(Sáng kiến kinh nghiệm) chuyên đề vật lý PHÂN LOẠI và PHƯƠNG PHÁP GIẢI một số DẠNG bài tập về điện học

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TAM ĐẢO TRƯỜNG THCS BỒ LÝ CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ ĐIỆN HỌC TÁC GIẢ: KIM THỊ HƯỜNG CHỨC VỤ: GIÁO VIÊN ĐƠN VỊ CÔNG TÁC: TRƯỜNG THCS BỒ LÝ CHUYÊN ĐỀ: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ ĐIỆN HỌC - - Đối tượng học sinh bồi dưỡng: Đội tuyển học sinh giỏi Vật Lý lớp trường THCS Bồ Lý -Tam Đảo Vĩnh Phúc Dự kiến số tiết bồi dưỡng 36 tiết (12 buổi)  A Kiến thức sử dụng chuyên đề I Định luật ôm cho đoạn mạch: Trong đó: I cường độ dịng điện (A) U I U hiệu điện (V) R R điện trở ( ) II Cơng thức điện trở: Trong đó: l chiều dài dây dẫn (m) l S tiết diện dây dẫn (m2) R   điện trở suất dây dẫn (.m) S A Kiến thức sử dụng chuyên đề III Định luật ơm cho đoạn mạch có điện trở mắc nối tiếp Cường độ dòng điện đoạn mạch mắc nối tiếp: I = I1 = I2 = … = In Hiệu điện đoạn mạch mắc nối tiếp: U = U1 + U2 + … + Un Điện trở toàn phần ( tương đương) đoạn mạch mắc nối tiếp: R = R1 + R2 + … + Rn A Kiến thức sử dụng chuyên đề IV Định luật ôm cho đoạn mạch có điện trở mắc song song: Cường độ dịng điện mạch tổng cường độ dòng điện đoạn mạch rẽ: I = I1 + I2 + …+ In Hiệu điện đoạn mạch song song hiệu điện đoạn mạch rẽ: U = U = U = … = Un Điện trở toàn phần ( tương đương) đoạn mạch mắc song song: 1 1     R R1 R2 Rn Chú ý : Nếu có điện trở R1 R2 mắc song song điện trở tương đương tính sau: R1 R2 hay 1 R  R1  R R2 R1  R2 B.PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Bài tập “Điện học” có nhiều loại cụ thể chia làm nhiều loại sau: Dạng 1: Tính điện trở mạch điện Dạng 2: Vẽ lại mạch điện thành dạng đơn giản Dạng 3: Tính số điện trở để mắc thành mạch có điện trở cho trước Dạng 4: Tính cường độ dòng điện mạch rẽ, biết cường độ dòng điện mạch ngược lại Dạng 5: Tính cường độ dịng điện qua đoạn mạch có điện trở nhỏ không đáng kể ngược lại biết cường độ dịng điện qua đoạn mạch có điện trở nhỏ khơng đáng kể Tính đại lượng khác B.PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 6: Tính hiệu điện hai đầu đoạn mạch phức tạp: gồm đoạn mạch nhỏ không song song, không nối tiếp ngược lại biết hiệu điện hai đầu doạn mạch phức tạp Tính đại lượng khác Dạng 7: Tìm cách mắc bóng đèn giống vào mạch Dạng 8: Tìm cực trị đại lượng điện vấn đề có liên quan Dạng 9: Tìm cách mắc bóng đèn có hiệu điện định mức vào hiệu điện lớn Dạng 10: Nghiên cứu vai trò ampe kế vơn kế mạch điện Dạng 11: Tính nhiệt lượng vấn đề có liên quan Dạng 12: Tính điện trở mạch đối xứng DẠNG 1: Tính điện trở mạch điện (I) Phương pháp giải: - Căn vào mạch điện nối tiếp song song Phân tích xem mạch điện, điện trở nối tiếp với điện trở nào, điện trở song song với điện trở - Viết sơ đồ mạch điện theo thứ tự từ đoạn mạch nhỏ (đoạn mạch có cách mắc) đến đoạn mạch lớn - Dựa vào sơ đồ viết cơng thức tính điện trở mạch nối tiếp song song Tính điện trở đoạn mạch theo thứ tự giống tốn có ngoặc đơn DẠNG 1: Tính điện trở mạch điện (II) Bài tập vận dung: (1) Bài tập mẫu: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ: Với R1 = 4; R2 = R5 = 20  R3 = R6 = R4 = R7 = 12  Tính điện trở tương đương mạch điện Giải: Ta có sơ đồ mạch điện:     R1 ntR2  // R3 // R4  ntR5  // R6  ntR7 Điện trở tương đương đoạn mạch EGF là: R12 = R1+R2 = 20 + = 24  1 1 1 24 Điện trở tương đương đoạn mạch EF là: R  R  R  R 12  12  24  R   EF EF Điện trở tương đương đoạn mạch CEF là: Điện trở tương đương đoạn mạch AB là: 12 RCEF  R5  R EF 20  R AB 24 124  5 124 12 276 12    124 23  12  DẠNG 1: Tính điện trở mạch điện (II) Bài tập vận dung: (2) Bài tập tự giải: Bài tập 1: Cho mạch điện hình vẽ Biết:R1 = R11 = 6; R2 = R12 = 1 R3 = R5 = 4; R4 = R10 = 12 R6 = R7 = 6;R8 = R = 4 Tính điện trở tương đương đoạn mạch Đáp số: Bài tập 2: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ Biết:R1 = R2 = 10;R3 = R4 = 20 517  32 R5 = R6 = 12;R7 = 4 Tính điện trở tương đương đoạn mạch 6 Đáp số: Dạng 8: Tìm cực trị đại lượng điện vấn đề có liên quan (II) Bài tập vận dung: (1) Bài tập mẫu: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ: Tìm giá trị biến trở để công suất tiêu thụ biến trở cực đại Tính cơng suất cường độ dịng điện đó? Biết U= 6V, R0 = 1,5  Giải: Cách 1: Sử dụng bất đẳng thức Côsi Gọi giá trị điện trở biến trở công suất tiêu thụ điện biến trở cực đại R U Vậy cường độ dòng điện qua mạch I  R0  R U 2R U2  P   Do cơng suất tiêu thụ điện biến trở là: P = I R =  R0  R  R   R    R   R  Theo bất đẳng thức Côsi:  R   R  R0 R  R 2 R0 R R   R 2 R0 R R Pmắc  R   R     R  khi  R  2 R0  R R0 1,5  R   R  Vậy giá trị biến trở 2là R = 1,5 cơng suất tiêu thụ biến trở cực đại U 2R U 62   6W Pmắc = Vậy cường độ dịng điện mạch I = 2A  R0  R  R0 4.1,5 Cách 2: Sử dụng điều kiện có ẩn PT bậc hai ẩn Gọi cường độ dòng điện chạy mạch I, Công suất tiêu thụ biến trở P Ta có cơng suất tiêu thụ tồn mạch Pm = UI cơng suất tiêu thụ điện trở P0 = I2R0  1,5I  I  P0 0 Mặt khác: Pm = P0+P hay UI = I2R0+P Để PT có nghiệm    6  4.1,5 0  6W Vậy Pmắc = 6W; I = 2A suy R = 1,5  Dạng 8: Tìm cực trị đại lượng điện vấn đề có liên quan (II) Bài tập vận dung: (2) Bài tập tự giải: Bài tập 1: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ Biết: U = 12V, R0 = 4; Rb biến trở a) Điêù chỉnh biến trở để cơng suất biến trở 4W Tính giá trị Rb tương ứng công suất mạch trường hợp này? b) Phải điều chỉnh Rb có giá trị để công suất Rb lớn Tính cơng suất này? Đáp số: a) Rb = 4 Rb = 16 Rb = 4, Pmắc = 4,5W Bài tập 2: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ Biết:R1 = 6; R0 = 1; R3 = 4; U = 12V; R2 biến trở a) Hỏi R2 để công suất R2 lớn Tính cơng suất a) Hỏi R2 để cơng suất đoạn mạch AB lớn Tính cơng suất này.Trên R2 lớn Tính cơng suất Đáp số: a) R2 = 5; P2mắc = 0,23W b) R2 =30; P2mắc = 14,4W Dạng 9: Tìm cách mắc bóng đèn có hiệu điện định mức vào hiệu điện lớn (I) Phương pháp giải: U n  Tìm số nhóm mắc nối tiếp U Tính cơng suất định mức cho nhóm nguon dm Pn hom  - * n  N với P cacbong son hom noitiep Chọn số bóng đèn mắc song song cho tổng công suất định mức chúng cơng suất định mức nhóm Dạng 9: Tìm cách mắc bóng đèn có hiệu điện định mức vào hiệu điện lớn (II) Bài tập vận dung: (1) Bài tập mẫu: Có số bóng đèn có hiệu điện 110V, gồm bóng 20W, bóng 40W, bóng 60W bóng 30W, mắc thành mạch vào hiệu điện 220V Hỏi phải mắc bóng đèn để chúng sáng bình thường? Giải -Ta thấy 220V >110V nên bóng khơng bị hỏng phải mắc chúng thành n nhóm 220 n  2 mắc nối tiếp Số nhóm 110 1.20  1.40  1.60  2.30 P  90W -Khi đèn sáng bình thường cơng suất nhóm là: n hom Ta Thấy 90 = 20 + 30 + 40 = 60 + 30 Do bóng có hiệu điện định mức nên bóng nhóm phải mắc song song Vậy để đèn sáng bình thường phải mắc đèn thành nhóm nối tiếp, nhóm đèn mắc song song sau: Nhóm 1: bóng 20W, bóng 30W bóng 40W Nhóm : bóng 30W, bóng 60W Dạng 9: Tìm cách mắc bóng đèn có hiệu điện định mức vào hiệu điện lớn (II) Bài tập vận dung: (2) Bài tập tự giải: Bài tập 1: Người ta cần lắp mạng điện gồm bóng đèn( hai bóng loại 6V- 4w bóng loại 6V- 2W) vào hiệu điện 12V a) Xác định cách lắp để bóng sáng bình thường ? b) Nếu có bóng đèn loại 6V- 4W bị hỏng phải mắc bóng cịn lại để chúng sáng bình thường? Đáp số: a) cụm nối tiếp gồm: cụm có bóng 6V- 4w mắc song song, cụm có bóng 6V2W mắc song song b) cụm nối tiếp gồm: cụm có bóng 6V- 4w mắc song song với bóng 6V – 2W, cụm có bóng 6V- 2W mắc song song Bài tập 2: Có bóng đèn gồm đèn Đ1 loại 120V – 45W, đèn Đ2 loại 120V – 60W, đèn Đ3 loại 120V – 50W mắc nối tiếp vào mạch điện có hiệu điện U = 120V a) Hỏi phải mắc bóng đèn vào mạng điện có hiệu điện 220V để chúng sáng bình thường? b) Nếu có bóng bị cháy, độ sáng đèn cịn lại sao? Đáp số: a) cụm nối tiếp gồm: cụm có bóng Đ1 mắc song Song với bóng Đ2, cụm có bóng Đ3 mắc song song b) Đèn lại sáng Dạng 10: Nghiên cứu vai trò ampe kế vôn kế mạch điện (I) Phương pháp giải: Ampe kế: a) ampe kế có điện trở nhỏ khơng đáng kể: - Ampe kế mắc nối tiếp với đoạn mạch cường độ dịng điện qua mạch - Ampe kế mắc song song với đoạn mạch có điện trở dịng điện khơng qua mạch mà qua ampe kế tức ampe kế dòng điện qua mạch b) Nếu ampe kế có điện trở đáng kể tham gia vào mạch điện điện trở Khi tính số tính cường độ dịng điện qua Vơn kế a) Vơn kế có điện trở vơ lớn: - Vơn kế mắc song song với đoạn mạch hiệu điện hai đầu đoạn mạch - Vơn kế mắc nối tiếo với đoạn mạch có điện trở coi bỏ qua điện trở mắc nối tiếp với vôn kế vơn kế