Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch gồm tụ điện C và cuộn dây có trở

Câu hỏi số 364109:

Vận dụng cao

Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch gồm tụ điện C và cuộn dây có trở thuần mắc nối tiếp . Hình bên là đồ thị đường cong biểu diễn mối liên hệ của điện áp tức thời giữa hai đầu cuộn dây (u_cd) và điện áp tức thời giữa hai đầu tụ điện C (u_C) .Độ lệch pha giữa u_cd và u_s có giá trị là:

A. 2,09 rad

B. 2,42 rad

C. 2,68 rad

D. 1,83 rad

Đáp án đúng là: B

Quảng cáo

Xem lời giải

Câu hỏi:364109

Giải chi tiết

Không mất tính tổng quát, giả sử phương trình của ${u_C} = {U_{0C}}.\cos \omega t\,\,\left( V \right)$ , độ lệch pha giữa i và u_cd là φ với $\left( {0 < \varphi < \dfrac{\pi }{2}} \right)$

→ Phương trình: ${u_{cd}} = {U_{0cd}}.\cos \left( {\omega t + \dfrac{\pi }{2}} \right)\,\,\left( V \right)\,\,\,\left( 1 \right)$

Ta có:

$\begin{array}{l}{u_{cd}} = {U_{0cd}}.\left[ {\cos \omega t.\cos \left( {\dfrac{\pi }{2} + \varphi } \right) - \sin \omega t.\sin \left( {\dfrac{\pi }{2} + \varphi } \right)} \right]\,\\\,\,\,\,\,\,\,\, = {U_{0cd}}.\left( { - \sin \omega t} \right).\cos \varphi - {U_{0cd}}.\cos \omega t.\sin \omega t\,\,\,\,\left( 2 \right)\end{array}$

Từ (1) và (2) ta có: $\left\{ \begin{array}{l}\cos \omega t = \dfrac{{{u_C}}}{{{U_{0C}}}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 3 \right)\\\cos \varphi .\sin \omega t + \dfrac{{{u_C}}}{{{U_{0C}}}}.\sin \varphi = \dfrac{{{u_{cd}}}}{{{U_{0cd}}}}\,\,\,\,\,\left( 4 \right)\end{array} \right.$

Thay (3) vào (4) có:

$\cos \varphi .\sin \omega t + \dfrac{{{u_C}}}{{{U_{0C}}}}.\sin \varphi = - \dfrac{{{u_{cd}}}}{{{U_{0cd}}}} \Rightarrow \sin \omega t = \dfrac{{ - \dfrac{{{u_{cd}}}}{{{U_{0cd}}}} - \dfrac{{{u_C}}}{{{U_{0C}}}}.\sin \varphi }}{{\cos \varphi }}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 5 \right)$

Từ (3) và (5) ${\left( {\dfrac{{{u_C}}}{{{U_{0C}}}}} \right)^2} + {\left( {\dfrac{{\dfrac{{{u_{cd}}}}{{{U_{0cd}}}} - \dfrac{{{u_C}}}{{{U_{0C}}}}.\sin \varphi }}{{\cos \varphi }}} \right)^2} = 1$

Nhìn vào đồ thị: $\left\{ \begin{array}{l}{u_C} = 1\\{u_{cd}} = - 2a\end{array} \right.;\left\{ \begin{array}{l}{u_C} = 2\\{u_{cd}} = - 2a\end{array} \right.;\left\{ \begin{array}{l}{u_C} = 2\\{u_{cd}} = - a\end{array} \right.;\left\{ \begin{array}{l}{u_C} = - 1\\{u_{cd}} = 2a\end{array} \right.$

$\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{\left( {\dfrac{1}{{{U_{0C}}}}} \right)^2} + \left( {\dfrac{{\sin \varphi }}{{{U_{0C}}.\cos \varphi }} - \dfrac{{2a}}{{{U_{0cd}}.\cos \varphi }}} \right) = 1\,\,\,\,\left( 6 \right)\\{\left( {\dfrac{2}{{{U_{0C}}}}} \right)^2} + \left( {\dfrac{{2\sin \varphi }}{{{U_{0C}}.\cos \varphi }} - \dfrac{{2a}}{{{U_{0cd}}.\cos \varphi }}} \right) = 1\,\,\,\,\left( 7 \right)\\{\left( {\dfrac{2}{{{U_{0C}}}}} \right)^2} + \left( {\dfrac{{2\sin \varphi }}{{{U_{0C}}.\cos \varphi }} - \dfrac{a}{{{U_{0cd}}.\cos \varphi }}} \right) = 1\,\,\,\,\,\left( 8 \right)\end{array} \right.$

Từ (7) và (8) ta có: $\dfrac{{3{a^2}}}{{U_{0cd}^2.{{\cos }^2}\varphi }} - \dfrac{{4a.\sin \varphi }}{{{U_{0C}}.{U_{0cd}}.{{\cos }^2}\varphi }} = 0$

Nhận thấy $\left\{ \begin{array}{l}\cos \varphi \ne 0\\a \ne 0\end{array} \right. \Rightarrow \dfrac{{3a}}{{{U_{0cd}}}} = \dfrac{{4\sin \varphi }}{{{U_{0C}}}}\,\,\,\,\,\left( 9 \right)$

Từ (6) và (8) ta có:

$\begin{array}{l}\dfrac{3}{{U_{0C}^2}} + \dfrac{{3.{{\sin }^2}\varphi }}{{U_{0C}^2.{{\cos }^2}\varphi }} = \dfrac{{3.{a^2}}}{{U_{0cd}^2.{{\cos }^2}\varphi }} \Rightarrow \left( {1 + {{\tan }^2}\varphi } \right).\dfrac{1}{{U_{0C}^2}} = \dfrac{1}{{{{\cos }^2}\varphi }}.\dfrac{{{a^2}}}{{U_{0cd}^2}}\\ \Rightarrow \dfrac{1}{{U_{0C}^2}} = \dfrac{{{a^2}}}{{U_{0cd}^2}} \Rightarrow {U_{0cd}} = a{U_{0C}}\,\,\,\,\,\,\left( {10} \right)\end{array}$

Từ (9) và (10) ta có:

$a = \dfrac{{3a}}{{4\sin \varphi }} \Rightarrow \sin \varphi = \dfrac{3}{4};\left( {a \ne 0} \right) \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}\varphi = \arcsin \dfrac{3}{4} + k2\pi \\\varphi = \pi - \arcsin \dfrac{3}{4} + k2\pi \end{array} \right.;k \in Z$

Do $0 < \varphi < \dfrac{\pi }{2} \Rightarrow \varphi = \arcsin \dfrac{3}{4}$

Góc lệch giữa u_cd và u_C bằng $\dfrac{\pi }{2} + \arcsin \dfrac{3}{4} \approx 2,42rad$

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K8 Chú ý! Lộ Trình Sun 2026 - 3IN1 - 1 lộ trình ôn 3 kì thi (Luyện thi 26+TN THPT, 90+ ĐGNL HN, 900+ ĐGNL HCM; 70+ĐGTD - Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com.Đầy đủ theo 3 đầu sách, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.