chuyên đề vật lý PHÂN LOẠI và PHƯƠNG PHÁP GIẢI một số DẠNG bài tập về điện học

Dạng 5: Tính cường độ dòng điện qua các đoạn mạch có điện trở nhỏ không đáng kể và ngược lại biết cường độ dòng điện qua đoạn mạch có điện trở nhỏ không đáng kể.. B.PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ

Trang 2

CHUYÊN ĐỀ: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ ĐIỆN HỌC

- Đối tượng học sinh bồi dưỡng: Đội tuyển học sinh

giỏi Vật Lý lớp 9 trường THCS Bồ Lý -Tam Đảo - Vĩnh Phúc

- Dự kiến số tiết bồi dưỡng 36 tiết (12 buổi)

Trang 3

A Kiến thức cơ bản được sử dụng

trong chuyên đề

I Định luật ôm cho đoạn mạch:

Trong đó: I là cường độ dòng điện (A)

U là hiệu điện thế (V)

R là điện trở ( )

II Công thức điện trở:

Trong đó: l là chiều dài dây dẫn (m)

S là tiết diện dây dẫn (m2)

là điện trở suất của dây dẫn

Trang 4

Trang 5

3 Điện trở toàn phần ( tương đương) của đoạn mạch mắc song song:

Chú ý : Nếu chỉ có 2 điện trở R 1 và R 2 mắc song song thì điện trở tương

đương được tính như sau:

hay

n

R R

1

1 1

1

2 1

1 1

1

R R

2 1

R R

R

R R





Trang 6

B.PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Bài tập về “Điện học” có rất nhiều loại cụ thể có thể chia ra làm nhiều loại như sau:

Dạng 1: Tính điện trở của mạch điện.

Dạng 2: Vẽ lại mạch điện thành dạng đơn giản.

Dạng 3: Tính số điện trở ít nhất bằng nhau để mắc thành mạch có điện trở cho trước.

Dạng 4: Tính cường độ dòng điện ở mạch rẽ, biết cường độ dòng điện ở mạch chính và ngược lại

Dạng 5: Tính cường độ dòng điện qua các đoạn

mạch có điện trở nhỏ không đáng kể và ngược lại biết cường độ dòng điện qua đoạn mạch có điện trở nhỏ không đáng kể Tính các đại lượng khác.

Trang 7

B.PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Dạng 6: Tính hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch phức tạp: gồm các đoạn mạch nhỏ không song song, không nối tiếp và ngược lại biết hiệu điện thế giữa hai đầu doạn mạch phức tạp Tính các đại lượng khác

Dạng 7: Tìm cách mắc các bóng đèn giống nhau vào mạch Dạng 8: Tìm cực trị của một đại lượng điện và các vấn đề

có liên quan

Dạng 9: Tìm cách mắc các bóng đèn có cùng hiệu điện thế định mức vào hiệu điện thế lớn hơn

Dạng 10: Nghiên cứu vai trò của ampe kế và vôn kế trong mạch điện

Dạng 11: Tính nhiệt lượng và các vấn đề có liên quan

Dạng 12: Tính điện trở mạch đối xứng

Trang 8

DẠNG 1: Tính điện trở của mạch điện.

(I) Phương pháp giải:

- Căn cứ vào mạch điện nối tiếp và song song

Phân tích xem trong mạch điện, điện trở nào nối tiếp với điện trở nào, điện trở nào song

song với điện trở nào.

- Viết sơ đồ mạch điện theo thứ tự từ đoạn mạch

nhỏ nhất (đoạn mạch chỉ có duy nhất 1 cách mắc) đến đoạn mạch lớn nhất.

- Dựa vào sơ đồ đã viết và công thức tính điện trở

của các mạch nối tiếp và song song Tính điện trở của các đoạn mạch theo thứ tự giống bài toán có ngoặc đơn.

Trang 9

(II) Bài tập vận dung:

Điện trở tương đương của đoạn mạch EGF là: R 12 = R 1 +R 2 = 20 + 4 = 24 

Điện trở tương đương của đoạn mạch EF là: 

Điện trở tương đương của đoạn mạch CEF là: 

Điện trở tương đương của đoạn mạch AB là:

1 12

1 1 1 1 1

12 4 3

R R R

5

124 5

24 20

5 124

12 5

124 12

AB R

Trang 10

 6

Trang 11

DẠNG 2: Vẽ lại mạch điện thành dạng đơn giản.

- Điền số hoặc các chữ cái vào các nút ( điểm có ít nhất 3 dây nối

giao nhau trở lên)

- Tìm các nút có cùng điện thế ( hiệu điện thế ) chập chúng lại làm

một, ghi lại các nút đã chập để vẽ lại mạch điện.

