Giải bài tập Vật lý 11 Bài 11: Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch
§11. PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT số BÀI TOÁN VỀ TOÀN MẠCH A/ KlỂN THỨC Cơ BẢN Những lưu ý trong phương pháp giải. Toàn mạch là mạch điện gồm một nguồn điện (r) hoặc gồm nhiều nguồn điện ghép thành bộ nguồn (í?b, rb) và mạch ngoài gồm các điện trở. Cần nhận dạng loại bộ nguồn để áp dụng công thức tương ứng tính suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn. Tính điện trở tương đương của mạch ngoài. Áp dụng định luật Ôm đô'i với toàn mạch để tìm những đại lượng theo yêu cầu của đề bài. B/ CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Cj. a) Hãy cho biêt cường độ đòng điện chạy qua đoạn mạch gồm các điện trở mắc nô’i tiếp có đặc điếm gì. Viết công thức tính điện trở tương đương cùa đoạn mạch gồm các điện trớ Ri, R2 và R3 mắc nối tiếp. Hiệu điện thế Ui, Ư2 và u3 giữa hai đầu các điện trớ Ri, Ra và R3 mắc nô'i tiếp có mô’i quan hệ như thê nào? C2. a) Hãy cho biết hiệu điện thê giữa hai đầu các điện trở Ri. R2 và R3 mắc song song có đặc điếm gì. b) Cường độ dòng diện I chạy qua mạch chính và II, I2, I3 chạy qua các mạch rẽ của một đoạn mạch gồm các điện trở Ri. R2 và R3 mắc song song có môi quan hệ như thế nào? R3 mác song song. c3. Hãy phân tích và cho biết các điện trớ mạch ngoài của mạch điện có sơ đồ như hình bên được mắc với nhau như thế nào. Từ đó nêu cách tính điện trở tương đương của mạch ngoài này. Ri R2 R3 Ri c„ Nhận dạng các đèn Đi. Đ2 và biến trớ Rì, dược mắc với nhau như thế nào ớ mạch ngoài của mạch điện kín đã cho. + Đ, c) Viết công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm các điện trở R], R2 và C5. Tính cường độ định mức li, I2 của dòng điện chạy qua mỗi đèn khi các đèn sáng bình thường. Cc. Tính điện trở Ri và R2 tương ứng của các đèn khi sáng bình thường. C7. Viêt công thức tính công suất P„B và hiệu suất H của nguồn điện. c8. Tính suất điện động Eb và n> của bộ nguồn như đề bài đã cho. C9. Viết công thức tính Pb, Pi và Ui theo như đề bài dã nêu. Hướng dẩn giải Ci. a) Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm các điện trở mắc nốì tiếp có đặc điểm là: Ij = I2 = ... = In b) Công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm Ri, R2, R3 mắc nối tiếp: R = Rị + R2 + R3. Môi quan hệ giữa các hiệu điện thế là: u = Ui + u2 + u3.' c2. a) Hiệu điện thế giữa hai đầu các điện trở Rj, R2, R3 mắc song song có đặc điểm là: Ui = u2 = u3 1 = 1/4-12 + 13 Công thức tính điện trở tương đương: _1_2_ + _L +J_ R R, R2 R3 Hình 11.1 Bài tập 1. (Hình 11.1) Điện trở mạch ngoài: RN — Rị + R2 + R3 = 5 + 10 + 3 = 18(0) <r r + RN Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: —= 0,3 (A) = I, = I2 = I3 2 + 18 Hình 11.2 Hiệu điện thế mạch ngoài: UN = Rn.I = 18.0,3 = 5,4 (V) c) Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở Ri U, = R1.I1 = 5.0,3 = 1,5 (V) Bài tập 2. (Hình 11.2) a) (Rb mắc nôi tiếp Đ2) song song Đp Xét đoạn mạch AB chứa nguồn ( (9, r) I ^-Uạb r Để đèn sáng bình thường thì Uab = 12(V) = UN ! _ 12,5 -12 0,4 = 1,25 (A). Cường độ dòng điện định mức của hai đèn. - Công suất của bóng đèn: PĐ = Rđ.I2 = 6.0,752 = 3,375 (W) c) Công suất của bộ nguồn: pb = Jb-I = 6.0,75 = 4,5 (W) Công suất của mỗi nguồn. ■ Pị = ậ- = = 0,5625 (W). 