Bài giảng môn học Vật lý lớp 9 - Điện học (Tiếp theo)

Điện học A/. Tóm tắt kiến thức 1/. Muốn duy trì một dòng điện lâu dài trong một vật dẫn cần duy trì một điện trường trong vật dẫn đó. Muốn vậy chỉ cần nối 2 đầu vật dẫn với 2 cực của nguồn điện thành mạch kín. Càng gần cực dương của nguồn điện thế càng cao. Quy ứơc điện thế tại cực dương của nguồn điện , điện thế là lớn nhất , điện thế tại cực âm của nguồn điện bằng 0. Quy ước chiều dòng điện là chiều chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích dương, Theo quy ước đó ở bên ngoài nguồn điện dòng điện có chiều đi từ cực dương, qua vật dẫn đến cực âm của nguồn điện (chiều đi từ nơi có điện thế cao đến nơi có diện thế thấp). Độ chênh lệch về điện thế giữa 2 điểm gọi là hiệu điện thế giữa 2 điểm đó : VA-VB= UAB. Muốn duy trì một dòng điện lâu dài trong một vật dẫn cần duy trì một HĐT giữa 2 đầu vật dẫn đó ( U=0 đ I =0) 2/. Mạch điện: a. Đoạn mạch điện mắc song song: *Đặc điểm: mạch điện bị phân nhánh, các nhánh có chung điểm đầu và điểm cuối. Các nhánh hoạt động độc lập. *Tíh chất: 1. Uchung 2. cường độ dòng điện trong mạch chính bằng trổng cường độ dòng điện trong các mạch rẽ I=I1+I2+...+In 3.Nghịch đảo của điện trở tương đương bằng tổng các nghịch đảo của các điện trở thành phần R=R1+R2+...+Rn -Từ t/c 1 và công thức của định luật ôm ị I1R1=I2R2=....=InRn=IR - từ t/c 3 ị Đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị bằng nhau và bằng r thì điện trở của đoạn mạch mắc song song là R=r/n. - từ t/3 đ điện trở tương đương của đoạn mạch mắc song song luôn nhỏ hơn mỗi điện trở thành phần. b. Đoạn mạch điện mắc nối tiếp: *Đặc điểm:các bộ phận (các điện trở) mắc thành dãy liên tục giữa 2 cực của nguồn điện ( các bộ phận hoạt động phụ thuộc nhau). *tính chất: 1.I chung 2. U=U1+U2+....+Un. 3. R=R1+R2+,...Rn. *Từ t/c 1 và công thức của định luật ôm I=U/R ị U1/R1=U2/R2=...Un/Rn. (trong đoạn mạch nối tiếp, hiệu điện thế giữa 2 đầu các vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của chúng) ị Ui=U Ri/R... Từ t/s 3 đ nếu có n điện trở giống nhau mắc nối tiếp thì điện trở của đoạn mạch là R =nr. Cũng từ tính chất 3 đ điện trở tương đương của đoạn mạch mắc nối tiếp luôn lớn hơn mỗi điện trở thành phần. c/ Mạch cầu: Mạch cầu có thể phân làm hai loại: * Mạch cầu cân bằng (Dùng trong phép đo lường điện). I5 = 0 ; U5 = 0 * Mạch cầu không cân bằng Trong đó mạch cầu không cân bằng được phân làm 2 loại: - Loại có một trong 5 điện trở bằng không (ví dụ một trong 5 điện trở đó bị nối tắt, hoặc thay vào đó là một ampe kế có điện trở ằng không ). Khi gặp loại bài tập này ta có thể chuyển mạch về dạng quen thuộc, rồi áp dụng định luật ôm để giải. - Loại mạch cần tổng quát không cân bằng có đủ cả 5 điện trở, thì không thể giải được nếu ta chỉ áp dụng định luật Ôm, loại bài tập này được giải bằng phương pháp đặc biệt (được trình bày ở mục 2.3) R1 R2 - Vậy điều kiện để cân bằng là gì? R5 Cho mạch cầu điện trở như (H - 1.1) R3 R4 1 - Nếu qua R5 có dòng I5 = 0 và U5 = 0 thì các điện trở nhánh lập A B thành tỷ lệ thức : (H : 1-1) = n = const 2 - Ngược lại nếu có tỷ lệ thức trên thì I5 = 0 và U5 = 0, ta có mạch cầu cân bằng. Tóm lại: Cần ghi nhớ + Nếu mạch cầu điện trở có dòng I5 = 0 và U5 = 0 thì bốn điện trở nhánh của mạch cầu lập thành tỷ lệ thức: (n là hằng số) (*) (Với bất kỳ giá trị nào của R5.). Khi đó nếu biết ba trong bốn điện trở nhánh ta sẽ xác định được điện trở còn lại. * Ngược lại: Nếu các điện trở nhánh của mạch cầu lập thành tỷ lệ thức tên, ta có mạch cầu cân bằng và do đó I5 = 0 và U5 = 0. + Khi mạch cầu cân bằng thì điện trở tương đương của mạch luôn được xác định và không phụ thuộc vào giá trị của điện trở R5 . Đồng thời các đại lượng hiệu điện thế và không phụ thuộc vào điện trở R5 . Lúc đó có thể coi mạch điện không có điện trở R5 và bài toán được giải bình thường theo định luật ôm. + Biểu thức (*) chính là điều kiện để mạch cầu cân bằng. Phương pháp tính điện trở tương đương của mạch cầu: - Tính điện trở tương đương của một mạch điện là một việc làm cơ bản và rất quan trọng, cho dù đầu bài có yêu cầu hay không yêu cầu, thì trong quá trình giải các bài tập điện ta vẫn thường phải tiến hành công việc này. Với các mạch điện thông thường, thì đều có thể tính điện trở tương đương bằng một trong hai cách sau. + Nếu biết trước các giá trị điện trở trong mạch và phân tích được sơ đồ mạch điện (thành các đoạn mắc nối tiếp, các đoạn mắc song song) thì áp dụng công thức tính điện trở của các đoạn mắc nối tiếp hay các đoạn mắc song song. + Nếu chưa biết hết các giá trị của điện trở trong mạch, nhưng biết được Hiệu điện thế ở 2 đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện qua đoạn mạch đó, thì có thể tính điện trở tương đương của mạch bằng công thức định luật Ôm. - Tuy nhiên với các mạch điện phức tạp như mạch cầu, thì việc phân tích đoạn mạch này về dạng các đoạn mạch mới nối tiếp và song song là không thể được. Điều đó cũng có nghĩa là không thể tính điện trở tương đương của mạch cầu bằng cách áp dụng, các công thức tính điện trở của đoạn mạch mắc nối tiếp hay đoạn mạch mắc song song. Vậy ta phải tính điện trở tương đương của mạch cầu bằng cách nào? * Với mạch cầu cân bằng thì ta bỏ qua điện trở R5 để tính điện trở tương đương của mạch cầu. * Với loại mạch cầu có một trong 5 điện trở bằng 0, ta luôn đưa được về dạng mạch điện có các đoạn mắc nối tiếp, mắc song song để giải. * Loại mạch cầu tổng quát không cân bằng thì điện trở tương đương được tính bằng các phương pháp sau: a - Phương pháp chuyển mạch: Thực chất là chuyển mạch cầu tổng quát về mạch điện tương đương (điện trở tương đương của mạch không thay đổi). Mà với mạch điện mới này ta có thể áp dụng các công thức tính điện trở của đoạn mạch nối tiếp, đoạn mạch song song để tính điện trở tương đương. - Muốn sử dụng phương pháp này trước hết ta phải nắm được công thức chuyển mạch (chuyển từ mạch sao thành mạch tam giác và ngược lại từ mạch tam giác thành mạch sao) Công thức chuyển mạch - Định lý Kennơli. + Cho hai sơ đồ mạch điện, mỗi mạch điện được tạo thành từ ba điện trở (H21-a mạch tam giác (D)) A’ (H.21b - Mạch sao (Y) A R’3 R1 R2 R’2 R’1 B C B’ C’ (H - 2.1a) (H- 2.1b) Với các giá trị thích hợp của điện trở có thể thay thế mạch này bằng mạch kia, khi đó hai mạch tương đương nhau. Công thức tính điện trở của mạch này theo mạch kia khi chúng tương đương nhau như sau: * Biến đổi từ mạch tam giác R1, R2, R3 thành mạch sao R’1, R’2, R’3 (1) (2) (3) (ở đây R’1, R’2, R’3 lần lượt ở vị trí đối diện với R1,R2, R3) * Biến đổi từ mạch sao R’1, R’2, R’3 thành mạch tam giác R1, R2, R3 (4) (5) (6) *Xét ví dụ cụ thể: R1 R2 Cho mạch điện như hình vẽ: (H . 2.3a) .Biết R1 = R3 = R5 = 3 W A R5 B R2 = 2 W; R4 = 5 W R3 R4 Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB (H. 2.3a) Lời giải a- Tính RAB = ? * Chuyển mạch. + Cách 1: Chuyển mạch tam giác R1; R3 ; R5 thành mạch sao R’1 ; R’3 ; R’5 (H. 2.3b) R1 R2 Ta có: R5 R3 R4 Suy ra điện trở tương đương của đoạn mạch AB là : (H . 2.3b) RAB = 3 W + Cách 2: Chuyển mạch sao R1; R2; R5 thành mạch tam giác (H . 2.3c) Ta có: R3 (H. 2.3c) R4 Suy ra: B. Bài tập : Baứi 1: Cho ủoaùn maùch AB coự hieọu ủieọn theỏ U khoõng ủoồi goàm coự hai ủieọn trụỷ R1=20 vaứ R2 maộc noỏi teỏp.Ngửụứi ta ủo ủửụùc hieọu ủieọn theỏ treõn R1 laứ U1=40V.Baõy giụứ ngửụứi ta thay ủieọn trụỷ R1 bụỷi moọt ủieọn trụỷ R’1=10 vaứ ngửụứi ta ủo ủửụùc hieọu ủieọn theỏ treõn noự laứ U’1=25V.Haừy xaực ủũnh hieọu ủieọn theỏ giửừa hai ủaàu ủoaùn maùch vaứ ủieọn trụỷ R2. GIAÛI Cửụứng ủoọ doứng ủieọn qua ủieọn trụỷ R1 laỉ:I1=U1/R1=40/20=2A. Hieọu ủieọn theỏ giửừa hai ủaàu ủoaùn maùch ab laứ:U=(R1+R2).I1=(20+R2).2 (1) Cửụứng ủoọ doứng ủieọn qua ủieọn trụỷ R’1 laứ:I’1=U1’/R’1=25/10=2,5A. Hieọu ủieọn theỏ giửừa hai ủaàu ủoaùn maùch ab laứ:U=(R’1+R2).I’1=(10+R2).2,5 (2) Tửứ (1) vaứ(2),ta coự pt:U=(20+R2).2 vaứ U=(10+R2).2,5 Giaỷi ra ta ủửụùc :U=100V vaứ R2=30. Baứi 2:Coự ba ủieọn trụỷ R1,R2 vaỉ R3 .Khi maộc chuựng noỏi tieỏp vụựi nhau,thỡ khi ủaởt vaứo hai ủaàu ủoaùn maùch moọt hieọu ủieọn theỏ U=110V doứng ủieọn trong maùch coự cửụứng ủoọ laứ I1=2A.Neỏu chổ maộc noỏi tieỏp R1vaỉ R2 thỡ cửụứng ủoọ doứng ủieọn trong maùch goàm R1vaỉ R2 laứ I2=5,5A.Coứn neỏu maộc noỏi tieỏp R1 vaứ R3 thỡ vụựi hieọu ủieọn theỏ U cửụứng ủoọ doứng ủieọn trong maùch goàm R1 vaứ R3 laứ I3=2,2A.Tớnh R1,R2 vaỉ R3. GIAÛI Khi maộc noỏi tieỏp caỷ 3 ủieọn trụỷ thỡ :R1 +R2 +R3 =U/I1=110/2=55. (1) Khi maộc noỏi tieỏp R1vaỉ R2 thỡ : R1 +R2 =U/I2=110/5,5=20. (2) Khi maộc noỏi tieỏp R1vaỉ R3 thỡ : R1 +R3=U/I3=110/2,2=50. (3) Tửỉ (1),(2) VAỉ (3) ta coự heọ pt : R1 +R2 +R3=55 R1 +R2=20 R1 +R3=50 Giaỷi ra,ta ủửụùc :R1=15,R2=5,R3=35. Baứi 3:Giửừa hai ủieồm MN cuỷa maùch ủieọn coự hieọu ủieọn theỏ luoõn luoõn khoõng ủoồi vaứ baống 12V,ngửụứi ta maộc noỏi tieỏp hai ủieọn trụỷ R1=10 vaứ R2=14. a)Tớnh ủieọn trụỷ tửụng ủửụng cuỷa ủoaùn maùch. b)Tớnh cửụứng ủoọ doứng ủieọn chớnh,cửụứng ủoọ doứng ủieọn qua moói ủieọn trụỷ vaứ hieùu ủieọn theỏ giửừa hai ủaàu moói ủieọn trụỷ. c)Maộc theõm ủieọn trụỷ R3 noỏi tieỏp vụựi hai ủieọn trụỷ treõn.duứng voõn keỏ ủo ủửụùc hieọu ủieọn theỏ giửừa hai ủaàu R3 laứ U3=4V.Tớnh ủieọn trụỷ R3. GIAÛI a)ẹieọn trụỷ tửụng ủửụng cuỷa ủoaùn maùch :R=R1+R2=24. b)Cửụứng ủoọ doỷng ủieọn maùch chớnh :I=U/R=12/24=0,5A. Vỡ R1 nt R2 I1=I2=I=0,5A. Hieọu ủieọn theỏ giửừa hai ủaàu moói ủieọn trụỷ :U1=I1R1=0,5.10=5V, U2=I2R2 =0,5.14=7V. c)Vỡ ủoaùn maùch noỏi tieỏp ,ta coự :UMN=UMP+UPN UMP =UMN-UPN=UNM-U3=12-4=8V. Cửụứng ủoọ doứng ủieọn trong maùch chớnh :I’=UMP/RMP=8/24=1/3A. Aựp duùng ủũnh luaọt oõm cho ủoaùn maùch PN :I’=U3/R3=12. M P N V R1 R2 R3 Baứi 4 : Cho hai ủieọn trụỷ,R1= 20 chũu ủửụùc cửụứng ủoọ doứng ủieọn toỏi ủa laứ 2A vaứ R2= 40 chũu ủửụùc cửụứng ủoọ doứng ủieọn toỏi ủa laứ 1,5A. a) Hoỷi neỏu maộc noỏi tieỏp hai ủieọn trụỷ naứy vaứo maùch thỡ phaỷi ủaởt vaứo hai ủaàu ủoaùn maùch moọt hieọu ủieọn theỏ toỏi ủa laứ bao nhieõu ? b) Hoỷi neỏu maộc song song hai ủieọn trụỷ naứy vaứo maùch thỡ phaỷi ủaởt vaứo hai ủaàu ủoaùn maùch moọt hieọu ủieọn theỏ toỏi ủa laứ bao nhieõu ? GIAÛI a)Vỡ R1 chũu ủửụùc doứng ủieọn toỏi ủa laứ 2A,R2 chũu ủửụùc doứng ủieọn troỏi ủa laứ 1,5A.Khi R1 maộc noỏi tieỏp vụựi R2 thỡ doứng ủieọn chaùy qua hai ủieọn trụỷ coự cuứng cửụứng ủoọ.Do ủoự ,muoỏn caỷ hai ủieọn trụỷ khoõng bũ hoỷng thỡ cửụứng ủoọ doứng ủieọn toỏi ủa trong maùch phaỷi laứ I=I2=1,5A. ẹieọn trụỷ tửụng ủửụng cuỷa ủoaùn maùch laứ:R12=R1+R2=20+40=60. Vaọy hieọu ủieọn theỏ toỏi ủa ủaởt vaứo hai ủaàu ủoaùn maùch laứ:U=I.R12=1,5.60=90V b) Hieọu ủieọn theỏ toỏi ủa giửừa hai ủaàu R1 laứ : U1 = I1.R1 = 2.20 = 40V. Hieọu ủieọn theỏ toỏi ủa giửừa hai ủaàu R2 laứ : U2= I2.R2 = 1,5.40 = 60V. Vaọy hieọu ủieọn theỏ toỏi ủa ủửụùc pheựp ủaởt vaứo hai ủaàu ủoaùn maùch khi hai ủieọn trụỷ maộc song song laứ :U = U1 = 40V. Baứi 5 : Maộc hai ủieọn trụỷ R1,R2 vaứo hai ủieồm A,B coự hieọu ủieọn theỏ 90V.Neỏu maộc R1 vaứ R2 noỏi tieỏp thỡ doứng ủieọn cuỷa maùch laứ 1A.Neỏu maộc R1 vaứ R2 song song thỡ doứng ủieọn cuỷa maùch chớnh laứ 4,5A.Tớnh R1 vaứ R2 . GIAÛI Khi maộc noỏi tieỏp ta coự : Rnt = R1+R2 = U/I =90/1 = 90. Khi maộc song,ta coự :Rss = = U/I’= 90/4,5 = 20. Vaọy ta coự heọ sau : R1+R2 = 90 (1) vaứ R1.R2 = 1800 (2) .Giaỷi ra, ta ủửụùc : R1= 30,R2= 60. Hoaởc R1= 60 , R2 = 30. Bài 6: Cho mạch điện như hình vẽ. R1 = R3 = R4 = 4W R1 C R2 R2 = 2W U = 6V R3 a) Khi nối giữa A và D một vôn kế thì ã A . B vôn kế chỉ bao nhiêu. Biết RV rất lớn. D R4 b) Khi nối giữa A và D 1 ampe kế thì ampe kế chỉ bao nhiêu? Biết RA rất nhỏ /U / Tính điện trở tương đương của mạch + - trong từng trường hợp. Giải a) Do RV rất lớn nên có thể xem mạch gồm [(R3 nt R4)// R2] nt R1 Ta có: R34 = R3 + R4 = 4 + 4 = 8(W) R34 . R2 8.2 R1 C R2 V RCB = = = 1,6 (W) ã R34 + R2 8 + 2 Rtđ = RCB + R1 = 1,6 + 4 = 5,6 (W) R3 U 6 R4 I = I1 = = = 1,07 (A) A ã ã B Rtđ 5,6 D UCB = I. RCB = 1,07. 1,6 = 1,72 (V) Cường độ dòng điện qua R3 và R4 /U / UCB 1,72 + - I) = = = 0,215 (A) R34 8 Số chỉ của vôn kế: UAD = UAC + UCD = IR1 + I)R3 = 1,07. 4 + 0,215.4 = 5,14 (V) b) Do RA rất nhỏ ị A º D mạch gồm [(R1// R3)nt R2] // R4 Ta có: R1.R3 4.4 R1 C I2 R2 R13 = = = 2(W) R1 + R3 4 + 4 I1 R) = R13 + R2 = 2 + 2 = 4(W) R3 U 6 A º D I2 = = = 1,5 A I3 I4 R4 R) 4 B V13 = I2. R13 = 1,5. 