* Nút có cùng điện thế là những nút nối với nhau bằng dây dẫn hoặc

dụng cụ có điện trở nhỏ không đáng kể, hoặc giữa những nút mắc với nhau bởi

mạch có điện trở R khác 0 nhưng dòng điện qua nó bằng 0.

- Vẽ lại mạch điện theo các nút đã chập rồi tính theo yêu cầu của

bài.

* Chú ý:

+ Khi vẽ lại mạch điện, hai nút nối với nguồn hoặc hai đầu đoạn

mạch ta để xa nhất, các nút còn lại để bên trong sao cho hợp lý

về vị trí.

+ Khi vẽ lại mạch mới, ta không vẽ các dụng cụ ở giữa hai nút có

cùng điện thế

Trang 12

(1) Bài tập mẫu:

Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ

Biết: R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 =

R7 = R8 = R9 = R10 = R11 = R12 =R = 10 

Dây nối có điện trở nhỏ không đáng kể

Tính điện trở tương đương của mạch điện.

Giải:

Vì dây nối có điện trở không đáng kể nên các nút sau có cùng điện thế nên

có thể chập với nhau (coi chúng trùng nhau):

A  D  C  F

B  E  M  N

Ta vẽ lại mạch điện như sau:

Do đó điện trở tương đương của toàn mạch là:

25

R

Trang 13

Trang 14

(2) Bài tập tự giải:

Bài tập 2:

Biết:R1 = 4; R2 = R4 =6; U =7,8V

Bỏ qua điện trở của khoá k

a) Khi k mở, cường độ dòng điện qua R1 lớn gấp hai lần

cường độ dòng điện qua R2 Tìm R3

b) Đóng khoá k.Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở và qua khoá k.

Đáp số: a) R3 = 2.

b) I1 = 1,2A; I2 = 0,8A; I3 = 1,5A; I4 = 0,5A; dd đi từ

D đến C

Trang 15

DẠNG 3: Tính số điện trở ít nhất bằng nhau để

mắc thành mạch có điện trở cho trước

- So sánh điên trở của mạch điện (R) với giá trị của một

điện trở R1, Nếu:

+ R > R1 thì đoạn mạch cần mắc gồm 1 điện trở mắc nối

tiếp với 1 mạch X nào đó thoả mãn R = R1 + X

+ Nếu R < R1 thì đoạn mạch cần mắc gồm 1 điện trở mắc

song song với 1 mạch Y nào đó thoả mãn

- Cứ so sánh như vậy cho đến khi điện trở của mạch chỉ

còn bằng giá trị của 1 điện trở thì dừng lại và vẽ sơ đồ mạch điện, đếm số điện trở và kết luận

Y R

R

11

1





Trang 16

Hỏi phải mắc tối thiểu bao nhiêu điện trở 6, mắc như thế nào

để được mạch điện có điện trở 9?

Ta lại thấy 3<6, Vậy mạch X gồm 1 điện trở 6 mắc song

song với đoạn mạch Y thoả mãn

Vậy mạch X gồm 2 điện trở 6 mắc song song nhau.

Vậy phải cần ít nhất 3 điện trở loại 6 mắc với nhau như sơ đồ

trên để được đoạn mạch có điện trở 9

1

Y Y

Trang 17

Bài tập 1:

a) Hỏi phải mắc tối thiểu bao nhiêu điện trở 5  , mắc như thế nào

để được mạch điện có điện trở 8  ?

b) Hỏi phải mắc tối thiểu bao nhiêu điện trở 15  , mắc như thế nào để được mạch điện có điện trở 41  ?

Trang 18

DẠNG 4: Tính cường độ dòng điện ở mạch rẽ, biết cường độ dòng điện ở mạch chính và ngược lại

- Tính điện trở của đoạn mạch mắc song song.

- Tính cường độ dòng điện của đoạn mạch mắc song song.

* Chú ý rằng khi chỉ có 2 điện trở mắc song song thì

ta có công thức:

2 1

R R

1 2

R R

Trang 19

Hiệu điện thế giữa hai đầu AB là: UAB = RABIC = 2.6 = 12V

Vậy cường độ dòng điện qua: R5 là:

6 3 2

1

2 1 12

R R

R R R

1 12

1 1

1

5 4

123

td td

R R

R

A R

R

R I I

3

2 6 3

6 1

2 1

2 3

R I I

3

1 6 3

3 1

2 1

1 3

Trang 20

Trang 21

DẠNG 5: Tính cường độ dòng điện qua các đoạn mạch có điện trở nhỏ không đáng kể và ngược lại biết cường độ dòng điện qua đoạn mạch có điện trở nhỏ không đáng kể Tính các đại lượng khác

- Biểu diễn cường độ dòng điện trên các đoạn mạch một cách hợp lý Nếu

trong trường hợp chưa biết chọn dòng điện như thế nào cho hợp lý thì chọn chiều tuỳ ý và sau khi vẽ lại mạch điện, dựa vào mạch điện mới

để chỉnh lý (nếu cần).

