Phương pháp giải bài tập Nạp năng lượng ban đầu cho mạch dao động LC môn Vật Lý 12

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

NẠP NĂNG LƯỢNG BAN ĐẦU CHO MẠCH DAO ĐỘNG LC

 

Cấp cùng lúc cả năng lượng từ trường và năng lượng điện trường ban đầu.

+ Nguồn có suất điện động E, điện trở trong r, tụ điện có điện dung C, cuộn dây có hệ số tự cảm L và có điện trở R.

Ban đầu khoá k đóng, khi trạng thái trong mạch đã ổn định ta có:

Cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây khi ổn định là:

Điện áp 2 đầu tụ C lúc đầu: U₀ = I₀.R.

Năng lượng lúc đầu của mạch:

+ Khi ngắt khóa K, mạch dao động có điện trở thuần R ≠ 0 thì dao động sẽ tắt dần. R càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh, R rất lớn thì không có dao động.

Năng lượng ban đầu của mạch sẽ chuyển hóa hết thành nhiệt lượng tỏa ra trên R của cuộn dây khi tắt hẳn: Q_R = W.

Ví dụ 1:

Cho mạch điện như hình vẽ, nguồn có suất điện động E = 12V điện trở trong r = 1Ω, tụ có điện dung C = 100μF, cuộn dây có hệ số tự cảm L = 0,2H và điện trở là R₀ = 5Ω; điện trở R = 18Ω. Ban đầu K đóng, khi trạng thái trong mạch đã ổn định người ta ngắt khoá K. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R trong thời gian từ khi ngắt K đến khi dao động trong mạch tắt hoàn toàn?

A. 25 mJ

B. 28,45 mJ

C. 24,74 mJ

D. 5,175 mJ

Hướng dẫn giải

Chọn C.

Khi K đóng, cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây khi ổn định là:

Điện áp 2 đầu tụ C lúc đầu:

Năng lượng lúc đầu của mạch:

Vì R và R₀ ghép nối tiếp nên năng lượng tỏa ra trên R và R0 tỉ lệ thuận với điện trở.

Khi mạch tắt hoàn toàn thì năng lượng W chuyển thành nhiệt lượng tỏa ra trên R và R₀:

→ Q_R + Q_Ro = W

Câu 1: Nếu nối hai đầu đoạn mạch gồm cuộn cảm thuần L = 1 μH mắc nối tiếp với điện trở thuần R = 2 Ω vào hai cực của nguồn điện một chiều có suất điện động không đổi và điện trở trong r = 1 Ω thì trong mạch có dòng điện không đổi cường độ I. Dùng nguồn điện này để nạp điện cho một tụ điện có điện dung C. Khi điện tích trên tụ điện đạt giá trị cực đại, ngắt tụ điện khỏi nguồn rồi nối tụ điện với cuộn cảm thuần L thành một mạch dạo động thì trong mạch có dao động điện từ tự do với tần số góc bằng 10⁶ rad/s và cường độ dòng điện cực đại bằng I . Tính tỉ số Io/I?

A. 2                                   

B. 2,5                                

C. 1,5     

D. 3

Câu 2: Một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm L và tụ C = 0,1/π² pF. Nối hai cực của nguồn điện một chiều có suất điện động E và điện trở trong r = 1 Ω vào hai đầu cuộn cảm. Sau khi dòng điện qua mạch ổn định, người ta ngắt cuộn dây với nguồn và nối nó với tụ điện thành mạch kín thì mạch LC dao động với năng lượng bằng 4,5 mJ. Khoảng thời gian ngắn nhất kể từ khi năng lượng điện trường cực đại đến khi năng lượng từ trường cực đại bằng 5 ns. Tính giá trị của E?

A. 3 V.                              

B. 6 V.                              

C. 5 V.     

D. 4 V

Câu 3: Nếu nối hai đầu đoạn mạch gồm cuộn cảm thuần L mắc nối tiếp với điện trở thuần R = 1 Ω vào hai cực của nguồn điện một chiều có suất điện động không đổi và điện trở trong r = 1 Ω thì trong mạch có dòng điện không đổi cường độ I = 1,5A. Dùng nguồn điện này để nạp điện cho một tụ điện có điện dung C = 1 μF. Khi điện tích trên tụ điện đạt giá trị cực đại, ngắt tụ điện khỏi nguồn rồi nối tụ điện với cuộn cảm thuần L thành một mạch dạo động thì trong mạch có dao động điện từ tự do với tần số góc bằng 10⁶ rad/s và cường độ dòng điện cực đại bằng I₀. Tính I₀?

A. 2 A        

B. 1,5 A      

C. 3 A     

D. 2,5 A

Câu 4: Một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm L = 0,1 mH và bộ tụ gồm hai tụ điện có cùng điện dung C mắc song song với nhau. Nối hai cực của nguồn điện một chiều có suất điện động E và điện trở trong r = 4 Ω vào hai đầu cuộn cảm. Sau khi dòng điện qua mạch ổn định, người ta ngắt cuộn dây với nguồn và nối nó với tụ điện thành mạch kín thì mạch LC dao động với hiệu điện thế cực đại giữa hai đầu cuộn cảm bằng E. Tính giá trị C?

A. 3,125 μF                      

B. 3,375 μF                       

C. 3,175 μF     

D. 3,3125 μF

Câu 5: Mạch dao động điện từ LC gồm một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và tụ có điện dung. Dùng nguồn điện một chiều có suất điện động 10 V cung cấp cho mạch một năng lượng 25 μJ bằng cách    nạp cho tụ thì cứ sau khoảng thời gian π/4000 s dòng điện trong mạch lại triệt tiêu. Tính giá trị của L ?

 A. 0,2 H                            

B. 0,25 H                          

C. 0,125 H     

D. 0,5 H

...

ĐÁP ÁN

1. D

2. A

3. C

4. B

5. C

6. A

7. B

8. B

--(Nội dung đầy đủ, chi tiết của tài liệu, các em vui lòng đăng nhập để xem online hoặc tải về)--

Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải bài tập Nạp năng lượng ban đầu cho mạch dao động LC môn Vật Lý 12 năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.