bài tập vật lý lớp 9 nâng cao

Xác định hiệu điện thế trên đèn Đ3, điện trở R2 và điện trở tương đương của mạch điện.. Xác định điện trở của đoạn MC trong mỗi sơ đồ sao cho đèn sáng bình thường.. Tính hiệu suất của mạ

Phương pháp chung giải các bài tập phần điện học.

I Phương pháp chung giải các bài tập phần điện học.

a) Bước 1: Tóm tắt, phân tích mach điện và vẽ lại hình vẽ (nếu cần)

b) Bước 2: Phân tích bài toán để tìm hướng giải, các công thức vận dụng, biến đổi

công thức

c) Bước 3: Căn cứ vào bước hai ta tiến hành trình bày lời giải.

d) Bước 4: Tiến hành thử lại kết quả, nhận xét nếu có.

B BÀI TẬP PHẦN ĐIỆN HỌC

bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ( hình 3)

Nếu đặt vào AB một hiệu điện thế 50 V thì thu được hiệu điện thế EF là 30 V

1: Cho mạch điện như hình vẽ: UAB = 132 V không đổi, các điện trở có giá trị bông nhau Dùng một vôn kế đo hiệu điện thế giữa hai điểm A; C thì vôn kế chỉ 44V Nếu dùng vôn kế ấy đo hiệu điện thế giữa hai điểm A; D thì vôn kế chỉ bao nhiêu vôn?

2: Cho mạch điện như hình vẽ Biết UAB = 10 V, R1 = 2Ω, Ra = 0 Ω, Rv vô cùng lớn,

RMN = 6 Ω Con chạy đặt ở vị trí nào thì ampe kế chỉ 1A Lúc này vôn kế chỉ bao nhiêu ?

3:Cho mạch điện như hình vẽ A B

Rb là biến trở, UAB = 10 V không đổi, RA = 0, khi K mở,

con chạy C ở M, điều chỉnh Rb ở vị trí mà công suất Rb

Khi đó phần biến trở tham gia vào mạch điện là Rx

Sau đó đóng K, di chuyển con chạy C thấy ampe kế

4 : Cho mạch điện như hình vẽ

Đèn Đ1 là loại 12V - 6W Đèn Đ2 là loại 12V - 12W

Công suất tiêu thụ trên đèn Đ3 là 3W; R1 = 9Ω

Biết các đèn cùng sáng bình thường

Xác định hiệu điện thế trên đèn Đ3,

điện trở R2 và điện trở tương đương của mạch điện

5: Trong hộp kín X có sáu dây điện trở như nhau, mỗi dây có điện trở R được mắc

thành mạch điện và nối ra ngoài bông 4 đầu dây được đánh số: 1; 2; 3; 4 Biết rông

R12 = R13 = R14 = R23 = R24 = R34 = 0,5R Xác định cấu trúc đơn giản của mạch

điện trong hộp

6: Cho mạch điện như hình vẽ:

Biết UMN = 12 V ; R1 = 18Ω; R2 = 9Ω

R là biến trở có tổng điện trở của đoạn

CE và CF là 3.Bỏ qua điện trở của Ampe

kế và các dây nối

Xác định vị trí con chạy C của biến trở

để

a)Ampe kế chỉ 1A

b) Cường độ dòng điện chạy qua đoạn

cường độ dòng điện chạy qua đoạn CF

của biến trở R?

R1 E R2

M R N

C

2

N

Đ3

M

A

7 Để thắp sáng một bóng đèn Đ (6V – 3W) giữa hai điểm có một hiệu điện thế được

duy trì là 10V, người ta mắc một trong hai sơ đồ mạch điện như hình bên ( H.1a; H.1b) Trong đó điện trở của toàn biến trở là R = 10Ω

a Xác định điện trở của đoạn MC trong mỗi sơ đồ sao cho đèn sáng bình thường

b Tính hiệu suất của mạch điện trong mỗi trường hợp Từ đó cho biết sơ đồ nào có lợi hơ

C HƯỚNG DẪN GIẢI

1 : Gọi điện trở của vôn kế là RV giá trị mỗi điện trở là r

khi mắc vôn kế vào A;C ta có: RAC =

Rv r

rRv

+

2

2

và UAC = U

CB CB

AC

R R

R

+

r R

R

V

2

+

thay số và giải được RV = 2r

khi mắc vôn kế vào A; D thì RAD = r

r R

r R

V

V

3

2

= +

 UAD = U

DB AD

AD

R R

R

+ thay số và tính đúng UAD = 24

2: Vị trí D của con chạy và số chỉ vôn kế

Vì Ra = 0 nên UAC = UAD = U1 = R1I1 = 2V

Gọi điện trở phần MN là x thì:

x

I x = 2; IDN = I1 + IX =

x

2

1 +

UDN = ( x)

x −









 − 1 2 6 ; UAB = UMD + UDN = 10

= 2, con chạy phải đặt ở vị trí chia MN thành 2 phần MD có giá trị 2Ω và

DN có giá trị 4 Ω, lúc này vôn kế chỉ 8V( đo UDN)

2 2

2

) (

) (

X X

X X

R

R R

U R

R R

U

+

= +

Lập luận được PRb lớn nhất khi RX =R

Khi K mở: cường độ dòng điện trong mạch chính: I =

MN

R

U

+

Vậy I nhỏ nhất khi RNM lớn nhất, có RMN =

R

R

R MC. CN

Lập luận tìm ra

RMN lớn nhất khi RMC = RCN = 0,5R

 RMN = 0,25R

dựa vào giá trị nhỏ nhất của cường độ dòng điên, tìm được R = 16Ω

U

M C

N

U

M C

N

 RX = 16Ω

4: Vì các đèn sáng bình thường nên IĐ1= 0,5A; IĐ2 = 1A

Vậy chiều dòng điện từ N tới M  IĐ3 = IĐ1 - IĐ2 = 0,5A

Tính được RĐ3 = 12Ω

Tính được UNM = 6V; UAN = UAM - UNM = 6V

UAB = UAM + UMB = 24V;  UNB = UAB - UAN = 18V

Có IR1 = ( )

3

2 1

A R

U AN

= từ đó tính được IR2 = A

6

1

và R2 = 108Ω, cường độ dòng điện trong mạch chính I = IĐ1 + IR1 = A

6 5

Tính được RĐ = 28,8Ω

5: - Lập luận được mạch điện có tính đối xứng

- Vẽ được mạch điện đơn giản nhất là hình tứ diện đều

6: a) Đặt RCE = x ( 0< x < 36); RCF = 36 – x

Mạch tương đương:

R1

E R2

M≡C N≡F

x

R - x

2 1

18 18

I x R x

I Ix

Ix R

Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch là:

U = UME + UEN = Ix.x +I2.R2 = ( 1,5x + 9 ).Ix

=> Ix = 1,512x+9= x8+6

Cường độ dòng điện qua đoạn CF :

IR-x = 12

36 x−

Theo giả thiết về cường độ dòng điện qua ampe kế A:

IA = Ix + IR – x => 8 12 1

6 36

x + x =

288 – 8x + 12x + 72 = 36x + 216 – x2 – 6x

x2 – 26x + 144 = 0

=> x1 = 8; x2 = 1

Như vậy có 2 vị trí của con chạy C ứng với tỉ số điện trở CE 288 27

CF

R

R = = và bông 1 để

ampe kế chỉ 1A

b) Dòng qua các đoạn mạch CE và CF có độ lớn như nhau: Ix = IR – x

1,512x+9 =3612−x => 1,5x + 9 = 36 – x

4

U

Vậy : x = 10,8 Ω7

H.1a H.1b

a Điện trở đoạn MC của biến trở.

