Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 14: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp

MẠCH CÓ R, L, C 
 MẮC NỐI TIẾP 
BÀI 14: 
KIỂM TRA BÀI CŨ 
Câu 1 : Phát biểu nội dung và viết biểu thức định luật Ohm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuôn cảm thuần? 
Câu 2 : Nêu mối quan hệ giữa u và i trong đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần; ý nghĩa của Z L ? 
Câu 3 : Chứng minh rằng khi hai cuộn cảm thuần L 1 và L 2 mắc mối tiếp nhau trong mạch điện xoay chiều thì cuộn cảm tương đương có cảm kháng cho bởi: 
 Z L = (L 1 + L 2 ) ω 
MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP 
Bài 14: 
PHƯƠNG PHÁP GiẢN ĐỒ FRE-NEN 
 MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP 
Bài 14 : MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP 
Phương pháp giản đồ Fre-nen 
1. Định luật về điện áp tức thời 
 Hãy cho biết hiệu điện thế trong mạch một chiều không đổi có nhiều điện trở mác nối tiếp được tính như thế nào? 
 Hiệu điện thế trong mạch điện một chiều không đổi có nhiều điện trở mắc nối tiếp bằng tổng đại số hiệu điện thế ở hai đầu mỗi điện trở. 
 Tương tự như vậy em hãy cho biết điện áp tức thời ở hai đầu mạch điện xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp sẽ được tính như thế nào? 
 “ 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 đoạn mạch ấy” 
2. Phương pháp giản đồ Fre-nen 
 Ta thấy rằng trong mạch điện xoay chiều các đại lượng u và i đều là những đại lượng hình sin cùng tần số. 
 Khi có biểu thức u ở hai đầu đoạn mạch, để tìm i ta cần phải xác định φ 
 Và khi giải các bài toán về mạch xoay chiều ta phải cộng đại số các giá trị điện áp tức thời. Việc làm này sẽ gây khó khăn. Vì vậy ta có thể dùng phương pháp giản đồ Fre-nen để biểu diễn đại lượng u, i cho từng đoạn mạch. 
2. Phương pháp giản đồ Fre-nen 
R 
U R 
I 
U R = RI 
u cùng pha i 
Mạch Các vector U và I Định luật Ohm 
I 
U C 
C 
u trễ pha л /2 so với i 
i sớm pha л /2 sovới u 
U C = Z C I 
I 
 (thuần) 
u sớm pha л /2 so với i 
i trễ pha л /2 so với u 
U L 
U L = Z L I 
 So sánh pha của u và i; biểu thức định luật Ohm trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở R? 
So sánh pha của u và i; biểu thức định luật Ohm trong đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện C? 
So sánh pha của u và i; biểu thức định luật Ohm trong đoạn mạch xoay chiều chỉ cócuộn cảm thuần L? 
II. Mạch R,L,C mắc nối tiếp 
Định luật Ohm cho đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp. 
Tổng trở 
A 
C 
L 
R 
B 
 Cho mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp như hình vẽ. Điện áp tức thời ở hai đầu đoạn mạch là: u = U √2cos ω t. 
 Hệ thức liên hệ giữa các điện áp tức thời trong mạch là: 
u = u R + u L + u c 
 Nếu biểu diễn dưới dạng vector quay thì: 
I 
U LC 
U L 
U R 
U C 
+ 
φ 
O 
Giả sử U L < U C 
I 
U LC 
U L 
U R 
U C 
+ 
φ 
O 
 Từ giản đồ ta có: 
 Đặt: 
 Ta có: 
II. Mạch R,L,C mắc nối tiếp 
Định luật Ohm cho đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp. 
Tổng trở 
 Nghĩa là: 
(14.1) 
(14.2) 
Với Z là tổng trở của mạch 
CHÚ Ý : nếu U L > U C hay Z L > Z C thì các biểu thúc (14.1) và (14.2) vẫn đúng. 
II. Mạch R,L,C mắc nối tiếp 
Định luật Ohm cho đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp. 
Tổng trở 
a. Biểu thức: 
b. Phát biểu: “ Cường độ hiệu dụng trong đoạn mạch chỉ có R, L, C mắc nối tiếp có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng của mạch và tổng trở của mạch” 
I = U/ Z	(14.3) 
2. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện 
I 
U LC 
U L 
U R 
U C 
+ 
φ 
O 
 Từ hình vẽ ta có: 
 Nếu xét đén dấu của φ hoặc tan φ thì: 
(14.4) 
 Trong đó, φ là độ lệch pha giữa u và i 
* Nếu Z L > Z C thì φ > 0: Điện áp u sớm pha hơn dòng điện i một góc φ 
* Nếu Z L < Z C thì φ < 0: Điện áp u trễ pha hơn dòng điện i một góc φ 
Chú ý: nếu nói φ là độ lệch pha của i đối với u thì: 
3. Cộng hưởng điện 
 Nếu z L = Z C thì tan φ = 0 → φ = 0 → dòng điện i cùng pha với điện áp u. 
 Khi đó tổng trở của mạch Z = R. Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch sẽ đạy giá trị lớn nhất và bằng: 
I = U/ R → Z L = Z C → L ω = 1/ C ω 
 Đó là hiện tượng cộng hưởng điện. 
 Điều kiện để có hiện tượng cộng hưởng điện là: 
Z L = Z C → L ω = 1/ C ω hay: 
ω 2 LC = 1 
(14.5) 
VẬN DỤNG , CỦNG CỐ 
Câu 1: Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp có R = 40 Ω , Z c = 20 Ω , Z L = 60 Ω . Đặt vào hai đầu mạch điện áp 
u = 240 √2cos100 л t , V. Cường độ dòng điện tức thời qua mạch là: 
 i = 3 √2cos100 л t , A 
 i = 6cos(100 л t + л /4) , A 
 i = 3√2cos(100 л t – л /4), A 
 i = 6cos(100 л t - л /4) , A 
D. i = 6cos(100 л t - л /4) , A 
Câu 2: phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về hiện tượng cộng hưởng điện trong mạch có R, L, C mắc nối tiếp: 
 i cùng pha với u 
 Tổng trở của mạch đạt giá trị lớn nhất 
 Cường độ dòng hiệu dụng đạt giá trị lớn nhất 
 Điện áp hiệu dụng hai đầu mạch bằng điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở 
VẬN DỤNG , CỦNG CỐ 
B. Tổng trở của mạch đạt giá trị lớn nhất 
HƯỚNG DẪN TỰ HỌC Ở NHÀ 
Câu 1: Phát biểu nội dung và viết biểu thức định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ có R, L, C mắc nối tiếp? 
Câu 2: Công thức tính tổng trở của mạch và độ lệch pha giữa u và i trong đoạn mạch R, L , c mắc nối tiếp? Điều kiện để có cộng hưởng điện và những hệ quả khi xảy ra cộng hưởng? 
Câu 3: Làm các bài tập trong SGK