Bài tập ôn luyên môn Vật lý lớp 9 - Phần: Điện học

BÀI TẬP ÔN LUYÊN MÔN VẬT LÝ LỚP 9 (NC) PHẦN ĐIỆN HỌC 1: Cho mạch điện như hình vẽ: UAB = 132 V không đổi, các điện trở có giá trị bằng nhau. Dùng một vôn kế đo hiệu điện thế giữa hai điểm A; C thì vôn kế chỉ 44V. Nếu dùng vôn kế ấy đo hiệu điện thế giữa hai điểm A; D thì vôn kế chỉ bao nhiêu vôn? 2: Cho mạch điện như hình vẽ. Biết UAB = 10 V, R1 = 2, Ra = 0 , Rv vô cùng lớn, RMN = 6 . Con chạy đặt ở vị trí nào thì ampe kế chỉ 1A. Lúc này vôn kế chỉ bao nhiêu ? 3:Cho mạch điện như hình vẽ. A B Rb là biến trở, UAB = 10 V không đổi, RA = 0, khi K mở, con chạy C ở M, điều chỉnh Rb ở vị trí mà công suất Rb tiêu thụ trên nó là lớn nhất. M C Khi đó phần biến trở tham gia vào mạch điện là Rx. Sau đó đóng K, di chuyển con chạy C thấy ampe kế có số chỉ nhỏ nhất là 0,5A. Xác định R, Rx. K N Đ1 Đ2 Đ3 R1 R2 M 4 : Cho mạch điện như hình vẽ. Đèn Đ1 là loại 12V - 6W. Đèn Đ2 là loại 12V - 12W. Công suất tiêu thụ trên đèn Đ3 là 3W; R1 = 9. Biết các đèn cùng sáng bình thường. Xác định hiệu điện thế trên đèn Đ3, điện trở R2 và điện trở tương đương của mạch điện. 5: Trong hộp kín X có sáu dây điện trở như nhau, mỗi dây có điện trở R được mắc thành mạch điện và nối ra ngoài bằng 4 đầu dây được đánh số: 1; 2; 3; 4. Biết rằng R12 = R13 = R14 = R23 = R24 = R34 = 0,5R. Xác định cấu trúc đơn giản của mạch điện trong hộp. 6: Cho mạch điện như hình vẽ: Biết UMN = 12 V ; R1 = 18; R2 = 9 R là biến trở có tổng điện trở của đoạn CE và CF là 36. R1 E R2 A Bỏ qua điện trở của Ampe kế và các dây nối . Xác định vị trí con chạy C của biến trở để : Ampe kế chỉ 1A. M N Cường độ dòng điện chạy qua đoạn CE bằng R cường độ dòng điện chạy qua đoạn CF của biến trở R? 7. Để thắp sáng một bóng đèn Đ (6V – 3W) giữa hai điểm có một hiệu điện thế được duy trì là 10V, người ta mắc một trong hai sơ đồ mạch điện như hình bên ( H.1a; H.1b). Trong đó điện trở của toàn biến trở là R = 10W. a. Xác định điện trở của đoạn MC trong mỗi sơ đồ sao cho đèn sáng bình thường. U M C N U M C N b. Tính hiệu suất của mạch điện trong mỗi trường hợp. Từ đó cho biết sơ đồ nào có lợi hơn. H.1a H.1b A 8:Một đoạn mạch gồm 4 đoạn dây đồng chất nối tiếp nhau như hình vẽ. Các đoạn dây đồng có cùng chiều dài nhưng tiết diện lần lượt là 2mm2, 4mm2, 6mm2, 8mm2. Đặt hiệu điện thế 100V vào hai đầu đoạn mạch AB. Tính hiệu điện thế hai đầu mỗi đoạn dây. 4 3 B 1 2 § A B A R0 RX 9: Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh vÏ. UAB = 9V, R0 = 6W. §Ìn § thuéc lo¹i 6V-6W, Rx lµ biÕn trë. Bá qua ®iÖn trë cña AmpekÕ vµ d©y nèi. a. Con ch¹y cña biÕn trë ë vÞ trÝ øng víi Rx = 2W. TÝnh sè chØ AmpekÕ. §é s¸ng cña ®Ìn nh­ thÕ nµo? T×m c«ng suÊt tiªu thô cña ®Ìn khi ®ã. b. Muèn ®Ìn s¸ng b×nh th­êng cÇn di chuyÓn con ch¹y biÕn trë vÒ phÝa nµo? TÝnh Rx ®Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ®ã. c. Khi ®Ìn s¸ng b×nh th­êng. TÝnh hiÖu suÊt cña m¹ch ®iÖn (coi ®iÖn n¨ng lµm s¸ng ®Ìn lµ cã Ých). M §1 §2 §3 §4 §5 N 10: Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh vÏ, UMN = 5V. C«ng suÊt tiªu thô trªn c¸c ®Ìn: P1=P4=4W, P2=P3=3W, P5=1W. Bá qua ®iÖn trë cña d©y nèi. TÝnh ®iÖn trë c¸c bãng ®Ìn vµ c­êng ®é dßng ®iÖn qua mçi ®Ìn. 11: Mét bÕp ®iÖn c«ng suÊt P =1KW, ®un l­îng n­íc cã nhiÖt ®é ban ®Çu lµ 200C. Sau 5 phót th× nhiÖt ®é n­íc lªn ®Õn 450C. Ngay sau ®ã bÞ mÊt ®iÖn trong 3 phót. V× vËy nhiÖt ®é n­íc gi¶m xuèng, khi cßn 400C bÕp l¹i tiÕp tôc ®un cho ®Õn khi n­íc s«i. X¸c ®Þnh: a. Khèi l­îng n­íc cÇn ®un. b. Thêi gian cÇn thiÕt tõ khi b¾t ®Çu ®un cho tíi khi n­íc s«i. BiÕt nhiÖt l­îng n­íc to¶ ra m«i tr­êng tû lÖ thuËn víi thêi gian; cho Cn = 4200J/kg.