Tài liệu Bồi dưỡng HSG vật lí 9

§1. SỰ PHỤ THUỘC CỦA CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆNVÀO HIỆU ĐIỆN THẾ ĐIỆN TRỞ DÂY DẪN –ĐỊNH LUẬT ÔM.A.Tóm tắt lý thuyết :I.Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế : Tỉ số luôn luôn không đổi : I ~ U U=0 thì I=0, I và U là hai đại lượng tỉ lệ thuận, đồ thị là đường thẳng đi qua gốc toạ độ.II. Điện trở : Cường độ dòng điện phụ thuộc bản chất của vật dẫn. =R R là điện trở của dây dẫn U không đổi, R càng lớn thì I càng nhỏ và ngược lại. R đặc trưng cho tính cản trở dòng điện.

I.Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế :

-Tỉ số U I luôn luôn không đổi : I ~ U

-U=0 thì I=0, I và U là hai đại lượng tỉ lệ thuận, đồ thị là đường thẳng điqua gốc toạ độ

R là điện trở của dây dẫn

-U không đổi, R càng lớn thì I càng nhỏ và ngược lại

-R đặc trưng cho tính cản trở dòng điện

-I~ R1

III Định luật Ôm :

I = U R U = IR

B.Hướng dẫn giải bài tập :

1.Vấn đề 1 Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế giữahai đầu dây dẫn

-

2

1 2

1

I

I U

U

 hay

2

2 1

1

I

U I

U

 = const -Ngoài ra :

U2 = U1 + U

1

2 1

2

I

I U

1

I

I I U

U, I tỉ lệ thuận với nhau

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U, I là đường thẳng đi qua gốc toạ độ và

có hệ số góc a =U I

 Bài tập vận dụng : Nếu áp hai đầu dây dẫn vào hiệu điện thế U = 6V, thìcường độ dòng điện chạy trong dây dẫn là I = 0,5A.

a)Vẽ Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa I và U (I = a.U)

b)Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa U và I (U = b.I)

Giải

5 , 0

6





I U

U = 12I

Hay I = 12U

a)Đồ thị biểu diễn U = 12I

Đồ thị hàm số luôn luôn đi qua gốc toạ độ o

U một hiệu điện thế khác có giá trị là bao nhiêu ?

Giải a)Gọi R1, R2 lần lượt là điện trở của dây M1N1 và M2N2, ta có :

R1 = 0,8

1

U I

U

Lập tỉ số (1)/(2) suy ra 2

8 , 0

6 , 1

I Đoạn mạch mắc nối tiếp-Định luật ôm trong đoạn mạch mắc nối tiếp :

1

R

U R

U



- I2=

2 2

2

R

U R

U



- I3=

3 3

3

R

U R

U



- In=

n n

n

R

U R

1 1 1 1

3 2 1

B.Hướng dẫn giải toán :

1.vấn đề 4 Tính điện trở tương đương

- Quan sát mạch điện theo dạng nào ?

- Mạch điện phức tạp có đoạn nối tắt, chập hai điểm nối tắt, vẽ lại mạch

- Mạch điện phức tạp có nhiều cụm, phải chia thành các cụm nhỏ, sau đómới gộp lại tuỳ theo dạng

Quan sát hình vẽ ta thấy (A,B) và (C,D) là hai cặp điểm được nối tắt, mạch điện có thể vẽ lại :

1 60

1 60

1 1 1 1 1

3 2 1 123

R

R123=20()

 R123 nối tiếp R4

Rtđ=R123+R4=20+40=60()

2.Vấn đề 5 Tính điện trở tương đương trong đoạn mạch phức tạp

Công thức biến đổi từ mạch tam giác () thành mạch sao ()

2 1

R R R

R R





R13=

3 2 1

3 1

R R R

R R

3 2

R R R

R R





 Bài tập áp dụng : cho mạch điện tam giác như hình vẽ (hình trên) Hãybiến đổi mạch tam giác nói trên thành mạch sao tương đương (định luậtKennơli)

Áp dụng cho R1=1, R2=2, R3=3 Tính R12, R13, R23

Giải Điện trở tương đương của cả hai mạch bằng nhau bất kể xét giữa hai điểmnào

- Xét giữa hai điểm AB :

RAB=

3 2 1

3 2

1 ( )

R R R

R R R

3 1

2 ( )

R R R

R R R

2 1

3 ( )

R R R

R R R

3 2 3 1

R R R

R R R R

3 2 3 1 3 2 1

3 2 3 1

R R R

R R R R R R R

R R R R

3 1

2

R R R

R R





R13=

3 2 1

3 1

R R R

R R





R23=

3 2 1

3 2

R R R

R R

2 1

R R R

R R

2 1

R R R

R R



 =13

R13=

3 2 1

3 1

R R R

R R



 =12 

R23=

3 2 1

3 2

R R R

R R

- Đặc điểm :

+ Dòng điện chạy từ điện trở này đến điện trở kia

+ Cường độ dòng điện I=I1=I2=I3=…=In

+ Hiệu điện thế U=U1+U2+…+Un

5.Vấn đề 8 So sánh độ sáng của đèn

- Trên mỗi đèn có (Udm-Pdm).Nếu số liệu này bé hơn thực tế, đèn cháy sánghơn bình thường và có thể bị hư

- Có thể so sánh :

+ U>Udm : đèn sáng hơn bình thường

+ U<Udm : đèn sáng yếu hơn bình thường

+ I>Idm : đèn sáng hơn bình thường

+ I<Idm : đèn sáng yếu hơn bình thường

6.Vấn đề 9 Định luật ôm trong đoạn mạch chỉ mắc song song

8.Vấn đề 11 Định luật ôm trong mạch cầu

- Nếu R1.R4 = R2.R3

Mạch cầu cân bằng, không có dòng điện chạy qua R5 (I5=0)

- Nếu R1.R4 ≠ R2.R3

Mạch cầu không cân bằng, có dòng điện qua R5

Ta biến đổi mạch 135, 254 thành mạch sao để tính điện trở tương đương,

từ đó suy ra cường độ dòng điện trong mạch Hoặc có thể giải bằng cách chọngốc điện trở

1

1

R

V U R

V V R

2

2

R

V R

V V R

3

3

R

V U R

V V R

4

4

R

V R

V V R

5

R

V V R

V V R

V R

V V R

V V R

Tiết 7,8: §3 ĐIỆN TRỞ DÂY DẪN

PHỤ THUỘC VÀO NHỮNG YẾU TỐ NÀO ?

l :chiều dài dây (m)

S : tiết diện dây (m2)

R : điện trở dây dẫn ()

-Từ (1) suy ra ρ=R S l

-Bảng kê điện trở suất của một số chất

B.Hướng dẫn giải bài tập :

1.Vấn đề 12 Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chiều dài

Hai dây dẫn đồng chất, cùng tiết diện, thì điện trở của chúng tỉ lệ thuậnvới chiều dài của dây dẫn

a)Tính điện trở của mỗi dây l1 và l2

b)Nếu mắc nối tiếp hai dây dẫn nói trên với nhau và cũng áp vào nguồnđiện U=30V thì hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi dây là bao nhiêu ?

c)Nếu mắc chúng song song với nhau và cũng áp vào nguồn điện U=30Vnói trên Cường độ dòng điện qua mỗi dây dẫn là bao nhiêu ?

Giải a)Điện trở dây dẫn nói trên

3

2

2 1 2 1

-Hai dây dẫn đồng chất, đồng chiều dài, thì điện trở của chúng tỉ lệ nghịchvới tiết diện của chúng.

1

2 2

2 1 2

1

S l

S l

Giải

Vì hai dây dẫn đồng chất nên

12080..204 152

1 2

2 1 2

S l

15 1



R

=2() 3.Vấn đề 14 Sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm điện trở

-Điện trở suất của một vật liệu là điện trở của một dây dẫn làm bằng vậtliệu đó có chiều dài là 1m và có tiết diện là 1m2

-ρ là điện trở suất của vật liệu

R là điện trở của vật liệu đó

Giải

-Biến trở là một điện trở mà ta có thể thay đổi trị số của điện trở đó.

-Người ta dùng biến trở để thay đổi cường độ dòng điện trong mạch

-Chỉ số (a, bA) ghi trên biến trở cho ta biết trị số lớn nhất của biến trở làa và biến trở có thể chịu được cường độ dòng điện tối đa là bA

B.Hướng dẫn giải bài tập :

1.vấn đề 15 các dạng toán về biến trở

Biến trở thường gặp nhất là biến trở có con chạy Được cấu tạo bởi dâydẫn dài được quấn đều và cách điện với nhau trên một lõi sứ hình trụ

Các dạng thường gặp :

