Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 2: Dòng điện không đổi - Chuyên đề 2: Bài toán định luật Ôm

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 2: Dòng điện không đổi - Chuyên đề 2: Bài toán định luật Ôm

1. CHƯƠNG 2: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI CHUYÊN ĐỀ 2: BÀI TOÁN ĐỊNH LUẬT ÔM PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM Đại lượng Đoạn mạch Nguồn điện Định luật Ôm Công A Uq UIt A EIt Toàn mạch A A E Công suất P UI P EI I t t R N r Công suất P I2.r P I2R tỏa nhiệt 2 Định luật 2 Q I rt Q I Rt Jun – Len xơ E U Đoạn mạch I AB Hiệu suất của A U It U R r H ci N N chứa nguồn N nguồn điện A EIt E Phương pháp vẽ lại mạch điện: Ví dụ Bước 1: Đặt hai điểm A, B là hai điểm đầu và cuối của mạch, đặt tên cho các điểm là nơi giao nhau của ít nhất 2 nhánh (chú ý rằng các điểm nằm trên cùng 1 dây dẫn có điện thế như nhau chỉ cần đặt tên 1 điểm) Từ A tới B đi theo đường: Bước 2: Sắp xếp thứ tự các điểm trên đường thẳng A M N B theo chiều từ A tới B Từ A tới M có R , từ M tới N có R và R , từ N tới Bước 3: Đặt các điện trở vào giữa các điểm (vẽ 1 3 4 B có R , từ B tới A có R . thêm các nhánh nếu có 2 điện trở song song) 5 2 Bước 4: Phân tích mạch Mạch gồm: R1nt R3 / /R 4 ntR5 / /R 2 PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: 1. Phương pháp giải Tính cường độ dòng điện qua một mạch kín ta giải Ví dụ: Xét một mạch kín gồm nguồn điện có suất theo các bước sau đây: điện động E 2V , điện trở trong r 0,1  mắc với điện trở ngoài R 99,9  . Tìm cường độ dòng điện chạy trong mạch chính? Trang 1
2. Hướng dẫn Điện trở mạch ngoài: R N 99,9  Bước 1: Tính điện trở mạch ngoài Điện trở toàn mạch: Bước 2: Tính điện trở toàn mạch: R tm R N r R tm R N r 99,9 0,1 100  E Bước 3: Áp dụng định luật Ôm: I Cường độ dòng điện chạy trong mạch: r R N E E 2 I 0,02 A R tm R N r 100 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ. Biết nguồn điện có suất điện động E 12 V và có điện trở trong r 1  , các điện trở R1 10 , R 2 5  và R3 8  . Tính cường độ dòng điện chạy qua nguồn và hiệu suất của nguồn điện? A. 0,5 A; 95,83% .B. 0,15 A; 5,83% . C. 0,15 A; 95% D. 0,5 A; 93,83% Hướng dẫn Tổng trở mạch ngoài: R N R1 R 2 R3 23  E 12 Cường độ dòng điện chạy qua nguồn: I 0,5 A R N r 23 1 Hiệu điện thế mạch ngoài U: U I.R N 0,5.23 11,5 V U 11,5 Hiệu suất của nguồn điện: H .100% .100% 95,83% E 12 Chọn A. Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ. Biết E 7,8V,r 0,4 ,R1 R 2 R3 3 ,R 4 6  . Tính cường độ dòng điện qua R1, R2 và UMN? A. I1 1,57 A; I2 0,37 A; UMN 1,17 V. B. I1 1,17 A; I2 0,78 A; UMN 1,17 V. C. I1 1,17 A; I2 0,78 A; UMN 1,17 V. D. I1 0,78 A; I2 1,17 A; UMN 1,17 V. Hướng dẫn Ta có: R13 R1 R3 6 ; R 24 R 2 R 4 9  R13.R 24 Tổng trở mạch ngoài: R N 3,6  R13 R 24 Tổng trở toàn phần: R tp R N r 4  E 7,8 Cường độ dòng điện trong mạch chính: I 1,95 A R tp 4 Trang 2
3. U13 I.R N 1,95.3,6 Cường độ dòng điện chạy qua R1: I1 I13 1,17 A R13 R13 6 Cường độ dòng điện qua R2: I2 I I1 0,78 A Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N: UMN U1 U2 I1R1 I2R 2 1,17 V Chọn B. Dạng 3: Bài toán về đoạn mạch có chứa nguồn 1. Phương pháp giải Tại một điểm nút ta luôn có  I đến =  I đi (nút là nơi giao nhau của ít nhất 3 nhánh) Tại nút M Hiệu điện thế giữa hai điểm A,B: I I1 I2 I3 • Lấy dấu “+” trước I khi dòng I có chiều từ A đến B. • Lấy dấu “–” trước I khi dòng I ngược chiều từ B Dòng điện từ A đến B đến A. • Khi xét từ A đến B gặp cực dương của nguồn thì lấy dấu “+” gặp cực âm của nguồn thì lấy dấu “–” U E E I R r r trước E. AB 1 2 N 1 2 Nếu không biết rõ chiều dòng điện ta giả sử dòng điện có chiều nào đó rồi giải: Dòng điện từ B đến A • Nếu tìm được I > 0: chiều thật của dòng điện trùng với chiều đã chọn. • Nếu tìm được I < 0: chiều thật của dòng điện UAB E1 E2 I R N r1 r2 ngược với chiều đã chọn. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho mạch điện sau, trong đó: E1 8V, r1 1,2 ,E2 4V, r2 0,4 ,R 28,4  , hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch đo được là UAB 6 V . Tính cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch và chiều của nó? A. I 0,33 A , chiều từ A đến B. B. I 0,07 A , chiều từ A đến B. C. I 0,33 A , chiều từ B đến A. D. I 0,45 A , chiều từ B đến A. Hướng dẫn Giả sử dòng điện trong mạch cỏ chiều từ A đến B. Theo chiều từ A đến B thì gặp cực dương của E1 trước, sau đó gặp cực âm của E2 nên ta có biểu thức: UAB E1 E2 UAB E1 E2 I R N r1 r2 I R N r1 r2 Trang 3
4. 6 8 4 1 Thay số ta được: I A 0 chiều dòng điện chạy từ A đến B là đúng 28,4 1,2 0,4 15 Chọn B. Ví dụ 2: Cho mạch điện như sau, biết E1 2,1V; E2 1,5 V; r1,r2 không đáng kể, R1 R3 10  và R2 20  . Tính cường độ dòng điện chạy qua các điện trở? A. I1 0,023 A; I2 0,018 A; I3 0,114 A. B. I1 0,096 A; I2 0,018 A; I3 0,114 A. C. I1 0,096 A; I2 0,021 A; I3 0,114 A. D. I1 0,096 A; I2 0,018 A; I3 0,44 A. Hướng dẫn Giả sử chiều dòng điện như hình vẽ r1 r2 0  UAB E1 I1. R1 r1 Ta có: UAB E2 I2. R 2 r2 U I .R AB 3 2 UAB 2,1 10I1 2,1 10I1 10I3 10I1 10I3 2,1 1 Thay số ta được: UAB 20I2 1,5 20I 1,5 10I 2 3 20I2 10I3 1,5 2 UAB 10I3 Tại nút A ta có: I1 I2 I3 I1 I2 I3 0 3 I1 0,096 A tháa m·n Giải hệ phương trình (1), (2) và (3) ta có: I2 0,018 A chiª`u ng­îc l¹i I3 0,114 A tháa m·n Chọn B. PHẦN 3: BÀI TẬP TỔNG HỢP Câu 1. Nguồn điện có r 0,2  mắc với R 2,4  thành mạch kín, khi đó hiệu điện thế giữa hai đầu R là 12 V. Suất điện động của nguồn là: A. 11 V.B. 12 V.C. 13 V.D. 14 V. Câu 2. Một nguồn điện mắc với một biến trở. Khi điện trở của biến trở là 1,65  thì hiệu điện thế hai cực nguồn là 3,3 V; khi điện trở của biến trở là 3,5  thì hiệu điện thế ở hai cực nguồn là 3,5 V. Tìm suất điện động và điện trở trong của nguồn? A. 3,7 V; 0,2 . B. 3,4 V; 0,1 . C. 6,8 V; 1,95 . D. 3,6 V; 0,15 . Câu 3. Cho mạch điện như hình vẽ. Hai pin có suất điện động bằng nhau và bằng 2 V. Biết r1 1 ; r2 3  . Tính cường độ dòng điện trong mạch và hiệu điện thế giữa hai điểm A và B? A. 0,5 A; 1 V.B. 1 A; 1 V. C. 0 A; 2 V.D. 1 A; 2 V. Trang 4
5. Câu 4. Một nguồn điện có suất điện động E 6 V , điện trở trong r 2  , mạch ngoài có điện trở R. Để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là 4 W thì điện trở R phải có giá trị: A. R 3  B. R 4  C. R 5  D. R 6  Câu 5. Một nguồn điện có suất điện động 15 V, điện trở trong 0,5  mắc với mạch ngoài có hai điện trở R1 20 , R 2 30  mắc song song. Công suất của mạch ngoài là: A. 4,4 W.B. 14,4 W.C. 17,28 W.D. 18 W. Câu 6. Một mạch có hai điện trở 5  và 10  mắc song song được nối với một nguồn điện có điện trở trong 2  . Hiệu suất của nguồn điện là: A. 11,1%.B. 90%.C. 62,5%.D. 16,6%. Câu 7. Mắc điện trở R 2  vào bộ nguồn gồm hai pin có suất điện động và điện trở trong giống nhau thành mạch kín. Nếu hai pin ghép nối tiếp thì cường độ dòng điện qua R là I1 0,75 A . Nếu hai pin ghép song song thì cường độ dòng điện qua R là I2 0,6 A . Suất điện động và điện trở trong của mỗi pin bằng A. 1,5 V; 1. B. 3 V; 2. C. 1 V; 1,5. D. 2 V; 1. Câu 8. Đặt một hiệu điện thế không đổi vào hai đầu mạch gồm 2 điện trở giống nhau mắc song song thì công suất tiêu thụ là 40 W. Nếu hai điện trở này mắc nối tiếp vào nguồn thì công suất tiêu thụ là: A. 10 W.B. 80 W.C. 20 W.D. 160 W. Đáp án: 1 – C 2 – A 3 – B 4 – B 5 – C 6 – C 7 – A 8 – A Trang 5