Đặt một điện áp xoay chiều u = U0cosωt (V) vào hai đầu đoạn mạch nối tiếp theo thứ tự \({{R}_{1}},{{R}_{2}}\) và tụ điện có điện dung C có thể thay đổi. Biết\({{R}_{1}}=2{{R}_{2}}=50\sqrt{3}\Omega \). Điều chỉnh giá trị của C đến khi điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch lệch pha cực đại so với điện áp hai đầu đoạn mạch chứa \({{R}_{2}}\)và C. Giá trị \({{Z}_{C}}\) khi đó là
Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo sai\(\tan (\varphi -{{\varphi }_{{{R}_{2}}C}})=\frac{\tan \varphi -\tan {{\varphi }_{{{R}_{2}}C}}}{1+\tan \varphi \tan {{\varphi }_{{{R}_{2}}C}}}=\frac{\frac{{{Z}_{C}}}{{{R}_{2}}}-\frac{{{Z}_{C}}}{{{R}_{1}}+{{R}_{2}}}}{1+\frac{Z_{C}^{2}}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}}=\frac{\frac{1}{{{R}_{2}}}-\frac{1}{{{R}_{1}}+{{R}_{2}}}}{\frac{1}{{{Z}_{C}}}+\frac{{{Z}_{C}}}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}}\)
Đặt \(y=\frac{1}{{{Z}_{C}}}+\frac{{{Z}_{C}}}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}\)
Để \(\tan (\varphi -{{\varphi }_{{{R}_{2}}C}})\)lớn nhất thì y phải nhỏ nhất, theo bất đẳng thức Cosi y nhỏ nhất khi
\({{Z}_{C}}=\sqrt{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}=\sqrt{25\sqrt{3}(50\sqrt{3}+25\sqrt{3})}=75\Omega \)
*Chứng minh: \(y=\frac{1}{{{Z}_{C}}}+\frac{{{Z}_{C}}}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}\ge 2\sqrt{\frac{1}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}}\)
y nhỏ nhất khi dấu “=” xảy ra nghĩa là:
\(\frac{1}{{{Z}_{C}}}+\frac{{{Z}_{C}}}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}=2\sqrt{\frac{1}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}}\)
Bình phương 2 vế ta được:
\(\begin{align} & \frac{1}{Z_{C}^{2}}+\frac{2}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}+\frac{Z_{C}^{2}}{R_{2}^{2}{{({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}^{2}}}=\frac{4}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})} \\ & \Leftrightarrow \frac{1}{Z_{C}^{2}}-\frac{2}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}+\frac{Z_{C}^{2}}{R_{2}^{2}{{({{R}_{1}}+{{R}_{2}})}^{2}}}=0 \\ & \Leftrightarrow {{(\frac{1}{{{Z}_{C}}}-\frac{{{Z}_{C}}}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})})}^{2}}=0\Leftrightarrow \frac{1}{{{Z}_{C}}}=\frac{{{Z}_{C}}}{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})} \\ & \Leftrightarrow Z_{C}^{2}={{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})\Leftrightarrow {{Z}_{C}}=\sqrt{{{R}_{2}}({{R}_{1}}+{{R}_{2}})} \\ \end{align}\)
→ Chọn C
Đề thi thử THPT QG năm 2022 môn Vật Lý
Trường THPT Hồng Lĩnh
