Chuyên đê điện học - toanhoclavotan dien1

Chuyên đê điện học - toanhoclavotan dien1 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả...

C«ng thøc tÝnh ®iÖn trë BiÕn trë

C«ng vµ c«ng suÊt ®iÖn

§Þnh luËt Jun - Len x¬

To¸n cùc trÞTruyÒn t¶i ®iÖn n¨ng ®i xa

PhÇn §iÖn häc A/ Tãm t¾t kiÕn thøc c¬ b¶n

1

-1/ Muốn duy trì một dòng điện lâu dài trong một vật dẫn cần duy trì một điện trờng

trong vật dẫn đó Muốn vậy chỉ cần nối 2 đầu vật dẫn với 2 cực của nguồn điện thànhmạch kín

Càng gần cực dơng của nguồn điện thế càng cao Quy ứơc điện thế tại cực dơng của

nguồn điện , điện thế là lớn nhất , điện thế tại cực âm của nguồn điện bằng 0

Quy ớc chiều dòng điện là chiều chuyển dời có hớng của các hạt mang điện tích

d-ơng, Theo quy ớc đó ở bên ngoài nguồn điện dòng điện có chiều đi từ cực dd-ơng, 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  I =0)

a/ Định luật về nút mạng

- Từ công thức: I= I1+ I2+ … +I +In(đối với mạch mắc song song), ta có thể phát biểu tổng quát: “ ở mỗi nút, tổng các dòng điện đi đến điểm nút bằng tổng các dòng

điện đi ra khỏi nút”

Chú ý: +) Dòng điện IK mang dấu (+) nếu cùng chiều đi trên mạch

+) Dòng IK mang dấu (-) nếu ngợc chiều đi trên mạch

A ĐOẠN MẠCH NỐI TIẾP

I Lý thuyết:

a 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

2

-*Từ t/c 1 và công thức của định luật ôm I=U/R  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)

 Ui=U Ri/R

Từ t/s 3  nếu có n điện trở giống nhau mắc nối tiếp thì điện trở của đoạn mạch là R

=nr Cũng từ tính chất 3  điện trở tơng đơng của đoạn mạch mắc nối tiếp luôn lớn

hơn mỗi điện trở thành phần.

II Bài tập

Bài 1 Một đoạn mạch AB gồm hai điện trở R1, R2 mắc nối tiếp với nhau Hiệu điện

thế ở hai đầu cỏc điện trở là U1 và U2 Biết R1=25, R2 = 40 và hiệu điện thế UAB ở

hai đầu đoạn mạch là 26V Tớnh U1 và U2

Đs: 10V; 16VGỢI í: Cỏch 1: - Tớnh cường độ dũng điện qua cỏc điện trở theo UAB và RAB Từ đú

Bài 2 Một đoạn mạch gồm 3 điện trở mắc nối tiếp R1 =4;R2 =3 ;R3=5

Hiệu điện thế 2 đầu của R3 là 7,5V Tớnh hiệu điện thế ở 2 đầu cỏc điện trở R1; R2 và ở

B ĐOẠN MẠCH SONG SONG

b Đoạn mạch điện mắc song song:

*Đặc điểm: mạch điện bị phân nhánh, các nhánh có chung điểm đầu và điểm cuối.

3.Nghịch đảo của điện trở tơng đơng 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 

.I1R1=I2R2= =InRn=IR

- từ t/c 3  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  điện trở tơng đơng của đoạn mạch mắc song song luôn nhỏ hơn mỗi điện

trở thành phần.

II Bài tập

Bài 1 Cho R1= 12 ,R2= 18 mắc song song vào hai điểm A và B, một Ampe kế đo

cường độ dũng điện trong mạch chớnh, Ampe kế 1 và Ampe kế 2 đo cường độ dũng

điện qua R1 ,R2

a) Hóy vẽ sơ đồ mạch điện

b) Ampe kế 1 và Ampe kế 2 chỉ giỏ trị là bao nhiờu? (theo 2 cỏch) biết Ampe kế chỉ

Bài 2 Cho R1 = 2R2 mắc song song vào hai đầu đoạn mạch AB cú hiệu điện thế 30V

Tớnh điện trở R1và R2 (theo 2 cỏch) biết cường độ dũng điện qua đoạn mạch là 1,2A

GỢI í: Tớnh I1, I2 dựa vào hệ thức về mối quan hệ giữa I1, I2 với R1 ,R2 để tớnh R1, R2