- Viết phương trình cường độ dòng điện tại một nút nào đó theo định luật về

nút Biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ dòng điện qua mạch có

điện trở nhỏ không đáng kể với các cường độ dòng điện ở các mạch lân cận

* chú ý : Mạch điện có n nút thì viết (n-1) phương trình.

- Vẽ lại mạch điện, tính các cường độ dòng điện qua các phương trình nút

và các phương trình khác của bài toán

Trang 22

Giả sử chiều dòng điện qua các điện trở được biểu

diễn như trên hình vẽ.Ta có: I1 = I2 + Ia => Ia = I1 – I2

Điện trở của ampe kế nhỏ không đáng kể nên Ta vẽ lại mạch điện như sau:

Ta có sơ đồ mạch điện:

Rtđ = RAC + RCB + R7 = 4 + 2 + 1 = 7

Vậy cường độ dòng điện qua mạch chính và qua điện trở R5 là:

cường độ dòng điện lần lượt qua các điện trở R1 và R2 là:

; Vậy số chỉ của ampe kế là: Ia = 2 - 1,5 = 0,5A

12 6

3 1

R R

4 4

4 2

R R

R CB

A R

U I I

td

3 7

21

A R

R

R I

12 6

12 3

3 1

Trang 23

Các ampe kế có điện trở không đáng kể

Tìm cường độ dòng điện và hiệu điện thế qua hai đầu mỗi điện trở.

Đáp số: I4 = 1A; U4 = 6V; I2 = 0,6A; U2 = 6V I3 =I1 = 04 A; U1 =4V; U2 = 2V.

Trang 24

Dạng 6: Tính hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch phức tạp : Gồm các đoạn mạch nhỏ không song song, không nối tiếp và ngược lại biết hiệu

điện thế giữa hai đầu doạn mạch phức tạp Tính các đại lượng khác.

- Tìm cường độ dòng điện và chiều dòng điện trên các đoạn mạch.

- Phân đoạn mạch phức tạp thành các đoạn mạch nhỏ.

- Tìm hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch nhỏ.

* Chú ý: UAB = - UBA

Trang 25

Dạng 6: Tính hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch phức tạp : Gồm các đoạn mạch nhỏ không song song, không nối tiếp và ngược lại biết hiệu

điện thế giữa hai đầu doạn mạch phức tạp Tính các đại lượng khác.

Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ:

Với R 3 =2 R 1 Điện trở của vônkế vô cùng lớn Vônkế V 1 chỉ 10V,

vônkế V 2 chỉ 12V.Tìm hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch U AB

Giải:

Ta có chiều dòng điện qua các điện trở được

biểu diễn như trên hình vẽ.

U V     U V2 U2 U3 I2R2  I3R3

10

2 2 1 1

U V U V2 I2R2 I3R3  12

 1 2  2 1 2 1

1 2

2 1 3

U R

R

U R

R R

U

V AB

V AB V

5

7

5

7 5

1 1

2 1 3 2 1

Trang 26

Dạng 6: Tính hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch phức tạp : Gồm các đoạn mạch nhỏ không song song, không nối tiếp và ngược lại biết hiệu điện thế giữa hai đầu doạn mạch phức tạp Tính các đại lượng khác.

Bài tập 1:

Biết hiệu điện thế giữa A và D là UAD = 9V;

giữa M và B là UMB = 12V; điện trở R1 = 6; R3 = 3R2

Trang 27

Dạng 7: Tìm cách mắc các bóng đèn giống nhau vào mạch

- Tính giá trị điện trở của một đèn theo công thức:

- Cường độ dòng điện định mức của mỗi bóng đèn là

- Coi các bóng đèn được mắc thành x hàng song song, mỗi hàng gồm

y bóng đèn mắc nối tiếp (x, y  N* )

- Tính điện trở tương đương của mạch đèn

- Tính cường độ dòng điện qua cụm đèn

- Áp dụng định luật ôm tính cường độ dòng điện qua mạch chính:

rồi đặt rồi giải phương trình theo phương pháp giải phương

trình nghiệm nguyên.

* Chú ý: x.y = tổng số đèn.

dm

dm d

P

U R

2



dm

dm dm

U

I  m

m m R U

I 

Trang 28

Có một số bóng đèn 2,5V – 1,25W mắc chúng thành cụm nối tiếp với 1 điện trở R 0 = 1 Giữa hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 12V Hỏi phải mắc các bóng đèn như thế nào để chúng sáng bình thường?

