a. Các điện trường thành phần tại C: E ,E uur uur
2.5.3.4. Bài toán “hộp đen”
Bài 16: Một ăcqui trong trong ôtô bị mất ki hiệu các cực. Hãy dùng một đoạn dây dẫn và một la bàn để xác định dấu của hai cực của ăcqui trên ?
Nếu chỉ dùng hai đoạn dây dẫn và một cốc nước, làm thế nào để xác định được dấu hai cực của ăcqui ?
* Câu hỏi định hướng tư duy: - Nêu các dạng tương tác từ ?
- Qui tắc vặn nút chai cho phép xác định đặc điểm nào của dòng điện? phát biểu qui tắc?
- Hiện tượng điện phân với dương cực không tan thì quan sát được gì ở hai điện cực?
* Hướng dẫn giải:
+ Trường hợp dùng một đoạn dây dẫn và một la bàn:
- Mắc dây dẫn vào hai cực của ăcqui rồi đặt la bàn phia dưới đoạn thẳng của dây nối. Dưới tác dụng của từ trường của dòng điện, kim la bàn sẽ quay.
- Biết hiều quay của kim la bàn, ta áp dụng qui tắc vặn nút chai để xác định chiều dòng điện trong dây dẫn, từ đó suy ra dấu của các cực của ăcqui. Lưu ý: trong quá trình mắc dây dẫn vào hai cực của ăcqui ta phải thực hiện nhanh để tránh trường hợp dòng điện qua dây dẫn tỏa nhiệt gây cháy dây hoặc hỏng ăcqui (hiện tượng đoản mạch)
+ Trường hợp chỉ dùng hai đoạn dây dẫn và một cốc nước:
- Mắc hai đầu của hai dây dẫn vào hai cực của ăcqui, rồi nhúng hai đầu còn lại của hai dây dẫn vào trong cốc nước.
- Do hiện tượng điện phân, ta có thể quan sát được các bọt khi tạo ra ở hai đầu dây nhúng trong cốc nước (có thể dùng axit sunfuric nhỏ vào cốc nước để thấy rõ hơn quá trình này).
Một phân tử nước tạo bởi hai nguyên tử Hiđrô và một nguyên tử Ôxi. Ở cùng điều kiện như nhau về áp suất, những thể tich như nhau chứa cùng một lượng phân tử, nhưng trong quá trình điện phân số phân tử Hiđrô được giải phóng nhiều hơn gấp hai lần số phân tử Ôxi, vì vậy điện cực có nhiều bọt khi
hơn là điện cực tại đó Hiđrô được giải phóng.
Do đó ta có thể dễ dàng xác định được cực tinh của các dây dẫn (tức là cực tinh của các điện cực) như sau: Vì các Iôn Hiđrô mang điện dương nên khi này giải phóng ở cực âm, cực còn lại là cực dương.
Bài 17: Có ba hộp kin mỗi hộp có hai đầu dây đưa ra ngoài. Biết một hộp chứa điện trở còn hộp kia có một bóng đèn. Hãy tìm phương án xác định hộp nào chứa điện trở và hộp nào chứa bóng đèn nếu chỉ có trong tay các nguồn điện (pin), một vôn kế, một ampe kế và các dây nối ?
* Câu hỏi định hướng tư duy:
- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế có dạng như thế nào ?
- Khi nhiệt độ tăng, điện trở của vật dẫn thay đổi như thế nào ? khi đó đường đặc tuyến Vôn-Ampe có dạng thay đổi như thế nào ?
* Hướng dẫn giải:
- Mắc lần lượt các nguồn điện (từ it đến nhiều nguồn) , vôn kế (mắc song song), ampe kế (mắc nối tiếp) vào hai đầu dây của mỗi hộp điện tạo thành mạch kin.
- Tiến hành đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế (thường đo khoảng 5 lần).
- Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế. Nếu đường biểu diễn nào cong nhiều hơn (nhất là ở vùng hiệu điện thế lớn) thì đó là đường biểu diễn của bóng đèn (vì đối với bóng đèn, điện trở thay đổi theo nhiệt độ nhiều hơn khi nhiệt độ tăng)
Bài 18: Có ba hộp chứa các linh kiện điện: Một hộp chứa 2 điện trở thuần (cỡ chục ôm) ký hiệu nhãn R-R, một hộp chứa 2 tụ điện ký hiệu nhãn T-T, một hộp chứa 1 điện trở thuần và một tụ điện ký hiệu nhãn R-T. Người ta dán nhầm nhãn của cả ba hộp (nhãn hộp này dán nhầm vào hộp khác). Nếu chỉ với
1 bóng đèn pin, một viên pin và các dây nối, chỉ cần mở hộp bất kỳ trong ba hộp rồi lấy linh kiện bất kỳ trong hộp đó mà không được xem linh kiện còn lại. Bạn làm thế nào để biết hộp chứa gì ?
* Câu hỏi định hướng tư duy:
- Tụ điện có cho dòng điện một chiều đi qua không ? - Làm thế nào để biết có dòng điện qua mạch ?
- Chỉ cần biết nhãn của một hộp ta có thể suy ra nhãn của hai hộp còn lại hay không ?
* Hướng dẫn giải:
- Lấy hộp dán nhãn R-T, lấy một linh kiện bất kỳ, mắc linh kiện với đèn và pin tạo thành mạch kin. Nếu đèn sáng => đó là điện trở R, vì hộp dán sai nhãn nên linh kiện còn lại không thể là tụ T mà phải là R. Vậy hộp này là R-R.
- Vì các hộp dán nhãn sai nên ta đổi nhãn của hai hộp còn lại sẽ được các hộp dán nhãn đúng.
2.5.3.6. Bài toán không theo khuôn mẫuBài 19: Một vật nhỏ khối lượng m mang điện Bài 19: Một vật nhỏ khối lượng m mang điện tich –q trượt không ma sát từ độ cao h trên một mặt phẳng nghiêng lập với phương nằm ngang một góc α. Ở chân đường thẳng đứng đi qua vị tri ban đầu của vật có một điện tich +q (Hình vẽ). Điện tich sẽ chuyển động như nào nếu
0 45
α = ,α >450,α <450
Câu hỏi định hướng tư duy:
- Muốn biết đặc điểm của chuyển động ta phải tinh được đại lượng nào ? - Nếu không có ma sát có thể tinh vận tốc của vật bằng định luật nào ?
- Vận tốc của chuyển động phụ thuộc vào góc nghiêng α như thế nào ?
Hướng dẫn giải:
- Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng.
- Tại A: Năng lượng của vật gồm thế năng trọng trường W và thế năngA
điện trường -qVA, năng lượng của điện tich: WA −qVA
- Tại B, năng lượng của vật là: 2
B B
1
W qV mv
2
− +
- Theo định luật bào toàn năng lượng:WA qVA WB qVB 1mv2
2 − = − + Với WA −WB =mgh; A B kq kq kq V V (1 tan ) h h cot g h − = − = − α α Do đó: 2 kq v 2 gh (1 tan ) mh = − − α Nhận xét: - Điều kiện: 2 kq 2 gh (1 tan ) 0 mh − − α ≥
- Khi α =450 thì tanα =1=> v= 2gh. Chuyển động của điện tich giống như điện tich trượt không ma sát trên mặt phẳng nghiêng khi không có q, tuy nhiên có thêm lực tinh điện.
- Khi α >450 thì tanα >1=> Chuyển động của điện tich có vận tốc lớn hơn khi không có q.
- Khi α <450 thì tanα <1=> Chuyển động của điện tich có vận tốc lớn hơn khi không có q. Đặc biệt, khi α bằng α0nào đó (xác định từ biểu thức vận tốc) thì điện tich dao động từ A đến B và ngược lại. Nếu α nhỏ hơnα0
Bài 20: Cho mạch điện AB gồm các điện trở mắc theo sơ đồ và kéo dài vô tận. Tinh điện trở tương đương của mạch điện AB ?
Câu hỏi định hướng tư duy:
- Có thể dùng các công thức thông thường để tinh điện trở tương đương được không ?
- Nhận xét gì về các nhóm điện trở của mạch điện ?
Hướng dẫn giải:
- Mạch điện dài vô hạn nên ta có thể coi RAB = RCD và mạch có sơ đồ: