Cho mach điện như hình H1, trong đó tụ điện có điện dung C thay đổi được. Hình H2 là đồ thị biểu diển sự phụ thuộc của điên áp u_AB giữa hai điểm A và B theo thời gian t. Biết rằng, khi C= \(C_1\) thì điện áp giữa hai đầu cuộn dây là \(u_AM=15cos(100πt+φ)(V)\), khi C= \(C_2\) thì điện áp giữa hai đầu tụ điện là \(u_MB=10√3 cos(100πt-φ/2+π/4)(V)\). Giá trị của φ là
.jpg)
Suy nghĩ trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiTừ đồ thị ta thấy \(u_\text{AB}\) có biên độ AB=15, còn pha ban đầu ta nên vẽ nhanh đường tròn pha
.jpg)
Trên đó \(\text{P}_0\) là điểm pha ban đầu, \(\text{P}_1\) là điểm ứng với trạng thái điện áp bằng không lần đầu tiên. Cả hai trạng thái này điện áp đang giảm. Khoảng thời gian giữa hai trạng thái này là \(\frac{1}{6}\) chu kì (cũng rút ra từ đồ thị), tương ứng với độ biến thiên pha là \(\frac{\pi}{3}\). Và tất nhiên tọa độ cung của \(\text{P}_0\) và cũng là pha ban đầu của \(u_\text{AB}\), nó bằng
\(\varphi_\text{AB}=\frac{\pi}{6}\)
Khi \(C=C_1, AM=AB=15\), pha ban đầu của \(u_{AM}\), là \(\varphi \) góc lệch giữa \(\vec{AB}\) và \(\vec{AM}\) bằng \(\alpha=\varphi-\frac{\pi}{6}\)
Ta vẽ giản đồ véc tơ cho trường hợp này
.jpg)
Trong đó góc \(\beta\) luôn không đổi (vì cuộn dây có L và r không đổi) và bằng
\( \begin{align} \beta&=\frac{\pi}{2}-\frac{\alpha}{2}\\ &=\frac{\pi}{2}-\left(\frac{\varphi}{2}-\frac{\pi}{12}\right)\\ &=\frac{7\pi}{12}-\frac{\varphi}{2} \end{align}\)
Khi \(C=C_2\), \(MB=10\sqrt{3}\), pha ban đầu của \(u_{MB}\) là \(-\frac{\varphi}{2}+\frac{\pi}{4}\), góc lệch giữa \(\vec{AB}\) và \(\vec{MB}\) bằng
\(\begin{align} \delta&=\frac{\pi}{6}-\left(-\frac{\varphi}{2}+\frac{\pi}{4}\right)\\ &=\frac{\varphi}{2}-\frac{\pi}{12} \end{align}\)
Ta vẽ giản đồ véc tơ cho trường hợp này
.jpg)
Trong đó
\(\begin{align} \gamma&=\pi-\beta-\delta\\ &=\pi-\left(\frac{7\pi}{12}-\frac{\varphi}{2}\right)-\left(\frac{\varphi}{2}-\frac{\pi}{12}\right)\\ &=\frac{\pi}{2} \end{align}\)
Tam giác vuông tại A, hệ thức lượng trong tam giác vuông này
\(\sin{\beta}=\frac{15}{10\sqrt{3}}\\ \beta=\frac{\pi}{3}\\ \varphi=1,57\ \text{rad}\)
Đề thi minh họa tốt nghiệp THPT năm 2022 môn Vật Lý
Bộ Giáo Dục và Đào Tạo
