Ôn tập Vật lý 11 - Chương 2: Dòng điện không đổi

CHƯƠNG II: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Chuyên đề 1: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI, NGUỒN ĐIỆN. A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT: Vấn đề 1. DÒNG ĐIỆN I.Định nghĩa dòng điện và tác dụng của dòng điện. Dòng điện là dòng các điện tích (các hạt tải điện) di chuyển có hướng Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích dương. Điều kiện để có dòng điện trong một vật là: (Chiếu quy ước I) * phải có điện tích tự do trong vật . * phải có điện trường đặt vào hai đầu của vật(tức là có hiện điện thế giữa hai đầu của vật) Điều kiện để có dòng điện là phải có một hiệu điện thế đặt vào 2 đầu của vật dẫn điện. Dòng điện có: * tác dụng từ (đặc trưng) * tác dụng nhiệt, tác dụng hoá học tuỳ theo môi trường. II Cường độ dòng điện, dòng điện không đổi. 1. Cường độ dòng điện: Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện. Nó được xác định bằng thương số của điện lượng Dq dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian Dt và khoảng thời gian đó.Kí hiệu: I q: điện lượng di chuyển qua các tiết diện thẳng của vật dẫn Dt: thời gian di chuyển (Dt®0: I là cường độ tức thời) 2. Dòng điện không đổi và cường độ dòng điện không đổi: + Dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian được gọi là dòng điện không đổi (cũng gọi là dòng điện một chiều không đổi). + Cường độ của dòng điện này có thể tính bởi: (A) A I + Trong đó: q là điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong thời gian t. Ghi chú: a) Cường độ dòng điện không đổi được đo bằng ampe kế (hay miliampe kế, . . . ) mắc xen vào mạch điện (mắc nối tiếp). b) Với bản chất dòng điện và định nghĩa của cường độ dòng điện như trên ta suy ra: * cường độ dòng điện có giá trị như nhau tại mọi điểm trên mạch không phân nhánh. * cường độ mạch chính bằng tổng cường độ các mạch rẽ. c) Số hạt mang điện tự do chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian t là: q=I.t mà (haït) Với:: điện tích nguyên tố 3. Đơn vị của cường độ dòng điện và của điện lượng. a. Đơn vị của cường độ dòng điện :Trong hệ SI đơn vị của I là ampe và được xác định là: 1A = b. Đơn vị của điện lượng là culông (C) được định nghĩa theo đơn vị ampe. 1C = 1A.s III.Mật độ dòng điện:(j) 1.Định nghĩa: Mật độ dòng điện là cường độ dòng điện chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong một đơn vị thời gian.Kí hiệu: j 2.Biểu thức: (A/m2) Với:+ n:mật độ hạt mang điện tự do-hạt tải điện(hạt/m3) + q:điện tích hạt mang điện tự do-hạt tải điện + v:vận tốc trung bình của chuyển động có hướng của các hạt mang điện tự do. *chú ý: + Đối với mạch mắt nối tiếp: Ij=Ik + Đối với mạch phân nhánh: ( áp dụng cho nút điểm) Vấn đề 2. NGUỒN ĐIỆN I. Nguồn điện. Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế để duy trì dòng điện. Nguồn điện tạo ra hiệu điện thế giữa hai cực bằng cách tách electron ra khỏi nguyên tử và chuyển electron và ion về các cực của nguồn.Mọi nguồn điện đều có hai cực, cực dương (+) và cực âm (-). Kí hiệu: Trong đó:- là suất điện động của nguồn - r là điện trở trong của nguồn Để đơn giản hoá ta coi bên trong nguồn điện có lực lạ làm di chuyển các hạt tải điện (êlectron; Ion) để giữ cho: * một cực luôn thừa êlectron (cực âm). * một cực luôn thiếu ẽlectron hoặc thừa ít êlectron hơn bên kia (cực dương). Khi nối hai cực của nguồn điện bằng vật dẫn kim loại thì các êlectron từ cực (-) di chuyển qua vật dẫn về cực (+). Bên trong nguồn, các êlectron do tác dụng của lực lạ di chuyển từ cực (+) sang cực (-). Lực lạ thực hiện công (chống lại công cản của trường tĩnh điện). Công này được gọi là công của nguồn điện. II. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN. 1. Công của nguồn điện: Công của lực lạ thực hiện làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn điện gọi là công của nguồn điện. 2. Suất điện động của nguồn điện. a. Định nghĩa: Suất điện động E của một nguồn điện là đại lượng đặt trưng khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích q đó. Nó chính là công của lực lạ khi di chuyển một điện tích dương q =1C bên trong nguồn từ cực âm sang cực dương. b. Biểu thức: (V) Trong đó : A là công của lực lạ làm di chuyển điện tích dương d từ cực này sang cực kia. của nguồn điện;|q| là độ lớn của điện tích di chuyển. III. MỘT VÀI NGUỒN ĐIỆN CƠ BẢN-PIN VÀ ACQUI. 1. Pin điện hoá: Zn Cu Zn2+ H2 Dung dịch H2SO4 Khi nhúng một thanh kim loại vào một chất điện phân thì giữa kim loại và chất điện phân hình thành một hiệu điện thế điện hoá. + Khi hai kim loại có bản chất hoá học khác nhau nhúng vào chất điện phân thì các hiệu điện thế điện hoá của chúng khác nhau nên giữa chúng tồn tại một hiệu điện thế xác định. Đó là cơ sở để chế tạo pìn điện hoá. a. Pin Vônta (Volta) Mũ đồng Thanh than MnO2 được trôn với than chì NH4Cl được trôn với hồ đặc. Võ kẽm Cấu tạo: Pin Vôn-ta (Volta) là pin điện hoá được chế tạo đầu tiên là gồm một thanh Zn và một thanh Cu nhúng vào dung dịch H2SO4 loãng.được ngâm trong chất điện phân ( dung dịch axit, bazơ hoặc muối). Quá trình tạo ra suất điện động của pin vôn ta. Do tác dụng hoá học các cực của pin điện hoá được tích điện khác nhau và giữa chúng có một hiệu điện thế bằng giá trị của suất điện động của pin. Khi đó năng lượng hoá học chuyển thành điện năng dự trữ trong nguồn điện Chênh lệch giữa các hiệu điện thế điện hoá là suất điện động của pin: = 1,2V. b. Pin Lơ – clan – sê (Leclanché) Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện khi mạch hở. 2. Acquy. a. Acquy chì: Cấu tạo:Gồm bản cực dương làm bằng PbO2 và bàn cực âm bằng Pb được ngâm trong dung dịch H2SO4 loãng. Hoạt động: Do tác dụng với dung dịch điện phân, hai bản của acquy được tích điện khác nhau và hoạt động giống như một pin điện hoá. Suất điện động của acquy axít vào khoảng 2V. -Khi hoạt động các bản cực của acquy bị biến đổi và trở thành giống nhau (có lớp PbSO4 Phủ bên ngoài). Acquy không còn phát điện được. Lúc đó phải mắc acquy vào một nguồn điện để phục hồi các bản cực ban đầu (nạp điện).Do đó acquy có thể sử dụng nhiều lần. -Mỗi acquy có thể cung cấp một điện lượng lớn nhất gọi là dung lượng và thường tính bằng đơn vị ampe-giờ (1Ah = 3600C ) BÀI TẬP TỰ LUẬN Dạng 1: Xác định dòng điện trong một đoạn mạch theo công thức định nghĩa. Tính hiệu điện thế dựa vào tính chất cộng của hiệu điện thế. Bài 1: Một dây dẫn kim loại có các electron tự do chạy qua và tạo thành một dòng điện không đổi. Dây có tiết diện S=0,6mm2, trong thời gian t=0,1s có điện lượng q=9,6C đi qua tìm: a. Cường độ và mật độ dòng điện qua dây dẫn. b. Số electron đi qua tiết diện ngang của dây trong 10s. c. Vận tốc trung bình của chuyển động định hướng của electron. Biết mật độ electron tự do n=4.1028m-3. Bài 2. Cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy qua daây toùc boùng ñeøn laø I = 0,5 A. a. Tính ñieän löôïng dòch chuyeån qua tieát dieän thaúng cuûa daây toùc trong 10 phuùt ? b. Tính soá electron dòch chuyeån qua tieát dieän thaúng cuûa daây toùc trong khoaûng thôøi gian treân ? Ñ s: 300 C, 18,75. 1020 haït e. Bài 3. Tính ñieän löôïng vaø soá electron dòch chuyeån qua tieát dieän ngang cuûa moät daây daãn trong moät phuùt. Bieát doøng ñieän coù cöôøng ñoä laø 0,2 A. Ñ s: 12 C, 0,75. 1020 haït e. Bài 4. Trong 5 giaây löôïng ñieän tích dòch chuyeån qua tieát dieän thaúng cuûa moät daây daãn laø 4,5 C. Cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy qua daây daãn laø bao nhieâu ? Ñ s: 0,9 A. Dạng 2: Điện trở-Định luật ôm cho đoạn mạch điện Bài 1: Dòng điện chạy qua một vòng dây dẫn tại hai điểm A,B.Dây dẫn tạo nên vòng dây là đồng chất, tiết diện đều và có điện trở R=25Ω.Góc =α. a)Tính điện trở tương đương của vòng dây khi mắc vào mạch điện tại A,B. b)Tìm α để điện trở tương đương của vòng dây bằng 4Ω. c)Tìm α để điện trở tương đương của vòng dây lớn nhất (hình 1) Hình 1 A B O α M N Hình 2 R3 R1 R2 A B M N K1 K2 Bài 2: Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB như hình bên(hình 2) nếu: a) K1, K2 mở. b) K1 mở, K2 đóng. c) K1 đóng, K2 mở. d) K1, K2 đóng. (Cho R1=1Ω, R2=2Ω, R3=3Ω, R4=6Ω. Điện trở của các dây nối là không đáng kể). Bài 3: Có một số điện trở giống nhau, mỗi điện trở là R0=4Ω. Tìm số điện trở ít nhất và cách mắc để có điện trở tương đương R=6,4Ω. Bài 4: Tám điện trở giống nhau, mỗi điện trở là R=15Ω được mắc như hình vẽ. Mắc các điện trở vào mạch điện tại A và O. Tìm điện trở tương đương của bộ điện trở. (Hình 4) Hình 4 A O Hình 5 R1 R2 B A R2 R2 R2 R1 R1 Bài 5: Cho mạch điện như hình sau: R1=1Ω;R2=2Ω. Số ô điện trở là vô tận. Tìm điện trở tương đương của mạch. (hình 5) Bài 6: Cho hai sơ đồ mạch điện sau đây gồm 3 điện trở mắc vào ba điểm A,B,C. Với các giá trị thích hợp của các điện trở, có thể thay thế mạch này bởi mạch kia.Khi đó hai mạch tương đương nhau. Hãy thiết lập công thức tính điện trở của mạch này theo mạch kia khi chúng tương đương nhau.