Đặt điện áp \(u = U\sqrt 2 co{\rm{s}}\left( {\omega t + {\varphi _u}} \right)\left( V \right)\) (biết U không đổi và \(\omega \) thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch AB nối tiếp theo thứ tự gồm đoạn AM chứa cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, đoạn MN chứa điện trở thuần R và đoạn NB chứa tụ điện có điện dung C. Khi \(\omega = {\omega _1}\) và \(\omega = 2{\omega _1}\) thì biểu thức dòng điện trong mạch lần lượt là \({i_1} = \sqrt 2 co{\rm{s}}\left( {{\omega _1}t + \frac{{5\pi }}{6}} \right)\left( A \right)\) và \({i_2} = 2co{\rm{s}}\left( {{\omega _2}t + \frac{{7\pi }}{{12}}} \right)\left( A \right)\). Biểu thức của dòng điện khi \(\omega = \sqrt 3 {\omega _1}\) là

Đáp án : A

+ Khi \(\omega  = {\omega _1}\): \({I_1} = \frac{U}{{{Z_1}}} = \frac{U}{{\sqrt {R + {{\left( {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right)}^2}} }} = 1\)

Độ lệch pha của u so với i: \({\varphi _1} = {\varphi _u} - \frac{{5\pi }}{6}\)

+ Khi \(\omega  = 2{\omega _1}\): \(\left\{ \begin{array}{l}{Z_{{L_2}}} = 2{{\rm{Z}}_{{L_1}}}\\{Z_{{C_2}}} = \frac{{{Z_{{C_1}}}}}{2}\\{I_2} = \frac{U}{{{Z_2}}} = \frac{U}{{\sqrt {{R^2} + {{\left( {2{{\rm{Z}}_{{L_1}}} - \frac{{{Z_{{C_1}}}}}{2}} \right)}^2}} }} = \sqrt 2 \end{array} \right.\)

Độ lệch pha của u so với i: \({\varphi _2} = {\varphi _u} - \frac{{7\pi }}{{12}}\)

\(\begin{array}{l} \Rightarrow \frac{{{I_1}}}{{{I_2}}} = \frac{1}{{\sqrt 2 }} = \sqrt {\frac{{{R^2} + {{\left( {2{{\rm{Z}}_{{L_1}}} - \frac{{{Z_{{C_1}}}}}{2}} \right)}^2}}}{{{R^2} + {{\left( {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right)}^2}}}} \\ \Rightarrow {R^2} + 2{\left( {2{{\rm{Z}}_{{L_1}}} - \frac{{{Z_{{C_1}}}}}{2}} \right)^2} = {\left( {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right)^2}\\ \Rightarrow 1 + 2\frac{{{{\left( {2{{\rm{Z}}_{{L_1}}} - \frac{{{Z_{{C_1}}}}}{2}} \right)}^2}}}{{{R^2}}} = \frac{{{{\left( {{Z_{{L_1}}} - {Z_{{C_1}}}} \right)}^2}}}{{{R^2}}}\end{array}\)

\( \Rightarrow 1 + 2{\tan ^2}{\varphi _2} = {\tan ^2}{\varphi _1}\,\,\,\,\left( 1 \right)\)

\(\tan \left( {{\varphi _2} - {\varphi _1}} \right) = \frac{{\tan {\varphi _2} - \tan {\varphi _1}}}{{1 + \tan {\varphi _2}.\tan {\varphi _1}}} = \tan \frac{\pi }{4} = 1\)

\( \Rightarrow \tan {\varphi _2} - \tan {\varphi _1} = 1 + \tan {\varphi _2}.\tan {\varphi _1}\,\,\,\,\,\left( 2 \right)\)

Từ (1) và (2) ta suy ra \(\left\{ \begin{array}{l}\tan {\varphi _1} =  - 1\\\tan {\varphi _2} = 0\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_{{C_1}}} = 4{{\rm{Z}}_{{L_1}}}\\R = 3{{\rm{Z}}_{{L_1}}}\\{Z_1} = 3\sqrt 2 {Z_{{L_1}}}\end{array} \right.\)

Khi \(\omega  = \sqrt 3 {\omega _1} \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_{L3}} = \sqrt 3 {Z_{L1}}\\{Z_{C3}} = \frac{{{Z_{C1}}}}{{\sqrt 3 }} = \frac{{4{{\rm{Z}}_{L1}}}}{{\sqrt 3 }}\end{array} \right. \Rightarrow {Z_3} = \frac{{2\sqrt {21} }}{3}{Z_{L1}}\)

\({I_3} = \frac{U}{{{Z_3}}} = \frac{{{I_1}.{Z_1}}}{{{Z_3}}} = \frac{{1.3\sqrt 2 }}{{\frac{{2\sqrt {21} }}{3}}} = 1,388{\rm{A}} \Rightarrow {I_{03}} = 1,964{\rm{A}}\)

\(\tan {\varphi _3} = \frac{{{Z_{{L_3}}} - {Z_{{C_3}}}}}{R} =  - \frac{{\sqrt 3 }}{3} \Rightarrow {\varphi _3} =  - 0,19{\rm{r}}a{\rm{d}} =  - 0,06\pi \)

\({\varphi _3} = {\varphi _u} - {\varphi _{i3}} \Rightarrow {\varphi _{{i_3}}} = \frac{{7\pi }}{{12}} + 0,06\pi  = 0,6433\pi \left( {rad} \right)\)

\( \Rightarrow {i_3} = 1,964co{\rm{s}}\left( {\sqrt 3 {\omega _1} + 0,6433\pi } \right)A\)