-Giải thích số liệu ghi trên biến trở

-Xác định chiều dài dây dẫn

l=R S



-Xác định tiết diện dây

S=ρ R l

Với R=Rmax của biến trở

-Xác định các đại lượng I, U và R của biến trở : sử dụng định luật ôm  Áp dụng : Một biến trở trên đó có ghi (6- 2A)

a)Nêu ý nghĩa các số ghi trên biến trở

b)Biến trở làm bằng chất có điện trở suất ρ=5.10-7m, tiết diện dâyS=0,03mm2 Tính chiều dài dây làm biến trở

c)Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai đầu biến trở đó là bao nhiêu ? Từ đó đưa

ra công dụng của biến trở

Giải a)Biến trở có điện trở tối đa 6

Biến trở chịu được cường độ dòng điện tối đa là I=2A

b)Chiều dài dây làm biến trở

l=

6 7

6.0,03.10

0,36 5.10

c)Hiệu điện thế lớn nhất có thể áp vào hai đầu biến trở

Umax=Imax.Rmax=6.2=12(V)

Với mức hiệu điện thế này, biến trở phải để ở mức tối đa

Nếu Rb<6, biến trở sẽ hư

Công dụng của biến trở : với hiệu điện thế không đổi, biến trở giúp ta thayđổi được cường độ dòng điện trong mạch

2.Vấn đề 16 Sử dụng định luật ôm và công thức tính điện trở của dây dẫn -Công thức định luật Ohm :





Giải a)Trường hợp 1.

vậy giá trị biến trở tham gia mạch điện là Ro=8

Vì Rb=12 Vị trí con chạy ở C sao cho

d

AC d

R

R R

R

R R

CB

R R

R R R

R R

Vậy biến trở tham gia mạch điện R0=8

Vì Rb=12, vị trí con chạy C ở vị trí C sao cho

+1 wát là công suất của dòng điện có cường độ 1 ampe chạy giữa hai điểm

có hiệu điện thế 1 vôn

1kW=1000W=103W

1MW=1000000W=106W

B.Hướng dẫn giải toán :

1.Vấn đề 17 Tính công suất điện của đoạn mạch hay của một dụng cụđiện

-Tính công suất điện của một đoạn mạch (tính công suất của dòng điệntrong mạch)

Giải  Trường hợp R1 mắc nối tiếp với R2 :

P1=

2 1

2 2

R R

U R

R'td  24

600

120 2 2

2





P U

Mà R'td  24

2 1

2 1



R R

R R

-Trên các dụng cụ điện, nhà sản suất thường cho ta biết chỉ số volt, chỉ sốwalt của dụng cụ điện Đây là Udm và Pdm của đèn hay của dụng cụ điện Nếuhiệu điện thế sử dụng lớn hơn Udm, dụng cụ điện đó sẽ bị hư hỏng

-Cường độ định mức của dụng cụ điện :

dm

I

U P

+Giá trị định mức lớn hơn giá trị trên mạch điện : đèn sáng yếu

+Giá trị định mức bằng giá trị trên mạch điện : đèn sáng bình thường +Giá trị định mức bé hơn giá trị trên mạch : đèn sáng mạnh hơn bìnhthường

 Áp dụng : cho hai đèn Đ1(110V-50W); Đ2(110V-100W)

a)So sánh cường độ định mức của mỗi đèn

b)So sánh điện trở của mỗi đèn

c)Có thể mắc nối tiếp hai đèn nói trên vào mạng điện U=220V đượckhông ? tại sao ? Nếu được, đèn nào sẽ mau bị đứt bóng nhất ?

d)Lắc nhẹ đèn bị đứt tim sao cho hai đầu dây bị đứt lại gác được lên nhau.Lúc này, nếu gắn đèn nói trên vào mạng điện U=110V Điện trở và công suấtđịnh mức của đèn tăng hay giảm so với ban đầu

Giải a)Cường độ định mức của mỗi đèn :

100 50

110

2 2

 A>I : đèn Đ2 sáng yếu hơn bình thường

Khi mắc nối tiếp hai đèn nói trên vào mạng điện U=220v thì đèn Đ1 chóng

bị hư, ta không thể mắc nối tiếp hai đèn vào mạng điện U=220v được

d)Khi hai đầu dây tim đèn gác được lên nhau, điện trở của đèn sẽ giảm(do chiều dài dây tóc giảm và có một đoạn dây tiết diện tăng gấp đôi)

Mà P =

R

U2

Do đó công suất P sẽ tăng, đèn cháy sáng hơn độ sáng ban đầu

Tiết 13,14: §6 ĐIỆN NĂNG – CÔNG CỦA DÒNG ĐIỆN.

