Giải bài tập vật lý lớp 12 bài 15 năm 2024

Bám sát cấu trúc chương trình SGK Vật lí lớp 12, tech12h tiếp tục gửi đến bạn đọc "Bài 15: Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất". Hi vọng với những nội dung kiễn thức chúng tôi tổng hợp sẽ giúp bạn học tập tốt hơn.

A. Lý thuyết

I. Công suất tiêu thụ của mạch RLC nối tiếp

Biểu thức của công suất:

Xét mạch RLC mắc nối tiếp, cường độ dòng điện trong mạch là: $i = I_{0}\cos [wt]$ [A], điện áp tức thời giữa hai đầu mạch là: $u = U_{0}\cos [wt + \varphi _{i}]$ [V]. Khi đó, công suất tức thời của mạch là:

p = u.i [W]

hay: $p = U_{0}.I_{0}.\cos [wt].\cos [wt + \varphi ]$

$p = 2.U.I.\cos [wt].\cos [wt + \varphi ]$

$p = U.I.\cos [\varphi ] + U.I\cos [2wt + \varphi ]$

Kết luận: Công suất tiêu thụ tức thời biến thiên tuần hoàn quanh giá trị $U.I.\cos [\varphi ]$ với tần số bằng hai lần tần số của dòng điện xoay chiều [f' = 2f].

Công suất tiêu thụ trung bình

$P_{TB} = U.I.\cos \varphi $ [*]

Trong đó: U: Hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch [V].

I: Cường độ dòng điện hiệu dụng ở hai đầu mạch [A].

PTB: Công suất tiêu thụ trung bình của mạch.

$\varphi $: Độ lệch pha giữa u và i

$\cos \varphi $: Hệ số công suất

Điện năng tiêu thụ của mạch điện: W = P.t

II. Hệ số công suất

Trong công thức [*], $\cos \varphi $ được gọi là hệ số công suất.

Do $\varphi \leq 90^{\circ}$ nên $0 \leq \cos \varphi \leq 1$.

Ý nghĩa của hệ số công suất:

Từ công thức [*] $\Rightarrow $ $I = \frac{P}{U.}\cos \varphi $

Ta thấy: Khi mạch hoạt động ổn đinh thì P = const, U = const

$\Rightarrow $ mạch có $\cos \varphi $ càng lớn thì I càng nhỏ, lúc này công suất hao phí trên đường dây càng nhỏ mạch tiêu thụ điện càng tốt. Như vậy, hệ số công suất đặc trưng cho mức độ tiêu thụ điện của mạch.

VnDoc xin giới thiệu tới bạn đọc tài liệu Giải bài tập SBT Vật lý 12 bài 15 Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất, nội dung tài liệu được cập nhật chi tiết và chính xác sẽ giúp các bạn học sinh học tập tốt hơn môn Vật lý một cách đơn giản hơn. Mời thầy cô và các bạn học sinh cùng tham khảo.

• Giải bài tập SBT Vật lý 12 bài 11
• Giải bài tập SBT Vật lý 12 bài 12
• Giải bài tập SBT Vật lý 12 bài 13
• Giải bài tập SBT Vật lý 12 bài 14
• Giải bài tập SBT Vật lý 12 bài 16

Giải bài tập SBT Vật lý 12 bài 15 Công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất vừa được VnDoc.com sưu tập và xin gửi tới bạn đọc cùng tham khảo. Bài viết được tổng hợp lời giải của 13 bài tập trong sách bài tập môn Vật lý lớp 12 bài 15 về công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều, hệ số công suất. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết và tải về tại đây.

Bài tập SBT Vật lý 12 bài 15

Bài 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5 trang 40 Sách bài tập [SBT] Vật Lí 12

5.1. Đặt một điện áp xoay chiều, tần số f = 50 Hz và giá trị hiệu dụng U = 80 V vào hai đầu đoạn mạch gồm R, L, C mắc nối tiếp. Biết cuộn cảm có độ tự cảm L = 0,6/π[H], tụ điện có điện dung C =10−4/π[F] và công suất toả nhiệt trên R là 80 W. Giá trị của điện trở thuần R là

1. 30 Ω

1. 80 Ω

1. 20 Ω

1. 40 ΩΩ .

15.2. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện?

1. Hệ số công suất của đoạn mạch bằng 0.

1. Điện áp giữa hai bản tụ điện trễ pha π/2 so với cường độ dòng điện qua đoạn mạch.

1. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là khác 0.

1. Tần số góc của dòng điện càng lớn thì dung kháng của đoạn mạch càng nhỏ.

15.3. Đặt một điện áp xoay chiều u = 200√22 cos100πt [V] vào hai đầu một đoạn mạch AB gồm điện trở thuần 100Ω cuộn cảm thuần và tụ điện mắc nối tiếp. Khi đó, điện áp hai đầu tụ điện là u2=100√2cos[100πt−π/2] [V]. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch AB bằng

1. 100 W.

1. 300 W.

1. 400 W.

1. 200 W.

15.4. Đặt điộn áp u=U0√2cos[100πt−π/6] [V] vào hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện qua mạch là i=I0√2cos[100πt+π/6] A]. Hệ số công suất của đoạn mạch bằng

1. 0,86.

1. 1,00.

1. 0,71.

