Bài toán tụ ghép thường ít gặp trong các bài kiểm tra, bài thi. Nắm chắc dạng toán này giúp bạn chinh phục điểm số tuyệt đối.
I. LÝ THUYẾT
Tụ ghép nối tiếp (L(C1 nt C2))
Tụ ghép song song (L(C1//C2))
Điện dung
tương đương
C1 = C11 + C21
C = C1 + C2
Chu kì
T = 2 πLC1+C2C1C2
T21 = T121 + T221
T = 2 πL(C1+C2)
T2 = T12 + T22
Tần số
f2 = f12 + f22
f21 = f121 + f221
II. VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1: Mạch dao động lý tưởng gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L không đổi và có tụ điện có điện dung C thay đổi được. Khi C = C1 thì tần số dao động riêng của mạch bằng 6 kHz và khi C = C2 thì tần số dao động riêng của mạch bằng 8 kHz. Nếu C = C1C2/(C1+C2) thì tần số dao động riêng của mạch bằng
A. 5 kHz B. 14 kHz C. 2 kHz D. 10 kHz
Hướng dẫn
fnt = f12+f22 = 10 (kHz)
⇒ Chọn D
Ví dụ 2: Mạch dao động lý tưởng khi dùng tụ điện C1 thì tần số riêng của mạch là 30 kHz, khi dùng tụ điện C2 thì tần số riêng của mạch là 40 kHz. Khi mạch dao động dùng hai tụ ghép song song thì tần số dao động riêng của mạch là
Ví dụ 3: Một mạch dao động điện từ có cuộn cảm không đổi L. Nếu thay tụ điện bởi các tụ C1, C2, C1 nối tiếp C2 và C1 song song C2 thì chu kì dao động riêng của mạch lần lượt là T1, T2, Tnt = 4,8 μ s và Tss = 10 μ s. Hãy xác định T1 biết T1 > T2.
A.6μ sB.5,2 μ sC.8 μ sD.14,8 μ s
Hướng dẫn
T12 + T22 = Tss2 = 102
T121 + T221 = Tnt21 = 4,821
Mà T1 > T2⇒T1 = 8 (μ s);T2 = 6 (μ s)
⇒ Chọn C
Ví dụ 4: Hai mạch dao động có các cuộn cảm giống hệt nhau còn các tụ điện lần lượt là C1 vàC2 thì tần số dao động lần lượt là 3 MHz và 4 MHz.. Xác định các tần số dao động riêng của mạch khi người ta mắc nối tiếp 2 tụ và cuộn cảm có độ tự cảm tăng 4 lần so với các mạch ban đầu.
Ví dụ 5: Một cuộn dây thuần cảm mắc lần lượt với các tụ điện C1, C2 và C thì chu kì dao động riêng của mạch lần lượt là T1 = 9 ms, T2 = 5 ms và T. Nếu 4C = 2C1 + 3C2 thì T bằng
A. 7,7 ms B. 6,7 ms C. 6,5 ms D. 10 ms
Hướng dẫn
Ta có: T2 = (2 π)2LC⇒T2 ~ C
Mà 4C = 2C1 + 3C2 nên 4T2 = 2T12 + 3T22
⇒ T ≈ 7,7 (ms)
⇒ Chọn A
Ví dụ 6: Một mạch dao động điện từ gồm cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 0,003 H và 2 tụ điện măc nối tiếp C1 = 2C2 = 3 μ F. Biết hiệu điện thế trên tụ C1 và cường độ dòng điện đi qua cuộn dây ở thời điểm t1 có giá trị tương ứng là 3 V và 0,15 A. Tính năng lượng dao động trong mạch.
A. 0,1485 mJ B. 74,25 μ JC. 0,7125 mJ D. 0,6875 mJ
Ví dụ 7: Một mạch dao động điện từ gồm cuộn dây thuần cảm và 2 tụ điện mắc song song C1 = 2C2 = 3 μ F. Biết điện tích trên tụ C2 và cường độ dòng điện đi qua cuộn dây ở thời điểm t1 và t2 có giá trị tương ứng là 3μ C, 4 mA và 2μ C và 42 mA. Tính độ tự cảm L của cuộn dây.