được mắc vào giữa hai điểm A và B có hiệu

điện thế 12V như (hình 3.3).

a) Tính điện trở tương đương của mạch.

b) Tính cường độ dòng điện đi qua mỗi điên trở

c) Tính hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R 1 và R 2

C

a,Tính điện trở toàn mạch

b, Tính cờng độ dòng điện qua mỗi điện trở

c, Biết mỗi điện trở đều có thể chịu đợc hiệu điện thế lớn nhất là 30V Tìm hiệu

điện thế lớn nhất mà bộ 4 điện trở mắc nh trên chịu đợc

+ Tớnh Umax dựa vào cỏc giỏ trị IAB, Rtd

Bài 2 Cho mạch điện như hỡnh 4.8 R1 =15., R 2 = R 3 = 20, R 4 =10 Ampe kế chỉ 5A.

Tớnh điện trở tương đương của

M+ -

Dạng 2: bài toán chuyển mạch( vẽ lại mạch điện)

Một số quy tắc chuyển mạch:

a/ chập các điểm cùng điện thế: "Ta có thể chập 2 hay nhiều điểm có cùng điện thế thành một điểm khi biến đổi mạch điện tơng đơng."

(Do VA-Vb = UAB=I RAB  Khi RAB=0;I 0 hoặc RAB 0,I=0 Va=VbTức A và B cùng

điện thế)

Các trờng hợp cụ thể: Các điểm ở 2 đầu dây nối, khóa K đóng, Am pe kế có điện trở không đáng kể Đợc coi là có cùng điện thế Hai điểm nút ở 2 đầu R5 trong mạch cầu

cân bằng

b/ Bỏ điện trở: ta có thể bỏ các điện trở khác 0 ra khỏi sơ đồ khi biến đổi mạch điện tơng đơng khi cờng độ dòng điện qua các điện trở này bằng 0 Các trờng hợp cụ thể: các vật dẫn nằm trong mạch hở; một điện trở khác 0 mắc song song với một vật dãn có điện trở bằng 0( điện trở đã bị nối tắt) ; vôn kế có điện trở rất lớn (lý tởng) CHÚ í: Khi giải cỏc bài toỏn với những mạch điện mắc hỗn hợp tương đối phức tạp, nờn tỡm cỏch vẽ một sơ đồ tương đương đơn giản hơn Trờn sơ đồ tương đương, những điểm cú điện thế như nhau được gộp lại để làm rừ những bộ phận đơn giản hơn của đoạn mạch được ghộp lại như thế nào để tạo thành đoạn mạch điện phức tạp Bài 1 Trong các sơ đồ sau đây, hãy cho biết bóng nào đợc mắc nối tiếp với bóng nào và song song với bóng nào? Bài 2 Tính điện trở tơng đơng của các đoạn mạch a và b dới đây, biết rằng mỗi điện trở đều có giá trị bằng r

1 3

2 4

2 4 1 3

Giải

7

-Ta lu ý rằng điện thế hai điểm 1,3 bằng nhau; 2,4 bằng nhau nên ta có thể chập chúnglại với nhau, ta có mạch sau:

1 r

1 r

1 2r

1 r

Bài 3: Cho mạch điện nh hình dới, có hai công tắc K1 và K2, biết các điện trở

R1 = 12,5 ; R2 = 4, R3 = 6 Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch UMN = 48,5(V)a) K1 đóng, K2 ngắt, tìm cờng độ dòng điện qua các điện trở

b) K1 ngắt, K2 đóng, cờng độ dòng điện trong mạch lúc này là 1A Tính R4

c) K1 và K2 cùng đóng Tính điện trở tơng đơng của cả mạch và cờng độ dòng điện của mạch chính

12,5

48,5 R



 I

-=> 3,6Ω

36 4

4.36 R

R

.R R

R

3,4 2

3,4 2

48,5 R

U I

R4 = 1,25Ω Ω; ΩR5 = 5 Ω Ω ở hai đầu đoạn

mạch AB có hiệu điện thế 6V Tính cờng

độ dòng điện đi qua mỗi điện trở

R1 R4

C

+ Đối với đoạn mạch AD: Hiệu điện thế ở hai

đầu cỏc điờn trở R1, R2, R3 là như nhau: Tớnh UAB

theo IAB và RAD từ đú tớnh được cỏc dũng I1, I2, I3.

+ Tương tự ta cũng tớnh được cỏc dũng I4, I5

của đoạn mạch DB.

