Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu biên soạn chuyên bồi dưỡng học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh trong nhiều năm qua Tài liệu gồm nhiều chuyên đề bồi dưỡng môn Vật lí lớp 9 như: Vẽ lại mạch điện Vận dụng định luật ôm Mạch cầu Cầu nối tắt Công suất điện Điện Nhiệt Định mức bộ đèn...
Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Mục lục Mục lục Chủ đề 1: Vẽ lại mạch điện(Mạch điện tương đương) I Lý thuyết: II Phương pháp: III Bài tập: Chủ đề 2: Tính điện trở tương đương I Lý thuyết: II Bài tập : Chủ đề 3: BT vận dụng ĐL Ôm: I Lý thuyết: II Bài tập : Chủ đề 4: Mạch cầu: 12 I Kiến thức bản: 12 II Bài tập: 12 Dạng 1: Mạch cầu điện trở: 12 Dạng 2: Cầu biến thể 13 Dạng 3: Cầu nối tắt (cầu ampe kế) 16 Chủ đề 5: Cầu khuyết (Bài toán chia dòng): 22 I Lý thuyết: 22 II Bài tập 22 Chủ đề 6: Biến trở 26 I Kiến thức bản: 26 II Bài tập: 26 Dạng 1.Biến trở điện trở: 26 Dạng Biến trở đèn: 32 Chủ đề 7: Công, công suất điện 37 I Lý thuyết: 37 II Bài tập: 37 Dạng 1: Tính R, so sánh công suất… 37 Dạng : Cách mắc đèn : 42 Dạng Công suất cực đại: 46 Dạng Biến trở Công suất: 52 Dạng Định mức đèn: 53 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Chủ đề 8: Công nhiệt điện: 57 I Lý thuyết: 57 II Bài tập: 57 Chủ đề 9: Dụng cụ đo khơng lí tưởng 60 I Lý thuyết : 60 II Bài tập : 60 Chủ đề 10 Một số BT thực hành 70 Chủ đề 11: Một số tập khác: 72 Chủ đề 12 Các tập từ trường 77 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Chủ đề 1: Vẽ lại mạch điện(Mạch điện tương đương) I Lý thuyết: Thường có trường hợp mạch điện: - Mạch điện tường minh: Các điện trở mắc nối tiếp, song song với nhau… - Mạch điện xác định, nút vào nguồn điện thay đổi người chọn, mạch điện tương ứng thay đổi - Mạch điện có nhiều cơng tắc Mỗi cơng tắc đóng mở khác cho ta mạch điện khác II Phương pháp: Vì dịng điện theo chiều nên ta chọn phương pháp lần theo chiều dịng điện Chú ý: Dịng điện khơng qua điện trở lần; Dịng điện ln theo đường có điện trở nhỏ III Bài tập: Bài Cho mạch điện hình vẽ Em cho biết điện trở mắc với nào? Vẽ lại sơ mạch điện HD: Thực theo phương pháp lần theo chiều dòng điện Mạch điện vẽ lại sau: Vậy mạch điện gồm: [R4//(R1 nt R2)] nt R3 Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ Em cho biết điện trở mắc với nào?vẽ lại mạch điện dạng quen thuộc? HD: Giả sử A cực dương, B cực âm Bằng phương pháp lần theo chiều dòng điện ta vẽ mạch điện sau: Vậy mạch điện cho gồm điện trở mắc song song với Bài 3: Cho mạch điện hình vẽ Em cho biết điện trở mắc với nào? vẽ lại mạch điện dạng quen thuộc? Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán HD: Tương tự ta vẽ lại sau: Bài 4.Cho mạch điện hình vẽ Em cho biết điện trở mắc với nào? vẽ lại mạch điện dạng quen thuộc? HD: Hình Bài : Vẽ lại mạch điện trường hợp : K mở ; K đóng HD : * Kmở, giả sử dịng điện có chiều từ A đến B, mạch điện vẽ lại hình a: Hình a Hình b * K đóng, điểm C≡D, R bị nối tắt Mạch điện vẽ lại hình b Bài : Cho mạch điện hình vẽ, vẽ lại mạch điện trường hợp sau : a) K đóng, K mở b) K1 mở, K2 đóng c) K K đóng d) K1 K mở HD : a) K1 đóng, K mở đoạn mạch CD bị nối tắt, Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán mạch điện điện trở 2R Mạch điện vẽ lại (h a) b) giống hình a c) Giống hình b d) mạch điện vẽ lại (h.b) h.a Bài 7: Biết UAB= 15 V R1=R2=R3=R4=R5=R6 Tìm số ampe kế trường hợp: a, K1 đóng, K2 mở b, K1 mở, K2 đóng c, K1, K2 