Giải bài tập Vật lý 9 Bài 11: Bài tập vận dụng định luật Ôm và công thức tính điện trở của dây dẫn
BÀI TẬP VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT ÙM VÀ CÙNG THỨC TÍNH ĐIỆN TRỜ CỦA DÃY DÁN A. KIẾN THÚC TRỌNG TÂM 1. Hệ thức định luật Ôm : I = ^. R 2. 3. 4. Đoạn mạch nối tiếp : Với đoạn mạch gồm Rj nối tiếp R2 ta có : I = I,=I2;U=U, + U2;RM = R1+R2; u2 K2 Đoạn mạch song song : Với đoạn mạch gồm Rj song song R2 ta có : I2 R1 Công thức tính điện trở của dây dẫn : R = p . s Lưii ý : Đèn sáng bình thường khi hiệu điện thế hoặc cường độ dòng điện sử dụng của đèn bằng các giá trị định mức ghi trên đèn. Với những bài toán yêu cầu vẽ sơ đồ mạch điện để đèn sáng bình thường, cần lưu ý đến các giá trị định mức của đèn. Nếu các đèn khác nhau nhưng có hiệu điện thế định mức bằng nhàu, có thể mắc các đèn song song với nhau. Nếu các đèn khác nhau nhưng có cường độ dòng điện định mức bằng nhau, có thể mắc các đèn nối tiếp với nhau. Nếu các đèn có hiệu điện thê' và cường độ dòng điện định mức khác nhau thì đèn nào có cường độ dòng điện định mức lớn hơn sẽ mắc ở mạch chính, đèn nào có cường độ'dòng điện định mức nhỏ hơn sẽ mắc ở mạch rẽ. B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK VÀ GIẢI BÀI TẬP TRONG SGK, SBT = 110 Q. Bài 1. Điện trở của dây dẫn : R = p4 = s 0,3.10-6 u 220 Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn : I = ^- = = 2 A. „ 9 u 12 Bài 2. a) Điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp : R = — = = 20 Q. Biến trở có trị số R2 = R - Rj = 20 - 7,5 = 12,5 íỉ . b) Chiều dài của dây dẫn làm biến trở là : l = RkS 30.10’ 0,4.10 -6 = 75m. Cách giải khác cho câu a) : Hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn : U] = IRị = 0,6.7,5 = 4,5 V. Hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở : u2 = u - Uj = 12 - 4,5 - 7,5 V. Ut 7 5 I 0,6 600.900 Bài 3. a) Vì R, // R, => R„ = _ 1 12 Rj+R2 600 + 900 = 360 Q. Điện trở của dây nối là : Rd - p~ = ỉ l,7.10_s.200 0,2.10’ = 17 Q. Vì R,2 nt Rd =>Rmn = Rh + R,9 = 17 + 360 = 377 Q. LMN 12 b) Cường độ dòng điện ở mạch chính : I = Hiệu điện thế đặt vào hai đầu mỗi đèn : MN MN 220 377 A. Điện trở của biến trở : ÍL = —— = = 12,5 fì. Uj = ù2 = u12 = IR12 = ||ệ.360 «210V Cách giải khác cho câu b) : Vì R12 nt Rd U12 _ R12 Uh R, 360 17 360 ud + U12 17 + 360 U12 « 210 V. . , u 12 , _ _ a) Điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp là : R = -ỹ- = = 15 Q. Giá trị của R3 là : R3 = R - Rj - R2 = 15 - 7,5 - 4,5 = 3 n. b) Tiết diện của dây dẫn là : s = = 1’1-10~6-0’8 ~ 0,29.10~6m2 = 0,29mm2 R7 3 11.2. a) Sơ đồ của mạch điện như hình 11.1. Điện trở tương đương của đoạn mạch song song là : 8.12 R K12 - Rị + Rọ 8 + 12 = 4,8 Hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở : Ub = U-U1 = 9- 6 = 3V u. Điện trở của biến trở : —- = Rv u, R R, 12 UbRl u, Đ| 1— Ã ị 1 B -Ti £ Hình 11.1 3.4,8 b) Điện trở lớn nhất của biến trở : Rbmax = _ ^bmax _ 50 = 15 G bmax Tiết diện của dây dẫn : s = —H— = P»4.10—-2_ ~ 0,053.10 6 m2. Rbmax 15 Đường kính tiết diện : d = = J—' « 0,26.10 3 m = 0,26mm & V 71 V 3,14 ♦ 11.3. a) Trước khi ve sơ đồ mạch điện cần tính cường độ dòng điện định mức của các đèn : Đ2 I, = Hl = 4 = 1,2 A và I2 = Hl = I = 1A. - ' 2 R2 3 • Rị 5 Vì I] > I2 nên Đ] mắc ở mạch chính ; Đ2 và biến trở mắc ở mạch rẽ. Sơ đồ của mạch điện như hình 11.2. D, R —o—* Hình 11.2 b) Ta có : Ib = I, - I2 = 1,2 - 1 = 0,2 A. Un 3 Điện trở của biến trở khi đó là : Rb = —2- = 0,2 c) Chiều dài của dây dẫn làm biến trở : ì-6 , Rbmaxs _ 25.0,2.10 ~ l = bmax = — « 4,545 m 1,1.10’ 11.4. a) Khi Đ nt BTthì ub = u - UĐ = 12 - 6 = 6 V. Điện trở của biến trở khi đó là : Rh = 4^- = ~ 6 =8 0. b IĐ 0,75 b) Đèn được mắc song song với phần Rj của biến trở và đoạn mạch song song này được mắc nối tiếp với phần còn lại (16 - Rị) của biến trở. Vì đèn sáng bình thường nên UĐ = UR1 = 6 V. Hiệu điện thế ở hai đầu phần còn lại của biến trở là : uc = u - UĐ = 12 - 6 = 6 V. u, Mặt khác : -77= = UĐ RđRị Rđ + Rị Trong đó : RĐ - 4^- = 6 c _ 16 R, =6 =1 16_R] = RđR, Rđ + Rj 0,75 = 8 Q. Thay số ta được : R! —11,30. 11.6. D. 11.5. D. R, 1,5 Rn a) Khi các đèn ĐjVầ Đ2 sáng bình thường thì dòng điện chạy qua các đèn có cường độ tương ứng là : Ij = 4-2 = 44 = 1 A ; I2 = 4^- = 4 = 0,75 A. Vì (Đ2 // BT) nt Đ) nên dòng điện chạy qua biến trở có cường độ là : Ib = Ix _ I2 = 1 -0,75 = 0,25 A Điện trở của biến trở khi đó là : Rh = -4=. = —4— = 24 . b Ib 0,25 b) Tiết diện của dây nikêlin là : s = 334.(0 S.ỊQ-y , 4 4 40 Q. -Z 0,4.10’6.19,64 Điện trở lớn nhất của biến trở là : Rm,v - p — = ————— max s 19,625.10-8 Phần điện trở của biến trở có dòng điện chạy qua chiếm số phần trăm (%) so Ru 24 với điện trở lớn nhất của biến trở : n = _■ b = —ị = 60%. Rmax 40 a) Sơ đồ mạch điện như hình 11.3. Vì Rj // R2 => R12 = 3lR2 = “ẳr = 4,8 Q 1 2 12 R,+R2 8 + 12 VÌR12nt BT=> ub = u - u12 = 9 - 6 = 3 V. Mặt khác : -^ = -^4-=>-^ = j=>Rb = 2,4Q U12 R12 4,8 6 b Biến trở khi đó có giá trị 2,4 Q. b) Độ dài tổng cộng của dây quấn biến trở là , Rbmaxs 15.2,4.0,8.1Q-6 - p 1,1.10"6 11.11. a) Cường độ dòng điện định mức của các đèn là : u I, = R, = ị = 1,5 A ; I2 = ^3- = - = 1 A ; L = ^2. = Ậ = 0,5 A. R, Rq 12 + lv2 u *':? Ta thấy : Ij = I2 + I3 => Đj mắc ở mạch chính, Đ2 và Đ3 mắc ở mạch rẽ. Khi đó : Uj + ũ23 = 3 + 6 = 9 V = u. Như vậy để các đèn đều sáng bình thường có thể mắc các đèn theo sơ đồ hình 11.4. b) Tiết diện của dây manganin là : Đ3 c _ p/ _ 0,43.10 .8 O — — Rq 12 0,287.10-6 m2 =0,287mnr Hình 11.4 c. BÀI TẬP BỔ SUNG lla. Người ta cần mắc ba bóng đèn có hiệu điện thế định mức bằng nhau là 220 V và hai công tắc vào mạng điện gia đình có hiệu điện thế 220 V. Vì mắc bị sai nên khi chỉ đóng công tắc Kj thì cả ba đèn đều sáng yếu, chỉ đóng công tắc K2 thì một đèn sáng còn hai đèn không sáng, đóng đồng thời cả hai công tắc thì h; 'ịn tượng cũng giống như khi đóng công tắc K2. Hãy vẽ sơ đồ mạch điện này. llb. Một bóng đèn Đ khi sáng bình thường có điện trở R) = 8 Í2 và dòng điện chạy qua đèn khi đó có cường độ là 1 A. Mắc đèn cùng với một điện trở R2 = 12 Q chỉ chịu được cường độ dòng điện tối đa là 1,2 A và một biến trở con chạy có ghi 30 £2 - 2 A vào một đoạn mạch có hiệu điện thế không đổi u = 24 V. Hãy vẽ các sơ đồ mạch điện để đèn có thể sáng bình thường. Tính điện trở của biến trở trong mỗi sơ đồ mạch điện ở câu a. Biến trở được quấn bằng dây hợp kim nikêlin có điện trở suất 0,40.10-6 Q.m dài 9 m. Tính bán kính tiết diện của dây nikêlin.