DIEN HOC VẬT LÝ THCS PHẠM BATHANH DS Điên hoc 2

PHẦN ĐIỆN HỌC A/ TÓM TẮT KIẾM THỨC 1/ Muốn trì dòng điện lâu dài vật dẫn: cần trì điện trường vật dẫn Muốn cần nối đầu vật dẫn với cực nguồn điện thành mạch kín Càng gần cực dương nguồn điện cao Quy ước mạch điện, điện cực dương nguồn điện lớn nhất, điện cực âm nguồn điện = Quy ước chiều dòng điện chiều chuyển dời có hướng hạt mang điện tích dương, Theo quy ước bên ngồi nguồn điện dòng điện có chiều từ cực dương, qua vật dẫn đến cực âm nguồn điện (chiều từ nơi có điện cao đến nơi có diện thấp) Độ chênh lệch điện điểm gọi hiệu điện điểm : V A-VB= UAB Muốn trì dòng điện lâu dài vật dẫn cần trì HĐT đầu vật dẫn ( U = → I =0) 2/ Mạch điện: a Đoạn mạch điện mắc song song: * Đặc điểm: mạch điện bị phân nhánh, nhánh có chung điểm đầu điểm cuối Các nhánh hoạt động độc lập * Tính chất: U chung cường độ dòng điện mạch tổng cường độ dòng điện mạch rẽ I=I1+I2+ +In 3.Nghịch đảo điện trở tương đương tổng nghịch đảo điện trở thành phần 1/R=1/R1+1/R2+ +1/Rn - Từ t/c công thức định luật ôm ⇒ I1R1=I2R2= =InRn= IR - Từ t/c ⇒ Đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị r điện trở đoạn mạch mắc song song R = r/n - Từ t/c → điện trở tương đương đoạn mạch mắc song song nhỏ điện trở thành phần b Đoạn mạch điện mắc nối tiếp: * Đặc điểm: phận (các điện trở) mắc thành dãy liên tục cực nguồn điện ( phận hoạt động phụ thuộc nhau) * Tính chất: I chung U=U1+U2+ +Un R=R1+R2+, Rn * Từ T/c công thức định luật ôm I=U/R ⇒ U1/R1=U2/R2= Un/Rn (trong đoạn mạch nối tiếp, hiệu điện đầu vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở chúng) ⇒ Ui=U Ri/R Từ T/c → có n điện trở giống mắc nối tiếp điện trở đoạn mạch R =nr Cũng từ tính chất → điện trở tương đương đoạn mạch mắc nối tiếp lớn điện trở thành phần c Mạch cầu : Mạch cầu cân có tính chất sau: - điện trở: r1 = r ( R5 đường chéo cầu) r - Về dòng: - HĐT : U5=0 suy r I5=0 I I =r ; r I I =r ; I =I ; I =I r r r ≠ r3 ; r Mạch cầu không cân bằng: I5 khác 0; U5 khác * Trường hợp mạch cầu có số điện trở có giá trị 0; để giải tốn cần áp dụng quy tắc biến đổi mạch điện tương đương ( phần ) *Trường hợp điện trở khác xét sau 3/ Một số quy tắc chuyển mạch: a/ Chập điểm điện thế: "Ta chập hay nhiều điểm có điện thành điểm biến đổi mạch điện tương đương." (Do VA-Vb = UAB=I RAB → Khi RAB=0;I ≠ RAB ≠ 0,I=0 →Va=Vb Tức A B điện thế) Các trường hợp cụ thể: Các điểm đầu dây nối, khóa K đóng, Am pe kế có điện trở khơng đáng kể Được coi có điện Hai điểm nút đầu R5 mạch cầu cân b/ Bỏ điện trở: ta bỏ điện trở khác khỏi sơ đồ biến đổi mạch