A. 0,3 H B. 0,125 H C. 0,25 H D. 0,5 H
Hướng dẫn
Vì C1 // C2 nên C = C1 + C2 = 3 + 1,5 = 4,5 (μ F)
Ví dụ 8: Một mạch dao động LC lý tưởng đang hoạt động, cuộn dây có độ tự cảm 5 mH và hai tụ giống hệt nhau ghép nối tiếp. Khi điện áp hai đầu một tụ bằng 0,6 V thì cường độ dòng điện trong mạch bằng 1,8 mA. Còn khi điện áp giữa hai đầu một tụ bằng 0,45 V thì cường độ dòng điện trong mạch bằng 2,4 mA. Điện dung của mỗi tụ là
A. 40 nF B. 20 nF C. 30 nF D. 60 nF
Hướng dẫn
W = 2Cu12 + 2Li12
W = 2Cu22 + 2Li22
⇒ W - 21,22C = 25.10−3(1,8.10−3)2
W - 20,92C = 25.10−3(2,4.10−3)2
⇒ W = 2,25.10−8 (J)
C = 20.10−9 (F)
⇒C1 = C2 = 2C = 40.10−9 (F)
⇒ Chọn A
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Bài 1:Một mạch dao động điện từ khi dùng tụ điện C1 thì tần số riêng của mạch là f1 = 120 kHz, dùng tụ điện C2 thì tần số riêng của mạch là f2 = 160 kHz. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Khi mạch dao động dung hai tụ C1 và C2 ghép song song thì tần số dao động riêng của mạch là:
A. 200 kHz B. 96 kHz C. 280 kHz D. 140 kHz
Bài 2: Một mạch dao động gồm cuộn dây thuần cảm L và hai tụ C1 và C2, khi mắc cuộn dây riêng với từng tụ C1 và C2 thì chu kì mạch tương ứng là T1 = 6 ms và T2 = 8 ms. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Chu kì dao động khi mắc đồng thời cuộn dây với hai tụ C1, C2 mắc song song là:
A. 14 ms B. 7 ms C. 2 ms D. 10 ms
Bài 3: Khi mắc cuộn cảm L với tụ C1 thì tần số dao động điện từ tự do của mạch là f, khi mắc cuộn cảm L với tụ C1 thì tần số dao động điện từ tự do của mạch là 2f. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Khi mắc L với bộ tụ điện gồm C1 song song C2 thì tần số dao động là:
A. 2f B.f2C.f5D.2f/5
Bài 4: Một mạch dao động LC, gồm cuộn dây thuần cảm và tụ điện có điện dung C. Trong mạch có dao động điện từ tự do (riêng) với tần số f. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Khi mắc nối tiếp với tụ điện trong mạch trên một tụ điện có điện dung C/8 thì tần số dao động điện từ tự do (riêng) của mạch lúc này bằng
A. 0,943f B. 2f C. 1,73f D. 3f
Bài 5: Một mạch dao động gồm cuộn dây có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Khi mắc song song them với tụ điện C ba tụ điện có cùng điện dung C thì chu kì dao động riêng của mạch:
A. tăng bốn lần B. tăng hai lần C. tăng ba lần D. không thay đổi
Bài 6: Một mạch dao động điện từ LC có chu kì dao động riêng là T. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Nếu mắc thêm một tụ C’ = 440 pF, song song với tụ C thì chu kì dao động tăng thêm 20%. C có giá trị bằng
A. 20 μ FB. 1000 pF C. 1200 pF D. 10 μ F
Bài 7: Cho một mạch dao động điện từ gồm một tụ điện C và một cuộn cảm L. Bỏ qua điện trở thuần của mạch. Nếu thay đổi C bới hai tụ C1, C2 (C1 > C2) mắc nối tiếp thì tần số dao động riêng của mạch là 5 MHz, còn nếu thay bởi hai tụ đó mắc song song thì tần số dao động riêng của mạch là 2,4 MHz. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Xác định tần số dao động riêng của mạch khi thay C bởi C1.
