iÖn thÕ hai ® Çu ®o¹n m¹ch sím pha h¬n c­êng ®é dßng ® iÖn gãc . 
A.Z L < Z C B. Z L = Z C 
 C.Z L =0,5Z C	 D . Z L > Zc 
Bµi 6: Cho m¹ch ® iÖn xoay chiÒu RLC m¾c nèi tiÕp , cã : 
§ iÖn ¸p tøc thêi ë hai ® Çu ®o¹n m¹ch lµ: 
ViÕt biÓu thøc cña dßng ® iÖn trong m¹ch 
vËn dông 
 R R 0 ,L C 
A 
B 
N 
M 
Bµi 1: Cho m¹ch ® iÖn xoay chiÒu như hình vẽ 
Dòng điện tøc thêi qua ®o¹n m¹ch lµ: 
Tụ điện có ( F) 
.Viết biểu thức điện áp u giữa hai đầu đoạn mạch và giữa hai đầu mỗi phần tử: u R ; u d , u C ; u AN ; u MB 
R= 20( ), cuộn dây có R 0 =10() 
và độ tự cảm 
BÀI TẬP 
 R R 0 ,L C 
A 
B 
N 
M 
Bµi 1: Cho m¹ch ® iÖn xoay chiÒu như hình vẽ 
 u; u R ; u d , u C ; u AN ; u MB 
 R R 0 L C 
A 
B 
N 
M 
Z L = L = 10 () 
R= 20( ), R 0 =10() 
Giải: 
Vẽ lại mạch điện 
I 0 = 3(A); I = 1,5 
và  = 100 (rad/s) 
Từ biểu thức của i: 
 R R 0 ,L C 
A 
B 
N 
M 
U 0 =I 0 .Z= 120 (V) 
u chậm pha so với i góc /4 
 R R 0 L C 
A 
B 
N 
M 
U 0R =I 0 .R= 240 (V) 
1. Biểu thức u 
 Biểu thức u R 
u R cùng pha với i 
 R R 0 ,L C 
A 
B 
N 
M 
u d sớm pha so với i góc /4 
 R R 0 L C 
A 
B 
N 
M 
U 0d =I 0 .Z d = 30 (V) 
U 0C =I 0 .Z C = 120 (V) 
 Biểu thức u d 
 Biểu thức u C 
u C chậm pha so với i góc /2 
 R R 0 ,L C 
A 
B 
N 
M 
u AN sớm pha so với i góc 0,32rad 
 R R 0 L C 
A 
B 
N 
M 
U 0AN =I 0 .Z AN = 30 (V) 
 Biểu thức u AN 
 R R 0 ,L C 
A 
B 
N 
M 
u MB chậm pha so với i góc 1,325 rad 
 R R 0 L C 
A 
B 
N 
M 
 Biểu thức u MB 
U 0MB =I 0 .Z MB = 30 (V)