đóng HD : a) K1 đóng, K2 mở: A2chỉ mạch gồm R1//R2 b) K1 mở, k2 đóng:A2 đo mạch chính, A1 đo I4, mạch gồm R4//R5//R6 c) k1, k2 đóng, mạch có 6R//nhau Bài 8: Vẽ lại mạch điện trường hợp sau: a) K đóng, K mở b) K1 mở, K2 đóng c) K K đóng d) K1 K mở HD: h.b Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Bài 9: Vẽ lại mạch điện trường hợp sau: a) K đóng, K mở b) K1 mở, K2 đóng c) K1 K mở d) K1 K đóng HD : Xem hình vẽ Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Chủ đề 2: Tính điện trở tương đương I Lý thuyết: - Điện trở tương đương: Là điện trở thay cho cụm điện trở toàn điện trở mạch điện - Các cơng thức tính điện trở dùng cho điện trở tương đương : + Biểu thức rút từ ĐL ơm : U Trong đó: R : Điện trở, điện trở tương đương (Ω) R= U : Hiệu điện (V) I I : Cường độ dòng điện (A) +Cơng thức tính điện trở : ρl Trong đó: ρ : Điện trở suất (Ωm) R= l : chiều dài dây dẫn (m) S S : Tiết diện dây dẫn(m2) + Điện trở tương đương đoạn mạch nối tiếp : R = R1 + R2 + … + Điện trở tương đương đoạn mạch song song : 1 = + + … R R1 R2 Chú ý: Với n điện trở R mắc song song với ta có điện trở tương đương : Rtđ = R/n II Bài tập : Bài 1.Có điện trở R hỏi có cách mắc chúng cho ta giá trị điện trở khác nhau?Tính điện trở tương đương ấy? Nếu R1, R2, R3 khác nhau, có cách mắc thành mạch điện? HD: Có cách ghép: Các điện trở tương đương: Cách a) Rtđ = 3R Cách b) Rtđ = R/3 Cách c) Rtđ = 3R/2 Cách d) Rtđ = 2R/3 Nếu điện trở khác ta có cách ghép hình vẽ Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Bài Tính điện trở tương đương sơ đồ : HD : Ha) Mạch điện vẽ lại hình vẽ Điện trở tương đương đoạn mạch là: Rtđ = R/3 Hb) Mạch điện vẽ lại hình vẽ Điện trở tương đương mạch điện : Rtđ = (R + 2R.R/3R).2R/(R + 2R.R/3R +2R) Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Chủ đề 3: BT vận dụng ĐL Ôm: I Lý thuyết: - Biểu thức định luật Ơm : U Trong đó: - R : Điện trở (Ω) I= - U : Hiệu điện (V) R - I : Cường độ dòng điện (A) - Phạm vi sử dụng: Biểu thức định luật Ơm sử dụng cho điện trở, đoạn mạch nhỏ mạch điện lớn dùng với toàn mạch điện II Bài tập : BT 1.Hai điện trở R1, R2 ampe kế mắc nối tiếp với vào nguồn điện có hiệu điện U a) Vẽ sơ đồ mạch điện b) Biết U = 12V, ampe kế 0,2A Tính điện trở tương đương mạch điện c) Biết điện trở R1 = 10Ω Tính điện trở R2? HD: a Sơ đồ mạch điện: b) Rtđ = U/I = 12/0,2 = 60Ω c) R1 nối tiếp R2 nên ta có: Rtđ = R1+R2 R2 = Rtđ - R1 = 60 - 10 = 50Ω BT Ba điện trở R1 = 24 ; R2 = ; R3 = mắc thành đoạn mạch nối tiếp Cường độ dịng điện chạy qua mạch 4A a) Tính điện trở tương đương đoạn mạch? b) Tính hiệu điện hai đầu điện trở hiệu điện nguồn điện? HD: a) Điện trở tương đương mạch điện là: Rtđ = R1+ R2 + R3 = 38Ω b) Hiệu điện hai đầu điện trở R1 là: U1 = I.R1 = 4.24 = 96V; Hiệu điện hai đầu điện trở R2 là: U2 = I.R2 = 4.6=24V; Hiệu điện hai đầu điện trở R3 là: U3 =I.R3 = 4.8 = 32V; Hiệu điện nguồn điện là: U = I.R=4.38=152V (hoặc U = U1+ U2+ U3 = 96+ 24+32 = 152V) Bài Ba điện trở R1 = 24 ; R2 = ; R3 = mắc song song với Cường độ dịng điện chạy qua mạch 4A a) Vẽ sơ đồ mạch điện, b) Tính điện trở tương đương đoạn mạch? c) HĐT nguồn điện tính cường độ dòng điện chạy qua điện trở? HD: a) sơ đồ mạch điện: b) Vì R1, R2, R3 mắc song song nên ta có: 1/Rtđ = 1/R1+ 1/R2+ 1/R3 = 1/24+ 1/6+ 1/8 Rtđ = 3Ω Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán c) Hiệu điện nguồn điện là: U = I.Rtđ = 4.3 = 12V Cường độ dòng điện qua