1. 0,50.

15.5. Đặt điện áp u =U√22 cosωt [V] [với u và Cở không đổi] vào hai đầu một đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Biết điện trở thuần R và độ tự cảm L của cuộn cảm thuần đều xác định còn tụ điện có điện dung C thay đổi được. Thay đổi điện dung của tụ điện đến khi công suất của đoạn mạch đạt cực đại thì thấy điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ điện là 2U. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm thuần lúc đó là

1. 2U√22.

1. 3U.

1. 2U.

1. U.

Đáp án:

15.1 D

15.2 C

15.3 C

15.4 D

15.5 C

Bài 15.6, 15.7, 15.8, 15.9 trang 42 Sách bài tập [SBT] Vật Lí 12

Đề bài dành cho các câu 15.6, 15.7,15.8,15.9

Cho mạch điện như hình 15.1.

Điện áp giữa hai đầu mạch AB là uAB=65√2cosωt [V]. Các điện áp hiệu dụng là UAM = 13 V ; UMN = 13 V ; UNB = 65 V. Công suất tiêu thụ trong mạch là 25 W.

15.6. Điện trở thuần của cuộn cảm là bao nhiêu?

1. 5 Ω

1. 10 Ω

1. 1Ω

1. 12Ω

15.7. Cảm kháng của cuộn dây là bao nhiêu?

1. 5 Ω

1. 10 Ω.

1. 1Ω

1. 12Ω

15.8. Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là bao nhiêu?

1. 4 A.

1. 2 A.

1. 3 A.

1. 1 A.

15.9. Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu?

1. 5/13

1. 12/13

1. 10/13

1. 6/13

Đáp án:

15.6 D

15.7 A

15.8 D

15.9 A

Bài 15.10 trang 42 Sách bài tập [SBT] Vật Lí 12

15.10. Cho mạch điện xoay chiều gồm có điện trở R, cuộn cảm thuần L và tụ điện C mắc nối tiếp, điện áp ở hai đầu đoạn mạch u = 50√22cos100πt [V]. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm và hai đầu tụ điện: UL = 30 V ; UC = 60 V.

1. Tính hệ số công suất của mạch.

1. Cho biết công suất tiêu thụ trong mạch là P= 20 W. Xác định R, L,C.

Hướng dẫn giải chi tiết

1. Tính hệ số công suất của mạch.

Theo bài ra ta có

U2=U2R+[UC−UL]2

UR=√502−[60−30]2=40V

cosφ=R/Z=UR/U=40/50=0,8

1. Xác định R, L,C.

Theo bài ra ta có

P=20=40I⇒I=0,5A

Từ đó suy ra:

R=UR/I=40/0,5=80Ω;

ZL=UL/I=30/0,5=60Ω;

ZC=UC/I=60/0,5=120Ω.

Bài 15.11 trang 42 Sách bài tập [SBT] Vật Lí 12

15.11. Mạch điện xoay chiều gồm một cuộn dây có điện trở R, độ tự cảm L nối tiếp với một tụ điện có điện dung C. Các điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch U = 120 V, ở hai đầu cuộn dây Ud = 120 V, ở hai đầu tụ điện UC = 120 V. Xác định hệ số công suất của mạch.

Hướng dẫn giải chi tiết

Theo bài ra ta có

UL=1202+1202−1202/2.120=60V

UR=√1202−602=60√3V

cosφ=RZ=UR/U=60√3/120=√32

Bài 15.12 trang 43 Sách bài tập [SBT] Vật Lí 12

15.12. Cuộn dây có L1=0,6/π[H] nối tiếp với tụ điện C2=1/14000π trong một mạch điện xoay chiều; điện áp tức thời ở hai đầu đoạn mạchu = 160cos100πt [V]. Công suất điện tiêu thụ trong mạch là 80 W. Viết biểu thức của i.

Hướng dẫn giải chi tiết

Theo bài ra ta có:

ZL=60Ω;ZC=140Ω

sin[−φ]=ZC−ZL/Z=UC−UL/U=80/80√2=1√2

⇒cosφ=1√2

Mặt khác P=UI cos⁡φ, cho nên:

I=P/Ucosφ=80/80√2.1/√2=1A

Vậy biểu thức của i là

i=√2cos[100πt+π/4][A]

Bài 15.13 trang 43 Sách bài tập [SBT] Vật Lí 12

15.13. Mạch điện xoay chiều gồm một điện trở, một cuộn dây và một tụ điện ghép nối tiếp [H.15.2]. Điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch u = 65√22cos100πt [V]. Các điện áp hiệu dụng UAM = 13 V ; UMN = 13 V ; UNB = 65 V

1. Chứng tỏ rằng cuộn dây có điên trở thuần r ≠ 0.

1. Tính hệ số công suất của mạch.

Hướng dẫn giải chi tiết

1. Ta thấy cuộn dây không thuần cảm vì: U2≠U2AM+[UNB−UMN]2

1. Ta vẽ giản đồ vectơ: U→= U→AM+U→MN+U→NB Trong đó →U→AM↑↑;→U→NB⊥

Hai tam giác ABM và NBM bằng nhau [có các cạnh lần lượt bằng nhau dẫn tới kết quả hai tam giác vuông HAB và HNM đồng dạng, suy ra