SGK Vật Lí 11 - Bài 11. Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch
Phương pháp giải một số 8 8 BÀI TOÁN VỂ TOÀN MACH - NHỮNG LƯU Ý TRONG PHƯƠNG PHÁP GIẢI Toàn mạch là mạch điện gồm một nguồn điện có suất điện động và điện trở trong r, hoặc gồm nhiều nguồn điện được ghép thành bộ nguồn có suất điện động <?b, điện trở trong rb và mạch ngoài gồm các điện trở. Cần phải nhận dạng loại bộ nguồn và áp dụng công thức tương ứng để tính suất điện động và diện trở trong của bộ nguồn. Mạch ngoài của toàn mạch có thể là các điện trở hoặc các vật dẫn được coi như các điện trở (ví dụ như các bóng đèn với dây tóc nóng sáng) nối liền hai cực của nguồn điện. Cần phải nhận dạng và phân tích xem các điện trở này được mắc với nhau như thế nào (nối tiếp hay song song). Từ đó áp dụng định luật Ôm đối với từng loại đoạn mạch tương ứng cũng như tính điện trở tương đương của mỗi đoạn mạch và của mạch ngoài. HI ; KS Áp dụng định luật Ôm đối với toàn mạch để tính cường độ dòng điện mạch chính, suất điện động của nguồn điện hay của bộ nguồn, hiệu điện thế mạch ngoài, công và công suất của nguồn điện, điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch,... mà đề bài yêu cầu. Các công thức cần sử dụng : I = Ạ— ; r= /(/?N +/•); u = /7?n = S’- lr ; «N+r HI a) Hãy cho biết cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm các điện trở mắc nối tiếp có đặc điểm gì. Việt công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm các điện trở Ry, R2 và R3 mắc nối tiếp. Hiệu điện thế Uy, u2 và Ư3 giữa hai đầu các điện trở Ry, R2 và R3 mắc nối tiếp có mối quan hệ như thế nào ? E3 a) Hãy cho biết hiệu điện thế giữa hai đầu các điện trở Ry, R2 và R3 mắc song song có đặc điểm gì. Cường độ dòng điện I chạy qua mạch chính và ly, I2,I3 chạy qua các mạch rẽ của một đoạn mạch gồm các điện trở Ry, R2, R3 mắc song song có mối quan hệ như thế nào ? Viết công thức tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm các điện trở Ry, R2 và R3 mắc song song. Âng = ; ^ng = S/; A = Ulr, UI. - BÀI TẬP Ví DỤ ^1 R2 R3 *—I—h—r—t—I— Hình 11.1 Hãy phân tích và cho biết các điện trở mạch ngoài của mạch điện có sơ đổ như Hình 11.1 được mắc với nhau như thế nào. Từ đó nêu cách tính điện trở tương đương của mạch ngoài này. Hình 11.2 BE Nhận dạng các đèn Đp ỡ2 .và biến trở Rb được mắc với nhau như thế nào ở mạch ngoài của mạch điện kín đã cho. Bài tập 1 Một mạch điện có sơ đồ như Hình 11.1, trong đó nguồn điện có suất điện động = 6 V và có điện trở trong Í' = 2O, các điện trở 7?J = 5 Q, R2 = 10 n và /?3 = 3 Q. Tính điện trở /?N của mạch ngoài. Tính cường độ dòng điện I chạy qua nguồn điện và hiệu điện thế mạch ngoài u. Tính hiệu điện thế í/j giữa hai đầu điện trở Rị.. Hướng dẫn giải BE Điện trở mạch ngoài là /?N = 18 Q. Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, tính được dòng điện mạch chính chạy qua nguồn điện là/ = 0,3A. ’ Từ đó tính được hiệu điện thế mạch ngoài là C/ = 5,4V. Áp dụng định luật Ôm, tính được là Uị = 1,5 V. Bài tập 2 Một mạch điện có sơ đổ như Hình 11.2, trong đó nguồn điện có suất điện động <?