Đặt điện áp xoay chiều u = U 0 c o s ω t vào hai đầu đoạn mạch AB như hình vẽ (tụ điện có điện dung C thay đổi được). Điều chỉnh C đến giá trị C 0 để điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại, khi đó điện áp tức thời giữa A và M có giá trị cực đại là 84,5V. Giữ nguyên giá trị C 0 của tụ điện. Ở thời điểm t 0 , điện áp hai đầu: tụ điện; cuộn cảm thuần và điện trở có độ lớn lần lượt là 202,8V; 30V và u R . Giá trị u R bằng
A. 50V
B. 60V
C. 30V
D. 40V
Chọn đáp án C
Cách giải 1: Ta có: u R L = U 0 R L = 84 , 5 V
u L u C = Z L Z C = 30 202 , 8 = 25 169 ⇒ Z C = 169 25 Z L chuẩn hóa Z L = 1 ⇒ Z C = 169 25
Z C = R 2 + Z L 2 Z L ⇒ R = 12 5 ⇒ U 0 = U 0 R L R 2 + Z L − Z C 2 R 2 + Z L 2 = 12 5 U 0 R L = 202 , 8
Khi C để U C max nên U → ⊥ U R L → ⇒ u L + u R U 0 R L 2 + u U 0 2 = 1
⇒ 30 + u R 84 , 5 2 + 30 + 202 , 8 + u R 202 , 8 2 = 1 ⇒ u R = 30 V
Cách giải 2. (Cách hiện đại. Dành cho học sinh giỏi).
Ta có: u R L = U 0 R L = 84 , 5 V → u L u C = Z L Z C = 25 169 ⇒ Z L Z C = 25 169
Khi C thay đổi để U C max thì:
U C m a x = U 1 − Z L Z C = U s i n φ 0 = U c o s φ R L ⇒ s i n φ 0 = c o s φ R L = 1 − Z L Z C = 12 13
c o s φ R L = 12 13 = U 0 R U 0 R L → U 0 R L = 84 , 5 U 0 R = 78 V → U L = U 0 R L 2 − U 0 R 2 U 0 L = 32 , 5 V u R ⊥ u L ⇒ u R U 0 R 2 + u L U 0 L 2 = 1 ⇔ u R 78 2 + 30 32 , 5 2 = 1 ⇒ u R = 30 V
Cách giải 3.
Ta có: U 0 R L = 84 , 5 V . Khi C thay đổi để U C max thì ta có:
U 0 L U 0 C = U 0 R L 2 ( 1 ) U 0 R L 2 = U 0 R 2 + U 0 L 2 U 0 C U 0 L = Z C Z L = u C u L ⇒ U 0 L U 0 C = 84 , 5 2 U 0 R 2 + U 0 L 2 = 84 , 5 2 U 0 C = 6 , 76 U 0 L ⇒ U 0 L = 32 , 5 V U 0 R = 78 V
u R 78 2 + 30 32 , 5 2 = 1 ⇒ u R = 30 V
Chú ý: Công thức (1) suy ra từ đi theo hai hướng tư duy như sau:
Học sinh giỏi: Dùng giản đồ. Khi C thay đổi để U C max thì Δ A M B suy ra ngay U 0 L U 0 C = U 0 R L 2 . . (không cần nhớ công thức).
Học sinh khá: Nhớ công thức khi C thay đổi để U C max thì ta có
Z C = R 2 + Z L 2 Z L ⇒ Z L Z C = R 2 + Z L 2 ⇔ U 0 L U 0 C = U 0 R L 2