2 = 3V U13 3 / U / I1 = = = 0,75 A + - R1 4 U 6 I4 = = = 1,5 A R4 4 ị I = I2 + I4 = 1,5 + 1,5 = 3A Số chỉ của ampe kế là: Ia = I - I1 = 3 - 0,75 = 2,25 (A) U 6 Rtđ = = = 2 (W) I 3 Baứi 6 : Maộc hai ủieọn trụỷ R1,R2 vaứo hai ủieồm A,B coự hieọu ủieọn theỏ 90V.Neỏu maộc R1 vaứ R2 noỏi tieỏp thỡ doứng ủieọn cuỷa maùch laứ 1A.Neỏu maộc R1 vaứ R2 song song thỡ doứng ủieọn cuỷa maùch chớnh laứ 4,5A.Tớnh R1 vaứ R2 . GIAÛI Khi maộc noỏi tieỏp ta coự : Rnt = R1+R2 = U/I =90/1 = 90. Khi maộc song,ta coự :Rss = = U/I’= 90/4,5 = 20. Vaọy ta coự heọ sau : R1+R2 = 90 (1) vaứ R1.R2 = 1800 (2) .Giaỷi ra, ta ủửụùc : R1= 30,R2= 60. Hoaởc R1= 60 , R2 = 30. Baứi 7 : Moọt daõy daón coự ủieọn trụỷ 180. Hoỷi phaỷi caột daõy daón noựi treõn thaứnh maỏy ủoaùn baống nhau ủeồ khi maộc caực ủoaùn ủoự song song vụựi nhau , ta ủửụùc ủieọn trụỷ tửụng ủửụng cuỷa toaứn maùch laứ 5.(cho raống daõy daón noựi treõn coự tieỏt dieọn ủeàu). GIAÛI Giaỷ sửỷ daõy daón noựi treõn ủửụùc caột thaứnh n ủoaùn . ẹieọn trụỷ cuỷa moói ủoaùn daõy : R = 180/n Vỡ n ủoaùn daõy treõn ủửụùc maộc song song nhau , neõn ta coự : (1) maứ Rtủ = 5 (1) n = 6 Vaọy daõy noựi treõn ủửụùc caột ra thaứnh 6 ủoaùn baống nhau. Baứi 8 : Cho ủoaùn maùch nhử sụ ủoà hỡnh veừ . Bieỏt R1 = 10,R2 = 15,R3 = 25,R4 = R5 = 20. Cửụứng ủoọ doứng ủieọn qua R3 laứ I3 = 0,3A.Tớnh : a.ẹieọn trụỷ ủoaùn AB b.Cửụứng ủoọ doứng ủieọn qua caực ủieọn trụỷ vaứ qua maùch chớnh . c.Hieọu ủieọn theỏ giửừa hai ủaàu caực ủieọn trụỷ vaứ caực ủoaùn maùch AB, AD vaứ DE. R2 D R3 R1 C A+ R5 R4 B- E GIAÛI a. ẹieọn trụỷ ủoaùn AB : RAB = R1 + R2345 = 10 + 20 = 30. b. Cửụứng ủoọ doứng ủieọn qua caực ủieọn trụỷ vaứ qua maùch chớnh : I23 = I2 = I3 = 0,3A (vỡ R2 nt R3), I45 = I4 = I5 = I23 = 0,3A (vỡ R23 = R45), IAB = I1 = I23 + I45 = 0,3 + 0,3 = 0,6A. c. Hieọu ủieọn theỏ giửừa hai ủaàu caực ủieọn trụỷ vaứ caực ủoaùn maùch AB, AD vaứ DE : U1 = I1.R1 = 0,6.10=6V, U2 = I2.R2 = 0,3.15=4,5V , U3 = I3.R3 = 0,3.25=7,5V. U4 = U5 = I5.R5 = 0,3.20=6V. UAB = IAB.RAB = 0,6.30=18V. UAD = UAC + UCD = U1 + U2 = 6 + 4,5 = 10,5V,UDE=UDC+UCE= -U2 + U5 = -4,5+6=1,5V. Baứi 9 :Cho mạch điện như hình vẽ: R1 = 6W, U = 15V. R0 R1 Bóng đèn có điện trở R2 = 12W R2 và hiệu điện thế định mức là 6V. + U - a,Hỏi giá trị R0 của biến trở tham gia vào mạch điện phải bằng bao nhiêu để đèn sáng bình thường? b, Khi đèn sáng bình thường nếu dịch chuyển con chạy về phía phải thì độ sáng của đèn thay đổi ra sao? Giải a/ R1,2= Khi đền sáng bình thường Uđ = U12 đạt giá trị định mức, ta có U12 = 6(A) Ta có: IM = Ib = Từ đó RTM= Mà R0 = RTM – R12 = 10 – 4 = 6 c/ Khi dịch chuyển con chạy về phìa phải thì R0 tăng RTM tăng. UM không đổi nên Ic = giảm. Mà Uđ =U12 = IC.R12 giảm. Vậy đèn sáng yếu hơn bình thường. Bài 10 Cho mạch điện như hỡnh vẽ. Biết UAB = 18V khụng đổi cho cả bài toỏn, búng đốn Đ1 ( 3V - 3W ) Búng đốn Đ2 ( 6V - 12W ) . Rb là giỏ trị của biến trở Và con chạy đang ở vị trớ C để 2 đốn sỏng bỡnh thường : UAB Đốn Đ1 và đốn Đ2 ở vị trớ nào trong mạch ? r Tớnh giỏ trị toàn phần của biến trở và vị trớ (1) (2) con chạy C ? Khi dịch chuyển con chạy về phớa N thỡ độ sỏng của hai đốn thay đổi thế nào ? M Rb C N Giải 1) Cú I1đm = P1 / U1 = 1A và I2đm = P2 / U2 = 2A. Vỡ I2đm > I1đm nờn đốn Đ1 ở mạch rẽ ( vị trớ 1) cũn đốn Đ2 ở mạch chớnh ( vị trớ 2 ) . 