R1 là: I1 = U/R1 = 12/24 = 0,5A; Cường độ dòng điện qua R2 là: I2 = U/R2 = 12/6 = 2A; Cường độ dòng điện qua R3 là: I3 = U/R3 = 12/8 = 1,5A Bài Cho mạch điện hình vẽ (hình 1) Biết : UAB = 30V, R1 = R2 = R3 = R4 = 10 , R5 = R6 = a) Điện trở Ampe kế khơng đáng kể Tìm điện trở tồn mạch, số Ampe kế dòng điện qua điện trở K đóng b) Ngắt khố K, thay Ampe kế Vơn kế có điện trở vơ lớn Hãy xác định dòng điện qua điện trở, dịng điện qua mạch số Vơn kế ? HD: a) Vì điện trở ampe kế không đáng kể nên điện trở R5, R6 bị nối tắt Mạch điện vẽ lại hình vẽ: (gồm: [R1nt(R3//R4)]//R2 Điện trở mạch điện là: R = (R1/2+ R1).R1/( R1/2+ R1+ R1) = 3R12/2.(5R1/2) = 3R1 /5 = 3.10/5 = 6Ω Cường độ dòng điện mạch là: I = U/R = 30/6 = 5A Ta có I2 = U/R2 = 30/10 = 3A I1 = I – I2 = – = 2A Mặt khác ta có I3 = I4 = I1/2 = A Trở lại mạch điện ta có: IA = I2+I4 = + = 4A b) Khóa K ngắt, điện trở mạch điện là: R’ = 2R1 (R1+2R5)/[2R1+(R1+2R5)] = 2.10(10+2.5)/[2.10 + 10+2.5]= 10Ω Cường độ dòng điện mạch là: I’ = U/R’ = 30/10 = 3A Cường độ dòng điện qua R1, R3 là: I1 = I3 = U/2R1 = 30/20 = 1,5A Cường độ dòng điện qua điện trở R2, R5, R6 là: I2 = I5 = I6 = U/(R1+2R5) = 30/20 = 1,5A Số vôn kế là: U’ = U – U2 = 30 – 1,5 10 = 15V ( = U5+U6 = 1,5.10 ) 10 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Bài Cho mạch điện hình 7, ba ampe kế A1, A2, A3 có điện trở Ra Các điện trở có giá trị R Biết số ampe kế A1 0,2 A, ampe kế A2 0,8A Tính số ampe kế A3 HD: Giả sử chiều dòng điện hình 7.1 Xét điểm E ta có: I1’ = I2 – I1 = 0,8 – 0,2 = 0,6A Hiệu điện hai điểm ED là: UED = I1’.R = I1.(2R+Ra) 0,6.R = 0,2(2R+Ra) Ra = R Điện trở đoạn mạch ED là: RED = R.3R/(R+3R) = 3R/4 Điện trở đoạn mạch C’F’ là: RC’F’ = 2R + 3R/4 = 11R/4 Hiệu điện hai điểm FC là: UFC = UF’C’ = I2’.R = I2.RC’F’ I2’ = I2.RC’F’/R = 0,8.11R/4.R = 2,2A Vậy số ampe kế A3 là: I3 = I2’ + I2 = 2,2 + 0,8 = 3A Bài Cho mạch điện hình 8, ampe kế có điện trở Ra Biết ampe kế A1 3A, ampe kế A2 4A a) Tính số ampe kế A3, A4 cường độ dịng điện qua điện trở R b) Tính tỉ số Ra/R HD: a) Chọn chiều dịng điện hình 8.1 Hiệu điện hai điểm DC là: UDC = I3.Ra = UDM + UMC = UMC - UMD = I1.Ra – I2.Ra I3 = I1 – I2 = – = -1 A Vậy ampe kế A3 1A, cường độ dịng điện qua A3 có chiều từ C đến D (ngược chiều chọn) Xét điểm D ta có: I4 = I2 – I3 = – (-1) = 5A Xét điểm C ta có: IR = I1+ I3 = + (-1) = 2A Vậy A3 1A, A4 5A; cường độ dòng điện qua R 2A b) Hiệu điện hai điêm C N là: UCN = IR.R = UCD+ UDN = I3.Ra + I4.Ra = (I3+I4)Ra Ra/R = IR/(I3+I4) = 2/6 = 1/3 Bài Cho mạch điện hình 9, vơn kế V1, V2, V3 hoàn toàn giống nhau, hiệu điện nguồn điện 5V, số vôn kế V2 2V a) Xác định số vôn kế V3, cho biết cực dương vôn kế mắc điểm nào? b) Cho R1 = 32Ω, R2 = 6Ω Tính điện trở vơn kế 64 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán HD a) Ta có: U = UAC + UCB UAC = U - UCB U1 = U – U2 = – = 3V Gọi Rv điện trở vôn kế, ta có: I1 = U1/Rv = 3/Rv I2 = U2/Rv = 2/Rv Vì I1> I2 nên I3 qua V3 có chiều từ C đến D Tại điểm C ta có: I1 = I2+I3 I1Rv = I2Rv + I3Rv U1 = U2+ U3 U3 = U1 - U2 = – = 1V Vậy vôn kế V3 1V, cực dương vôn kế mắc C b) Cường độ dòng điện qua điện trở R1 là: IR1 = UAD/R1 = (UAC+UCD)/R1 = (U1+U3)/R1 = 4/32 = 1/8 A Cường độ dòng điện qua điện trở R2 là: IR2 = UDB/R2 = (UDC +UCB)/R2 = (UCB – UCD)/R2 = (U2 – U3)/R2 = 1/6 A Xét điểm D ta có: IR1+I3 = IR2 1/8 + 1/Rv = 1/6 Rv = 24Ω Bài 10 Cho mạch điện hình 10 Các vơn kế có điện trở Rv, điện trở có giá trị R Biết số vôn kế V1 6V, vơn kế V2 22V Tìm số vơn kế V3? HD: Chọn chiều dịng điện hình vẽ * Xét đoạn mạch DE ta có: Dịng điện qua vơn kế V1 là: I1 = U1/Rv Dịng điện qua điện trở là: I1’ = U1/3R Điện trở đoạn mạch DE là: RDE = Rv.3R/(Rv+3R) (1) * Xét đoạn mạch CF ta có: Dịng điện chạy qua đoạn CD là: I2’ = U2/(2R+RDE) Xét cường độ dòng điện điểm D ta có: I2’ = I1+I1’ U2/(2R+RDE) = U1/3R + 3RRv/(3R+Rv) Rv = R Thay vào (1) ta được: RDE = 3R/4 Dịng điện qua vơn kế V2 là: I2 = U2/Rv Xét cường độ dòng điện điểm C ta có: IAC = I2+I2’ = U2/RV + U2/(2R+RDE) = U2/R +4U2/11R = 15U2/11R IAC.R = 15U2 /11 Mặt khác UAB = UAC+U2+UFB = IAC.R + U2+ IAC.R = 2.15U/11 +U2 = 65 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán UAB = 41U2/11 = 41.22/11 = 82 V Vậy vôn kế V3 82 V Bài 11 Một điện trở R= 15Ω, mắc nối tiếp với ampe kế vào nguồn điện có hiệu điện không đổi U Số ampe kế 0,55A Mắc song song với R điện trở R’ 30Ω số ampe kế 0,8A.Tính điện trở ampe kế U HD: Gọi Ra điện trở ampe kế Khi ampe kế mắc nối tiếp với điện trở R= 15Ω ta có: U = I.(R+Ra) = 0,55(15+Ra) (1) Khi mắc thêm R’ song song với R, ta có: Rm = R.R’/(R+R’) + Ra = 15.30/45 +Ra = 10 +Ra U = I’.Rm = 0,8(10+Ra) (2) Từ (1) (2) ta được: 0,55(15+Ra) = 0,8(10+Ra) 8,25 + 0,55Ra = + 0,8Ra Ra = 1Ω U = 0,55.16 = 8,8 V Bài 12 Một đoạn mạch gồm điện trở R0 1Ω, ampe kế có điện trở Ra điện trở R = 3Ω mắc nối tiếp Số Ampe kế 1A Mắc song song với đoạn mạch chứa ampe kế R điện trở R’ = 9Ω số ampe kế 0,9A Tính Ra hiệu điện nguồn điện HD: Khi thiết bị mắc nối tiếp, hiệu điện nguồn điện là: U = I.(R0+ R +Ra) = +Ra (1) Khi mắc R’, ta có mạch điện hình vẽ Điện trở tương đương đoạn mạch AB là: RAB = (R+Ra).R’/(R+Ra+R’) = (21 + 7Ra)/(10+Ra) Cường độ dòng điện chạy mạch AB là: I’= UAB/RAB = IA.(R +Ra)/RAB = 0,9(3 +Ra).(10+Ra)/(21+7Ra) = 0,9(10+Ra)/7 Hiệu điện nguồn điện là: U = I’.R0 + IA.(R+Ra ) = 0,9.(10+Ra)/7 + 0,9 (3+Ra) (2) Từ (1) (2) ta được: +Ra = 0,9(3 +Ra).(12+Ra)/(21+7Ra) + 0,9 (3+Ra) Bài 13 Một vôn kế mắc nối tiếp với điện trở R = 120 Ω vào nguồn điện có hiệu điện U có số 80V Mắc song song với vơn kế thêm điện trở R’ = 900Ω số vơn kế 72V a) Tìm điện trở vôn kế? b) Để số vôn kế 64V R’ bao nhiêu? HD: a) Gọi Rv điện trở vơn kế Dịng điện chạy qua vôn kế là: I = U1/Rv Hiệu điện nguồn điện là: U = I.Rm = U1.(Rv+R)/Rv (1) 66 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Khi mắc song song R’ với vơn kế, cường độ dịng điện chạy mạch là: I’ = Iv+IR’ = U2/Rv + U2/R’ = U2(Rv+R’)/RvR’ Hiệu điện nguồn điện là: U = U2+ I’.R U = U2 + R.U2(Rv+R’)/ RvR’ = U2[1+R( Rv+R’)/ RvR’] = (RvR’ + RRv+ RR’) U2/R’Rv (2) Từ (1) (2) ta : U1 RvR+R’R+ RvR’ Rv = U2 RvR’ Rv+ R Rv = 600 Ω b) Với Rv = 600Ω, điện trở tương đương đoạn mạch là: R* = R + Rv.R’/(Rv+R’) = 120 + 600.900/1500 = 480 Ω Theo (1) ta có: U = U2(R+Rv)/Rv = 80(120+600)/600 = 96V Theo (2) ta có: U = (RvR’ + RRv+ RR’) U2/R’Rv 96 = 64(720.R’ +72000)/600R’ R’ = 400 Ω Bài 14 Một mạch điện gồm ampe kế A có điện trở Ra, điện trở R = 10Ω vơn kế có điện trở Rv = 1000Ω mắc nối tiếp Đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện U số vơn kế 100V Nếu mắc song song vơn kế với R số 100V Tính Ra U HD: Khi thiết bị mắc nối tiếp ta có: U = U1 + (Ra+R ).U1/Rv = U1(1+ R/Rv + Ra/Rv) (1) Khi mắc vôn kế song song với điện trở R, cường độ dịng điện mạch là: I = U2(1/Rv +1/R) Hiệu điện nguồn điện là: U = U2 + I.Ra = U2+ U2(1/Rv +1/R).Ra = U2(1+Ra/Rv+Ra/R) (2) Từ (1) (2) U1 = U2 ta được: U1(1+ R/Rv + Ra/Rv) = U2(1+Ra/Rv+Ra/R) R/Rv = Ra/R Ra = R2/Rv = 100/1000 = 0,1 Ω Thay vào (1) ta được: U = 100(1+10/1000 +0,1/1000) = 101,01 V Bài 15 Cho mạch điện hình vẽ, R P 3R hai vơn kế V1, V2 giống hệt Số Ampe kế mA, vôn kế V1 C D V2 A V1 2V, vơn kế V2 V Tính R ? M 3R Hướng dẫn: Điện trở vôn kế là: RV= U v2 = IV , 006 = 1000( ) Cường độ dòng điện chạy qua vôn kế V1 là: 67 R Q N Tài liệu bồi dưỡng HSG lí IV1 = Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán UV1 = 0,002(A) = 1000 RV * Xác định chiều dòng điện từ P đến Q mạch đối xứng nên: I2 = I4 ; I1 = I3 * I1= IV1+I2 I1 - I2 = 0,002A, I1+ I2= 0,006 Tính I2, I1 * Ta có UPQ=UPC + UCQ=UV1 thay vào tính được: - I1R + I23R = R *Mở rộng: - Nếu thay đổi số V1 1V tốn đến điều vơ lí Bài 16.Cho mạch điện hình vẽ R1 Biết U = 15V, R1= R, R2= R3= R4= R, 15 vôn kế giống điện trở dây nối không đáng kể, vôn kế V1 14V a) Vơn kế có lí tưởng khơng? Vì sao? b) Tính số vơn kế V2? D R2 C + V2 B V1 U R3 R4 _ A HD: a Vôn không li tưởng Nếu vôn kế lí tưởng mạch R1 nt R2 nt R3 Số vôn kế V1 U2 + U3 = 14V U1 = 15 – 14 = 1V, U2 = U3 = 7V 1 R1 U1 = = R1= R2 = R mâu thuẫn với đề R1= R 7 15 R U2 Vậy vơn kế khơng lí tưởng b Vì vơn kế khơng lí tưởng nên ta có mạch gồm: R4 M I R1 D I2 R2 C V2 A N R3 I1 V1 R1 nt {R2nt [(Rv nt R4)//R3]//Rv} (với Rv điện trở vôn kế) UDA= UV1= 14VUMD = UMN – UDA = 1V UV U MD U DA 15 14 14 = + = + R(R + R ) R1 R + R CA R V R R+ Rv v 2R + R v 21 16R 2v −11R.R v − 42R = Rv= 2R Rv = - R (loại) 16 14 − U CA U CA U DC U CA Đoạn mạch DCA có: UCA= 6V = = R(R + R v ) R R2 R CA 2R + R v U V2 R V 2R = = = UV2= 2UR4 UR4 R R Ta có: I = I1 + I2 kết hợp với UV2 + UR4=6 UV2= 4V Vậy số vôn kế V2 4V 68 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Bài 17: Có 4điện trở giống mắc nối tiếp vào hiệu điện không đổi hình vẽ a) Một vơn kế mắc vào A B có số 12V, cịn mắc vào A C có số 22V, mắc vào A D vơn kế bao nhiêu? b) Nếu khơng dùng vơn kế để đo giá trị hiệu điện UAB UAC bao nhiêu? HD: Gọi Rv điện trở vôn kế Điện trở đoạn mạhc AB mắc vôn kế là: RAB = R.Rv/(R+Rv) Điện trở đoạn mạch AC mắc vơn kế là: RAC = 2R.Rv/(2R+Rv) Vì HĐT tỉ lệ thuận với điện trở mạch điện nên ta có: U1 R AB 2R+R v 12 = = = = U R AC 2R+2R v 22 11 R v =10R Điện trở đoạn mạch AD mắc vôn kế là: RAD = 4R.Rv/(4R+Rv) U1 4R+R v 15R 15 = = = U3 4R+4R v 44R 44 U3 = 44 44.12 U1 = =35,2V 15 15 b) trường hợp đo hiệu điện hai điểm AC, vôn kế mắc song song với điện trở nên số vơn kế hiệu điện nguồn điện Vậy UAD = 32,5V Cường độ dòng điện chạy qua điện trở là: I = UAD/4R = 35,2/4R = 8,8/R (A) Hiệu điện hai điểm A B không dùng vôn kế là: UAB = I.R = 8,8.R/R = 8,8 (V) Hiệu điện hai điểm AC không dùng vôn kế là: UAC = I.2R = 8,8.2R/R = 17,6V 69 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Chủ đề 10 Một số BT thực hành Bài 1.(HN-12-13) Để đo cơng suất bóng đèn pin ta có: nguồn điện, khóa K, vơn kế, ampe kế, biến trở dây dẫn đủ dùng Hãy thiết kế sơ đồ mạch điện, mơ tả tiến trình làm thí nghiệm nói rõ yêu cầu thiết bị điện mạch HD: * Thiết kế mạch điện: *Tiến trình: - Đặt biến trở giá trị lớn - Đóng cơng tắc điều chỉnh biến trở đến giá trị R1 thu số vôn kế ampe kế U1 I1 - Tính giá trị P1 = U1.I1 *Yêu cầu: - Nguồn điện có hiệu điện không đổi U lớn hiệu điện định mức đèn - Vơn kế có giới hạn đo lớn hiệu điện định mức đèn - Ampe có giới hạn đo lớn cường độ dịng điện định mức đèn - Biến trở có giá trị RMAX U nguon I gioihanampeke Bài Khi dọn phịng thí nghiệm nhà trường, Nghĩa tìm thấy điện trở vôn kế cũ Khi kiểm tra, thấy vơn kế hoạt động bình thường, bạn nhìn đc kim vơn kế vạch mà không thấy đc giá trị ứng với vạch chia Trong số điện trở có ghi: R0 =3.9 kΩ, cịn điện trở khác bị hết nhãn Nghĩa dùng nguồn điện áp không đổi phù hợp với vơn kế số dây nối có điện trở không đáng kể để đo giá trị tất điện trở lại Hỏi Nghĩa làm nào? HD: Số vôn kế tỉ lệ với số vạch chia nên kim lệch n vạch số vơn kế có giá trị U0 = C.n (C số) Bước Mắc trực tiếp vơn kế vào nguồn có hiệu điện U0, kim vơn kế lệch n0 vạch, ta có U0 = C.n0 Bước Mắc vôn kế nối tiếp với R mắc vào nguồn điện U0, kim vôn kế lệch n1 vạch Khi ta có: I1 = U1/Rv = (U0 – U1)/R0 C n1 Rv = C n0 −C n1 R0 n1 Rv = n0 − n1 R0 (1) Bước Mắc vôn kế nối tiếp với Rx mắc vào hai cực nguồn Kim vôn kế lệch n2 vạch, ta có: I2 = U2/Rv = (U0 – U2)/Rx URv2 = (U −U ) Rx C n2 Rv = C n0 −C n2 Rx 70 n1 Rv = n0 − n2 Rx (2) Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Từ (1) (2) ta tìm được: Rx = R0 n0 −1 n2 n0 −1 n1 Lặp lại bước với điện trở cịn lại ta tìm giá trị điện trở chúng Bài Nêu phương án thực nghiệm xác định điện trở ampe kế Dụng cụ gồm: nguồn điện có hiệu điện khơng đổi chưa biết giá trị; ampe kế có điện trở RA cần xác định; điện trở R0 biết giá trị; biến trở chạy Rb có điện trở tồn phần lớn R0; hai cơng tắc điện K1 K2; số dây nối đủ dùng Các cơng tắc dây nối có điện trở khơng đáng kể HD: Bố trí mạch điện hình vẽ: Bước 1: Chỉ đóng K1 Số ampe kế I1 Ta có: U = I1.(RA+R0) (1) Bước Chỉ đóng K2 dịch chuyển chạy để ampe kế I1, phần biến trở tham gia vào mạch điện có giá trị R0 Bước Giữ nguyên vị trí chạy bước đóng K1 K2, số ampe kế I2 R0 ) (2) (2 I1 − I ) R0 Từ (1) (2) ta tìm được: RA = 2( I − I1 ) Ta có: U = I ( RA + Bài Em trình bày phương án thí nghiệm để xác định giá trị hai điện trở R1 R2 Chỉ dùng dụng cụ sau đây: - Một nguồn điện có hiệu điện U chưa biết - Một điện trở có giá trị R biết - Một ampe kế có điện trở Ra chưa biết - Hai điện trở cần đo R1 R2 - Một số dây dẫn có điện trở khơng đáng kể HD: - Mắc nối tiếp R với ampe kế Ra mắc vào hai cực nguồn điện U ampe kế giá trị: I = U R + Ra (1) U (2) R1 + Ra U Thay R R2, ampe kế giá trị: I = (3) R2 + Ra U Thay R R1 + R2, ampe kế giá trị: I = R1 + R2 + Ra U U 1 Từ ta được: R1 = − = U ( − ) (5) I I2 I I2 Thay R R1, ampe kế giá trị: I1 = 71 (4) Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán 1 ) (6) I I1 U U 1 1 Từ ta được: R − R1 = − R = U ( + − − ) (7) I I1 I I I1 I Từ ta được: R2 = U ( − Chia cho ta được: 1 1 + − − I I I1 I R = R1 = ? 1 R1 − I I2 Tương tự lấy chia cho ta tìm R2 Chủ đề 11: Một số tập khác: Bài Có bóng đèn, cơng tắc, nguồn điện dây dẫn đủ dùng Hãy vẽ mạch điện cho: đóng K1 đèn sáng; đóng K2 đèn sáng; đóng K3 hai đèn sáng (Chú ý: cơng tắc đóng cơng tắc khác mở) HD: Cơng tắc bóng đèn mắc so le; công tác bắc cầu giữa.(Hình bên) Bài Cho bóng đèn hai công tắc, nguồn điện dây dẫn đủ dùng Hãy vẽ mạc điện cho hai công tắc mở đèn mắc nối tiếp nhau, hai cơng tắc đóng đèn mắc song song nhau? HD: Bài Có điện trở R1, R2, R3 (R1≠0, R2 ≠ 0, R3 ≠0) ghép thành (khơng ghép hình tam giác, khơng ghép đoản mạch điện trở, cách ghép chứa điện trở) a) Hỏi có tất cách ghép R1, R2, R3 thành bộ? vẽ cách ghép đó.