Giải:

- Giá trị điện trở của một đèn là:

-Cường độ dòng điện định mức của mỗi bóng đèn là

-Coi các bóng đèn được mắc thành x hàng song song, mỗi hàng gồm y bóng đèn mắc nối tiếp

đẻ chúng sáng bình thường (x, y  N * )

-Điện trở tương đương của mạch đèn

-Cường độ dòng điện qua cụm đèn

- Áp dụng định luật ôm ta có cường độ dòng điện qua mạch chính:

Do cụm đèn mắc nối tiếp trong mạch nên I C = I mđ

hay

Do

x, y là số nguyên nên y =1,2,3,4và x=19,14,9,4.

Vậy có 4 cách mắc bóng đèn để chúng sáng bình thường:

Cách 1: 19 hàng song song, mỗi hàng có 1 bóng đèn.

5 ,

2 2 2

dm

dm d

P

U R

A U

P I

dm

5 , 2

25 , 1

R y

md

5



x I

x

I md  dm  0 , 5

y x x

y R

R

U R

U I

md

m m

m C

5 1

12

5 1

y x y x

x

5

12

24 24

5 0 5 24

0        

x

Trang 29

(II) Bài tập vận dung

Bài tập 1:

Biết hiệu điện thế nguồn giữa hai điểm MN là

U = 24V, điện trở r = 1,5

a) Hỏi giữa hai điểm A,B có thể mắc bao

nhiêu bóng đèn loại 6V – 6W để chúng sáng bình thường?

b) Nếu có 12 bóng đèn 6V- 6W thì phải mắc thế nào để chúng sáng bình thường?

Đáp số: a)16 bóng đèn.

b) Cách 1: 12 bóng mắc song song.

Cách 2: 4 dãy song song, mỗi dãy có 3 bóng đèn mắc nối tiếp.

Bài tập 2:

Để trang trí cho một quầy hàng người ta dùng các bóng đèn 3V – 4,5W mắc nối tiếp vào mạch

điện có hiệu điện thế U = 120V.

Trang 30

Dạng 8: Tìm cực trị của một đại lượng điện và các

vấn đề có liên quan.

- Chọn đối số và lập hàm số có dạng y = f(x) Dùng 1

trong 2 cách sau đây để giải.

Cách1: Sử dụng bất đẳng thức Côsi ( đối số thường là điện

trở)

Cách 2: Sử dụng điều kiện có ẩn của phương trình bậc hai

1 ẩn ( đối số thường là cường độ dòng điện)

Trang 31

Dạng 8: Tìm cực trị của một đại lượng điện và các vấn

đề có liên quan

Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ:

Tìm giá trị của biến trở để công suất tiêu thụ trên biến trở là cực đại

Tính công suất và cường độ dòng điện khi đó? Biết U= 6V, R 0 = 1,5 

Giải:

Cách 1: Sử dụng bất đẳng thức Côsi

Gọi giá trị điện trở của biến trở khi công suất tiêu thụ điện trên biến trở cực đại là R.

Vậy cường độ dòng điện qua mạch là

Do đó công suất tiêu thụ điện trên biến trở là: P = I 2 R = Pmắc khi Theo bất đẳng thức Côsi:

Vậy khi giá trị của biến trở là R = 1,5 thì công suất tiêu thụ trên biến trở là cực đại và bằng Pmắc = Vậy cường độ dòng điện trong mạch khi đó là I = 2A.

Cách 2: Sử dụng điều kiện có ẩn của PT bậc hai 1 ẩn.

Gọi cường độ dòng điện chạy trong mạch là I, Công suất tiêu thụ của biến trở là P

Ta có công suất tiêu thụ trên toàn mạch là P m = UI công suất tiêu thụ trên điện trở là P 0 = I 2 R 0 Mặt khác: P m = P 0 +P hay UI = I 2 R 0 +P

Để PT có nghiệm thì Vậy Pmắc = 6W; I = 2A và suy ra R = 1,5 

R R

U I

U P

0 2

0

R

R R R

R R

U R R

R U

6 5 , 1 4

6 4

2 0

5 ,

Trang 32

Dạng 8: Tìm cực trị của một đại lượng điện và các vấn

a) Hỏi R2 là bao nhiêu để công suất trên R2 lớn nhất

Tính công suất này

a) Hỏi R2 là bao nhiêu để công suất trên đoạn mạch AB lớn nhất Tính công suất

này.Trên R2 lớn nhất Tính công suất này

Đáp số: a) R2 = 5; P2mắc = 0,23W.

b) R2 =30; P2mắc = 14,4W

Trang 33

Dạng 9: Tìm cách mắc các bóng đèn có cùng hiệu điện

thế định mức vào hiệu điện thế lớn hơn

- Tìm số nhóm mắc nối tiếp với

suất định mức của chúng bằng công suất định mức

của nhóm

dm

nguon U

U

noitiep son

P

hom

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	433,5 KB