®é . § A B A R0 RX 12: Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh vÏ. UAB = 9V, R0 = 6W. §Ìn § thuéc lo¹i 6V-6W, Rx lµ biÕn trë. Bá qua ®iÖn trë cña AmpekÕ vµ d©y nèi. a. Con ch¹y cña biÕn trë ë vÞ trÝ øng víi Rx = 2W. TÝnh sè chØ AmpekÕ. §é s¸ng cña ®Ìn nh­ thÕ nµo? T×m c«ng suÊt tiªu thô cña ®Ìn khi ®ã. b. Muèn ®Ìn s¸ng b×nh th­êng cÇn di chuyÓn con ch¹y biÕn trë vÒ phÝa nµo? TÝnh Rx ®Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ®ã. c. Khi ®Ìn s¸ng b×nh th­êng. TÝnh hiÖu suÊt cña m¹ch ®iÖn (coi ®iÖn n¨ng lµm s¸ng ®Ìn lµ cã Ých). M N Đ R0 U C 13: Cho mạch điện như hình vẽ. biến trở có điện trở toàn phần R0 = 24, bóng đèn Đ loại 12V-6W, hiệu điện thế U = 30V. Đặt x là giá trị của phần biến trở MC. 1/Gía trị x phải bằng bao nhiêu để đèn sáng bình thường. Tìm cường độ dòng điện qua phần biến trở MC. 2/ Từ trường hợp của câu 1, nếu dịch chuyển con chạy C về phía M thì độ sáng của đèn thay đổi như thế nào. 3/ Từ trường hợp của câu 1, nếu dịch chuyển con chạy C về cả 2 phía(hoặc phía M, hoặc phía N) thì cường độ dòng điện qua phần biến trở MC thay đổi như thế nào? Giải thích. 14: R0 R1 C Rx Cho mạch điện như hình vẽ . cho biết hiệu điện thế U = 24V các điện trở R0 = 6, R1 = 18, Rx là gía trị tức thời của 1 biến trở đủ lớn, dây nối có điện trở không đáng kể. 1/Tính Rx sao cho công suất tiêu hao trên nó bằng 13.5W và tính hiệu suất của mạch điện. Biết rằng tiêu hao năng lượng trên R1, RX là có ích, trên R0 là vô ích. 2/Với gía trị nào của RX thì công suất tiêu thụ trên nó là cực đại? Tính công suất cực đại này. 15:Một ấm điện bằng nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 2kg nước ở 25oC. Muốn đun sôi lượng nước đó trong 20 phút thì ấm phải có công suất là bao nhiêu? Biết rằng nhiệt dung riêng của nước là C = 4200J/kg.K. Nhiệt dung riêng của nhôm là C1 = 880J/kg.K và 30% nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh. HƯỚNG DẪN GIẢI 1 : Gọi điện trở của vôn kế là RV giá trị mỗi điện trở là r khi mắc vôn kế vào A;C ta có: RAC = và UAC = U. ð U. thay số và giải được RV = 2r khi mắc vôn kế vào A; D thì RAD = ð UAD = U thay số và tính đúng UAD = 24 2: Vị trí D của con chạy và số chỉ vôn kế Vì Ra = 0 nên UAC = UAD = U1 = R1I1 = 2V Gọi điện trở phần MN là x thì:; IDN = I1 + IX = UDN = ; UAB = UMD + UDN = 10 x = 2, con chạy phải đặt ở vị trí chia MN thành 2 phần MD có giá trị 2 và DN có giá trị 4 , lúc này vôn kế chỉ 8V( đo UDN) 3: Khi K mở: PRb = I2Rx= Lập luận được PRb lớn nhất khi RX =R Khi K mở: cường độ dòng điện trong mạch chính: I = Vậy I nhỏ nhất khi RNM lớn nhất, có RMN = Lập luận tìm ra RMN lớn nhất khi RMC = RCN = 0,5R ð RMN = 0,25R. dựa vào giá trị nhỏ nhất của cường độ dòng điên, tìm được R = 16 ð RX = 16 4: Vì các đèn sáng bình thường nên IĐ1= 0,5A; IĐ2= 1A Vậy chiều dòng điện từ N tới M ð IĐ3 = IĐ1 - IĐ2 = 0,5A. Tính được RĐ3 = 12. Tính được UNM = 6V; UAN = UAM - UNM = 6V. UAB = UAM + UMB = 24V; ð UNB = UAB - UAN = 18V Có IR1 = từ đó tính được IR2 = và R2 = 108 cường độ dòng điện trong mạch chính I = IĐ1 + IR1 = Tính được RĐ = 28,8 5: - Lập luận được mạch điện có tính đối xứng - Vẽ được mạch điện đơn giản nhất là hình tứ diện đều 6: a) Đặt RCE = x ( 0< x < 36); RCF = 36 – x U Mạch tương đương: R1 E R2 MC NF x R - x Ta có: Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch là: U = UME + UEN = Ix.x +I2.R2 = ( 1,5x + 9 ).Ix => Ix = Cường độ dòng điện qua đoạn CF : IR-x = Theo giả thiết về cường độ dòng điện qua ampe kế A: IA = Ix + IR – x => 288 – 8x + 12x + 72 = 36x + 216 – x2 – 6x x2 – 26x + 144 = 0 => x1 = 8; x2 = 18 Như vậy có 2 vị trí của con chạy C ứng với tỉ số điện trở và bằng 1 để ampe kế A chỉ 1A b) Dòng qua các đoạn mạch CE và CF có độ lớn như nhau: Ix = IR – x => 1,5x + 9 = 36 – x Vậy : x = 10,8 U M C N U M C N 7 H.1a H.1b a. Điện trở đoạn MC của biến trở. Theo bài ra ta có: Uđ = 6V Iđ = Pđ/Uđ = 3/6 = 0,5 (A) Gọi điện trở RMC = x Trong sơ đồ H.1a. Ta có x = Trong sơ đồ H.1b. điện trở của đoạn NC là: RNC = 10 – x Cường độ dòng điện qua đoạn NC: Cường độ mạch chính I =IMC = Iđ + INC = (1) Hiệu điện thế UMC = U – Uđ = 10 – 6 = 4 (V) Điện trở MC là: x = => x = 3 và x » 27 (loại) Vậy điện trở đoạn MC bằng 3W b. Hiệu suất của mạch điện Trong sơ đồ hình H.1a Trong sơ đồ H.1b Với x = 3 thay vào (1) ta có I » 1,36 (A) => Ta thấy H2 < H1, nghĩa là hiệu suất thắp sáng ở sơ đồ H.1a cao hơn. 8:- Gọi điện trở các đoạn giây có tiết diện S1, S2, S3, S4 tương ứng là: R1, R2, R3, R4 . Ta có: R1 = Điện trở của đoạn mạch AB là: Rtđ = R1 + R2 + R3 + R4 = 4R4 + 2R4 + 4/3R4 + R4 Rtđ = 25R4/3 Cường độ dòng điện qua mạch chính: Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây thứ nhất: U1 = I.R1= (12/R4).4R4 = 48V Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây thứ hai: U2 = I.R2= (12/R4).2R4 = 24V Hiệu điện thế giữa hai đầu dây thứ ba: U3 = I.R3= (12/R4).(4R4/3 )= 16V Hiệu điện thế giữa hai đầu dây thứ tư: U4 = I.R4= (12/R4).R4 = 12V 14: a)R tương dương của R1 và Rx: R1x = = R toàn mạch : R = R0 + R1x = 6 + = I qua mạch chính : I = U/R = Ta có : Ix Rx = I R1x Ix = I = P hao phí trên Rx: Px = I Rx = Rx Mà theo bài ra Px = 13,5 W Ta có pt bậc 2 R - 15 Rx + 20,25 = 0 Giải pt bậc 2 ta được 2 nghiệm Rx = 13,5 và Rx = 1,5 Hiệu suất của mạch điện H = + Với Rx = 13,5 ta có H = = 56,25% + Với Rx = 1,5 ta có H = = 18,75% b) P tiêu thụ trên Rx: Px = I Rx = Rx = Để Px cực đại thì mẫu số phải cực tiểu, nhưng tích của 2 số không âm: Rx . = 20,25 (hàng số) tổng của chúng sẽ cực tiểu khi Rx = Rx = 4,5 Lúc đó giá trị cực đại của công suất : Pxmax = = 18W 15: *Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ của ấm nhôm từ 25oC tới 100oC là: Q1 = m1c1 ( t2 – t1 ) = 0,5.880.(100 – 25 ) = 33000 ( J ) (0,5đ) *Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ của nước từ 25oC tới 100oC là: Q2 = mc ( t2 – t1 ) = 2.4200.( 100 – 25 ) = 630000 ( J ) *Nhiệt lượng tổng cộng cần thiết: Q = Q1 + Q2 = 663000 ( J ) *Mặt khác nhiệt lượng có ích để đun nước do ấm điện cung cấp trong thời gian 20 phút ( 1200 giây ) là: Q = H.P.t ( 2 ) ( Trong đó H = 100% - 30% = 70% ; P là công suất của ấm ; t = 20 phút = 1200 giây ) *Từ ( 1 ) và ( 2 ) : P =