Trong giờ thực hành vật lí có sử dụng bộ thí nghiệm điện xoay chiều Vật lí 12 để tiến hành lắp mạch điện. Bảng lắp ráp mạch điện được vẽ lại như hình vẽ, với các chốt cắm có tên tương ứng. Một học sinh lắp mạch như sau: giữa E, C lắp cuộn cảm thuần có độ tự cảm (31,85 mH ); giữa D, K lắp một điện trở \(R=10\Omega\); giữa J, I lắp một tụ xoay; giữa N, F lắp Vôn kế v1; giữa F, M lắp Vôn kế V2; giữa A, B duy trì một điện áp xoay chiều ( (12 V – 50 Hz ). Điều chỉnh góc xoay giữa hai bản tụ điện, quan sát đồng thời số chỉ của cả hai Vôn kế. Khi tổng số chỉ của hai Vôn kế đạt giá trị lớn nhất thì công suất của mạch lúc đó là
Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiTa có: Mạch điện gồm L, R, C mắc nối tiếp, tụ C thay đổi.
\(R=10(Ω);Z_L=10(Ω)⇒Z_L=R\)
\(\begin{array}{l} {U_{RL}} = \frac{{{U_{AB}}}}{Z}.{Z_{RL}} = \frac{{{U_{AB}}}}{{\sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_C})}^2}} }}.\sqrt {{R^2} + {Z_L}^2} \\ {U_C} = \frac{{{U_{AB}}{Z_C}}}{{\sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_C})}^2}} }} \end{array}\)
Tổng số chỉ của 2 vôn kế là:
\( U' = \frac{{{U_{AB}}}}{{\sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_C})}^2}} }}.\sqrt {{R^2} + {Z_L}^2} + \frac{{{U_{AB}}}}{{\sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_C})}^2}} }} = \frac{{{U_{AB}}(\sqrt {2{R^2}} + {Z_C})}}{{\sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_C})}^2}} }} = \frac{{{U_{AB}}(\frac{{\sqrt 2 R}}{{{Z_C}}} + 1)}}{{\sqrt {\frac{{2{R^2}}}{{{Z_C}}} - \frac{{2R}}{{{Z_C}}} + 1} }}\)
Đặt: \( {\frac{{\sqrt 2 R}}{{{Z_C}}} + 1} =a\)
\( \to U' = \frac{{{U_{AB}}.a}}{{\sqrt {{a^2} - (\sqrt 2 + 2)a + \sqrt 2 + 2} }} = \frac{{{U_{AB}}}}{{\sqrt {1 - \frac{{\sqrt 2 + 2}}{a} + \frac{{\sqrt 2 + 2}}{{{a^2}}}} }}\)
U’ max \( \to \frac{1}{a} = \frac{{2 + \sqrt 2 }}{{2(2 + \sqrt 2 )}} = \frac{1}{2} \to a = 2 \to \frac{{\sqrt 2 R}}{{{Z_C}}} + 1 = 2 \to {Z_C} = \sqrt 2 R = 10\sqrt 2 (\Omega )\)
Công suất của mạch lúc đó là:
\( P = \frac{{{U^2}}}{R}{\cos ^2}\varphi = \frac{{{{12}^2}}}{{10}}{\left( {\frac{{10}}{{\sqrt {{{10}^2} + {{(10 - 10\sqrt 2 )}^2}} }}} \right)^2} = 12,3{\rm{W}}\)