điện tương đương cường độ dòng điện qua điện trở Các trường hợp cụ thể: vật dẫn nằm mạch hở; điện trở khác mắc song song với vật dẫn có điện trở (điện trở bị nối tắt) ; vơn kế có điện trở lớn (lý tưởng) 4/ Vai trò am pe kế sơ đồ: * Nếu am pe kế lý tưởng ( Ra=0) , ngồi chức dụng cụ đo có vai trò dây nối đó: Có thể chập điểm đầu am pe kế thành điểm biến đổi mạch điện tương đương( am pe kế điểm sơ đồ) Nếu am pe kế mắc nối tiếp với vật đo cường độ d/đ qua vật Khi am pe kế mắc song song với vật điện trở bị nối tắt (đã nói trên) Khi am pe kế nằm riêng mạch dòng điện qua tính thơng qua dòng nút mà ta mắc am pe kế (dựa theo định lý nút) • Nếu am pe kế có điện trở đáng kể, sơ đồ ngồi chức dụng cụ đo ampe kế có chức điện trở bình thường Do số tính cơng thức: Ia=Ua/Ra 5/ Vai trò vơn kế sơ đồ: a/ trường hợp vơn kế có điện trỏ lớn (lý tưởng): *Vôn kế mắc song song với đoạn mạch số vơn kế cho biết HĐT đầu đoạn mạch đó: UV=UAB=IAB RAB *Trong trường hợp mạch phức tạp, Hiệu điện điểm mắc vơn kế phải tính cơng thức cộng thế: UAB=VA-VB=VA- VC + VC- VB=UAC+UCB *có thể bỏ vôn kế vẽ sơ đồ mạch điện tương đương *Những điện trở mắc nối tiếp với vôn kế coi dây nối vôn kế (trong sơ đồ tương đương ta thay điện trở điểm dây nối), theo cơng thức định luật ơm cường độ qua điện trở coi 0, (IR=IV=U/ ∞ =0) b/ Trường hợp vơn kế có điện trở hữu hạn, sơ đồ ngồi chức dụng cụ đo vơn kế có chức điện trở khác Do số vơn kế tính cơng thức UV=Iv.Rv 6/.Định lý nút: Tổng dòng điện vào nút tổng dòng điện khỏi nút 7/ Công thức điện trở: R =?; 8/ Định luật ôm: I = U/R B BÀI TẬP R= ρ.l S I CƠNG THỨC ĐIỆN TRỞ BT1.1 Một dây dẫn đồng tính có chiều dài l Nếu gấp lại làm đơi, gập lại làm bốn, điện trở sợi dây chập phần điện trở sợi dây ban đầu (Đ/S:R1=1/16R) BT 1.2 Một đoạn dây chì có điện trở R Dùng máy kéo sợi kéo cho đường kính dây giảm lần, điện trở dây tăng lên lần.(ĐS: 16 lần) BT 1.3 Điện trở suất đồng 1,7 10 -8 Ωm, nhôm 2,8.10-8 Ωm.Nếu thay dây tải điện đồng, tiết diện 2cm dây nhơm, dây nhơm phải có tiết diện bao nhiêu? khối lượng đường dây giảm lần (D đồng=8900kg/m3, D nhôm= 2700kg/m3) BT 1.4 Một cuộn dây đồng đường kính 0,5 mm, quấn quanh lõi hình trụ dài 10cm, đường kính lõi 1cm đường kính đĩa đầu lõi 5cm Biết vòng dây quấn sát Hãy tính điện trở dây BT 1.5 Một dây nhơm có khối lượng m=10kg, R=10,5 Ω Hãy tính độ dài đường kính dây BT 1.6 Một bình điện phân đựng 400cm dung dịch CuSO4 điện cực đồng đặt đối diện nhau, cách 4cm, sát đáy bình Độ rộng 2cm, độ dài phần nhúng dung dịch 6cm, điện trở bình 6,4 Ω a Tính điện trở suất dung dịch dẫn điện