(biến đổi ΔY hay định lí Kennoli). (hình 6) Ra Rb B A Rc C R’a R’c R’b O A C B Hình 6 Dạng 3: Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch mắt nối tiếp và song song I/ Lý thuyết: Áp dụng định luật ôm: + Trong đó: I: cường độ dòng điện(A) U: Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch(V) R: Điện trở tương đương của đoạn mạch. - Đặc điểm của đoạn mạch điện trở mắt nối tiếp( không phân nhánh) Dòng điện lần lượt chạy từ điện trở này sang điện trở kia Cường độ dòng điện qua các điện trở bằng nhau Hiệu điện thế của cả đoạn mạch bằng tổng hiệu điện thế của từng điện trở. Đặc điểm của đoạn mạch điện trở song song: Các điện trở đều nối chung vào hai đầu A, B. Dòng điện từ A sẽ phân nhánh, chày đồng thời qua các điện trở và nhập lại ở B. Cường độ dòng điện mạch nhánh bằng tổng cường độ dòng điện mạch nhánh. Hiệu điện thế của các điện trở đều bằng nhau và bằng UAB II/ Bài tập: Bài 1: Cho mạch như hình vẽ: UAB=6V, R1=10Ω, R2=15Ω, R3=3Ω, RA1=RA2=0. xác định chiều và cường độ dòng qua các Ampe kế.( Hình 1) A1 A2 R1 R2 R3 A B M N Hình 1 R1 R2 R3 A B M N R4 Hình 2 Bài 2: Cho mạch điệm như hình vẽ: R1= R2=R3=6Ω, R4=2Ω, UAB=18V. a. Nối M và B bằng một vôn kế có điện trở rất lớn. Tìm số chỉ của vôn kế. b. Nối M và B bằng một Ampe kế có điện trở rất nhỏ. Tìm số chỉ của Ampe kế và chiều dòng điện qua Ampe kế.(Hình 2) Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ 3, các điện trở thuần có giá trị giống nhau, các vôn kế có điện trở RV giống nhau. Số chỉ của các vôn kế V2, V3 lần lượt là 22V và 6V. Tìm số chỉ của vôn kế V1. A B Hình 3 V1 V2 V3 C E F D R3 Hình 4 R1 R2 R4 A B Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ 4, R1=18Ω, R2=20Ω, R3=30Ω, cường độ dòng điện qua nguồn I= 0,5A, hiệu điện thế giữa hai đầu R3 là U3=2,4V. Tính R4?(20Ω) Dạng 4: Mạch cầu điện trở -Mạch có tụ điện( nâng cao) I/ Lý thuyết: A B R1 R3 R1 R2 N - mạch cầu điện trở cân bằng: UMN=0. - Điều kiện cân bằng: . -Hệ quả của mạch cầu điện trở cân bằng: -Nối MN bằng dây dẫn hay điện trở R5. Khi cầu cân bằng ta có IMN=0. - MN được nối sẵn bằng dây nối hay điện trở R5. Khi cầu cân bằng, có thể bỏ dây nối hay điện trở R5. -Mạch cầu điện trở không cân bằng: UMN#0 Nối MN bằng dây dẫn hay bằng điện trở R5; IMN#0. -Áp dụng phương pháp chọn gốc điện thế: -Lập phương trình về cường độ các nút. -Dùng định luật Ôm, biến đổi thành các phương trình về VM, VN theo VA; VB Chọn VB=0.Giải hệ phương trình để tìm VM,VN theo VA=UAB. Suy ra các cường độ. -Có thể áp dụng phép biến đổi YΔ(định lí Kennoli). -Mạch cầu điện trở có tụ điện: -Áp dụng công thức định luật Ôm đối với các đoạn mạch có điện trở và các công thức về tụ điện. *Lưu ý: -Không có dòng điện trong các đoạn mạch chứa tụ điện mắc nối tiếp. -Dòng tích điện hay phóng điện chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn. Bài tập Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ.(hình 1) a) Tính UMN theo UAB, R1, R2, R3, R4. b) Cho R1=2Ω, R2=R3=3Ω, R4=7Ω, UAB=15V. Mắc một vôn kế có điện trở rất lớn vào M,N. Tính số chỉ của vôn kế. Cho biết cực dương của vôn kế phải mắc và điểm nào? c)Chứng minh rằng:UMN=0: Khi này nếu nối M,N bằng dây dẫn thì cường độ dòng điện qua mạch chính và các điện trở thay đổi như thế nào. A B R1 R3 R2 R4 M N Hình 1 A B R1 R3 R2 R4 M N Hình 2 A Bài 2: Cho mạch điện như hình vẽ.(hình 2) R1=8Ω; R2=2Ω; R3=4Ω; UAB=9V, RA=0. a) Cho R4=4Ω.Xác định chiều và cường độ dòng điện qua ampe kế. b) Tính lại câu a khi R4=1Ω. c) Biết dòng điện qua ampe kế có chiều từ N đến M, cường độ IA=0,9A. Tính R4. A B R1 R3 R2 R4 M N Hình 3 R5 A B R1 R2 M N Hình 4 R C1 C1 K Bài 3: Cho mạch điện có sơ đồ như hình sau đây (hình 3) R1=1Ω; R2=0,4Ω; R3=2Ω; R4=6Ω; R5=1Ω; UAB=6V. Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở và điện trở tương đương của đoạn mạch. Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ.(hình 4) UAB=12V, C1=6F,C2=9F. R1=5Ω, R2=10Ω, R=25Ω. Ban đầu khóa K mở, các tụ chưa được tích điện trước khi mắc vào mạch. Tính điện lượng chuyển qua điện trở R khi K đóng và cho biết chiều chuyển động của eletron qua R. Vấn đề 3: Công và công suất của dòng điện A/ Lý thuyết: I/ Công và công suất của dòng điện trên một đoạn mạch A B Đoạn mạch bất kì U I Công của dòng điện: A = Q.U = U.I.t Công suất của dòng điện: II/ Năng lượng và công suất tiêu thụ bởi đoạn mạch chỉ tảo nhiệt. A B R U I Nhiệt lượng: Công suất nhiệt: BÀI TẬP Dạng 1: Đoạn mạch chỉ tỏa nhiệt I/ lý thuyết: Áp dụng các công thức về nhiệt lượng hay công suất nhiệt để tính toán. Đối với các đèn điện có dây tóc lưu ý: + Các giá tri hiệu điện thế và công suất ghi trên đèn là giá trị định mức. Với các giá trị này đèn sáng bình thường. + Với các giá trị của hiệu điện thế và cường độ khác với giá trị định mức, đèn không sáng bình thường.( sáng hoặc tối hơn có thể cháy). Công suất nhiệt cũng khác công suất định mức. + Điện trở của đèn có thể coi là không đổi khi đèn cháy sáng(bình thường hay không) Trong đó: Uđm, Pđm là các giá trị định mức. II/ Bài tập: Bài 1: Đèn 110V-100W được mắc vào nguồn U=110V. Điện trở tổng cộng của dây dẫn từ nguồn đến đèn là Rd=4Ω. a. Tìm cường độ dòng điện và hiệu điện thế của đèn. b. Mắc thêm một bếp điện có điện trở Rb=24Ω song song với đèn. Tìm cường độ dòng điện qua mạch chính, qua đèn, qua bếp và hiệu điện thế của đèn. Độ sáng của đèn có thay đổi không.(hình 1) B Đ Rđ U + - Hình 1 Bài 2: Một bếp điện có hai điện trở. Nếu sử dụng dây thứ nhất nấu nước trong nồi sẽ sôi sau thời gian t1=10 phút. Nếu sử dụng dây thứ hai thì t2=10 phút. Tìm thời gian đun sôi nếu hai dây điện trở mắt.( bỏ qua sự tỏa nhiệt của bếp ra môi trường) a. Nối tiếp b. Song song Bài 3: Từ một nguồn hiệu điện thế U, điện năng được truyền trên dây dẫn đến nơi tiêu thụ. Biết điện trở của dây dẫn R=5Ω. Công suất do nguồn phát ra P=63kW. Tính độ giảm thế trên dây, công suất hao phí trên dây và hiệu suất tải điện nếu. a. U=6200V b. U=620V Bài tập luyện tập( học sinh về nhà tự giải) Baøi 1. Cho maïch ñieän nhö hình 1, trong ñoù U = 9V, R1 = 1,5 W. Bieát hieäu ñieän theá hai ñaàu R2 = 6v. Tính nhieät löôïng toûa ra treân R2 trong 2 phuùt ? Ñ s: 1440 J. R1 R2 Hình 1 Hình 3 Đ1 Đ2 Rb Bài 2. Coù hai ñieän trôû maéc giöõa hai ñieåm coù hieäu ñieän theá 12 V. Khi R1 noái tieáp R2 thì coâng suaát cuûa maïch laø 4 W. Khi R1 maéc song song R2 thì coâng suaát maïch laø 18 W. Haõy xaùc ñònh R1 vaø R2 ? Ñ s: R1 = 24 W, R2 = 12 W, hoaëc ngöôïc laïi. Bài 3. Hai boùng ñeøn Ñ1 ghi 6v–3 W vaø Ñ2 ghi 6V-4,5 W ñöôïc Ñ1 maéc vaøo maïch ñieän (nhö hình vẽ 3). Nguoàn ñieän coù hieäu ñieän theá Ñ2 U khoâng thay ñoåi. a. Bieát ban ñaàu bieán trôû Rb ôû vò trí sao cho 2 ñeøn saùng bình thöôøng. Tìm ñieän trôû cuûa bieán trôû luùc naøy ? Treân maïch ñieän, ñaâu