2) Đặt I Đ1 = I1 và I Đ2 = I2 = I và cường độ dũng điện qua phần biến trở MC là Ib + Vỡ hai đốn sỏng bỡnh thường nờn I1 = 1A ; I = 2A ị Ib = 1A . Do Ib = I1 = 1A nờn RMC = R1 = = 3W + Điện trở tương đương của mạch ngoài là : Rtđ = r + + CĐDĐ trong mạch chớnh : I = ị Rb = 5,5W . Vậy C ở vị trớ sao cho RMC = 3W hoặc RCN = 2,5W .3) Khi dịch chuyển con chạy C về phớa N thỡ điện trở tương đương của mạch ngoài giảm ị I ( chớnh ) tăng ị Đốn Đ2 sỏng mạnh lờn. Khi RCM tăng thỡ UMC cũng tăng ( do I1 cố định và I tăng nờn Ib tăng ) ị Đốn Đ1 cũng sỏng mạnh lờn. Bài 11 Một hộp kớn chứa nguồn điện khụng đổi cú hiệu điện thế U và một điện trở thay đổi r ( Hvẽ ). r A U B Khi sử dụng hộp kớn trờn để thắp sỏng đồng thời hai búng đốn Đ1 và Đ2 giống nhau và một búng đốn Đ3, người ta nhận thấy rằng, để cả 3 búng đốn sỏng bỡnh thường thỡ cú thể tỡm được hai cỏch mắc : + Cỏch mắc 1 : ( Đ1 // Đ2 ) nt Đ3 vào hai điểm A và B. + Cỏch mắc 2 : ( Đ1 nt Đ2 ) // Đ3 vào hai điểm A và B. Cho U = 30V, tớnh hiệu điờn thế định mức của mỗi đốn ? Với một trong hai cỏch mắc trờn, cụng suất toàn phần của hộp là P = 60W. Hóy tớnh cỏc giỏ trị định mức của mỗi búng đốn và trị số của điện trở r ? Nờn chọn cỏch mắc nào trong hai cỏch trờn ? Vỡ sao ? Giải a) Vẽ sơ đồ mỗi cỏch mắc và dựa vào đú để thấy : + Vỡ Đ1 và Đ2 giống nhau nờn cú I1 = I2 ; U1 = U2 + Theo cỏch mắc 1 ta cú I3 = I1 + I2 = 2.I1 = 2.I2 ; theo cỏch mắc 2 thỡ U3 = U1 + U2 = 2U1 = 2U2 . + Ta cú UAB = U1 + U3 . Gọi I là cường độ dũng điện trong mạch chớnh thỡ : I = I3 U1 + U3 = U - rI Û 1,5U3 = U - rI3 ị rI3 = U - 1,5U3 (1) + Theo cỏch mắc 2 thỡ UAB = U3 = U - rI’ ( với I’ là cường độ dũng điện trong mạch chớnh ) và I’ = I1 + I3 ị U3 = U - r( I1 + I3 ) = U - 1,5.r.I3 (2) ( vỡ theo trờn thỡ 2I1 = I3 ) + Thay (2) vào (1), ta cú : U3 = U - 1,5( U - 1,5U3 ) ị U3 = 0,4U = 12V ị U1 = U2 = U3/2 = 6V b) Ta hóy xột từng sơ đồ cỏch mắc : * Sơ đồ cỏch mắc 1 : Ta cú P = U.I = U.I3 ị I3 = 2A, thay vào (1) ta cú r = 6W ; P3 = U3.I3 = 24W ; P1 = P2 = U1.I1 = U1.I3 / 2 = 6W * Sơ đồ cỏch mắc 2 : Ta cú P = U.I’ = U( I1 + I3 ) = U.1,5.I3 ị I3 = 4/3 A, (2) ị r = = 9W Tương tự : P3 = U3I3 = 16W và P1 = P2 = U1. I3 / 2 = 4W. c) Để chọn sơ đồ cỏch mắc, ta hóy tớnh hiệu suất sử dụng địờn trờn mỗi sơ đồ : + Với cỏch mắc 1 : % = 60% ; Với cỏch mắc 2 : .% = 40%. + Ta chọn sơ đồ cỏch mắc 1 vỡ cú hiệu suất sử dụng điện cao hơn. Bài 12: Cho mạch điện như hình vẽ: R1 = R2 = R3 = 6 W ; R4 = 2 W UAB = 18 v Nối M và B bằng một vôn kế. Tìm số chỉ của vôn kế Nối M và B bằng 1 am pe kế điện trở không đáng kể. Tìm số chie của ampe kế, chiều dòng qua A. Giải a. Số chỉ của vôn kế. Vôn kế có điện trở rất lớn nên dòng điện không đi qua vôn kế. Sơ đồ mạch điện [(R2 nt R3) // R1] nt R4. - Số chỉ của ampe kế chỉ hiệu điện thế UMB. - Điện trở tương đương: R23 = R2 + R3 = 12 W R123 = RAB = R123 + R4 = 6 W - Cường độ dòng điện qua mạch