b Đổ thêm vào bình 100cm3 nước cất, mực d/d cao thêm 2cm Tính điện trở bình c Để điện trở bình trở lại giá trị ban đầu, phải thay đổi khoảng cách bao nhiêu, theo hướng nào? Gợi ý cách giải BT 1.1 Điện trở dây dẫn tỉ lệ thuận với chiêù dài, tỉ lệ nghịch với tiết điện dây Theo đề bài, chiều dài giảm lần, làm điện trở giảm lần mặt khác tiết diện lại giảm lần làm điện trở giảm thêm lần điện trở sợi dây chập giảm 16 lần so với dây ban đầu BT 1.4 Tính số vòng lớp: n=100/0,5=200 Tính độ dày phần quấn dây: (5-1): 2.10=20m Số lớp p=20: 0,5=40 (lớp) Tổng số vòng dây: N=n.p=8000 vòng Đường kính t/b vòng: d=(5+1):2=3cm Chiều dài củadây: l= π dn=753,6m π d Tiết diện t/b dây: S = Điện trở dây: ρ l s R= BT 1.6 a.diện tích miếng đồng ngập d/d:S1=a.h →điện trở suất dây ban đầu ρ1 = R1S1 / l1 b thể tích d/d ban đầu v 1=400cm3, thể tích d/d lúc sau v2=500cm3 →tỉ số nồng độ k = v == ρ5/4 (nồng độ d/d cao khả dẫn điện tốt, suất d/d lúc đầu lúc sau: k v ρ điện trở bé) Tiết diện dây dẫn lúc sau: S2= a.( h+0,02)= → điện trở bình R2= 2.l/S2=6 Ω c lx=R1 S2/ ρ 2=4,27cm 2 1 II GHÉP ĐIỆN TRỞ - TÍNH ĐIỆN TRỞ - ĐO ĐIỆN TRỞ Ghép điện trở BT 1.1 Có điện trở giống hệt nhau, hỏi tạo giá trị điện trở khác Nếu điện trở có giá trị khác R1, R2, R3 tạo bao nhiêu? BT 1.2 Có hai loại điện trở: R1=20 Ω, R2=30 Ω Hỏi cần phải có điện trở loại để mắc chúng: a Nối tiếp đoạn mạch có điện trở R=200 Ω? b Song song đoạn mạch có điện trở R= Ω (S 121/nc9) BT 3.3** Có điện trở loại r=5 Ω Cần cái, phải mắc chúng để điện trở có giá trị nguyên cho trước? Xét trường hợp X=6, 7,8,9( Ω) BT 1.4 Phải lấy điện trở r= Ω để mắc thành đoạn mạch có điện trở R=0,6 Ω (S121/nc9) BT1.5 Cho mạch điện hình vẽ 1.8 ;U BD khômg đổi 220v, R1=170 Ω, Am pe kế 1A R gồm 70 điện trở nhỏ mắc nối tiếp, thuộc B D A loại khác nhau: 1,8 Ω, Ω, 0,2 Ω Hỏi loại có chiếc? Hình1.8 BT 1.6* Một hộp kín (gọi hộp đen) chứa toàn điện trở, điện trở nối với chốt A,B,C nhơ ngồi Đo điện trở cặp điểm ta được:R AB=12 Ω, RBC=16,5 Ω RAC= 28,5 Ω Hỏi hộp chứa tối thiểu điện trở, tính điện trở vẽ sơ đồ cách mắc chúng vào điểm A,B,C? BT 1.8** Một hộp đen (tương tự 2.6) Có R AB= 20 Ω, RBC=45 Ω, RAC=50 Ω.Xác định điện trở vẽ sơ đồ cách mắc chúng vào điểm A,B,C BT 1.9 Các 28, 29, 30, 31 S121 BTB VL  mạch điện vơ hạn tuần hồn phía, phía Xem 28, 29, 30 200BTVL-NCH  Mạch điện có tính chất đối xứng (đối xứng trục) Xem tập 31, 32, 33 200BTVL-NCH Đo điện trở: ( Bài tập thực hành) BT 2.9 Dùng am pe kế có điện trở nhỏ, điện trở biết trước trị số r, ắc quy số dây nối Hãy xác định điện trở vật dẫn X (cho ắc quy nối