hiệu điện hai đầu đoạn mạch song song với đoạn mạch b) Vôn kế có điện trở Rv xác định khơng phải vơ lớn tham gia vào mạch diện trở tím số theo cơng thức: Uv = Iv Rv Uv = U// = IcR// Dạng 10: Nghiên cứu vai trò ampe kế vôn kế mạch điện (II) Bài tập vận dung: (1) Bài tập mẫu: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ: Hiệu điện hai đầu đoạn mạch U MN = 180V; R1 = 2000 ; R2 = 3000  Điện trở dây nối khơng đáng kể Khi mắc vơnkế có điện trở Rv//R vơn kế U1 = 60V a) Xác định cường độ dòng điện chạy qua R R2 b) Nếu thay vơn kế song song R2 vôn kế bao nhiêu? c) Thay vôn kế câu ampe kế có điện trở nhỏ khơng đáng kể ampe kế bao nhiêu? Giải: a) áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch mắc nối tiếp ta có: U MN = UV + U2 U2 = UMN – UV =120V Do (V1) mắc // R1 nên UV = U1 = 60V Vậy cường độ dòng 120 60 điện qua: 60 60 I2  0,04 A I1  0,03 A R1 R R V I V  RV 0,04  0,03 0,01A  RV  I V 6000 3000 2000 b) Khi mắc vơn kế song song với R ta có sơ đồ mạch điện R 1nt(R2//RV) R2 RV ta có: R2V  R2  RV 2000 điện trở tương đương toàn U m mạch 180 là:R tđ = R2V +R1 =2000 + 2000 = 4000 I  I   0,045 A  U  I R1 0,45.2000 90V C  Rtd 4000 cường độ dịng diện qua mạch là: U2 = UV = 180 – 90 = 90V Vậy số vôn kế U = 90V U c) Nếu thay vôn kế câu IbC  MN ampe 0,09 Akế có R A = R2 khơng có dịng điện chạy qua Ampe kế R1 Dạng 10: Nghiên cứu vai trò ampe kế vôn kế mạch điện (II) Bài tập vận dung: (2) Bài tập tự giải: Bài tập 1: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ Biết: vơn kế có điện trở Vơn kế V2 6V, vơn kế V1 22V Tìm số vôn kế V? Đáp số: UV = 82 V Bài tập 2: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ Biết: ampe kế có điện trở Ampe kế A2 0,2A, ampe kế A1 0,8A Tìm số ampe kế A? Đáp số: IA = 3A Dạng 11: Tính nhiệt lượng vấn đề có liên quan (I) Phương pháp giải: - Tính nhiệt lượng dịng điện toả công thức sau: U2 Qtp  I Rt  R t UIt  Pt - Tính nhiệt lượng có ích cơng thức sau: - Qi = H.Qtp Qi = Qtp – Qhp - Tính nhiệt lượng mà vật hấp thụ để nóng lên Q= mc Đặt PT Qi = Q giải PT để tính Dạng 11: Tính nhiệt lượng vấn đề có liên quan (II) Bài tập vận dung: (1) Bài tập mẫu: Dùng bếp điện120V - 600W hiệu điện 100V để đun sôi lít nước từ 200C Tìm thời gian cần thiết để đun sơi nước biết dụng cụ có hiệu suất 80%; nhiệt dung riêng nước 4190J/Kg.K; khối lượng riêng nước 1000kg/m3 Giải: Ta có: m = D V = 1000.0,001 = kg Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước là: Q= mc= 1.4190(100-20) = 335 200J Vì hiệu suất bếp 80% nên nhiệt lượng toàn phần cần cung cấp cho bếp là: Qtp  Mà Nên Qtp  U2 t R t  R.Qtp U2  Qi 335200.100   419000 J H 80 U2 R  dm Pdm =24 24.429000 1005,6( s ) 16 phut 45,6 s 100 Vậy thời gian đun sôi nước 16 phút 45,6s Dạng 11: Tính nhiệt lượng vấn đề có liên quan (II) Bài tập vận dung: (2) Bài tập tự giải: Bài