DIEN HOC VẬT LÝ THCS PHẠM BATHANH DS

DIEN HOC VẬT LÝ THCS PHẠM BATHANH DS tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các...

ĐIỆN HỌC

A- Lí thuyết

1 Công thức tính điện trở

R=

S

l

 (Ω) R(Ω), l(m), S(m2), ρ(Ω.m)

2 Định luật Ôm(đoạn mạch)

I=

R

U

=> U=R.I I(A), U(V), R(Ω)

a, Áp dụng cho các đoạn mạch có các điện trở mắc nối tiếp.

- Cường độ dòng điện: I=I1=I2=I3=…=In

- Điện trở: R=R1+R2+…+Rn

- Hiệu điện thế: U=U1+U2+…+Un

b, Áp dụng cho đoạn mạch có các điện trở mắc song song.

- Cường độ dòng điện: I=I1+I2+I3+…+In

- Điện trở:

n

R R

R R

1

1 1 1

2 1









- Hiệu điện thế: U=U1=U2=…=Un

* Chú ý:

- R1 song song R2 => R12=

2 1

2 1

R R

R R



- Khi R1 = R2 =…=Rn

=> Rtd=

n

R1

(n: số nhánh)

- Rtd<Rtp

Biến trở: Con chạy, tay quay

3 Công suất-Công của dòng điện

a, Công của dòng điện trên một đoạn mạch

- Là phần điện năng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.

- Điện năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác và ngược lại.

- Wtp=Wcó ích+Whao phí (W: năng lượng)

Atp=Acó ích + Ahao phí

tp

ci

A

A

A = U.I.t = I2.R.t = t P t

R

U

2



1 KW.h = 1000W.3600s=3,6.106 J

b, Công suất của dòng điện

P=

t

A

= U.I = I2.R =

R

U2 => R=

đm

đm

P

U2

; Iđm=

đm

đm

U P

1W= 1V.1A

1kW=1kV.1A

1MW=103kW=106W

II/ Bài tập:

Bài 1 : Một mạch điện gồm 1 nguồn điện, 1 điện trở R, 1 biến trở và 1 Ampe kế mắc nối

tiếp với nhau Hiệu điện thế của nguồn không đổi, Ampe kế có điện trở không đáng kể Biến trở ghi 100Ω- 2A.

a, Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu ý nghĩa những con số ghi trên biến trở.

b, Biến trở này làm bằng ni có ρ=0,4.10-6 Ω.m và đường kính tiết diện 0,2 mm Tính chiều dài của dây làm biến trở.

c, Di chuyển con chạy biến trở người ta thấy Ampe kế chỉ trong khoảng 0,5A đến 1,5A Tìm hiệu điện thế của nguồn điện và điện trở R.

Giải

a, Sơ đồ:

Số ghi trên biến trở:

100 Ω- Điện trở lớn nhất

2A- Imax được phép qua biến trở

b, Từ công thức:

R=

S

l

 => l=R.S với S=

4

2

d



=> l=

S

d

R

4

. 2 thay số l=7,8 (m)

c, Gọi U là hiệu điện thế của nguồn, Rx là điện trở của biến trở.

I=

Rx R

U

 Với U, R không đổi khi con chạy ở N: Rx=0

I=Imax=1,5A Ta có Imax=

R

U

Khi con chạy ở N: Rx=R'=100 Ω

I=Imin=0,5A

100

U R

R

U

(2)

Bài 2 : Người ta mắc biến trở AB làm bằng dây dẫn đồng chất tiết diện đều có R=100Ω vào mạch như h.vẽ U=4,5V Đèn Đ thuộc loại 3V-1,5W

Khi dịch chuyển con chạy C đến vị trí cách đầu A một đoạn bằng 1/4 chiều dài biến trở AB Thì đèn Đ sáng bình thường

1 Xác định:

a, Điện trở R0

b, Công suất tỏa nhiệt trên biến trở AB

2 Giữ nguyên C Nối 2 đầu của biến trở AB (H.vẽ)

a, Iđ, độ sáng đèn như thế nào

b, Muốn Đ sáng bình thường ta phải di chuyển con chạy C đến vị trí nào trên AB.