chính: Hiệu điện thế: UNB = U4 = I4 . R4 = IC . R4 = 6 v UAN = UAB - UNB = 12 v - Cường độ qua R2 ; R3 : - Hiệu điện thế: UMN = U3 = I3 . R3 = 6 v - Số chỉ của vôn kế: uv = UMB = UMN + UNB = U3 + U4 = 12 v b. Số chỉ của ampe kế. Sơ đồ mạch: Bài 13: Điện trở tương đương:R34 = Cho mạch điện ( hình vẽ ). Biết R1 = R3 = R4= 4, R2= 2, U = 6 V a. Nối A, D bằng một vôn kế có điện trở rất lớn. Tìm chỉ sốcủa vôn kế? b. Nối A, D bằng một Ampe kế có điện trở không đáng kể. Tìm số chỉ của Ampe kế và điện trở tương đương của mạch. Giải a. Do vôn kế có điện trở rất lớn nên cường độ dòng điện qua nó xem như bằng không.Vậy ta có mạch điện: R1 nối tiếp R2 // ( R3 nt R4). suy ra R34 = R3 + R4 = 8 RCB = - Điện trở toàn mạch là R = R1 + RCB = 5,6 - Cường độ dòng qua điện trở R1 là : I1= U / R = 1,07 A suy ra UCB = RCB . I1 = 1,72 V - Do I3 =I4= UCB/ R34 = 0,215 A - Vôn kế chỉ UAD = UAC + U CD = I1 .R1 + I3 .R3 = 5,14 V. Vậy số chỉ của vôn kế là 5,14 V. b. Do điện trở của ampe kế không đáng kể nên ta có thể chập A, D lại. Lúc này mạch điện thành: ( R1// R3 ) nt R2 // R4 . - R13= = 2 - R123 = R2 + R13 = 4 - Điện trở toàn mạch là R = Suy ra điện trở tương đương cua rmạch là 2 * Số chỉ của ampe kế chính là I3 +I4 - Dòng điện qua mạch chính có cường độ I = U / R = 3 A - I 4 = U / R4 = 1,5 A suy ra I2 =I – I4 = 1,5 A - U2 = I2 . R2 = 3 V suy ra U1 = U – U2 = 3V - I 3 = U3 / R3 = U1 / R3 = 0,75 A Vậy số chỉ của ampe kế là I3 + I4 = 2,25A B C A Đ1 R1 Bài 14 : Â Â Cho mạch điện như hình vẽ x K Đ2 Trong đó vôn kế có điện trở rất lớn. V X 1. Đèn 1 : 120V - 60W; Đèn 2 : 120V - 45W a) Tính điện trở và dòng điện định mức của mỗi bóng đèn. b) Mắc vào hai đầu A,B hiệu điện thế 240V. Tính điện trở R1 để hai đèn sáng bình thường. 2. Thay đèn 1 và đèn 2 lần lượt bằng các điện trở R2 và R3 sao cho R2 = 4R3. Khi mở và đóng khoá K vôn kế lần lượt chỉ hai giá trị U1, U2. Tính hiệu điện thế giữa hai đầu A,B theo U1 và U2. Giải a) Ta có : Rđ1 Iđ1 Rđ2 Iđ2 b) Để đèn sáng bình thường thì UBC = 120 (V) => UR1 = UAB - UBC = 240 - 120 = 120 (V) => Iđ1 = 0,5 (A); Iđ2 = 0,375 (A) => IR1 = I = Iđ1 + Iđ2 = 0,875 (A) => R1 2) Khi K mở ta có R1 nt R2 => UAB = I.R => R1 (1) Khi K đóng ta có : R1 nt (R2 // R3) UAB = UR1 + U23 = U2 + IR23 = U2 => R1 (2) Từ (1) và (2) => (UAB - U1) U2 = 5U1 (UAB - U2) => UAB Vậy UAB Bài 15 Tính điện trở tương đương của các đoạn mạch a và b dưới đây, biết rằng mỗi điện trở đều có giá trị bằng r 1 3 2 4 2 4 1 3 Hình a Hình b Giải Ta lưu ý rằng điện thế hai điểm 1,3 bằng nhau; 2,4 bằng nhau nên ta có thể chập chúng lại với nhau, ta có mạch sau: Hình a: Từ đề bài ta có hình bên 1,3 2,4 Vậy => R = Hình b) Bài cho ta có sơ đồ sau: 1,3 2,4 Vậy Bài 16: Cho mạch điện như hình dưới, có hai công tắc K1 và K2, biết các điện trở R1 = 12,5W ; R2 = 4W, R3 = 6W . Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch UMN = 48,5(V) a) K1 đóng, K2 ngắt, tìm cường độ dòng điện qua các điện trở b) K1 ngắt, K2 đóng, cường độ dòng điện trong mạch lúc này là 1A. Tính R4 c) K1 và K2 cùng đóng. Tính điện trở tương đương của cả mạch và cường độ dòng điện của mạch chính. R1 R4 K2 K1 M N R3 Giải a) Khi K1 đóng, K2 ngắt, mạch điện có R1 và R2 mắc nối tiếp. Vậy dòng điện qua điện trở là : b) Khi K1 ngắt, K2 đóng. Mạch điện gồm R1, R4 và R3 mắc nối tiếp với nhau -> Điện trở tương đương R1,4,3 = R1 + R4 + R3 = Vậy điện trở tương đương R1,4,3 = 48,5W => R4 = R143 – R1 – R3 = 48,5 – 12,5 – 6 = 30W c) Khi K1 và K2 cùng đóng mạch điện gồm R1nt {R2 //(R3 nt R4)} Ta có : R3,4 = R3 + R4 = 6 + 30 = 36W => Điện trở tương đương của mạch là : RMN = R1 + R234 = 12,5 + 3,6 = 16,1W Cường độ dòng điện trong mạch chính là : Bài 17 : Cho 4 điện trở R1 = 10 ; R2 = R5 = 10 ; R3 = R4 = 40 được mắc vào nguồn có hiệu điện thế U = 60 V và mắc như hình vẽ . ampe kế có điện trở lí tưởng bằng 0 a) Tính số chỉ của ampe kế . b) Thay ampe kế bằng vôn kế thì số chỉ của vôn kế là bao nhiêu ? c) Thay đổi vôn kế bằng một điện trởR6. Biết cường độ dòng điện qua R6 là I6 = 0,4 A . Hãy tính giá trị điện trở của R6 Bài giải a ) Vì ampe kế lí tưởng nên RA = 0 . ta sẽ có . Sơ đồ là Điện trở tương đương của hai mạch là : Rtd = R1 + Số chỉ của ampe kế là : I = b ) Khi thay ampe kế bởi vôn kế ở hai điểm MN thì R23 = R2 + R3 = 60 R45 = R4 + R5 = 60 Thì điện trở tương đương của đoạn AB là : * Điện trở toàn mạch là : Rm = R1 + RAB = 10 + 30 = 40 * Cường độ dòng điện trong mạch chính : I = Do đó cường độ dòng điện qua R2 và R4 sẽ là : I2 = I4 = Ta có : UMN = I4R4 = I2R2 = 0,75 . 20 = 15(V) c) Khi thay đổi vôn kế bằng một điện trở R6 * Do R2 = R5 ; R3 = R4 nên I2 = I5 ; I3 = I4 Vậy Ic = I2 +I3 và I6 = I2 – I3 = 0,4 (A) ( 1) Ta lại có : U = U1 + U2 + U3 = (I2 +I3 ) R1 + I2R2 + I3R3 60 = 10( I2 +I3 ) + 20 I2 + 40I3 6 = 3I2 + 5I3 (2) Từ ( 1) và (2) ta có 3I2 - 3I3 = 1,2 3Ic + 5I3 = 6 I3 = I4 = 0,6(A) I1 = I5 = 0,1 (A) Mặt khác UAB = I3R3 = I6R6 + I5R5 0,6 .40 = R6 . 0,4 + I5R5 R6 = 10 Bài 18 Cho mạch điện sau Cho U = 6V , r = 1W = R1 ; R2 = R3 = 3W U r biết số chỉ trờn A khi K đúng bằng 9/5 số chỉ R1 R3 của A khi K mở. Tớnh : a/ Điện trở R4 ? R2 K R4 A b/ Khi K đúng, tớnh IK ? giải * Khi K mở, cỏch mắc là ( R1 nt R3 ) // ( R2 nt R4 ) ị Điện trở tương đương của mạch ngoài là ị Cường độ dũng điện trong mạch chớnh : I = . Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là UAB = ị I4 = ( Thay số, I ) = * Khi K đúng, cỏch mắc là (R1 // R2 ) nt ( R3 // R4 ) ị Điện trở tương đương của mạch ngoài là ị Cường độ dũng điện trong mạch chớnh lỳc này là : I’ = . Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là UAB = ị I’4 = ( Thay số, I’ ) = * Theo đề bài thỡ I’4 = ; từ đú tớnh được R4 = 1W b/ Trong khi K đúng, thay R4 vào ta tớnh được I’4 = 1,8A và I’ = 2,4A ị UAC = RAC . I’ = 1,8V ị I’2 = . Ta cú I’2 + IK = I’4 ị IK = 1,2A Bài 19: Rx P R1 Cho mạch điện như sơ đồ hình vẽ . Biết : R1= 6 , R2 = 7 , R3 =3 R2 Q R3 Rx có thể thay đổi được , UMN = 60V 1. Nếu Rx= R1 thì Ix = ? UPQ= ? + - 2. Để UPQ= 0 thì Rx= ? Giải 1. Vì R2 nt R3 nên I2= I3 = = = 6 (A) ( 0.25đ) Vì Rx nt R1 và Rx = R1 = 6 nên : Ix= I1 = = = 5 (A) ( 0.25đ) Ta có : U PQ = UPM + UMQ = -U MP + UMQ = UMQ - U U PQ =