Cách tính đèn sáng như thế nào
|
§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)
Một bóng đèn có hệ số nhiệt điện trở của dây tóc là 4 , 5 . 10 - 4 K - 1 . Khi đèn sáng bình thường thì điện trở của dây tóc đèn là 1,2Ω. Ở nhiệt độ 20oC thì điện trở của dây tóc đèn là 0,72Ω. Nhiệt độ của dây tóc đèn khi đèn sáng bình thường xấp xỉ bằng A. 1480oC B. 1520oC C. 1500oC D. 750oC 13:40:0913/10/2019 Bài viết này sẽ hệ thống các phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch trong đó mạch điện có thể chỉ gồm một nguồn cùng các điện trở mắc nối tiếp, điện trở mắc nối tiếp bóng đèn, song song bóng đèn hay mạch gồm nhiều nguồn mắc hỗn hợp đối xứng,... I. Những lưu ý trong phương pháp giải toán toàn mạch 1. Toàn mạch là mạch điện gồm một nguồn điện có suất điện động ξ và điện trở trong r, hoặc gồm nhiều nguồn điện được ghép thành bộ nguồn có suất điện động ξb, 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 điện trở trong của bộ nguồn. 2. 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 dây tóc) 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. 3. 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 bài toán yêu cầu. 4. Các công thức cần sử dụng:
 II. Bài tập ví dụ một số dạng toán toàn mạch * Bài tập 1: Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 6 V và có điện trở trong r = 2Ω, các điện trở R1= 5Ω, R2 = 10Ω và R3= 3 Ω. b) Tính cường độ dòng điện I chạy qua nguồn điện và hiệu điện thế mạch ngoài U. c) Tính hiệu điện thế U1 giữa hai đầu điện trở R1. ° Hướng dẫn giải: - Mạch gồm 3 điện trở mắc nối tiếp (R1 nối tiếp R2 nối tiếp R3). a) Điện trở mạch ngoài là: RN = R1 + R2 + R3 = 5 + 10 + 3 = 18 (Ω). b) Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, ta có: - Cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện là:
⇒ Hiệu điện thế mạch ngoài là: U = I.RN = 0,3.18 = 5,4 (V). c) Áp dụng định luật Ôm, hiệu điện thế giữa 2 đầu điện trở R1 là: U1 = I.R1 = 0,3.5 = 1,5 (V). * Bài tập 2: Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 12,5 V và có điện trở trong r = 0,4 Ω; bóng đèn Đ1 có ghi số 12V – 6W ; bóng đèn Đ2 loại 6 V – 4,5 W; Rb là một biến trở. a) Chứng tỏ rằng khi điều chỉnh biến trở Rb có trị số là 8 Ω thì các đèn Đ1 và Đ2 sáng bình thường. b) Tính công suất Png và hiệu suất H của nguồn điện khi đó. ° Hướng dẫn giải: - Mạch gồm Đ1 song song (Rb nối tiếp Đ2) hay viết gọn Đ1//(Rb nt Đ2). a) Điện trở của mỗi đèn là: - Khi Rb = 8(Ω) thì ta có: R2b = R2 + Rb = 8 + 8 = 16(Ω) ⇒ Điện trở tương đương của mạch khi đó là:
⇒ Hiệu điện thế mạch ngoài là: UN = I.RN = 1,25.9,6 = 12 (V). ⇒ Cường độ dòng điện trong mạch chính là: - Cường độ dòng điện trong mỗi nhánh là: - Cường độ dòng điện qua mỗi đèn là: IĐ1 = I1 = 0,5 (A). IĐ2 = I2b = 0,75 (A). - Cường độ dòng điện định mức qua mỗi đèn là: - Như vậy ta thấy khi Rb = 8(Ω) thì cường độ dòng thực tế qua mỗi bóng đèn bằng với cường độ định mức của mỗi bóng, do đó các đèn sáng bình thường. b) Công suất của nguồn điện khi đó là Png = ξ.I = 12,5.1,25 = 15,625 (W). ⇒ Hiệu suất là H = (Un/ξ).100% = (12/12,5).100% = 0,96.100% = 96%. * Bài tập 3: Có tám nguồn điện cùng loại với cùng suất điện động E = 1,5 V và điện trở trong r = 1 Ω. Mắc các nguồn này thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm hai dãy song song để thắp sáng bóng đèn loại 6V – 6W. Coi rằng bóng đèn có điện trở như khi sáng bình thường. a) Vẽ sơ đồ mạch điện kín gồm bộ nguồn và bóng đèn mạch ngoài. b) Tính cường độ I của dòng điện thực sự chạy qua bóng đèn và công suất điện P của bóng đèn khi đó. c) Tính công suất Pb của bộ nguồn, công suất Pi của mỗi nguồn trong bộ nguồn và hiệu điện thế Ui giữa hai cực của mỗi nguồn đó. ° Hướng dẫn giải: a) Vẽ sơ đồ mạch điện gồm hai dãy mắc song song, mỗi dãy gồm có 4 nguồn điện mắc nối tiếp như sau: - Điện trở trong của bộ nguồn điện là: - Điện trở của bóng đèn là: - Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, ta có cường độ dòng điện chạy qua đèn là:
- Công suất của bóng đèn là: P = I2.R = (0,75)2.6 = 3,375 (W). c) Công suất của bộ nguồn là: Png = ξ.I = 6.0,75 = 4,5 (W); - Do các nguồn giống nhau nên công suất của mỗi nguồn là: Pi = Png/8 = 4,5/8 = 0,5625 (W); - Cường độ dòng điện qua mỗi nguồn là: Ii = I/2 = 0,75/2 = 0,375(A). ⇒ Hiệu điện thế Ui giữa hai cực của mỗi nguồn: Ui = ξ - I.r = 1,5 – 0,375.1 = 1,125 (V). III. Một số Bài tập vận dụng phương pháp giải bài toán toàn mạch * Bài 1 trang 62 SGK Vật Lý 11: 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 = 30Ω, R3 = 7,5Ω: b)Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở mạch ngoài. ° Lời giải bài 1 trang 62 SGK Vật Lý 11: a) Các điện trở mạch ngoài được mắc song song nhau(R1//R2//R3) , ta có:
b) Do nguồn điện có điện trở trong không đáng kể và 3 điện trở mắc sóng song nên hiệu điện thế hai đầu nguồn điện và mỗi điện trở là: U1 = U2 = U3 = U = ξ = 6V. ⇒ Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở:
- Kết luận: a) RN = 5Ω; I1 = 0,2A; b) I2 = 0,2A; I3 = 0,8A; * Bài 2 trang 62 SGK Vật Lý 11: Cho mạch điện có sơ đồ như hình dưới, trong đó các ắc quy có suất điện động ξ1 = 12V; ξ2 = 6V và có điện trở không đáng kể. Các điện trở R1 = 4Ω; R2 = 8Ω b) tính công suất tiêu thụ điện của mỗi điện trở. c) Tính công suất của mỗi ắc quy và năng lượng mà mỗi ắc quy cung cấp trong 5 phút. ° Lời giải bài 2 trang 62 SGK Vật Lý 11: a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch. - Do 2 nguồn điện mắc nối tiếp nên suất điện động của bộ nguồn ghép nối tiếp: ξb = ξ1 + ξ2 = 12 + 6 = 18 (V). - Ta cũng thấy 2 điển trở R1 và R2 được mắc nối tiếp nên điện trở tương đương của mạch ngoài gồm hai điện trở mắc nối tiếp là: RN = R1 + R2 = 4 + 8 = 12(Ω). - Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, ta có:
b) Vì 2 điện trở ghép nối tiếp với nguồn nên I1 = I2 = I = 1,5A ⇒ Công suất tiêu thụ của mỗi điện trở R1, R2 tương ứng là: P1 = R1. I12 = 4. 1,52 = 9(W); P2 = R2 .I22 = 8. 1,52 = 18(W); c) Công suất của mỗi ắc quy cung cấp : Png(1) = ξ1.I = 12.1,5 = 18(W) Png(2) = ξ2.I = 6.1,5 = 9(W) - Năng lượng mỗi ắc quy cung cấp trong 5 phút: Wng(1) = Png(1).t = 18.5.60 = 5400J Wng(2) = Png(2).t = 9.5.60 = 2700J - Kết luận: a) I = 1,5A; b) P1 = 9W; P2 = 18W; c) Png(1) = 18W; Png(2) = 9W; Wng(1) = 5400J; Wng(2) = 2700J. * Bài 3 trang 62 SGK Vật Lý 11: Cho mạch điện có sơ đồ như hình dưới. trong đó nguồn điện có suất điện động E = 12V và điện trở trong r = 1,1Ω; điện trở R = 0,1Ω. b) 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. ° Lời giải bài 3 trang 62 SGK Vật Lý 11: a) Tính điện trở x để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là lớn nhất. - Mạch ngoài gồm điện trở R mắc nối tiếp với điển trở x, nên ta có điện trở tương đương là: RN = R + x = (0,1 + x) (Ω). - Cường độ dòng điện trong mạch: - Công suất tiêu mạch ngoài là:
- Như vậy, để công suất P lớn nhất (Pmax) thì mẫu số phải là nhỏ nhất (min), tức là:
- Áp dụng bất đẳng thức Cô-si cho 2 số dương Dấu "=" xảy ra khi - Khi đó, giá trị cực đại của công suất mạch ngoài là: b) Công suất tiêu thụ trên điện trở x:
- Để công suất Px đạt giá trị lớn nhất thì mẫu thức phải nhỏ nhất, tức là: - Áp dụng đẳng thức Cô-si cho hai số dương Dấu "=" xảy ra khi, - Khi đó, giá trị công suất lớn nhất là: |