laø Ñ1, ñaâu laø Ñ2 ? b. Giaû söû töø vò trí ban ñaàu ta di chuyeån bieán trôû con chaïy sang phaûi moät chuùt thì ñoä saùng caùc ñeøn thay ñoåi theá naøo ? Ñs: Rb = 24W Bài 4. Ñeå loaïi boùng ñeøn loaïi 120 V – 60 W saùng bình thöôøng ôû maïng ñieän coù hieäu ñeän theá 220V, ngöôøi ta maéc noái tieáp vôùi noù moät ñieän trôû phuï R. Tính R ? Ñ s: 200 W Bài 5. Cho maïch ñieän (nhö hình 5) vôùi U = 9V, R1 = 1,5 W, R2 = 6 W. Bieát cöôøng ñoä doøng ñieän qua R3 laø 1 A. a. Tìm R3 ? b. Tính nhieät löôïng toûa ra treân R2 trong 2 phuùt ? c. Tính coâng suaát cuûa ñoaïn maïch chöùa R1 ? Ñ s: 6 W, 720 J, 6 W. Hình 5 R1 R3 R2 Hình 8 Hình 9 Bài 6. Moät quaït ñieän ñöôïc söû duïng döôùi hieäu ñieän theá 220V thì doøng ñieän chaïy qua quaït coù cöôøng ñoä laø 5 A. a. Tính nhieät löôïng maø quaït toûa ra trong 30 phuùt theo ñôn vò Jun ? b. Tính tieàn ñieän phaûi traû cho vieäc söû duïng quaït trong 30 ngaøy, moãi ngaøy söû duïng 30 phuùt, bieát giaù ñieän laø 600 ñoàng / Kwh. (Bieát 1 wh = 3600 J, 1 Kwh = 3600 KJ). Ñs: 1980000 J. (hay 0,55 kw). 9900 ñoàng. Bài 7. Moät aám ñieän coù hai daây daãn R1 vaø R2 ñeå ñun nöôùc. Neáu duøng daây R1 thì nöôùc trong aám seõ soâi sau khoaûng thôøi gian 40 phuùt. Coøn neáu duøng daây R2 thì nöôùc seõ soâi sau 60 phuùt. Vaäy neáu duøng caû hai daây ñoù maéc song song thì aám nöôùc seõ soâi sau khoaûng thôøi gian laø bao nhieâu ? (Coi ñieän trôû cuûa daây thay ñoåi khoâng ñaùng keå theo nhieät ñoä.) Ñ s: 24 phuùt. Bài 8. Ba ñieän trôû gioáng nhau ñöôïc maéc nhö hình 8 , neáu coâng suaát tieâu thuï treân ñieän trôû (1) laø 3 W thì coâng suaát toaøn maïch laø bao nhieâu ? Ñ s: 18 W. Bài 9. Ba ñieän trôû coù trò soá R, 2 R, 3 R maéc nhö hình vẽ 9õ. Neáu coâng suaát cuûa ñieän trôû (1) laø 8 W thì coâng suaát cuûa ñieän trôû (3) laø bao nhieâu ? Ñ s: 54 W. Chuyên đề 2: NGUỒN ĐIỆN. MẮC NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ. A.Lí thuyết: MẮC NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ: 1.Mắc nối tiếp nguồn điện thành bộ: * Mắc nối tiếp nguồn điện thành bộ là cách mắc các nguồn điện mà cực dương của nguồn này mắc với cực âm của nguồn kia liên tiếp thành một dãy không phân nhánh.(như hình vẽ) *Suất điện động của bộ nguồn là: E1,r E2,r E3,r En,r Eb,rb *Điện trở của bộ nguồn là: Nếu có n nguồn giống hệt nhau ()thì ta có: 2.Mắc song song nguồn điện giống nhau thành bộ: * Mắc song song n nguồn điện giống nhau thành bộ là cách mắc các nguồn điện mà cực dương của các nguồn này mắc vào cùng một điểm ,cực âm của các nguồn này mắc vào cùng một điểm.(như hình vẽ) * Suất điện động của bộ nguồn là: * Điện trở của bộ nguồn là: 3.Mắc hỗn hợp nguồn điện thành bộ: Nếu có N nguồn giống hệt nhau () được mắc thành m dãy , mỗi dãy có n nguồn (như hình vẽ) thì ta có: Tổng số nguồn trong bộ nguồn: N = n.m 4.Mắc xung đối: E1,r1 E2,r2 E1,r1 E2,r2 * Mắc xung đối là cách mắc các máy điện mà cực dương của máy này mắc với cực dương của nguồn kia hoặc cực âm của máy này mắc với cực âm của máy kia hay tổng quát là các cực cùng tên mắc với nhau liên tiếp thành một dãy không phân nhánh.(như hình vẽ) * Suất điện động của bộ nguồn là: * Điện trở của bộ nguồn là: BÀI TẬP Daïng 1: Suất điện động của nguồn điện. ø Tính suaát ñieän ñoäng hoaëc ñieän naêng tích luõy cuûa nguoàn ñieän. Duøng coâng thöùc: ( laø suaát ñieän ñoäng cuûa nguoàn ñieän, ñôn vò laø Voân (V) ) Bài 1. Suaát ñieän ñoäng cuûa moät nguoàn ñieän laø 12 V. Tính coâng cuûa löïc laï khi dòch chuyeån moät löôïng ñieän tích laø 0,5 C beân trong nguoàn ñieän töø cöïc aâm ñeán cöïc döông cuûa noù ? Ñ s: 6 J. Bài 2. Tính suaát ñieän ñoäng cuûa nguoàn ñieän. Bieát raèng khi dòch chuyeån moät löôïng ñieän tích 3. 10-3 C giöõa hai cöïc beân trong nguoàn ñieän thì löïc laï thöïc hieän moät coâng laø 9 mJ. Ñ s: 3 V. Bài 3. Suaát ñieän ñoäng cuûa moät acquy laø 6 V. Tính coâng cuûa löïc laï khi dòch chuyeån moät löôïng ñieän tích laø 0,16 C beân trong acquy töø cöïc aâm ñeán cöïc döông cuûa noù ? Ñ s: 0,96 J. Bài 4. Moät boä pin cuûa moät thieát bò ñieän coù theå cung caáp moät doøng ñieän 2 A lieân tuïc trong 1 giôø thì phaûi naïp laïi. a. Neáu boä pin treân ñöôïc söû duïng lieân tuïc trong 4 giôø ôû cheá ñoä tieát kieäm naêng löôïng thì phaûi naïp laïi. Tính cöôøng ñoä doøng ñieän maø boä pin naøy coù theå cung caáp? b. Tính suaát ñieän ñoäng cuûa boä pin naøy neáu trong thôøi gian 1 giôø noù sinh ra moät coâng laø 72 KJ. Ñ s: 0,5 A, 10 V. Dạng 2: Mắt nguồn thành bộ Bµi 1: Hai nguån ®iÖn cã suÊt ®iÖn ®éng ®iÖn trë trong lµ: E1= 4,5V; . E2= 3V; . M¾c hai nguån thµnh m¹ch ®iÖn kÝn nh­ s¬ då. TÝnh c­êng ®é dßng ®iÖn ch¹y trong m¹ch vµ hiÖu ®iÖn thÕ UAB. Hình bài 1 E1 , r1 E2 , r2 A B Hình bài 2 Hình bài 3 Bµi 2: Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×ng vÏ. Mçi pin cã E = 1,5V; . §iÖn trë m¹ch ngoµi . T×m c­êng ®é dßng ®iÖn ë m¹ch ngoµi. Bµi 3: Cho m¹ch ®iÖn cã s¬ ®å nh­ h×nh vÏ: Hai pin cã cïng suÊt ®iÖn ®éng E=1,5V;. Hai bãng ®Ìn gièng nhau cã ghi 3V- 0,75W. Cho R»ng ®iÖn trë cña c¸c ®Ìn kh«ng thay ®æi theo nhiÖt ®é. C¸c ®Ìn cã s¸ng b×nh th­êng kh«ng? V× sao? TÝnh hiÖu suÊt cña bé nguån. TÝnh hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai cùc cña mçi pin. NÕu th¸o bít 1 ®Ìn th× ®Ìn cßn l¹i s¸ng m¹nh h¬n hay yÕu h¬n so víi tr­íc? T¹i sao? Bài 4: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ. Trong đó các pin giống nhau, mỗi pin có suất điện động E = 1,5V và có điện trở trong r = 1W. Điện trở của mạch ngoài R = 6W. a. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch chính. b. Tính hiệu điện thế UAB. c. Tính công suất của mỗi pin. A B R R1 R2 R3 Hình bài 4 Hình bài 5 Bài 5: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ. Trong đó bộ nguồn 6 pin giống nhau, mỗi pin có có suất điện động E = 3V và có điện trở trong r = 0,2W. Các điện trở mạch ngoài R1 = 18,7W, R2 = 12,5W, dòng điện qua R1 là 0,2A a. Tính Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn. b. Tính R3, tính công suất tiêu thụ của mạch ngoài. c. Tính công suất của mỗi pin, hiệu suất mỗi pin Chuyên đề 3: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH (Mạch có chứa nguồn điện, tụ điện). I. ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH E, r RN I 1. Định luật Ôm cho mạch điện kín có chứa nguồn điện và điện trở R: a. Nội dung: Cho biết cường độ dòng điện đi qua điện trở R khi đặt vào giữa hai đầu nó một hiệu điện thế là U. b. Phát biểu: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. c. Biểu thức: I = Trong đó::là suất điện động của nguồn điện R:điện trở trong của nguồn RN :là điện trở tương đương của mạch ngoài d. Hệ quả: * Hiệu điện thế ở mạch ngoài: +khi r=0 thì (TH: lí tưởng) +khi I=0 thì (TH: mạch hở) 2.Định luật ôm cho mạch điện có chứa nguồn điện, máy thu và điện trở R: a.Nội dung: Cho biết cường độ dòng điện đi qua điện trở R khi đặt vào giữa hai đầu nó một hiệu điện thế là U. b.Phát biểu: c.Biểu thức: Trong đó: ,: là suất điện động của nguồn điện và suất phản điện của máy thu r, r’: điện trở trong của nguồn và của máy thu R: điện trở mạch ngoài 3.Định luật Ôm cho mạch kín tổng quát( có chứa nguồn điện,máy thu và điện trở R): a.Nội dung: Cho biết cường độ dòng điện đi qua điện trở R khi đặt vào giữa hai đầu nó một hiệu điện thế là U. b.Phát biểu: c.Biểu thức: Trong đó: , : là tổng suất điện động của nguồn điện và suất phản điện của máy thu :là tổng điện trở trong của nguồn và của máy thu R : điện trở mạch ngoài II. NHẬN XÉT 1. Hiện tượng đoản mạch: + Xảy ra khi RN = 0 và khi đó: Þ Nguồn điện có điện trở trong càng nhỏ thì dòng đoản mạch càng lớn và càng nguy hại. + nếu pin bị đoản mạch thì mau hết pin. + nếu acquy bị đoản mạch thì acquy sẽ bị hỏng. 2. Định luật Ôm đối với toàn mạch Là một trường hợp riêng của định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. 3. Hiệu suất nguồn điện: BÀI TẬP Dạng 1: ĐỊNH LUẬT ÔM CHO TOÀN MẠCH I/ PHƯƠNG PHÁP - Định luật Ôm cho đoạn mạch dùng khi + Tính cường độ dòng điện qua mạch chính + Biết được công thức tính eb và rb - Các bước làm + Đọc sơ đồ nguồn: Tính eb và rb + Đọc sơ đồ mạch ngoài, tính RN + Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch để tìm I + Áp dụng định luật Ôm cho các đoạn mạch để tìm U và I các nhánh Bài 1: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ. R1=8 W; R2=3W; R3= 6W; R4= 4W; E = 15V, r = 1W C = 3mF, Rv vô cùng lớn a. Xác định cường độ dòng điện chạy trong mạch b. Xác định số chỉ của Vôn kế c. Xác định điện tích của tụ x ,r C R4 R1 R2 R3 V x ,r R5 R1 R2 R3 R4 A C Hình bài 1 11111 Hình bài 2 11111 Bài 2: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ. R1=R3=15 W; R2 =10W; R4= 9W; R5 = 3W; E = 24V, r = 1,5W C = 2mF, RA không đáng kể a. Xác định số chỉ và chiều dòng điện qua Ampe kế b. Xác định năng lượng của tụ Bài 3: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ. R1 = 15 W; R2 = 10W; R3 =20 W; R4 = 9W; E1 = 24V, E2 =20V; r1 = 2W; r2 = 1W, RA không đáng kể; RV có điện trở rất lớn a. Xác định số chỉ Vôn kế V1 và A b. Tính công suất tỏa nhiệt trên R3 c. Tính hiệu suất của nguồn x2 d. Thay A bằng một vôn kế V2 có điện trở vô cùng lớn. Hãy xác định số chỉ của V2 x1 ,r1 x2 ,r2 A R1 R4 R2 R3 V1 x1 ,r1 x2 ,r2 V A R1 R4 R2 R3 R5 Hình bài 3 11111 Hình bài 4 11111 Bài 4: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ. R1 = 8 W; R2 = 6W; R3 =12 W; R4 = 4W; R5 = 6W, E1 = 4V, E2 =6V; r1 = r2 = 0,5W, RA không đáng kể; RV có điệ