Giải

1, Phần điện trở Rx của biến trở tham gia vào mạch

) ( 5 , 2 4

10 4

1









R

R

Đèn Đ sáng bình thường:

3

5 , 1

A U

P

đm

5 , 1

32 2







đm

đm

P U

Mặt khác:

0















I

U R R R R

U

b, Công suất tỏa nhiệt:

Px=I2Rx=0,52.2,5=0,625(W)

2 Ta có thể vẽ lại mạch như hình bên:

RAC=2,5(Ω) => RBC=7,5(Ω)

R'x= . 1,875()

AC

BC AC

R

R

R

R

=> I'đ= 0,537( )

R

U

đ







I'đ>Iđm => Đ sáng hơn mức bình thường

b, Muốn sáng bình thường:

R'x=Rx=2,5(Ω) = R/4

=> Con chạy C ở chính giữa biến trở AB

Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ UAB không đổi =

12V, R1=6 Ω Biến trở Rx có giá trị lớn nhất là 18 Ω.

Con chạy C nằm ở vị trí sao cho MC=1/3 MN Điện

trở Vôn kế rất lớn.

a, Tính điện trở của mạch AB

b, Số chỉ của Vôn kế

c, Di chuyển C về phía M Số chỉ Vôn kế thay đổi thế nào Tìm số chỉ nhỏ nhất và lớn nhất của Vôn kế khi C di chuyển trên biến trở.

Giải

a, Khi MC=

3

1 .MN R'x=

3

1

.Rx=

3

1 .18=6(Ω) Vậy RAB=R1+

3

1 .Rx=12(Ω)

b, Số chỉ Vôn kế: U1=I.R1

12 3

1 1

A R

U R R

U

AB x







 Vậy U1=1.6=6(V)

Cách khác

R1=

3

1

U U U

U U

2

1 1 2

1

2 1

















2

1

2

1

R

R

U

U



c, Di chuyển C về phía M: Rx giảm => RAB giảm => I tăng

Mặt khác: U1=I.R1 mà R1 không đổi

Nên I tăng thì U1 tăng Số chỉ Vôn kế tăng.

Khi C trùng M thì U1=UAB=12V

18 6

12 1

A R

R

U

x









Số chỉ của Vôn kế: U1=I.R1=0,5.6=3(V)

Vậy: Umax=12V, Umin=3V

Bài 4: Cho mạch điện như hình vẽ Biết U không đổi,

đèn Đ1 sáng bình thường và công suất cả mạch 32W

Nếu thay Đ1 bằng Đ2 có cùng công suất định mức như

Đ1 thì Đ2 cũng sáng bình thường nhưng khi đó công suất

cả mạch bằng 8W.

a, Tính tỉ số I qua r trong 2 trường hợp.

b, Công suất định mức mỗi đèn.

c, Điện trở mỗi đèn theo r.

d, Nếu Đ1, Đ2 mắc song song rồi nối với r thì công suất mạch bằng bao nhiêu.

8

12

2

1 2

1

2

P

P I

U

I

U

I

I

b, P=PĐ+Pr => P-PĐ=Pr

Cách 1: 12-PĐ=I2

1.r = (1,5.I2)2r (vì I1=1,5I2) Cách 2: 8-PĐ=I2

2.r

P

P

Đ Đ

8

12











c, Vì đèn và r mắc nối tiếp

Đ

Đ

r

R

r

P

P



- Khi mắc Đ1: Pr = P-PĐ=12-4,8=7,2W

Thay vào trên:

r R

R

r

Đ

2 8

,

4

2

,

7

1 1







d, Khi 2 đèn mắc song song.

) 1 ( 19 13 13 6 2

2 1

2 1

U r r R

r

R

r R

R

R

R

R

Đ

tm

Đ Đ

Đ Đ

Đ















U r

r

U

12

5 3 3 2

2 2







3

5 12

2





r

U

Thay vào (1) ta có Ptm= 20 13,7W

19

13



Bài 5: Cho mạch điện như hình vẽ.

Dây điện trở BC có chiều dài l=50cm, R1=12Ω, U=6V Điện trở của điện kế g=82 Ω,

RA=0.

a, Điều chỉnh con chạy đến D cách B một khoảng 20cm thì Ig=0, IA=0,9A Xác định Rx, RBC.

b, Dây BC làm bằng chất có ρ=2.10-5 Tính S dây.

c, Di chuyển con chạy đến C thì có dòng điện đi qua G không? Tại sao? Tính IA

trong trường hợp này.

Giải:

a, Khi Ig=0 => VM=VD

UBD=UBM

UDC=UMC

) ( 8 3

2

3 2

3

2 30 20

1 1 1

























R

R

R

R U

U

U

U

R

R

U

U

DC

BD R

R

U

U

X

X DC

BM

DC

BD

x

MC

BM

DC

BD

DC

BD

Tính RBC:

) ( 10 6 , 0 6

) ( 6 , 0 3 , 0 9 , 0

) ( 3 , 0 12 8

6 1





























BC

BC

BMC

BC

X

BMC

I

U

R

A I

I

I

A R

R

U

I

R

l S S

l

R

BC



c, Khi D trùng C: UMC khác 0 Ig khác 0.

Tính IA:

Trường hợp này: [(G//R1)nt RX]// RBC

RG,l= . 6( )

1

R

g

R

g

Rg,l,x=Rg, l + Rx=6+8=14(Ω)

14 10

14 10









BMC

BC BMC

R

R

R

R

I'A= 1,03( )

8

,

5

6

R

U





Bài 6: Cho mạch như hình vẽ.

Nếu UAB=100V thì UCD=10V Khi đó I2=1A Ngược lại

nếu UCD=60V thì UAB=15V Tính: R1, R2, R3.

Giải:

a, R1//(R2 nt R3)

U1=U2+U3 => U2=U1-U3=100-40=60V

I2=I3=1(A)

) ( 40 1

40

) ( 60 1

60

3

3

3

2

2

2

















I

U

R

I

U

R

b, R3//(R1 nt R2)

U3=U1+U2 => U2=U3-U1=60-15=45(V)

) ( 20 60 45

15 2 2

1 1 2

1

2

U

U R R

R

U

U

Bài 7: Cho mạch điện nh hình vẽ UAB= 6V, R1= 0,4,

R2= 0,6; biến trở có điện trở toàn phần RMN= 8

Vôn kế có điện trở vô cùng lớn Xác định:

a/ Số chỉ của vôn kế khi con chạy C ở chính giữa MN.

b/ Vị trí con chạy C để công suất trên toàn biến trở là

cực đại Tính giá trị cực đại và số chỉ vôn kế khi đó.

Giải:

a/ Khi C ở giữa MN R1 nt R2nt( RCM RCN

+ Điện trở của mạch: R = R1 + R2+

CN CM

CN CM

R R

R R



= 3() + Cờng độ dòng điện mạch chính: I =

R

U AB

= 2 (A) + Số chỉ vôn kế: UV = UAB - I.R1 = 6 - 2.0,4 = 4,8(V) b/ Khi C ở vị trí công suất trên toàn biến trở đạt cực đại

b

R

1

=

x

1

+

x

 8

1 = y + Điện trở toàn mạch: R = R1 + R2+ Rb = 1 + 1y = 1y y + Cờng độ dòng điện mạch chính: I =

R

U AB

= 16y y

+ Công suất trên toàn biến trở: Pb = I2.Rb = [ y y

 1

6 ]2 1y = 1 2 2

36

y y

y



2

1

36



y

y

Theo bất đẳng thức cô si : 1y + y ≥ 2 => Pb ≤

2 2

36

 = 9 (W)

R 1

R 2

B

v

C N M

A

=> Pb cực đại khi: 1y = y => y = 1

=>

x

1

+

x

 8

1 = 1 => x2 - 8x + 8 = 0 => x1 = 4 - 2 2() và x2 = 4 +

2 2()

Vậy: Con chạy ở vị trí sao cho RCM = 4 - 2 2() hoặc RCM = 4 + 2 2(

+ Khi Pmã = 9 w Số chỉ vôn kế: UV = UAB- I.R1= UAB - 16y yR1= 6 -

2

6 = 3(V)

Bổ sung phần IV: điện học

Bài 8:

Cho mạch điện nh hình vẽ:

Biết UAB = 16 V, RA  0, RV rất lớn

Khi Rx = 9  thì vôn kế chỉ 10V

và công suất tiêu thụ của đoạn

mạch AB là 32W

a) Tính các điện trở R1 và

R2

b) Khi điện trở của biến trở

Rx giảm thì hiệu thế giữa hai

đầu biến trở tăng hay giảm? Giải

thích

A R1

B

A V

R2 R X

- Mạch điện gồm ( R2 nt Rx) // R1

a, Ux = U1- U2 = 16 - 10 = 6V => IX= x 69 23

x

U

R   (A) = I2

R2 = 22

10 15( ) 2

3

U

P = U.I => I = 32

16

P

U  = 2 (A) => I1= I - I2 = 2 - 2 4

33 (A)

R1 = 1

16

12( ) 4

3

U

b, Khi Rx giảm > R2x giảm > I2x tăng > U2 = (I2R2) tăng

Do đó Ux = (U - U2) giảm

Vậy khi Rx giảm thì Ux giảm

Bài 9:

Cho mạch điện nh hình vẽ:

Hiệu điện thế giữa hai điểm B,

D không đổi khi mở và đóng

khoá K, vôn kế lần lợt chỉ hai giá

trị U1 và U2 Biết rằng

R2 = 4R1 và vôn kế có điện trở rất

lớn

Tính hiệu điện thế giữa

hai đầu B, D theo U1 và U2

B R0 R2

D

V

R1 K

- Khi K mở ta có R0 nt R2

BD

- Khi K đóng ta có: R0 nt (R2// R1)

Do đó UBD= U2+ 2 2

2

5

U R

R Vì R2= 4R1 nên R0 = 2 2

2

R U

U U (2)

Từ (1) và (2) suy ra: 2 1 2 2

=>

U   U  => UBD = 1 2

4 5

U U

U U

Bài 10:

Cho mạch điện nh hình vẽ:

Biết R = 4, bóng đèn Đ: 6V – 3W, R2

là một biến trở Hiệu điện thế UMN =

10 V

a Xác định R2 để đèn sáng bình

thờng

b Xác định R2 để công suất tiêu

thụ trên R2 là cực đại Tìm giá trị

đó

c Xác định R2 để công suất tiêu

thụ trên đoạn mạch mắc song song

là cực đại

Tìm giá trị đó

Đ

M R

N

R 2

1 Sơ đồ mạch R nt (Rđ // R2)

Từ CT: P =

R

u2

 Rđ =

P

u2

=

3

62

= 12()  Iđ =

u

P

=

6

3

= 0,5 (A)

a Để đèn sáng bình thờng  uđ = 6v, Iđ = 0,5(A)

Vì Rđ // R2  RAB =

2

2 12

12

R

R

 ; uAB = uđ = 6v. uMA = uMN – uAN = 10 – 6

= 4v

Vì R nt (Rđ // R2) 

AN

MA

R

R

=

AN

MA

u

u

=

6

4

=

3

2

 3RMA = 2RAN.



2

2

12

12

2

R

R

 = 3.4  2.R2 = 12 + R2  R2 = 12

Vậy để đèn sáng bình thờng R2 = 12

b Vì Rđ // R2  R2đ =

2

2 12

12

R

R

  Rtđ = 4 +

2

2 12

12

R

R

2

2 12

16 48

R

R





áp dụng định luật Ôm: I =

td

MN

R

u

=

2

2 16 48

) 12 ( 10

R

R





Vì R nt R2đ  IR = I2đ = I =

2

2 16 48

) 12 ( 10

R

R





 u2đ = I.R2đ =

2

2 16 48

120

R

R

áp dụng công thức: P=

R

u2

P2 =

2

2 2

R

u

=

2

2 2

2 2 ) 16 48 (

) 120 (

R R

R

2 2 2 ) 16 48 (

120

R

R

 Chia cả 2 vế cho R2  P2 = 48 16 2.48.16

120 2 2 2 2

2



R













16 2.48.16

48

2 2 2

2

R











2

2 16

48

R

trị nhỏ nhất

áp dụng bất đẳng thức Côsi ta có:

2

2 48

R + 162.R2  2 2

2 2

2 16

48

R

R = 2.48.16  P2 Max =

16 48 4

1202

=4,6875 (W)

Đạt đợc khi:

2

2 48

R = 162.R2  R2 = 22

16

48 = 32  R2 = 3

Vậy khi R2 = 3 thì công suất tiêu thụ trên R2 là đạt giá trị cực đại

c Gọi điện trở đoạn mạch song song là x  RAB = x

 Rtđ = x + 4  I =

x

 4 10

 PAB = I2.RAB=

 2

2 4

10

x

8 16

10

x x

x



x

x 8 16

102





Để PAB đạt giá trị lớn nhất  









x

x 8 16 đạt giá trị nhỏ nhất

áp dụng bất đẳng thức Côsi: x +

x

16

 2 16 = 2.4 = 8

 PAB Max =

16

102

=

16

100

= 6,25 (W)

Đạt đợc khi: x =

x

16

 x2 = 16  x = 40,25 đ

Mà R2 // Rđ 

x

1

=

2

1

R +

d

R

1



2

1

R =

x

1

-

d

R

1

=

4

1

-

12

1

=

6

1

 R2 = 6 Vậy khi R2 = 6 thì công suất tiêu thụ trên đoạn mạch song song đạt cực

đại

Bài 11:

Mạch điện có sơ đồ nh hình

vẽ

Trong đó R1 = 12, R2 = R3 = 6

;

UAB =12 V ; RA  0 ; Rv rất lớn

a Tính số chỉ của ampekế,

vôn kế và công suất thiêu thụ

điện của đoạn mạch AB

b Đổi am pe kế, vôn kế cho

nhau thì am pe kế và vôn kế chỉ

giá trị bao nhiêu

Tính công suất của đoạn mạch

điện khi đó

A R1 R 2

B

A

R3 V

a R1 // R2 nt R3  R = R1,2 + R3 = 6

6 12

6 12



 = 10 

Cờng độ dòng toàn mạch I =

R

U

= 1,2 A Tính U3 = I R3 = 7,2 V  vôn kế chỉ 7,2 V

U1,2 = I R1,2 = 1,2 4 = 4,8 V I2 =

2

2

R

U

= 0,8 A -> am pe kế chỉ IA= 0,8 A Công suất của đoạn mạch AB: P = UI = 14, 4 w

b .( R1nt R3) // R2  I1,3 =

3 , 1

R

U

= A

3

2

+ U3 = I3 R3 = 4 v  vôn kế chỉ 4 V

+ IA = I2 = A

R

U

2 2

 -> I = I1,3 + I2 =

3

8 2 3

2



 (A) + Công suất của đoạn mạch khi đó là: P = U I = 12

3 8

= 32 (w)

Bài 12: Cho mạch điện MN nh hình vẽ dới đây, hiệu điện thế ở hai

đầu mạch điện không đổi UMN = 7V; các điện trở R1 = 3 và R2 = 6

AB là một dây dẫn điện có chiều dài 1,5m tiết diện không đổi S =

0,1mm2, điện trở suất  = 4.10-7 m ; điện trở của ampe kế A và các dây nối không đáng kể :

M UMN N a/ Tính điện trở của dây

dẫn AB ?

R1 D R2 b/ Dịch chuyển con chạy c sao cho AC = 1/2 BC

Tính cờng độ dòng điện qua ampe kế ?

A c/ Xác định vị trí con chạy

C để Ia = 1/3A ?

A C B

a/ Đổi 0,1mm2 = 1 10-7 m2 áp dụng

S

l

R ; thay số và tính  RAB = 6 b/ Khi

2

BC

AC   RAC =

3

1

.RAB  RAC = 2 và có RCB = RAB - RAC = 4

Xét mạch cầu MN ta có 1  2 23

CB

R R

R

nên mạch cầu là cân bằng

Vậy IA = 0

c/ Đặt RAC = x ( ĐK : 0  x  6 ) ta có RCB = ( 6 - x )

* Điện trở mạch ngoài gồm ( R1 // RAC ) nối tiếp ( R2 // RCB ) là

) 6 ( 6

) 6 (

6 3

3

x

x x

x

R











* Cờng độ dòng điện trong mạch chính :  

R

U

* áp dụng công thức tính HĐT của mạch // có : UAD = RAD I = I

x

x

3

3

Và UDB = RDB I = I

x

x

12

) 6 (

6





= ?