Đs: 1,44A; 0,60A; 0,36A; 1,92A; 0,48A.

Dạng 3 : Mach điện có vai trò của vôn kế và ampe kế

* Nếu am pe kế lý tởng ( Ra=0) , ngoài chức năng là dụng cụ đo nó còn có vai trò nh dây nối do đó:

Có thể chập các điểm ở 2 đầu am pe kế thành một điểm khi bién đổi mạch điện tơng

đơng( khi đó am pe kế chỉ là một điểm trên sơ đồ)

Nếu am pe kế mắc nối tiếp với vật nào thì nó đo cờng độ d/đ qua vậtđó.

Khi am pe kế mắc song song với vật nào thì điện trở đó bị nối tắt ( đã nói ở trên) Khi am pe kế nằm riêng một mạch thì dòng điện qua nó đợc tính thông qua các dòng

ở 2 nút mà ta mắc am pe kế ( dạ theo định lý nút).

* Nếu am pe kế có điện trở đáng kể, thì trong sơ đồ ngoài chức năng là dụng cụ đo ra

am pe kế còn có chức năng nh một điện trở bình thờng Do đó số chỉ của nó còn đợc

tính bằng công thức: Ia=Ua/Ra

2/ Vai trò của vôn kế trong sơ đồ:

a/ trờng hợp vôn kế có điện trỏ rất lớn ( lý tởng):

*Vôn kế mắc song song với đoạn mạch nào thì số chỉ của vôn kế cho biết HĐT giữa 2

*Những điện trở bất kỳ mắc nối tiếp với vôn kế đợc coi nh là dây nối của vôn kế

( trong sơ đồ tơng đơng ta có thể thay điện trở ấy bằng một điểm trên dây nối), theocông thức của định luật ôm thì cờng độ qua các điện trở này coi nh bằng 0 ,( IR=IV=U/

=0)

b/ Trờng hợp vôn kế có điện trở hữu hạn ,thì trong sơ đồ ngoài chức năng là dụng cụ

đo vôn kế còn có chức năng nh mọi điện trở khác Do đó số chỉ của vôn kế còn đợc

a, Tính cờng độ dòng điện qua mỗi điện trở

b,xác định số chỉ của anpe kế (A) biết điện trở

của ampe kế không đáng kể? xác định chiều

dòng điện qua ampe kế

So sánh điện thế của điểm C và điểm D Ta có thể xác định đợc chiều của dòng

điện qua ampe kế

Bài 3:Cho mạch điện nh sơ đồ hình vẽ:

b) Khi nèi gi÷a A vµ D 1 ampe kÕ th×

ampe kÕ chØ bao nhiªu? BiÕt RA = 0 /U /

công suất thiêu thụ điện của đoạn mạch AB.

b Đổi am pe kế, vôn kế cho nhau thì am

pe kế và vôn kế chỉ giá trị bao nhiêu

Tính công suất của đoạn mạch điện khi đó.

A R1 R 2 B

A R3 V

a R1 // R2 nt R3  R = R1,2 + R3 = 6

6 12

6 12

b .( R1nt R3) // R2  I1,3 =

3 , 1

b, Tính cờng độ dòng điện qua các điện trở và Ampe kế

Bài 2 Cho mạch điện nh hình vẽ

gọi là điện trở cạnh R5 gọi là điện trở gánh

2 Phân loại mạch cầu.

Mạch cầu cân bằng

Mach cầu khơng cân bằng

Mạch cầu khuyết

3.

Dấu hiệu để nhận biết c¸c loaị Mạch cầu

3.1/ m¹ch cÇu c©n b»ng

- Khi đặt một hiệu điện thế UAB khác 0 thì ta nhận thấy I5 = 0

- Đặc điểm của mạch cầu cân bằng

+ Về điện trở

4

2 3

1 4

3 2

1

R

R R

R R

R R

3.2/ Mạch cầu khơng cân bằng.

- Khi đặt một hiệu điện thế UAB khác 0 thì ta nhận thấy I5 khác 0

- Khi mạch cầu khơng đủ 5 điện trở thì gọi là mạch cầu khuyết

A.Ph ¬ng ph¸p gi¶i BT mạch cầu cân bằng.

1 Mạch cầu cân bằng.

* Bài toán cơ bản:

Cho mạch điện như HV

R

=> Mạch AB là mạch cầu cân bằng

=> I5 = 0 (Bỏ qua R5) Mạch điện tương đương: (R1 nt R2) // (R3 nt R4)

- Cường độ dòng điện qua các điện trở

I1 = I2 = A

R R

U AB

2 2 1

6

2 1

U AB

67 0 6 3

6

4 3

B.Ph ¬ng ph¸p gi¶i BT mạch cầu không cân bằng.

