Áp dụng định luật ôm vào giải bài tập Vật lý nâng cao

áp dụng định luật Ôm vào giải bài tập Vật lý nâng cao Định luật Ôm là một vấn đề khó và đặc biệt nó càng khó khi áp dụng vào dạy đội tuyển học sinh giỏi, ở đây tôi chỉ trao đổi cùng các bạn về cách đưa ra các bài tập vận dụng định luật Ôm và cách mở rộng, có chiều sâu các bài tập đó để vận dụng. Dạy đội tuyển học sinh giỏi nhiều năm và ở nhiều đối tượng, tôi thấy đối với học sinh khá và giỏi các em thường rất khó khăn khi làm các bài tập nâng cao có áp dụng định luật Ôm, trong đó các bài tập nâng cao có vận dụng định luật Ôm các em thường mắc sai lầm cơ bản thuộc những dạng bài tập có các nội dung kiến thức cơ bản sau: */ Với các đoạn mạch sau: a. Đoạn mạch hỗn tạp không tường minh. b. Đoạn mạch đối xứng. c. Đoạn mạch tuần hoàn. */ Với các dụng cụ đo: a. Mắc dụng cụ đo không lí tưởng. b. Mắc dụng cụ đo không theo nguyên tắc thông thường. */ Với vật tiêu thụ: Trong mạch có mắc biến trở. Sau đây tôi cùng các bạn trao đổi bốn dạng bài tập vận dụng định luật Ôm để giải các bài tập Vật lí nâng cao (các bài tập được sưu tầm từ các tài liệuvà của đồng nghiệp) Một số dạng bài tập khi áp dụng định luật Ôm Dạng 1: Mạch điện phức tạp, trong mạch điện mắc các dụng cụ đo không tường minh. Bài tập 1: Cho hai vôn kế V1, V2 giống hệt nhau, hai điện trở có giá trị mỗi cái bằng R hai điện trở kia giá trị mỗi cái bằng 3R (hình vẽ ) Số chỉ của các máy đo là 6 mA, 6 V và 2 V.Tính R ? *Hướng dẫn: V 1 A V 2 C P Q D M N R R 3R 3R * Hướng dẫn học sinh xác định cách mắc : * Hướng dẫn học sinh xác định được số chỉ các máy đo: V1 chỉ 2V , V2chỉ 6V , A chỉ 6mA *Tìm được điện trở của vôn kế: RV= = 1000(). * Xác định IV1 = = 0,002(A). * Xác định được chiều dòng điện đi từ P đến Q và do mạch đối xứng nên I2 = I4 ; I1 = I3 * I1= IV1+I2 I1 - I2 = 0,002A, I1 + I2= 0,006. Tính I2, I1 * Ta có UPQ=UPC + UCQ=UV1 thay vào tính được: - I1R + I23R = 1 R. *Mở rộng: - Nếu thay đổi số chỉ của V1 là 1V thì bài toán sẽ đi đến một điều vô lí. V2 A V1 C D A B + - Bài tập 2: Có một ampekế, hai vôn kế giống nhau và bốn điện trở gồm hai loại mà giá trị của chúng gấp bốnlần nhau được mắc với nhau như hình vẽ. Sốchỉ của các máy đo là 1V, 10V và 20mA. a) CMR cường độ dòng điện chạy qua bốn điện trở trên chỉ có hai giá trị? b) Xác định giá trị của các điện trở mắc trong mạch? * Hướng dẫn: A B V2 A V1 C D + - R R 4R 4R I4 I3 I2 I1 a) *Tương tự, hướng dẫn học sinh cách xác định cách mắc các điện trở và số đo của các dụng cụ đo, từ đó vẽ hình. * Khi đó V1 chỉ 10V, V2 chỉ 1V và A chỉ 20mA. * Từ đó xác định được RV = 500(mA) * UAB = RI1 + 4RI3 = 4RI2 + RI4 * Từ đó hướng dẫn học sinh chứng minh được : I1 = I4, I2 = I3 Vậy cường độ dòng điện chạy qua 4 điện trở trên chỉ có hai giá trị. b) * Vì I1 + I2 = Ia = 20mA. Từ đó hướng dẫn học sinh tính I1 và I2: I1 = 11mA và I2 = 9mA. * Xét mạch vòng ACD: UAD = UAC + UCD thay số vào tính được: R = 40 và 4R = 160 Bài tập 3: Hai cụm dân cư dùng chung một trạm điện, điện trở tải ở hai cụm bằng nhau và bằng R (như hình vẽ), công suất định mức ở mỗi cụm là P0 bằng 48,4 KW, hiệu điện thế định mức ở mỗi cụm là Uo , hiệu điện thế hai đầu trạm luôn được duy trì là U0. Khi chỉ cụm I dùng điện (chỉ K1 đóng) thì công suất tiêu thụ ở cụm I là P1 = 40 KW, khi chỉ cụm II dùng điện (chỉ K2 đóng) thì công suất tiêu thụ ở cụm II \là P2 = 36,6 KW. 1) Hãy tìm biểu thức liên hệ giữa r1, r2 và R? 2) Khi cả hai cụm dùng điện thì tổng công suất tiêu thụ trên hai cụm là bao nhiêu? * Hướng dẫn: * Khi chỉ cụm I dùng điện( chỉ K1 đóng): + Công suất định mức trên mỗi cụm: P0= (1) + Khi đó công suất tiêu thụ trên cụm I: P1 = (2)( U1là hiệu điện thế trên cụm I khi chỉ cụm I dùng điện) + Từ (1) và (2) ta có: + Theo bài ra ta có: * Khi chỉ cụm II dùng điện( chỉ K2 đóng): + Khi đó công suất tiêu thụ trên cụm II: P2 = (3)( U2là hiệu điện thế trên cụm II khi chỉ cụm II dùng điện) + Từ (1) và (3) ta có: + Theo bài ra ta có: *Khi cả hai cụm dùng điện (K1 và K2 đều đóng) ta có điện trở toàn mạch RM: + RM = r1+. Điện trở đoạn mạch AB: RAB = + Ta có: * Gọi công suất tiêu thụ trên cụm I khi cả hai cụm dùng điện là PI ta có: + (KW) + Ta có: * Gọi công suất tiêu thụ trên cụm II khi cả hai cụm dùng điện là PII ta có + (KW) * Vậy khi cả hai cụm dùng điện thì tổng công suất tiêu thụ trên hai cụm là: P = PI + PII P = 64,61(KW) * Mở rộng Nếu không tính cả hai cụm dùng chung thì từng cụm dùng điện khi cả hai khoá đều đóng thì kết quả như thế nào? Đây là một bài tập rất hay, sử dụng nhiều kiến thưc cơ bản và giúp học sinh tư duy cao từ đó rèn luyện khả năng tổng hợp các kiến thức để làm bài tập của học sinh. (Còn nữa)