Theo bài ra ta có: Uđ = 6V

Iđ = Pđ/Uđ = 3/6 = 0,5 (A)

Gọi điện trở RMC = x

Trong sơ đồ H.1a Ta có x = 10 6 8( )

0,5

d

U U− = − = Ω

I

Trong sơ đồ H.1b điện trở của đoạn NC là: RNC = 10 – x

Cường độ dòng điện qua đoạn NC:

NC

NC

U

I

R x

−

Cường độ mạch chính I =IMC = Iđ + INC = 1 6 22

2 10 20 2

x

x x

−

Hiệu điện thế UMC = U – Uđ = 10 – 6 = 4 (V)

Điện trở MC là:

x = 4(20 2 ) 2 30 80 0

22

MC

MC

U x

x x

I x

−

− => x = 3 và x ≈ 27 (loại) Vậy điện trở đoạn MC bông 3Ω

b Hiệu suất của mạch điện

Trong sơ đồ hình H.1a

1

6 100% 100% 60%

10

tm

P U

H

P U

Trong sơ đồ H.1b

2

.

tm

P P

H

P I U

Với x = 3 thay vào (1) ta có I ≈ 1,36 (A)

=> 2

3 100% 22%

1,36.10

tm

P P

H

P I U

Ta thấy H2 < H1, nghĩa là hiệu suất thắp sáng ở sơ đồ H.1a cao hơn

Bài 8

H.1a H.8:

Một đoạn mạch gồm 4 đoạn dây đồng chất nối tiếp

nhau như hình vẽ Các đoạn dây đồng có cùng chiều dài

nhưng tiết diện lần lượt là 2mm2, 4mm2, 6mm2, 8mm2 Đặt

hiệu điện thế 100V vào hai đầu đoạn mạch AB Tính hiệu

điện thế hai đầu mỗi đoạn dây

A

B

1 2

3 4

U

M C

N

U

M C

N

Đ1 Đ

2

Đ5

9: Cho mạch điện như hình vẽ UAB = 9V, R0 = 6Ω

Đèn Đ thuộc loại 6V-6W, Rx là biến trở Bỏ qua

điện

trở của Ampekế và dây nối

a Con chạy của biến trở ở vị trị ứng với Rx = 2Ω

Tính số chỉ Ampekế Độ sáng của đèn như thế nào?

Tìm công suất tiêu thụ của đèn khi đã

b Muốn đèn sáng bình thường cần di chuyển con chạy biến trở về phía

nào? Tính Rx đó thoả mãn điều kiện đã

c Khi đèn sáng bình thường Tính hiệu suất của mạch điện (coi điện năng làm sáng

đèn là có ích)

10: Cho mạch điện như hình vẽ, UMN = 5V Công suất tiêu

thụ trên các đèn: P1=P4=4W, P2=P3=3W, P5=1W Bỏ qua

điện trở của dây nối Tính điện trở các bóng đèn và cường

độ dòng điện qua mỗi đèn

11: Một bếp điện công suất P =1KW, đun lượng nước cất

nhiệt độ ban đầu là 200C Sau 5 phút thì nhiệt độ nước lên

đến 450C Ngay sau đã bị mất điện trong 3 phút Vì vậy nhiệt độ nước giảm xuống, khi

còn 400C bếp lại tiếp tục đun cho đến khi nước sôi Xác định:

a Khối lượng nước cần đun

b Thời gian cần thiết để khi bắt đầu đun cho tới khi nước sôi

Biết nhiệt lượng nước toả ra môi trường tỷ lệ thuận với thời gian;cho Cn 4200J/kg.độ

12: Cho mạch điện như hình vẽ UAB = 9V, R0 =

6Ω

Đèn Đ thuộc loại 6V-6W, Rx là biến trở Bỏ qua điện

trở của Ampekế và dây nối

a) Con chạy của biến trở ở vị trí ứng với Rx =2Ω

Tính số chỉ Ampekế Đé sáng của đèn như thế nào?

b) Tìm công suất tiêu thụ của đèn khi đã

c) Muốn đèn sáng bình thường cần di chuyển con chạy biến trở vị trí nào?

Tính Rx đó thoả mãn điều kiện đã

c Khi đèn sáng bình thường Tính hiệu suất của mạch điện (coi điện năng làm sáng

đèn là có ích)

13:Cho mạch điện như hình vẽ biến trở có điện trở toàn phần

R0 = 24Ω, bóng đèn Đ loại 12V-6W, hiệu điện thế U = 30V Đặt x là

giá trị của phần biến trở MC

1/Gía trị x phải bông bao nhiêu để đèn sáng bình thường Tìm cường độ dòng điện qua phần biến trở MC

2/ Từ trường hợp của câu 1, nếu dịch chuyển con chạy C về phía

M thì độ sáng của đèn thay đổi như thế nào

3/ Từ trường hợp của câu 1, nếu dịch chuyển con chạy C về cả 2 phía(hoặc phía M, hoặc phía N) thì cường độ dòng điện qua phần biến trở MC thay đổi như thế nào? Giải thích

14:Cho mạch điện như hình vẽ cho biết hiệu điện thế U = 24V

các điện trở R0 = 6Ω, R1 = 18Ω, Rx là gía trị tức thời của 1 biến

trở đủ lớn, dây nối có điện trở không đáng kể

1/Tính Rx sao cho công suất tiêu hao trên nó bằng 13.5W và tính

6

Đ

R0

RX

Đ

R0

R X

Đ

R0 U C

R0

R 1

C Rx

hiệu suất của mạch điện Biết rằng tiêu hao năng lượng trên R1, RX

là có ích, trên R0 là vô ích

2/Với gía trị nào của RX thì công suất tiêu thụ trên nó là cực đại? Tính công suất cực đại này

15:Một ấm điện bông nhôm có khối lượng 0,5kg chứa 2kg nước ở 25oC Muốn đun sôi

lượng nước đó trong 20 phút thì ấm phải có công suất là bao nhiêu? Biết rằng nhiệt

dung riêng của nước là C = 4200J/kg.K Nhiệt dung riêng của nhôm là C1 = 880J/kg.K

và 30% nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh

Bài 16: Trong cầu chì của một mạch điện, dây chì đường kính d1=0.3mm bị nóng chảy

và đứt khi có dòng điện I1=1,8A đi qua, còn dây chì đường kính d2=0.6mm bị nóng

chảy và đứt khi có dòng điện I2=5 A đi qua Hỏi dòng điện trong mạch là bao nhiêu sẽ

làm đứt cầu chì có hai loại dây chì trên mắc song song? Cho rằng các đoạn dây chì có

cùng điện trở suất và chiều dà

Bài 17: Mạch điện AB gồm ba điện trở R1= 10Ωmắc nối tiếp với (R2= 30Ω song song

với R3= 60Ω) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là U

a) Tính theo U cường độ dòng điện qua mỗi điện trở

b) Tìm U để các điện trở không bị hư ( công suất tiêu thụ của mỗi điện trở không vượt

quá 1,2W)

Bài 18: Một bóng đèn trên có ghi 6V-3W Một biến trở có điện trở lớn nhất là

RAB=30ohm, C là vị trí con chạy của biến trở, C có thể di chuyển từ A đến B Đèn và

biến trở được mắc vào một nguồn hiệu điện thế U=9V Gọi điện trở của đoạn AC trên

biến trở là x Tìm các cách mắc đèn và biến trở vào nguồn điện để đèn sáng bình

thường Tìm x trong mỗi cách mắc và hiệu suất của nguồn trong mỗi cách mắc

Bài 19: Mạch điện gồm nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U, vôn kế có điện trở

Rv, Ampe kế có điện trở Ra và điện trở thuần R được mắc lần lượt như sau:

1 (R//Rv)ntRA, Ampe kế chỉ 10mA, vôn kế chỉ 2V

2 (R//RA)ntRv, Ampe kế chỉ 2.5mA

a) Lập biểu thức tính chỉ số của vôn kế trong trường hợp 1 theo U, RA, R

b) Tìm giá trị điện trở thuần R

Bài 20:Một nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi Một điện trở thuần có giá trị R0

đã biết, một điện trở thuần có giá trị R chưa biết, một ampe kế có điện trở Ra chưa biết

Các dây nối có điện trở không đáng kể Hãy nêu phương án đo R dựa trên các thiết bị,

dụng cụ nêu trên.Chú ý: không được mắc trực tiếp ampe kế vào 2 cực của nguồn điện vì

sẽ làm hỏng ampe kế

Bài 21: 2 bóng đèn dây tóc có cùng HĐT định mức U, có công suất định mức lần lượt

là P1=18 W và P2=36 W

a) Tìm tỉ số điện trở của 2 bóng đèn R2/R1

b) Mắc 2 đèn nối tiếp nhau vào nguồn HĐT U bằng với HĐT định mức của mỗi đèn

Tính công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn lúc đó

c) Dây tóc của 2 bóng đèn làm bằng 1 chất liệu Đường kính tiết diện và độ dài của dây

tóc đèn I là d1 và l1, của dây tóc đèn II là d2 và l2 Cho rằng khi đèn sáng đúng định

mức, công suất nhiệt do đèn tỏa ra môi trường tỉ lệ thuận với diện tích xung quanh của

dây tóc đèn Tìm các tỉ số d2/d1 và l2/l1

Bài 22 : Người ta dẫn điện đến 20 phòng học để thắp sáng 4 bóng đèn loại 220V-60W

mỗi phòng bằng dây dẫn bằng đồng có điện trở suất 1,7.10^-8 có chiều dài tổng cộng là

200 m tiết diện 5 mm2 từ trạm phát điện có hiệu điện thế là 220V

a) Công suất hao phí trên đường dây truyền tải

b)Công suất truyền đi của trạm và công suất thực tế trên đèn

c) nếu người ta muốn sử dụng 95% công suất đèn thì tiết diện của dây phải là bao nhiêu ?

C HƯỚNG DẪN GIẢI

8:- Gọi điện trở các đoạn giây có tiết diện S1, S2, S3, S4 tương ứng là: R1, R2, R3, R4

Ta có:

R 1 = 4 4 4.8 4

4 2

1

R S R

R

S = =

.8

R S R

S

.8

R S R

S

Điện trở của đoạn mạch AB là:

Rtđ = R1 + R2 + R3 + R4 = 4R4 + 2R4 + 4/3R4 + R4

Rtđ = 25R4/3

Cường độ dòng điện qua mạch chính:

100.3 12

25. 4 4

U

I

R td R R

Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây thứ nhất:

U1 = I.R1= (12/R4).4R4 = 48V

Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây thứ hai:

U2 = I.R2= (12/R4).2R4 = 24V

Hiệu điện thế giữa hai đầu dây thứ ba:

U3 = I.R3= (12/R4).(4R4/3 )= 16V

Hiệu điện thế giữa hai đầu dây thứ tư:

U4 = I.R4= (12/R4).R4 = 12V

14: a)R tương dương của R1 và Rx: R1x =

x

x

R R

R R

+

1

1

=

x

x

R

R

+

18

18

R toàn mạch : R = R0 + R1x = 6 +

x

x

R

R

+

18

18

=

x

x

R

R

+

+

18

) 5 , 4 ( 24

I qua mạch chính : I = U/R =

x

x

R

R

+

+

5 , 4 18

Ta có : Ix Rx = I R1x ⇒ Ix = I

x

x

R

R1

=

x

R

+

5 , 4

18

P hao phí trên Rx: Px = I2

x Rx =

2 5

, 4

18







 +R x Rx

Mà theo bài ra Px = 13,5 W

x - 15 Rx + 20,25 = 0 Giải pt bậc 2 ta được 2 nghiệm Rx = 13,5Ω và Rx = 1,5Ω

Hiệu suất của mạch điện H = R R

R I

R I P

P x x

t

2 1

2

=

=

8

+ Với Rx = 13,5Ω ta có H = 24(184,5. )

x

x

R

R

+ = 56,25%

+ Với Rx = 1,5Ω ta có H = 24(184,5. )

x

x

R

R

+ = 18,75%

b) P tiêu thụ trên Rx: Px = I2

x Rx =

2 5

, 4

18







 +R x Rx = 20 , 25 9

324

+ +

x x

R R

Để Px cực đại thì mẫu số phải cực tiểu, nhưng tích của 2 số không âm:

Rx

x

R

25

,

20

= 20,25 (hàng số) → tổng của chúng sẽ cực tiểu khi Rx =

x

R

25 , 20

→

Rx = 4,5Ω

Lúc đó giá trị cực đại của công suất : Pxmax = 4,5+3244,5+9 = 18W

15:*Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ của ấm nhôm từ 25oC tới 100oC là:

Q1 = m1c1 ( t2 – t1 ) = 0,5.880.(100 – 25 ) = 33000 ( J ) (0,5đ)

*Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ của nước từ 25oC tới 100oC là:

Q2 = mc ( t2 – t1 ) = 2.4200.( 100 – 25 ) = 630000 ( J )

*Nhiệt lượng tổng cộng cần thiết:

Q = Q1 + Q2 = 663000 ( J )

*Mặt khác nhiệt lượng có ích để đun nước do ấm điện cung cấp trong thời gian 20 phút ( 1200 giây ) là:

( Trong đó H = 100% - 30% = 70% ; P là công suất của ấm ; t = 20 phút = 1200

giây )

*Từ ( 1 ) và ( 2 ) : P = Q 663000.100 789,3( W)

H.t = 70.1200 =

CHỦ ĐỀ II: CÁC BÀI TẬP VỀ NHIỆT HỌC

I/ LÍ THUYẾT CƠ BẢN.

1 Công thức tính nhiệt lượng thu vào hoặc toả ra của một vật:

Q mc t= ∆ (1)

(2)

.

(3)

.

(4)

Q

c

m t

Q

m

c t

Q

t

mc

⇒ =

∆

⇒ =

∆

⇒ ∆ =

Trong đó Q: Nhiệt lượng(J)

m: Khối lượng(kg)

c: Nhiệt dung riêng(kg/J.K)

∆t : Độ tăng nhệt độ

- Lưu ý công thức tính khối lượng: m = V.D

2 Công thức tính nhiệt lượng vật toả ra hay thu vào khi nóng chảy hay đông đặc.

Q= λm(1)

(2) (3)

Q m Q m

λ λ

⇒ =

⇒ =

Trong đó Q: Nhiệt lượng(J)

m: Khối lượng(kg)

λ: Nhiệt hoá hơi J/kg)

Bảng nhiệt h

3 Công thức tính nhiệt lượng do nhiêu liệu khi bị đốt cháy toả ra:

Q qm= (1)

(2) (3)

Q q m Q m q

⇒ =

⇒ =

Trong đó Q: Nhiệt lượng(J)

m: Khối lượng(kg)

q: Năng suất toả nhiệt (J/kg)

- Lưu ý hiệu suất

toa .100%

thu

Q H Q

4 Phương trình cân bằng nhiệt:

Qtoả = Q thu

II/ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1/ Tóm tắt bài toán,chuyển đổi đơn vị( nếu có)

2/ Phân tích tìm lời giải

3/ Trình bài lời giải

4/ Kiểm tra kết quả và kết luận

* Những lưu ý khi giải bài tập nhiệt học:

+ Chuyển đổi đơn vị

+Vận dụng công thức

+ Biến đổi công thức

+ Quá trình chuyển đổi chất

+ Hiệu suất của quá trình biến đổi chất

III.CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN

1 Dạng bài tính nhiệt lượng toả ra hay thu vào của một vật dạng đơn giản:

Bài 1: Tính nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 2l nước ở 200C, nhiêt dung riêng của nước c = 4200J/ kg.K, khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3?

1 Tóm tăt và phân tích lời giải.

10