Vật lý 11 bài 11: Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch ví dụ và bài tập vận dụng

Bạn đang xem: Vật lý 11 bài 11: Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch ví dụ và bài tập vận dụng tại thcsdongphucm.edu.vn

Giáo án Vật Lý 11 11: Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch, ví dụ và bài tập. Để giải các bài toán về toàn mạch, học sinh cần nắm vững các công thức tính cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở tương đương,… trong đoạn mạch nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp.

Bài viết này sẽ hệ thống hóa các phương pháp giải một số bài toán về mạch điện toàn phần, trong đó đoạn mạch có thể chỉ gồm một nguồn mắc nối tiếp với các điện trở, các điện trở nối tiếp với bóng đèn nhưng song song với các bóng đèn hoặc một đoạn mạch gồm nhiều nguồn điện trở mắc nối tiếp. nhiều nguồn hỗn hợp đối xứng,...

I. Những lưu ý trong phương pháp giải cả mạch

1. Mạch điện một chiều là mạch điện gồm nguồn điện có suất điện động ξ, điện trở trong r hoặc gồm nhiều nguồn điện ghép thành nguồn điện có suất điện động ξ, điện trở trong rb và mạch ngoài gồm các điện trở.

→ Cần nhận biết các loại nguồn điện và áp dụng công thức tương ứng để tính suất điện động và điện trở trong của nguồn điện.

2. Mạch ngoài của cả mạch có thể là điện trở hoặc dây dẫn làm điện trở (ví dụ dây tóc bóng đèn) nối hai cực của nguồn điện.

→ Cần xác định và phân tích cách mắc các điện trở này (nối tiếp hay song song). Từ đó, áp dụng định luật Ôm cho từng loại đoạn mạch tương ứng cũng như tính điện trở tương đương của từng đoạn mạch và của mạch ngoài.

3. Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch để tính cường độ dòng điện của mạch chính, suất điện động của nguồn điện hoặc nguồn điện, hiệu điện thế mạch ngoài, công và công suất của nguồn điện, công suất tiêu thụ của nguồn. điện. một đoạn mạch… mà đề bài yêu cầu.

4. Công thức sử dụng:

$small xi =I.(R_{N}+r)$

$small U=I.R_{N}=xi -I.r;$ $small A_{ng}=xi .It;$ $small P_{ng}=xi .I$

$small H=frac{U_{N}}{xi }=frac{R_{N}}{R_{N}+r}$ (%).

II. Bài tập ví dụ một số dạng toán toàn mạch

* Bài tập 1: Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 6 V và có điện trở trong r = 2 , các điện trở R1 = 5 , R2 = 10 Ω và R3 = 3 Ω.a) Tính điện trở RN của mạch ngoài.

b) Tính cường độ dòng điện I chạy qua nguồn điện và hiệu điện thế U ở mạch ngoài.

c) Tính hiệu điện thế U1 giữa hai đầu điện trở R1.

° Hướng dẫn giải:

– Đoạn mạch gồm 3 điện trở mắc nối tiếp (R1 nối tiếp R2 nối tiếp R3).

a) Điện trở mạch ngoài là: RN = R1 + R2 + R3 = 5 + 10 + 3 = 18 (Ω).

b) Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, ta có:

Cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện là:

$small I=frac{xi }{R_{N}+r}=frac{6}{18+2}=0,3(A)$

⇒ Hiệu điện thế mạch ngoài là: U = I.RN = 0,3.18 = 5,4 (V).

c) Áp dụng định luật Ôm, hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R1 là: U1 = I.R1 = 0,3.5 = 1,5 (V).

* Bài tập 2: Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 12,5 V và có điện trở trong r = 0,4 Ω; bóng đèn Đ1 có ghi số 12V – 6W; bóng đèn D2 loại 6 V – 4,5 W; Rb là một biến trở.

a) Chứng tỏ rằng khi điều chỉnh biến trở Rb với giá trị 8 Ω thì đèn Đ1, Đ2 sáng bình thường.

b) Tính công suất Png và hiệu suất H của nguồn điện khi đó.

° Hướng dẫn giải:

– Đoạn mạch gồm D1 mắc song song (Rb nối tiếp D2) hay viết tắt là D1//(Rb nt D2).

a) Điện trở của mỗi đèn là:

$small R_{d1}=frac{U_{d1}^{2}}{P_{1}}=frac{12^{2}}{6}=24(Omega );$ $small R_{d2}=frac{U_{d2}^{2}}{P_{2}}=frac{6^{2}}{4,5}=8(Omega )$

– Khi Rb = 8(Ω), ta có: R2b = R2 + Rb = 8 + 8 = 16(Ω)

⇒ Điện trở tương đương của đoạn mạch khi đó là:

$small frac{1}{R_{N}}=frac{1}{R_{1}}+frac{1}{R_{2b}}$ $small =frac{1}{24}+frac{1}{16}=frac{5}{48}Rightarrow R_{N}=frac{48}{5}=9,6(Omega)$

⇒ Hiệu điện thế mạch ngoài là: UN = I.RN = 1,25.9,6 = 12 (V).