(Xét trường hợp đổi chỗ điện trở mà dẫn đến điện trở mạch thay đổi) b) Đặt vào hai đầu cách ghép hiệu điện không đổi U = 24V đo cường độ dịng điện mạch cách ghép thu giá trị, giá trị lớn 9A Hỏi cường độ dịng điện mạch cách ghép khác bao nhiêu?Bỏ qua điện trở dây nối 72 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí HD: a) Có cách ghép: Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán b) Vì đo cường độ mạch sơ đồ thu giá trị nên mạch c, d, e cho giá trị mạch f, g, h cho giá trị Để cường độ dòng điện mạch có giá trị phải có R1 = R2 = R3 Trong cách mắc mắc điện trở song song (hình b) có điện trở nhỏ nhất, cường độ dịng điện mạch lớn 9A Vậy ta có : R = R1 = R2 = R3 = 3Rtd= 3.U/I = 3.24/9 =8Ω - Điện trở tương đương hình a là: Ra = 3R = 3.8 = 24Ω Vậy cường độ dòng điện mạch là: Ia = U/Ra = 24/24 = 1A - Điện trở tương đương mạch c; d; e bằng: Rc = R +R/2 = 3R/2 = 12Ω Cường độ dịng điện mạch hình c; d; e là: Ic = U/Rc = 24/12 = 2A - Điện trở tương đương mạch f, g, h bằng: Rf = 2R.R/3R= 2R/3 = 2.8/3 = 16/3Ω Cường độ dòng điện mạch là: I = U/Rf = 24.3/16 = 4,5A Bài 4.Có loại điện trở 2Ω 5Ω.Hỏi phải dùng loại để ghép chúng nối tiếp để có điện trở tương đương mạch 35Ω HD: Gọi x, y số điện trở loại 2Ω 5Ω cần dùng theo yêu cầu Theo giả thiết ta có: 2x + 5y = 35 y = – 2x/5 Do y nguyên dương nên – 2x/5 ≥ x ≤ 17 2x bội Vậy x nhận giá trị : ; ; 10 ; 15 Lập bảng ta có lựa chọn sau: x 10 15 y Vậy có cách lựa chọn bảng 73 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Bài Có loại điện trở : 5Ω ; 3Ω ; 1/3Ω Tổng loại 100 Hỏi phải dùng loại để ghép chúng nối tiếp ta có điện trở tương đương mạch điện 100Ω HD : Gọi x, y, z số điện trở loại 5Ω ; 3Ω ; 1/3Ω thỏa mãn yêu cầu đầu Theo giả thiết ta có : x + y + z = 100 (1) Và 5x + 3y + z/3 = 100 (2) Nhân (2) vế phương trình với trừ cho (1) ta : 14x + 8y = 200 hay 7x + 4y = 100 y = 25 – 7x/4 Do y nguyên dương nên ta cần có : 25 – 7x/4≥ hay x ≤ 100/7 = 14 Và 7x bội 4, x nhận giá trị : 0; 4; 8; 12 Tương ứng ta có giá trị y z bảng sau : x 12 y = 25-7x/4 25 18 11 z = 100 - x-y 75 78 81 84 Bài 6.Phải dùng tối thiểu điện trở loại 5Ω để mắc thành mạch điện có điện trở tương đương 3Ω; 6Ω HD: a) Vì điện trở tương đương 3Ω < 5Ω nên mạch gồm điện trở 5Ω mắc song song với cụm điện trở có điện trở tương đương R1, 5.R1 ta có : Rtđ= = 5+R1 R1 = 7,5Ω Vì R1> 5Ω nên R1 gồm điện trở 5Ω mắc nối tiếp với đoạn mạch có điện trở tương đương R2, ta có : R1 = + R2 R2 = R1 – = 7,5 – = 2,5Ω Ta dễ thấy, R2 = 2,5Ω gồm điện trở 5Ω mắc song song Vậy tất cần dùng điện trở loại 5Ω để mắc thành mạch điện có điện trở tương đương 3Ω Mạch điện mắc hình vẽ b) Giải tương tự cách ta cách mắc gồm điện trở hình vẽ Cách khác: 6Ω> 5Ω nên mạch gồm điện trở 5Ω mắc nối tiếp mắc song song với đoạn mạch có điện trở tương đương R1 ta có : = 2.5.R1/ (2.5+ R1) R1 = 15Ω Vậy R1 gồm điện trở 5Ω mắc nối tiếp Do để thực yêu cầu tốn cần điện trở mắc hình vẽ : 74 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Bài Có điện trở sau: 1Ω; 2Ω; 4Ω; 5Ω ; 6Ω Hãy mắc chúng với để mạch điện có điện trở 2Ω HD: Ta dễ nhận thấy : + = +4 = 6Ω Vậy ta mắc mạch điện thành nhóm song song nhau, nhóm có điện trở 6Ω Mạch điện mắc sau : Bài 8.Một ampe kế mắc nối tiếp với vôn kế.Mắc mạch điện vào nguồn điện có hiệu điện 15V Nếu mắc điện trở R song song với vơn kế số vôn kế giảm hai lần số ampe kế tăng hai lần Tìm số vôn kế trước sau mắc điện trở R HD: Gọi hiệu điện vôn kế trước mắc điện trở R Uv, cường độ dòng điện qua ampe kế trước mắc điện trở