A.Tóm tắt lý thuyết :

- Dòng điện có mang năng lượng, năng lượng này gọi là điện năng

- Điện năng có thể chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác như : cơnăng, nhiệt năng, hoá năng, quang năng…và ngược lại Điện năng tuân thủ đúngtheo định luật bảo toàn năng lượng

- Điện năng chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác Trong đó chỉ cómột phần là có ích, phần còn lại là vô ích

Công của dòng điện sản ra trong một đoạn mạch là số đo lượng điện năngchuyển hoá thành các dạng năng lượng khác trong đoạn mạch đó, được tính bởi :

B Hướng dẫn giải toán :

1.Vấn đề 19 : công của dòng điện – công của động cơ điện - hiệu suất sửdụng điện

- Công thức tính công của dòng điện

+ Ngoài ra công còn có thể tính bằng đơn vị Wh, kWh

- Công của động cơ điện là phần năng lượng có ích của dòng điện cung cấpcho động cơ

- Hiệu suất của động cơ điện cũng là hiệu suất sử dụng điện

Aci : phần điện năng chuyển hoá thành cơ năng, hoá năng, quang năng…

Atp : công sinh ra của dòng điện

 Áp dụng : 1 bếp điện có hiệu suất 84 % tiêu thụ một lượng điện năng 660

kJ đun m kg từ 340C đến điểm sôi Biết rằng bếp hoạt động ở hiệu điện thế U=220V, trong 20 phút

a) Tính cường độ dòng điện qua bếp và điện trở của bếp

b) Tính khối lượng m

Giảia) Ta có t = 20 phút = 1200 s

Công của dòng điện chạy qua bếp :

R= U I = 2202,5 = 88()

b) Nhiệt lượng do bếp toả ra ( công có ích )

A ci

 = 4200554400(100 34)= 2 (kg)

2 Vấn đề 20 :Công suất điện-Điện năng tiêu thụ- Tiền điện phải trả

- Công thức tính điện năng tiêu thụ cũng là công thức tính công sinh ra củadòng điện

Với P tính bằng kW, t tính bằng giờ, đơn vị của A là kWh

 Áp dụng : Một hộ gia đình có các dụng cụ điện sau đây:

kế tiếp giá 1210đ /kWh ; 50kwh kế tiếp giá 1600đ /kWh

Giải a) Cường độ dòng điện qua bếp, quạt và đèn:



q P

Số kwh điện mà 4 quạt tiêu thụ trong 1 tháng :

Q=RI2t (J) (1)

Đơn vị của điện trở là 

Của cường độ dòng điện là A

Của thời gian t là s

Đơn vị của nhiệt lượng Q là J

- Mối liên hệ giữa Jun và calo

1cal=4,18J

1J=0,24cal

(1) suy ra Q=0,24RI2t (cal)

B.Hướng dẫn giải toán :

1.Vấn đề 21 : nhiệt lượng toả ra trên một đoạn mạch, trên một dụng cụ điện

- Áp dụng các công thức về nhiệt lượng

b)Mắc song song – nêu kết luận chung

c)Lần lượt mắc riêng rẽ từng điện trở vào giữa hai điểm A,B

Giải a)Mắc nối tiếp :

I=I1=I2

Áp dụng công thức Q=RI2t ta có :

Q1=R1I2t (1)

R

R Q

Q



Hai điện trở mắc nối tiếp nhau và được mắc vào hai điểm có hiệu điện thế

U, thì nhiệt lượng toả ra trên mỗi điện trở tỉ lệ thuận với giá trị điện trở của chúng

1

R

R Q

Q



Hai điện trở mắc song song với nhau và được mắc vào nguồn điện U, nhiệt lượng toả ra trên mỗi điện trở tỉ lệ nghịch với giá trị điện trở của chúng c)Từng điện trở một gắn vào nguồn U :

Tương tự như hai điện trở mắc song song nhưng thời gian khác nhau, ta

1 2 2

1

t R

t R Q

Q



Hai điện trở lần lượt cùng mắc vào nguồn điện U (hay giữa hai điểm có hiệu điện thế bằng nhau) Nhiệt lượng toả ra trên mỗi điện trở tỉ lệ thuận với thời gian dòng điện chạy qua và tỉ lệ nghịch với giá trị điện trở của chúng

2 Vấn đề 22 Nhiệt lượng toả ra của dây dẫn và các vấn đề có liên quan (đun nước bằng bếp điện)

-Tính nhiệt lượng toả ra của bếp

H : hiệu suất của bếp

Qtp : nhiệt lượng toả ra của bếp

+ Qci=Qtp-Qhp

- Nhiệt lượng cần thiết để đun nước từ nhiệt độ t1-t2

Q’=mc(t2-t1)