A. 4 MHz B. 3 MHz C. 8 MHz D. 9 MHz
Bài 8: Khi mắc tụ điện C1 với cuộn cảm L thì tần số dao động của mạch dao động f1 = 60 kHz. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Khi mắc thêm tụ điện C2 nối tiếp với tụ điện C1 thì tần số dao động của mạch là f = 100 kHz. Khi mắc tụ điện C2 với cuộn cảm L thì tần số dao động f2 của mạch là
A. 60 kHz B. 100 kHz C. 48 kHz D. 80 kHz
Bài 9: Một mạch dao động điện từ gồm cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 0,3 H và hai tụ điện nối tiếp C1 = 2C2 = 3 μ F. Biết hiệu điện thế trên tụ C2 và cường độ dòng điện đi qua cuộn dây ở thời điểm t1 có giá trị tương ứng là 3 V, 1,5 mA. Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2) và năng lượng của mạch tính theo công thức W = 0,5Cu2 + 0,5Li2. Năng lượng dao động trong mạch là
A. 0,3135 μ JB. 3,125 μ JC. 3,7125 μ JD. 0,1 μ J
Bài 10: Một mạch dao động điện từ gồm cuộn dây thuần cảm và hai tụ điện nối tiếp C1 = 2C2 = 3 μ F. Biết hiệu điện thế trên tụ C1 và cường độ dòng điện đi qua cuộn dây ở thời điểm t1 và t2 có giá trị tương ứng là 3 V, 1,5 mA và 2 V, 1,52 mA. Tính độ tự cảm L của cuộn dây.
A. 0,3 H B. 3 H C. 4 H D. 0,4 H
Bài 11: Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Trong mạch dao động LC lí tưởng đang có dao động điện từ tự do, người ta ghép song song thêm một tụ có cùng điện dung thì chu kì dao động của mạch sẽ
A. không thay đổi B. tăng 2 lần C. giảm 2 lần D. giảm 2 lần
Bài 12: Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Một mạch dao động lí tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C không thay đổi được. Để tần số dao động riêng của mạch tăng 3 lần thì có thể
A. mắc thêm tụ điện có điện dung C’ =C/3 song song với tụ C.
B. mắc thêm tụ điện có điện dung C’ = C/2 song song với tụ C.
C. mắc thêm tụ điện có điện dung C’ = 3C nối tiếp với tụ C.
D. mắc thêm tụ điện có điện dung C’ = C/2 nối tiếp với tụ C.
Bài 13: Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Một mạch dao động lí tưởng LC gồm hai tụ điện có cùng điện dung 0,5 μ F ghép nối tiếp và cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 0,4 mH. Nối hai cực của nguồn điện một chiều có suất điện động 6 mV và điện trở trong 2 Ω vào hai đầu cuộn cảm. Sau khi dòng điện trong mạch ổn định, cắt nguồn thì mạch LC dao động với hiệu điện thế cực đại giữa hai đầu cuộn cảm là
A. 0,9 V B. 0,12 V C. 0,6 V D. 0,06 V
Bài 14: Biết hai tụ C1 và C2 mắc nối tiếp thì điện dung tương đương là C1C2/(C1+C2), còn mắc song song thì điện dung tương đương là (C1+C2). Một mạch dao động lí tưởng LC gồm hai tụ điện có cùng điện dung 0,5 μ F ghép song song và cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 0,4 mH. Nối hai cực của nguồn điện một chiều có suất điện động 6 mV và điện trở trong 2 Ω vào hai đầu cuộn cảm. Sau khi dòng điện trong mạch ổn định, cắt nguồn thì mạch LC dao động với hiệu điện thế cực đại giữa hai đầu cuộn cảm là