* Ta có cờng độ dòng điện qua R1 ; R2 lần lợt là : I1 =

1

R

U AD

= ? và I2 =

2

R

U DB

= ?

+ Nếu cực dơng của ampe kế gắn vào D thì : I1 = Ia + I2  Ia = I1 - I2

= ? (1)

Thay Ia = 1/3A vào (1)  Phơng trình bậc 2 theo x, giải PT này đợc x = 3 ( loại giá trị -18)

+ Nếu cực dơng của ampe kế gắn vào C thì : Ia = I2 - I1 = ? (2)

Thay Ia = 1/3A vào (2)  Phơng trình bậc 2 khác theo x, giải PT này đợc

x = 1,2 ( loại 25,8 vì > 6 )

* Để định vị trí điểm C ta lập tỉ số

CB

AC

R

R CB

AC

 = ?  AC = 0,3m

Bài 13: Cho mạch điện nh hình vẽ: U

U = 24V và không đổi

R1 là dây dẫn bằng nhôm có

chiều dài là 10m và tiết diện R1

C

a, Tính điện trở của dây dẫn Biết l = 2,8 x 10-8 

b, Điều chỉnh để R2 = 9,2 Tính công suất tiêu thụ trên biến trở R2

c, Hỏi biến trở có giá trị là bao nhiêu để công suất tiêu thụ trên biến trở là lớn nhất?

a/ Điện trở dây dẫn R1 =

s

l

 = 2,8 10-8 0,1.10 6

10

 = 2,8

b/ điện trở toàn mạch R = 2,8 + 9,2 = 12 

Cờng độ dòng điện qua biến trởI =

R

U

=

12

24

= 2A Công suất tiêu thụ trên biến trở P = I2.R = 22.9,2 = 36,8(W)

c/ Có: P2 = I2.R2= 2 2

2 1

2 )

U





2 2

1

2 2

2

2 1 2



































R R

R U

R

R R U

Nhận xết: Mẫu số gồm 2 số hạng Tích của chúng không đổi và bằng R1



Tổng Của chúng nhỏ nhất khi chúng bằng nhau









2

R

R



Nghĩa là khi điện trở của biến trở bằng R1= 2,8 thì c/suất tiêu thị của b/trở là lớn nhất

Bài 14: Cho mạch điện nh hình vẽ

B RC R2

D





K

V

R1

Hiệu điện thế giữa hai điểm B, D không đổi khi mở và đóng khoá K, vôn kế lần lợt chỉ hai giá trị U1 và U2 Biết R2 = 4R1 và vôn kế có điện trở rất lớn

Tính hiệu điện thế giữa hai đầu B, D theo U1 và U2

HD:

Khi K mở ta có R0 nt R2 Do đó UBD = (R +R )

R

U

2 0 0

1

0

1

-BD

R U R



� (1)

Khi K đóng, ta có: R0nt{R2//R1}

Do đó : )

5

R ( R

U + U

=

2

2 2

BD Vì R2 = 4R1 nên R0 = 5(UR UU )

2 BD

2 2

-(2)

Từ (1) và (2) �

1 BD

1 2 U U

U R

- = 5(UR UU )

2 BD

2 2

U

U 5

= 1 U

U

2

BD 1

BD - -

� UBD =

2 1

2 1 U U 5

U U 4

-

Bài 15: Một biến trở có giá trị điện trở toàn phần R =120 Nối tiếp với một điệ trở R1

Nhờ biến trở có thể làm thay đổi cueờng độ dòng điện trong mạch từ 0,9A đến 4,5 A

a) Tính giá trị của điện trở R1

b) Tính công suất toả nhiệt lớn nhất trên biến trở Biết rằng mạch điện đợc mắc vào mạch điện có hiệu điện thế U không đổi

HD:

a) Cờng độ dòng điện lớn nhất khi con chạy C ở vị trí A,

và nhỏ nhất khi con chạy C ở vị trí B của biến trở

Ta có 4,5A =

1

R

U

(1) Và 0,9A = R1 120

U

(2) M

N

R1

+ - C