- Thiết lập phương trình và giải pt tìm các giá trị liên quan

Qci=Q’

 Áp dụng Một bếp điện có ghi (120v-600w) được dùng ở hiệu điện thế U=100v đun sôi 1 lít nước từ 20oC Tính thời gian đun biết rằng hiệu suất của bếp là 80% và nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.k

Giải Điện trở của bếp

R=

600

120 2 2

Qtp=

24

100 2 2



R

U

t Nhiệt lượng bếp cung cấp để đun nước (nhiệt lượng có ích)

Qci=H.Qtp=

3

1000

% 80 24

3 336000

R

R

1

1 1

1

2 1

- Điện trở của hai dây dẫn đồng chất, đồng tiết diện, tỉ lệ thuận với chiều dài của chúng

2

1 2

1

p

p R

Với R1=10, R2=50, R3=40 Điện trở của ampe kế A là không đáng

kể Hiệu điện thế UAB luôn luôn không đổi

a)Diều chỉnh Rb=0, tính dòng điện qua mỗi điện trở, cho biết số chỉ của ampe kế là 1A và hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở

b) Điều chỉnh Rb sao cho ampe kế A chỉ 0,4A Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở

Giải a)Khi Rb=0

3 12



R R

R R

=24() Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch :

UAB=IR=1.24=24(V)

Hiệu điện thế giữa hai đầu R3

A

4 3



R R

R R

234 1



R R

R R

=5() Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở

I1= 1010

1 1

 Bài 3 Cho hai bóng đèn Đ1(220V-100W), Đ2(220V-80W)

a)So sánh điện trở và cường độ dòng điện định mức của hai đèn

b)Mắc nối tiếp hai đèn nói trên vào hai điểm có hiệu điện thế U=220V, so sánh độ sáng của hai đèn

c)Mắc song song hai đèn nói trên vào hai điểm có hiệu điện thế U=220V,

so sánh độ sáng của hai đèn

d)Nếu mắc nối tiếp hai đèn nói trên vào mạng điện U=440V, độ sáng của hai đèn sẽ như thế nào ?

Giảia) Điện trở mỗi đèn

Suy ra đèn Đ2 cháy sáng hơn đèn Đ1

c)Khi mắc song song, do U=Udm1=Udm2 nên cả hai đèn cùng cháy sáng bình thường nhưng do Pdm1>Pdm2

Suy ra đèn Đ1 cháy sáng hơn đèn Đ2

d)Cường độ dòng điện qua mỗi đèn



R

U

=0,404(A)

Idm1>I suy ra đèn Đ1 cháy sáng hơn bình thường

Idm2<I suy ra đèn Đ2 cháy sáng yếu hơn bình thường

Tiết 21, 22: Chương II ĐIỆN TỪ HỌC.

§9 NAM CHÂM – TỪ TRƯỜNG – ĐƯỜNG SỨC TỪ.

A Tóm tắt lý thuyết:

- Nam châm là những vật có tính hút sắt (hay bị sắt hút)

- Các loại nam châm thường gặp: kim nam châm (nam châm thử), thanhnam châm thẳng, nam châm hình chữ U (hình móng ngựa)

- Bất kì nam châm nào cũng có hai cực là cực Bắc (N) và cức nam (S) haithanh nam châm đặt gần nhau thì chúng tương tác lẫn nhau (hút hoặc đẩy nhau):các cực từ cùng tên thì đẩy nhau và các cực khác tên thì hút nhau

- Xung quanh một nam châm có từ trường Một nam châm thử (kim namchâm) đặt trong từ trường, thì có lực từ tác dụng lên nó Ngược lại, tại vùng nào

có lực từ tác dụng lên nam châm (làm kim nam châm quay) thì nơi đó có từtrường

- Khi đặt kim nam châm gần dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua (thínghiệm Oersted), ta thấy kim nam châm quay Điều này chứng tỏ dòng điệncũng sinh ra từ trường Từ trường của dòng điện có rất nhiều ứng dụng quantrọng

- Sở dĩ kim nam châm luôn chỉ hướng Bắc – Nam là do Trái Đất cũng có từtrường Trái Đất cũng có hai cực từ: cực từ Bắc và cực từ Nam

- Cực từ của Trái Đất không trùng với cực địa lý của nó mà nó chỉ nằm gầncực địa lý Cực từ Nam gần cực Bắc địa lý và ngược lại cực từ Bắc gần cực Namđịa lý của Trái Đất Vì vậy kim nam châm không định hướng mà bị lệch so vớiphương Bắc – Nam địa lý một chút