Giải Vật Lý 11 Bài 11. Phương pháp giải một số bài toán vẽ toàn mạch

§11. PHƯƠNG PHÁP GIẢ! MỘT số BÀI TOÁN
VỀ TOÀN MẠCH
KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG
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 (‘ễb, Tb) 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 đối với toàn mạch để tìm những đại lượng theo yêu cầu của đề bài.
CÂU HỎI VẬN DỤNG
Cl. a) Hãy cho biết cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm các điện trở mắc nốì tiếp có đặc điểm gì?
Viết công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm các điện trở R1, R2 và R3 mắc nốì tiếp.
Hiệu điện thế Ụ1, U2 và U3 tương ứng giữa hai đầu đoạn mạch gồm các điện trở R1, R2 và R3 mắc nối tiếp có mốì quan hệ như thế nào?
Hưởng dẫn
Đặc điểm của cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm các điện trở mắc nốì tiếp là có giá trị như nhau tại mọi điểm của đoạn mạch đó.
Công thức tính điện trở tương đương:
Rtd — R1 + R2 + Ra-
el Hiệu điện thế U1, u2, và u3 tương ứng giữa hai đầu các điện trở R1, R2 và R3 mắc nối tiếp có thể có các giá trị khác nhau nhưng luôn thỏa mãn:
51 = U1 = U3
Rj R2 R3
C2. a) Hãy cho biết hiệu điện thế giữa hai đầu các điện trở R1; R-2 và R3 mắc song song có đặc điểm gì?
Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính và chạy qua các mạch rẽ của một đoạn mạch gồm các điện trở R1, R2 và R3 mắc song song có mối quan hệ như thê nào?
Viết công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm các điện t.rở Ri, R2 và R3 mắc song song.
Hướng dẫn
Hiệu điện thế giữa hai đầu các điện trở R1, R2, R3 mắc song song có giá trị bằng nhau và bằng hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch mắc song song đó: u = U1 = Ư2 = U3.
Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính I và các dòng điện I, 11 I2, I3 chạy qua các mạch rẽ có mô'i quan hệ: I = 11 + I2 + I3.
Công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm các điện
^r
	1	1
R1 R2 R3
L-CZP-a-CZl—
Hình 11.1
trở Ri, R2, R3 mắc song song:	+ -- + tẬ-
R Rj R2 R3
C3. Hãy phân tích và cho biết các điện trở mạch ngoài của mạch điện có sơ đồ như hình 11.1 được mắc với nhau như thế nào? Từ đó nêu cách tính điện trở tương đương của mạch ngoài này.
Hướng dẫn
Mạch ngoài gồm có 3 điện trở R1, R2, R3 mắc nôì tiếp.
Điện trở tương đương của mạch ngoài:
Rtđ = R1 + R2 + Ra-
C4. Nhận dạng các đèn Đ1, Đ2 và biến trở Rb được mắc với nhau như thế nào ở mạch ngoài của mạch kín cho trên hình 11.2.
Hướng dẫn
Đèn Đ2 mắc nối tiếp với biến trở Rb và cả nhóm (Đ2 nt Rb) mắc song song với đèn Đ1.
C5. Trên các bóng đèn của hình 11.2 có ghi số: 12V - 6W và 6V - 4,5W.
Tính cường độ định mức 11 và I2 của dòng điện qua mỗi đèn khi các bóng đèn sáng bình thường.
Hướng dẫn
Cường độ định mức của dòng điện qua mỗi đèn:
li =	= A = 0,5A; I2 =	=— = 0,75A
u, 12	u, 6
C6. Tính điện trở R1 và R2 tương ứng của mỗi đèn (trong C5) khi chúng sáng bình thường.
Hướng dần
Điện trở R1 và R2 tương ứng của mỗi đèn:
R1 =
U? p>
122
= 24Q; R2 =
6
UỊ
P2
62
,5
C7. Viết công thức tính công suất s^ng và hiệu suất H của nguồn điện.
Hướng dẫn
Công thức tính công suất của nguồn điện: = ‘g’.!