R Ia Theo đề ta có: Trước mắc điện trở R: Uv + Ia Ra = U (1) Sau mắc điện trở R: Uv /2+ 2Ia Ra = U (2) Từ (1) (2) suy ra: Uv + Ia Ra = Uv /2+ 2Ia Ra Ia Ra = Uv /2 (3) Thay (3) vào (1) 3Uv /2 = U Uv = 2/3U = 10 (V) Số vôn kế sau mắc điện trở R là: U’v=Uv/2 = 5V Bài 9: cho mạch điện hình vẽ Hiệu điện BD khơng đổi vôn Các điện trở R1 = R2 = R4 = 2Ω; R3 = 6Ω Biến trở Rx thay đổi điện trở từ - 2Ω Với tổ hợp đóng ngắt khóa K1 K2 xây dựng hàm I1 (Cường độ dòng điện chạy qua R1) UMN (hiệu điện hai điểm M; N) phụ thuộc vào điện trở biến trở Rx Tính giá trị cực đại cực tiểu hàm số HD: a) Khi K1 đóng, K2 mở, mạch điện vẽ lại hình vẽ: Điện trở tương đương R1 R2 là: R12 = R1.R2/(R1+R2) = 2.2/(2+2) = 1Ω Điện trở tương đương đoạn mạch MN là: RMN = R12+ Rx = 1+Rx Điện trở tương đương toàn mạch điện là: R = RMN+R4 = 1+Rx+R4 = 1+Rx+2 = 3+Rx Cường độ dịng điện mạch là: I = U/R = 6/(3+Rx) Hiệu điện hai điểm M; E là: UME = U – I.(Rx+R4) 75 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán = - 3+R6 x (R x +2) = 3+R x Cường độ dòng điện qua điện trở R1 là: I1 = UME/R1 = 6/(3+Rx).2 = 3/(3+Rx) Với ≤ Rx ≤ 3/5 ≤ I1 ≤ Vậy I1 cực đại 1A; cực tiểu 3/5A * mặt khác, hiệu điện hai điểm M;N là: UMN = I.RMN = 3+R6 x (1 + R x )= + 3+R x Với ≤ Rx ≤ 8/5 ≤ UMN ≤ b) Trường hợp K1 mở, K2 đóng Mạch điện vẽ lại hình vẽ Điện trở tương đương toàn mạch điện là: Rm = R1+R4+Rx(R2+R3)/( R2+R3+Rx) = 32+12R x 8+R x Cường độ dòng điện qua điện trở R1 là: I1 = Im = U/Rm I1 = 6(8+R x ) 8+R x = 32+12R x 7+2R x Với ≤ Rx ≤ 10/11 ≤ I1 ≤ 8/7 Hiệu điện hai điểm M;N là: UMN = U – I.R4 = (26+10Rx)/(7+2Rx) Với ≤ Rx ≤ 46/11 ≤ UMN ≤ 46/7 c) Trường hợp K1, K2 mở, mạch điện vẽ lại hình vẽ: Tương tự phần d) Trường hợp K1, K2 đóng, mạch điện vẽ lại hình vẽ: 76 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Chủ đề 12 Các tập từ trường Bài 1.Một cuộn dây dẫn quanh lõi sắt non hình vẽ Đặt vòng dây gần đầu ống dây cho mặt phẳng vịng dây vng góc với ống dây Tất giữ cố định Tính số ampe kế Di chuyển chạy phía M, phía N Hãy điểm khác hai trường hợp HD : Khi chạy đứng n khơng có từ trường biến thiên, khơng có tượng cảm ứng điện từ → IA = Khi chạy di chuyển IA ≠ Sự di chuyển chạy sang M, sang N làm dịng cảm ứng đổi chiều (Ampe kế phải có vạch số giữa) Bài 2.Có hai “hộp đen” dài giống nhau, hộp chứa nam châm thẳng vĩnh cửu, hộp chứa cuộn dây dài dây đồng mắc với nguồn điện chiều Không dùng thêm vật khác, không tháo tung “hộp đen” , xác định hộp chứa nam châm? HD : - Theo đề hộp đen chứa nam châm vĩnh cửu hộp đen chứa nam châm điện - Nếu ta đưa hai cực nam châm điện vào nam châm vĩnh cửu chúng hút nam châm vĩnh cửu chất sắt từ Ngược lại ta đưa hai cực nam châm vĩnh cửu vào điểm nam châm điện chúng không hút Đây sở để ta nhận biết hộp chứa nam châm Ngoài theo thời gian, hộp chứa cuộn dây nóng lên từ trường giảm 77 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán 78 ... 60 Chủ đề 10 Một số BT thực hành 70 Chủ đề 11: Một số tập khác: 72 Chủ đề 12 Các tập từ trường 77 Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Chủ đề. ..Tài liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Chủ đề 8: Công nhiệt điện: 57 I Lý thuyết: 57 II Bài tập: 57 Chủ đề 9: Dụng cụ đo khơng lí tưởng... liệu bồi dưỡng HSG lí Nghiêm cấm hành vi chép, mua bán Bài 9: Vẽ lại mạch điện trường hợp sau: a) K đóng, K mở b) K1 mở, K2 đóng c) K1 K mở d) K1 K đóng HD : Xem hình vẽ Tài liệu bồi dưỡng HSG lí