= 12,5 V và có điện trở trong r = 0,4 Q ; bóng đèn Đj có ghi số 12 V - 6 w ; bóng đèn Đ-, loại 6 V - 4,5 w ; 7?b là một biến trở. Chứng tỏ rằng khi điều chỉnh biến trở 7?b có trị số là 8 Q thì các đèn Dị và D2 sáng bình thường. Tính công suất 3? và hiệu suất H của nguồn điện khi đó. Hướng dẫn giải a) Hĩ Đê các đèn sáng bình thường thì hiệu điện thế mạch ngoài phải là u = 12 V. Áp dụng định luật Ôm, ta tìm được dòng điện chạy qua nguồn điện có cường độ I = 1,25 A. PC ; E? Từ đó suy ra dòng điện chạy qua mỗi đèn có cường độ đúng bằng cường độ định mức /] = 0,5 A; /2 = 0,75 A. Vậy các đèn sáng bình thường, b) Công suất của nguồn điện khi đó là = 15,625 w. Hiệu suất là H = 0,96 = 96%. Bài tập 3 Có tám nguồn điện cùng loại với cùng suất điện động ‘ỹ = 1,5 V và điện trở ưong r = 1 Q. Mắc các nguồn này thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm hai dãy song song để thắp sáng bóng đèn loại 6 V - 6 w. Coi rằng bóng đèn có điện trở như khi sáng bình thường. Vẽ sơ đồ mạch điện kín gồm bộ nguồn và bóng đèn mạch ngoài. Tính cường độ I của dòng điện thực sự chạy qua bóng đèn và công suất điện C^của bóng đèn khi đó. Tính công suất của bộ nguồn, công suất 34 của mỗi nguồn trong bộ nguồn và hiệu điện thế Uị giữa hai cực của mỗi nguồn đó. Hướng dẫn giải Vẽ sơ đồ mạch điện như đề bài yêu cầu. B? Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, ta tính được : ỉ = 0,75 A ; ^ = 3,375 w. c) Áp dụng các công thức phù hợp, tính được : = 4,5 w ; cc Tính cường độ định mức lị, I2 của dòng điện chạy qua mỗi đèn khi các đèn sáng bình thường. pp Tính điện trở R1 và R2 tương ứng của các đèn khi sáng bình thường. Viết công thức tính công suấtT^g và hiệu suất /7 của nguồn điện. PC Tính suất điện động eb và rb của bộ nguồn như đề bài đã cho. Viết các công thức tính .^b, 3? và Ưị theo như đề bài đã nêu. 9? = 0,5625 w ; Uị = 1,125 V. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ì ^2 Hình 11.4 Cho mạch điện có sơ đồ như Hình 11.3, trong đó nguồn điện có suất điện động F = 6 V và có diện trở trong không đáng kể. Các điện trở R, = R2 = 30 Q ; Rg = 7,5 Q. Tính điện trơ tương đương RN của mạch ngoài. Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện Cho mạch điện có sơ đó nhu Hình 11.4, trong đó các acquy có suất điện động = 12 V ; = 6 V và có điện trở trong không đáng kể. Các điện trở R1 = 4 Q ; R2 = 8 Q. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch. Tính công suất tiêu thụ điện của mỗi điện trở. Tính công suất của mỗi acquy và năng lượng mà mỗi acquy cung cấp trong 5 phút. 3*. Cho mạch điện có so đồ như Hình 11.5, trong đó nguồn điện có suất điện động ¥= 12 V và điện trở trong r = 1,1 Q ; điện trở R = 0,1 Q. Điện trở X phải có trị sô' là bao nhiêu để cóng suất tiêu thụ ở mạch ngoài là lớn nhất ? Điện trở X phải có trị số là bao nhiêu để công suất tiêu thụ ở điện trở này là lớn nhất ? Tính công suất lớn nhất đó. Hình 11.5