Hiệu suất của nguồn điện: H =	- = -^-(.100%)
A "ễrit 'ẵ*
C8. Có 8 nguồn điện cùng loại ‘ẵ’ = 1,5V và r = 1Q. Mắc các nguồn này thành bộ hỗn hợp đốì xứng gồm hai dãy song song để thắp sáng bóng đèn loại 6V - 6W. Tính suất điện động ‘g’b và rb của bộ nguồn.
Hướng dẫn
Suất điện động ‘ễị, và rb của bộ nguồn:
	4r
^b = 4^=6V; rb=^=2Q.
2
C9. Viết công thức tính công suất của bộ nguồn; É?!, Ui của mỗi bộ nguồn.
Hưởng dẫn
Công thức tính công suất của bộ nguồn:	=	4*ẵ’.I
Công thức tính công suất của mỗi nguồn:	=	‘gTị.
Công thức tính hiệu điện thế hai cực mỗi nguồn: Ui = “ễi - irị. c. CÂU HỎI - BÀI TẬP
Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.3, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 6V và có điện trở trong không đáng kể.
Các điện trở R1 = R2 = 30Q, R3 = 7,5Q.
a) Tính điện trở tương đương Rn của mạch ngoài.
b) Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở mạch ngoài.
Hướng dẫn
Điện trở tương đương:
1 _ 1 , 1	1 _ n _ RrR2R3
R Rị R., R3	RjRq + R2R3 + RjR3
Vì nguồn điện có điện trở r = 0 nên hiệu điện thế mạch ngoài bằng đúng suất điện động của nguồn. Cường độ dòng điện qua các điện trở:
6
30
= 0,2A;
Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.4, trong đó các acquy có suất điện động *gi = 12V; 6% = 6V và có điện trở trong không đáng kể.
R1
Hình 11.4
Các điện trở R1 = 4Q; R2 = 8Q.
Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch
Tính công suất tiêu thụ của mỗi điện trở.
Tính công suất của mỗi acquy và năng lượng mà mỗi acquy cung cap hay tiêu thụ trong 5 phút.
Hướng dẫn
a) Cường độ dòng điện chạy trong mạch:
I = 2? 2 R.J + R2
Công suất tiêu thụ của mỗi điện trở:
= R1I2 = 4.1,52 = 9W;
= R2I2 = 8.1,52 = 18W
Công suất của mỗi acquy:
^nl = ‘g’J2 = 12.1,5 = 18W;
R12 =	= 6.1,5 = 9W
Năng lượng mà mỗi acquy cung cấp trong 5 phút:
A1 = s»nlt = 18.5.60 = 5400J;
A2 = £>n2t = 9.5.60 = 2700J.
- MA
4 + 8
Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.5, trong đó nguồn điện có suất diện động 7? = 12V và điện trở trong r = 1,1Q; điện trở R1 = 0,10.
Điện trở X phải có bao nhiêu để công suất tiểu thụ của mạch ngoài là lớn nhất?
Điện trở X phải có trị sô' là bao nhiêu để công suất tiêu thụ ở điện trở này là lớn nhất? Tính công suất lớn nhất đó.
Hướng dẫn
Cường độ dòng điện: I = ———
RN + r
(RN+r)2
Công suất tiêu thụ của mạch ngoài: = I2RN =
Hay £>n = I2Rn = --
(Rn + r)
cực đại khi = ỰĨỤ => Rn = R + X = r => X = r - R = 1Q. Vkn
b) Cường độ dòng điện:
Ị _ g _	12
R + x + r " 0,1+ X + 1,1
Công suất tiêu thụ ở điện trở X là:
_ t2 (12)2
^>x = I2X ==	*	■ 2 .X =
' (1,2 + x)2
12
1,2 + x
(12)2
1,2 , /-? -7= + ^x Vx J
Công suất tiêu thụ ở điện trở ^x
\	„	(1,2 rì	.
X nhỏ nhất. Mà -p + Vx nhỏ nhất khi
J	kvx J
(12)2
1,2 , /-■ -7=-- + Vx Vx
1,2 _ Vx
— lớn nhất khi
Điện trở X là: Rx = 1,2Q
Công suất lớn nhất trên X là:
(12)2
(1,2 +1,2)2
.1,2 = 30W.