8 8 £ L dnij đnij dm. 12 4,5 đm2 u. = 0,5 (A) = 0,75 (A) Vậy cường độ dòng điện qua đèn bằng cường độ định mức nên sáng bình thường. b) Công suất của nguồn: p = Sỉ = 12,5.1,25 = 15,625(W) Hiệu suất của nguồn: 12 12,5 .100% = 96% 3. Bài tập 3.(Hình 11.3) Vẽ sơ đồ mạch điện như hình 11.3 Suất điện động của bộ nguồn. ih = m#=4.ễ' = 4.1,5 = 6 (V) Điện trở trong của bộ nguồn: mr 4.r = 2r = 2.1 = 2 (Q) Điện trở của bóng đèn. 36 ui R— ilin = 6 (Q) Cường độ dòng điện qua đèn: rb + = 0,75 (A) Cường độ dòng điện qua mỗi nguồn: Ij = 0,75 2 2 Hiệu điện thế hai cực mỗi nguồn. Ui = rlj = 1,5 - 1.0,375 = 1,125 (V) = 0,375 (A) c/ CÂU HỎI VÀ BÁI TẬP SAU BÀI HỌC Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.4, trong đó nguồn điện có suất điện động 4= 6V và có điện trở trong không đáng kể. Các điện trở Ri = R2 = 3012; R3 = 7,512. Tính điện trở tương đương Rn của mạch ngoài. Tính cường độ dòng điện chạy qua mồi điện trở mạch ngoài. Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.5, trong đó các acquy có suất điện động là ỉĩ\ = 12V; (?2 = 6V và có điện trở trong không đáng kể. Các điện trở Ri = 412; R2 = 812. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch. Ri Tính cóng suâ't tiêu thụ điện cúa mồi điện trở. Ẽ2 Hình 11.5 suất điện động = 12V và Tính công suât của mỗi acquy và năng lượng mà mỗi acquy cung cấp trong 5 phút. Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.6, trong đó nguồn điện có điện trở trong r = 1,112; điện trở R = 0,112. Điện trở X phải có trị số là bao nhiêu để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là lổn nhâ"t? / _ z Điện trở X phái có trị sô là bao nhiêu đê công suất tiêu thụ ở điện trở này là lớn nhất? Tính công suất lớn nhâ't dó. Hình 11.6 Hướng dẩn giải Sơ đồ mạch điện hình 11.4 => Rn = 5 (Q). b) Hiệu điện thế mạch ngoài: UN - <F- ri = S- 6(V) = Ui = u2 = u3 = Un Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở: Il = l2=ặ.= ẳ=0’2(A) 7,5 = 0,8 (A) Suât điện động của bộ nguồn. Jb = ^! + = 12 + 6 = = 18 (V) Điện trở trong của bộ nguồn. rb = n + r2 = 0 Điện trở tương đương mạch ngoài. R\ = Rị + R2 = 4 + 8 = 12 (Q) a) Cường độ dòng điện chạy trong mạch Ri R2 rb + Rđ 18 = n = 1,5 (A) = I, = I2. Công suất tiêu thụ điện của mỗi điện trở. ./i = R,.If = 4.1,52 = 9 (W) A = R2.I2 = 8.1,52 = 18 (W) Công suất của mỗi acquy ;^ngl = <Ti.I = 12.1,5 = 18 (W) ■Ag2 = <r2.I = 6.1,5 = 9 (W) Năng lượng mỗi nguồn cung.cấp: Angi = Pngi X t = 18 .5.60 = 5400 (J) A„g2 = Png2 X t = 9.5.60 = 2700 (J) a) Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài: - I Hình 11.5 Pn = RN.I- = Rn- 144 (r + RN)2 = R\ (1,1+rn) R„.144 Rn.144 _ 144 1,21 + R2. + 2,2Rn 1^21 + Rn + 22 Rn . 1,21 „ . „ ZT— Áp dụng bất đẳng thức Côsi: — + Rn > 2. 71,21 = 2,2 = 2,2 Rn PNmax khi |^ + Rb