với mạch ngồi hiệu điện cực không thay đổi); BT 2.10 Cho ampe kế, vôn kế, ắc quy số dây nối Hãy xác định điện trở vật dẫn x Xét trường hợp a Ampe kế có điện trỏ nhỏ, vơn kế có điện trỏ lớn (Ampe kế vơn kế lí tưởng) b Ampe kế có điện trở đáng kể, vơn kế có điện trở hữu hạn BT 2.11.Dùng vơn kế có điện trở lớn, điện trở biết trước điện trở r, ắc quy số dây nối Hãy xác định điện trở vật dẫn x BT 2.12 Xác định điện trở suất chất làm dây dẫn với dụng cụ: ampe kế, vôn kế, ắc quy, thước đo chiều dài, thước kẹp số dây nối khác BT 2.13 Nêu phương án xác định giá trị điện trở R x với dụng cụ sau đây: Một ampe kế, điện trở r1 biết trước giá trị, Một đoạn dây dẫn có suất điện trở lớn, số dây nối (có suất điện trở bé) pin, thước thẳng có thang đo BT 2.14 Cho vơn kế, vơn kế có điện trở R0 biết, vơn kế có điện trở Rx chưa biết, nguồn điện chiều, điện trở R Hãy xác định Rx vôn kế BT 2.15 Cho điện trở R 1và R2, ampe kế, nguồn điện không đổi Tinh giá trị điện trở BT 2.16 Làm đo HĐT mạng điện cao 220V, có vơn kế với thang đo đến 150V? (điện trở vôn kế nhau) BT 2.17.Cho hộp đen (hình 2.11) có cực ra, vôn kế, ampe kế, nguồn điện dây nối Biết hộp có điện trở mắc hình Hãy xác định độ lớn điện trở (BTVL9-Dùng cho HSG) BT 2.18 Trong hộp kín A có bóng đèn pin, hộp kín B có điện trở Làm biết bóng đèn nằm hộp ( xem 117 /S121/nc9) BT 2.19 Bằng cách nào, nhúng dây dẫn nối với cực nguồn điện vào cốc nước, nhận biết có tồn hay không chúng hiệu điện thế? BT 2.20.* Cho nguồn điện có hiệu điện U nhỏ không đổi, điện trở r chưa biết mắc đầu vào cực nguồn, ampe kế có điện trở R a khác chưa biết, biến trở có giá trị biết trước Làm để xác định hiệu điện BT 2.22.** Có ampe kế lí tưởng, với giới hạn đo khác chưa biết, đủ đảm bảo không bị hỏng Trên mặt thang chia độ chúng có vạch chia, khơng có chữ số Dùng ampe kế với nguồn có hiệu điện khơng đổi, chưa biết, điện trỏ mẫu R1 biết giá trị dây nối để xác định điện trở R x chưa biết Hãy nêu phương án thí nghiệm (có giải thích) Biết độ lệch kim ampe kế tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện chạy qua (hãy giải lại tốn có ampe kế) III ĐỊNH LUẬT ÔM CHO ĐOẠN MẠCH - CHO TỒN MẠCH Định luật ơm cho tồn mạch - mạch điện có nhiều nguồn Tóm tắt lí thuyết:  Cho mạch điện gồm điện trở R mắc cực nguồn điện chiều có suất điện động E, điện trở r (hình A) gọi cường độ dòng điện mạch I ta có I= E (1) r+R  Từ cơng thức (*) định luật ơm cho tồn mạch ⇒ E = I(.r+R) hay E= I.r + I.R (2)  Dấu E I mạch điện có nhiều nguồn ( hình B):Trongmạch điện có nhiều nguồn, để viết dấu nguồn cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch ta làm sau: - Chọn chiều dòng điện đoạn mạch (chọn tùy ý) -Chọn chiều xét mạch kín quan tâm - lấy dấu (+) cho nguồn E chiều xét qua có chiều từ cực âm (-) sang cực dương (+) , lấy dấu (+) cho cường độ dòng điện I chiều dòng điện chạy qua điện trở ( hay đoạn mạch) với chiều tính mà ta chọn Ví dụ: hình-B tạm quy ước chiều dòng điện mạch hình vẽ, xét mạch kín CABC (theo chiều C →A → B → C) thì: E1 lấy dấu(+), E2 lấy dấu (-),I1 I2 lấy dấu (+)nên ta có phương trình E1-E2=I1r1+I2r2 Bài tập vận dụng: BT 1.1 Cho mạch điện hình vẽ3.1.1 Trong E1=12V, r1= Ω, r2 = Ω a tìm E2 để khơng có dòng điện qua R? b Giả sử cho R=1 Ω, E2=6 V,khi dòng điện qua R khác tính cường độ dòng điện UAB c UAB=? Nếu R=0, R lớn ? Mạch cầu tổng qt Tóm tắt lí thuyết: *Quy tắc biến đổi mạch hình thành mạch hình tam giác: xy + yz + zx , z xy + yz + zx , x xy + yz + zx y R1= R1= R1= *Quy tắc chuyển mạch hình tam giác thành hình sao: x= R R R +R +R 1 z= 3 Bài tập R R R +R +R y= 3 R R R +R +R 1 2 mẫu:Xem ví dụ trang 37, 38 200BTVL- NCH Bài tập vận dụng BT3.2.1: Cho mạch điện hình vẽ 3.3.1 , R1 = R2 = Ω, R3 =2 Ω,R4=3 Ω,R5=4 Ω UAB=5,7V Tìm cường độ dòng điện điện trở tương đương mạch cầu BT 3.2.2 Cho mạch điện hình 3.3.1, R = R2 = Ω, R3 =2 Ω,R4=3 Ω,R5=4 Ω ,I5=0,5A có chiều từ C đến D Tìm Hiệu điện điểm A B BT 3.2.3 Cho mạch điện hình 3.3.1, R1 = R2 = Ω, R3 =2 Ω,R4=3 Ω,R5=4,I5=0,5A Tìm Hiệu điện điểm A, B BT 3.2.4 Cho mạch điện hình 3.2.2, R = R4 = Ω, R3 =R2=3 Ω; R5 bóng đèn loại (3V-1,5W)đèn sáng bình thường tính UAB? Phương pháp giải: BT 3.2.1: *cách 1: đặt ẩn số U1 U3;U5 Dựa vào cơng thức cộng tính U2,U4 theo U1 U3 ( đặt ẩn U1và U4 ) lập phương trình dòng nút C D theo ẩn số chọn; → giải phương trình tính U1, U3 → cường độ dòng điện chạy điện trở mạch → điện trở tương đương đoạn mạch *Cách 2: đặt ẩn số I I3, tính I2và I4 theo ẩn số chọn Lập phương trình tính hiệu điện AB ,giải hệ phương trình → I1 I2 → I3, I4,I → RAB *Cách 3: biến đổi mạch điện tương đương( tam giác thành ngược lại), tính điện trở tương đương đoạn mạch, tính cường độ dòng điện mạch →tính I1 I3 từ hệ phương trình I1+I3=I (1), I1R1 +I5R5=I3R3 BT 3.2.2: Chọn cách giải Đặt ẩn U1 U4 ( U1 U3 ) → vận dụng công thức cộng thế, viết cơng thức tính U2 U3 theo U1 U4, → Lập tiếp phướng trình tính UAB theo nhánh ACDB: UAB= U1 + I5 R5 + U4 =UAB (1) Lập thêm phương trình − dòng nút C D: UR = U + U R U (2) AB U = + U −U U R R AB 4 (3) Giải hệ phương trình ẩn tìm U AB (từ lại tìm đại lượng khác lại ) 3.2.3: giải tương tự 3.3.2 chưa cho biết chiều dòng điện I5 cần phải xác định chiều I5 trước ( chọn sai, dẫn đến UAB P ) BT 3.3.9 Hai điện trở R1 , R2 mắc nối tiếp với vào điểm A B có hiệu điện UAB không đổi Mắc vôn kế song song với R , số U1 mắc vơn kế song song với R2 số U2 a Chứng minh : U1 /U2 =R1 /R2 b Biết U=24V, U1 =12V, U2 = 8V Tính tỉ số Rv/R1 ;Rv/R2 ;điện trở Rv vôn kế,và hiệu điệnthế thực tế đầu R R2 ? (NC9/XBGD) BT3.3.10 Để đo cường độ dòng điện qua điện trở R=250 Ω, người ta đo gián tiếp qua vôn kế mắc nối tiếp( hình 3.3.10).Vơn kế V1 có R1 =5kΩ, số U1 =20V, vôn kế V2 có số U2 =80V.Hãy xác định cường độ dòng điện mạch Cường độ mạch tìm chịu sai số ảnh hưởng dụng cụ đo %? Một số toán đồ thị BT 3.4.1 Cho mạch điện hình vẽ 3.4.1.a: ampe kế lí tưởng, U=12V Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ dòng điện chạy qua ampekế(Ia) vào giá trị biến trở Rx có dạng hình 3.4.1.b.Tìm R1 , R2 , R3 ? (đề thi tuyển sinh vào lớp 10 chuyên lí ĐHTN) IV.ĐIỆN NĂNG - CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN: Tính cơng suất cực đại: BT4.1 Người ta lấy điện từ nguồn MN có hiệu điện U chốt A,B qua điện trở r đặt hộp hình vẽ 1.1.Mạch điện trở R thay đổi được, mắc vào A B a Xác định giá trị R để mạch ngồi có cơng suất cực đại Tính giá trị cực đại đó? b Chứng tỏ rằng, cơng suất mạch ngồi nhỏ cơng suất cực đại(Pcđ) điện trở R ứng với giá trị R1 R2 R1.R2 =r2 Phương pháp: Thiết lập phương trình tính cơng suất mạch theo r R :  R u P= → P= U 2 ( R +r ) 2 r ( R+ ) R ⇒P măc → R=r ⇒ giá trị Pmăc  Từ (1) suy PR2 -(U2-2rP)2 +r2P=0 → tính = 4r2Pcđ( Pcđ P) → tìm điều kiện củađể phương trình bậc có2 nghiệm phân biệt → kết luận  Các tập khác: Bài 82, 84(S121 / NC8) Cách mắc đèn ( tốn định mức) BT4.2 (bài77/121):Cho mạch Như hình vẽ bên:UMN=24v, r=1,5 Ω a.Hỏi điểm AB mắc tối đa bóng đèn loại 6V6w để chúng sáng bình thường b.Nếu có 12 bóng đèn loại 6V-6w phải mắc để chúng sáng bình thường? Phương pháp giải a Tính cơng suất cực đại mạch ngồi → số bóng tối đa b.- (Xét cách mắc đối xứng M dãy, dãy có n điện trở mắc nối tiếp → có phương pháp) -Lập phương trình dòng:I=U/(r+R) Theo ẩn số m n,Trong m+n=12 -đặt phương trình công suất:P=PAB+PBN Theo biến số m n m+n=12 -Đặt phương trình thế: U=UMB+Ir theo biến số m,n m+n=12 BT4.3:Cho nguồn điện có suất điện động E khơng đổi , r=1,5 Ω Có cách mắc đèn 6V-6W vào điểm A B để chúng sáng bình A Er B thường? Cách mắc có lợi hơn? sao? Phương pháp: a.cách mắc số bóng đèn Cách2: Từ phương trình thế:E=UAB+I r Theo biến m n, phương trình m.n=N( N số bóng mắc, m số dãy, n số bóng dãy) → phương trình: m=16n ( *), biện luận *→n