1 Mạch cầu khuyết:

Thường dùng để rèn luyện tính toán về dòng điện không đổi

a Khuyết 1 điện trở ( Có 1 điện trở bằng không vd R1= 0)

+ Phương pháp chung

- Chập các điểm có cùng điện thế, rồi vẽ lại mạch tương đương Aùp dụng định luậtÔm giải như các bài toán thông thường để tính Iqua các R Trở về sơ đồ gốc xét nút mạch để tính I qua R khuyết

- Khuyết R1: Chập A với M ta có mạch tương đương

2 Khuyết 2 điện trở (có 2 điện trở bằng 0)

- Khuyết R1 và R3: chập AMN ta có mạch tương đương gồm : R2 // R4

- Khuyết R2 và R4 tương tự như trên

- Khuyết R1 và R5 : chập AM lúc này R3 bị nối tắt (I3 = 0), ta có mạch tương đương gồm : R2 // R4 Aùp dụng tính được I2, I4, trở về sơ đồ gốc tính được I1, I5

- Khuyết R2 và R5 ; R3 và R5 ; R4 và R5 tương tự như khuyết R1 và R5

3 Khuyết 3 điện trở (có 3 điện trở bằng 0)

- Khuyết R1, R2, R3 ta chập AMN Ta có mạch tương đương gồm R2 // R4 Thì cách giải vẫn như khuyết 2 điện trở

- Khuyết R1, R5, R4 ta chập A với M và N với B Ta thấy R2, R3 bị nối tắt

4 Mach cầu đủ hay còn gọi là mạch cầu tổng quát.

* Bài toán cơ bản Cho mạch điện như HV

Với R1=1Ω, R2=2Ω, R3=3Ω, R4= 4Ω, R5 = 5Ω

UAB=6V Tính I qua các điện trở?

* Giải:

Cách 1 Phương pháp điện thế nút

-Phương pháp chung

+ Chọn 2hiệu điện thế bất kì làm 2 ẩn

+ Sau đó qui các hiệu điện thế còn lại theo 2 ẩn đã chọn

+ Giải hệ phương trình theo 2 ẩn đó

VD ta chọn 2 ẩn là U1 và U3.-Ta có: UMN = UMA + UAN = -U1 + U3 = U3 –U1 = U5

- Xét tại nút M,N ta có

I1 + I5 = I2 <=>

2

1 5

1 3 1

1

R

U U R

U U R

3 3

3

R

U U R

U U R

1 3 1

1

R

U U R

U U

1

1 1

3 3

3

R

U U R

U U

3

1 3 3

Caựch2 ẹaởt aồn laứ doứng

-Phửụng phaựp chung

+ Choùn 1 doứng baỏt kỡ laứm aồn

+ Sau ủoự qui caực doứng coứn laùi theo aồn ủaừ choùn

+ Giaỷi phửụng trỡnh theo aồn ủoự

- VD ta choùn aồn laứ doứng I1.

<= > 3.15 36.5I1

+ 4 6 311I1

= 6Giaỷi ra ta ủửụùc I1  1.1 A Theỏ vaứo (1), (2), (3), (4) ta tớnh ủửụùc caực I coứn laùi

+ Chuự yự: Neỏu doứng ủi qua MN theo chieàu ngửụùc laùi thỡ seừ coự keỏt quaỷ khaực

Chủ đề 5 : ĐIỆN TRỞ - Biến trở

I Một số kiến thức cơ bản

* Điện trở của dõy dẫn

Ở một nhiệt độ khụng đổi, điện trở của dõy dẫn tỷ lệ thuận với chiều dài, tỷ lệ nghịch với tiết diện và phụ thuộc vào bản chất của dõy

Cụng thức R = r

S l

* Biến trở là một điện trở cú thể thay đổi được giỏ trị khi dịch chuyển con chạy.

* Lưu ý:

Khi giải cỏc bài tập về điện trở cần chỳ ý một số điểm sau:

+ Diện tớch tiết diện thẳng của dõy dẫn được tớnh theo bỏn kớnh và đường kớnh:

18

-S = r2 =

2 4

d



+ Khối lượng dõy dẫn: m = D.V = D.S.l.