tập 1: Dùng ấm điện để đun nước sau phút nước nóng từ 850C lên 900C, ngắt điện sau phút nước lại nguội 10 C Tìm lượng nước biết ấm tiêu thụ công suất 500W vào đun nước, biết C = 4290J/ kg.K Đáp số: m = ,05 kg Bài tập 2: Người ta dùng hai dây dẫn điện khác để đun sôi lượng nước dùng điện trở R1, sau thời gian t1 nước sôi, dùng điện trở R2, sau thời gian t2 phút nước sôi.Xác định thời gian cần để đun sôi nước khi: a) R1 nối tiếp R2 b) R1 song song R2 Đáp số: a) tnt = 50 phút b) t// = 12 phút Dạng 12: Tính điện trở mạch đối xứng (I) Phương pháp giải: - Xác định trục đối xứng mạch điện nằm mặt phẳng hay mặt đối xứng mạch nằm không gian + Trục hay mặt đối xứng đường thẳng hay mặt phẳng qua nút vào nút mạch điện, phân chia mạch điện thành hai nửa đối xứng + Trục hay mặt đối xứng trước sau đường thẳng hay mặt phẳng thừa nhận nút vào nút hai điểm đối xứng phân chia mạch điện thành hai nửa trước sau đối xứng * Chú ý: Khơng thiết mạch điện có hai loại đối xứng - Dựa vào đối xứng đoạn mạch, xác định đối xứng cường độ dòng điện biểu diễn mạch cường độ chiều dịng điện - Tìm đoạn mạch liền nằm đối xứng trước sau có cường độ dịng điện để coi mắc nối tiếp để tách riêng tìm nút đối xứng có điện để chập chúng lại - Vẽ sơ đồ mạch điện ( sau vẽ lại mạch điện) tính điện trở Dạng 12: Tính điện trở mạch đối xứng (II) Bài tập vận dung: (1) Bài tập mẫu: Cho sơ đồ mạch điện hình vẽ Mỗi đoạn mạch có điện trở R Tìm RAB Giải: Ta thấy AB qua nút vào nút chia mạch thành hai nửa đối xứng AB đối xứng rẽ Do tính chất đối xứng nên cường độ dòng điện qua đoạn mạch biểu diễn hình vẽ CO đối xứng OD có cường độ nên coi CO nối tiếp OD Tương tự, EO đối xứng OF Ta vẽ lại mạch sau: Rtd R.2 R   R R  2R Dạng 12: Tính điện trở mạch đối xứng (II) Bài tập vận dung: (2) Bài tập tự giải: Bài tập 1: Cho mạch điện hình vẽ, phần đoạn mạch có điện trở r Tính điện trở tương đương mạch cho dòng điện chạy qua: a)Vào A C b)Vào A D c)Vào A H 7r 3r Đáp số: a) ; b) ; c) 12 Bài tập 2: Cho mạch điện hình vẽ, điện trở cạnh hình vng r Tính điện trở hai điểm: a) A B b) C D 13r Đáp số: a) ; b) 3r 5r Xin chân thành cảm ơn! Rất mong đóng góp quý vị đại biểu bạn đồng nghiệp để chuyên đề hoàn thiện hơn./ 45 ...CHUYÊN ĐỀ: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ ĐIỆN HỌC - - Đối tượng học sinh bồi dưỡng: Đội tuyển học sinh giỏi Vật Lý lớp trường THCS Bồ Lý -Tam Đảo Vĩnh Phúc Dự kiến số. .. điện trở R1 R2 mắc song song điện trở tương đương tính sau: R1 R2 hay 1 R  R1  R R2 R1  R2 B.PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Bài tập ? ?Điện học? ?? có nhiều loại cụ thể chia làm nhiều loại. .. mạch điện Dạng 11: Tính nhiệt lượng vấn đề có liên quan Dạng 12: Tính điện trở mạch đối xứng DẠNG 1: Tính điện trở mạch điện (I) Phương pháp giải: - Căn vào mạch điện nối tiếp song song Phân