+ Đổi đơn vị và phộp nõng lũy thừa:

1

q n

a) Tớnh chiều dài của dõy Biết điện trở suất của sắt là 9,8.10 -8m

b) Tớnh khối lượng dõy Biết khụi lượng riờng của sắt là 7,8 g/cm 3

Một quận dây gồm nhiều vòng có điện trở suất của chất làm dây là r =1,6.10-6m

.Tiết diện của sợi dây là S=0,24mm2 , cuận dây đợc mắc vào 2 điểm A,B có hiệu điện thế là 6V, thì cờng độ dòng điện qua quận dây là 1ê

a, Tính điện trở của dây

b, Tính chiều dài của sợi dây làm quận dây

c, Tính nhiệt lợng toả ra trên quận dây trong thời gian 20 phút

d, cần mắc thêm 1 điện trở phụ vào mạch nh thế nào và có giá trị là bao nhiêu để cờng

độ dòng điện qua quận dây là 0,75A ? Biết rằng hiệu điện thế giữa hai điểm A và B không đổi (vẫn bằng 6V)

Gợi ý:

a) áp dụng định luật ôm Tính: R = U/I

19

-b) Tớnh l tử cụng thức : R = l

s

r c) Tính nhiệt lợng : Q = I 2 Rt

d) áp dụng định luật ôm Tính: Rtd = U/I => Rdt phụ

Bài 2 Người ta dựng dõy hợp kim nicrụm cú tiết diện 0,2 mm2 để làm một biến trở Biết điện trở lớn nhất của biến trở là 40

a) Tớnh chiều dài của dõy nicrụm cần dựng Cho điện trở suất của dõy hợp kimnicrụm là 1,1.10-6m

b) Dõy điện trở của biến trở được quấn đều xung quanh một lừi sứ trũn cú đường kớnh1,5cm Tớnh số vũng dõy của biến trở này

GỢI í: a) Tớnh chiều dài l từ : R = l

s

r b) Chiều dài l’ của một vũng dõy bằng chu vi lừi sứ: l’=.d=> số vũng dõy quấnquanh lừi sứ là: n= 'l

l .

Bài 3.Một dõy dẫn bằng hợp kim dài 0,2km, tiết diện trũn, đường kớnh 0,4cm cú điện

trở 4 Tớnh điện trở của dõy hợp kim này khi cú chiều dài 500m và đường kớnh tiết diện là 2mm Đs: R2 = 40

II.ghép điện trở

Bài 1:

Có hai loại điện trở: R1=20 , R2=30  Hỏi cần phải có bao nhiêu điện trở mỗi loại

để khi mắc chúng:

a Nối tiếp thì đợc đoạn mạch có điện trở R=200 ?

b Song song thì đợc đoạn mạch có điện trở R= 5 

Gợi ý :

a) Gọi x là số điện trở loại 20

y là số điện trở loại 30

Điện trở tơng đơng cho x điện trở R1 là R1x = 20x

Điện trở tơng đơng cho x điện trở R1 là R1x = 30y

Điện trở tơng đơng cho x điện trở R1 là R1x = 20/x

Điện trở tơng đơng cho x điện trở R1 là R1x = 30/y

B D Hình1.8

R

B) BIẾN TRỞ

Bài 1

Trong mạch điện có sơ đồ nh hình vẽ nguần

điện có hiệu điện thế 12V

a) Điều chỉnh con chạy của biến trở để vôn kế

chỉ 6V thì ampe kế chỉ 0,5 A Hỏi khi đó biến trở

có điện trở là bao nhiêu?

b)Phải điều chỉnh biến trở có điện trở là bao nhiêu

Một mạch điện gồm một nguần điện và một đoạn mạch nối hai cực của nguần trong

đoạn mạch có một dây dẫn điện trở R, một biến trở và một ampe kế mắc nối tiếp Hiệu điện thế của nguần không đổi, ampe kế có điện trở không đáng kể, biến trở conchạy có ghi (100 - 2 A)

a, Vẽ sơ đồ mạch điện và nêu ý nghĩa những con số ghi trên biến trở

b, Biến trở này làm bằng dây nikêlin có điện trở xuất là r =0,4.10-6 và có đờng kínhtiết diện là 0,2 mm Tính chiều dài của dây làm biến trở ?

c, Di chuyển con chạy của biến trở ngời ta thấy Ampe kế chỉ trong khoảng từ 0,5 A

đến 1,5 A Tìm hiệu điện thế của nguần điện và điện trở R

V

A