Cường độ dòng điện trong mạch chính là: $small I=frac{xi }{R_{N}+r}=frac{12,5}{9,6+0,4}=1,25(A)$

– Cường độ dòng điện qua mỗi nhánh là:

$small I_{1}=frac{U_{N}}{R_{1}}=frac{12}{24}=0,5(A);$ $small I_{2b}=frac{U_{N}}{R_{2b}}=frac{12}{16}=0,75(A)$

Cường độ dòng điện qua mỗi đèn là:

ID1 = I1 = 0,5 (A).

ID2 = I2b = 0,75 (A).

– Cường độ dòng điện định mức qua mỗi đèn là:

$small I_{dm1}=frac{U_{d1}}{R_{d1}}=frac{12}{24}=0,5(A);$ $small I_{dm2}=frac{U_{d2}}{R_{d2}}=frac{6}{8}=0,75(A)$

– Vậy ta thấy khi Rb = 8(Ω) thì cường độ dòng điện thực tế qua mỗi bóng đèn bằng cường độ định mức của mỗi bóng đèn nên các đèn sáng bình thường.

b) Công suất của bộ nguồn khi đó là Png = ξ.I = 12,5.1,25 = 15,625 (W).

⇒ Hiệu suất là H = (Un/ξ).100% = (12/12,5).100% = 0,96.100% = 96%.

* Bài tập 3: Có tám nguồn điện cùng loại có cùng suất điện động E = 1,5 V và điện trở trong r = 1 Ω. Nối các nguồn này thành bộ nguồn lai đối xứng gồm hai dãy song song để thắp sáng một bóng đèn loại 6V–6W.

Giả sử bóng đèn có điện trở như khi nó sáng bình thường.

a) Vẽ sơ đồ mạch điện kín gồm nguồn điện và bóng đèn ở mạch ngoài.

b) Tính cường độ dòng điện thực chạy qua bóng đèn I và công suất điện P của bóng đèn khi đó.

c) Tính công suất Pb của bộ nguồn, công suất Pi của mỗi nguồn trong bộ nguồn và hiệu điện thế Ui giữa hai đầu mỗi nguồn đó.

° Hướng dẫn giải:

a) Vẽ sơ đồ mạch điện gồm hai dãy mắc song song, mỗi dãy gồm 4 nguồn điện mắc nối tiếp như sau:b) Suất điện động của bộ nguồn là: ξb = 4ξ = 4.1,5 = 6(V).

Điện trở trong của nguồn điện là: $small r_{b}=frac{4.r}{2}=frac{4.1}{2}=2(Omega )$

Điện trở của bóng đèn là: $small dpi{100} small R=frac{U_{d}^{2}}{P_{d}}=frac{6^{2}}{6}=6(Omega )$

– Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch ta có cường độ dòng điện chạy qua đèn là:

$small I=frac{xi _{b}}{R+r}=frac{6}{6+2}=0,75(A)$

– Công suất của bóng đèn là: P = I2.R = (0,75)2,6 = 3,375 (W).

c) Công suất của bộ nguồn là: Png = ξ.I = 6.0,75 = 4,5 (W);

– Vì các nguồn giống nhau nên công suất mỗi nguồn là: Pi = Png/8 = 4,5/8 = 0,5625 (W);

– Cường độ dòng điện qua mỗi nguồn là: Ii = I/2 = 0,75/2 = 0,375(A).

⇒ Hiệu điện thế Ui giữa hai đầu mỗi nguồn: Ui = ξ–Ir = 1,5 – 0,375.1 = 1,125 (V).

III. Một số bài tập áp dụng phương pháp giải toàn mạch

* Bài 1 trang 62 SGK Vật Lý 11: Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.3, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 6V và có điện trở trong không đáng kể. Điện trở R1 = R2 = 30Ω, R3 = 7,5Ω:a) Tính điện trở tương đương RN của mạch ngoài.

b) Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở mạch ngoài.

° Giải bài 1 trang 62 SGK Vật Lý 11:

a) Các điện trở mạch ngoài mắc song song (R1//R2//R3) ta có:

$small frac{1}{R_{N}}=frac{1}{R_{1}}+frac{1}{R_{2}}+frac{1}{R_{3}}$ $small =frac{1}{30}+frac{1}{30}+frac{1}{7,5}=frac{1}{5}Rightarrow R_{N}=5(Omega )$

b) Vì nguồn điện có điện trở trong không đáng kể và được mắc song song 3 điện trở nên hiệu điện thế ở hai đầu nguồn điện và mỗi điện trở là: U1 = U2 = U3 = U = ξ = 6V.

⇒ Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở:

$small I_{1}=frac{U}{R_{1}}=frac{6}{30}=0,2(A);$ $small I_{2}=frac{U}{R_{2}}=frac{6}{30}=0,2(A);$ $small I_{3}=frac{U}{R_{3}}=frac{6}{7,5}=0,8(A);$

– Kết luận: a) RN = 5Ω; I1 = 0,2A; b) I2 = 0,2A; I3 = 0,8A;

* Bài 2 trang 62 SGK Vật Lý 11: Cho mạch điện có sơ đồ như hình bên, trong đó các pin có suất điện động ξ1 = 12V; ξ2 = 6V và có điện trở không đáng kể. Các điện trở R1 = 4Ω; R2 = 8Ωa) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.

b) tính công suất tiêu thụ trên mỗi điện trở.

c) Tính dung lượng của mỗi pin và năng lượng mà mỗi pin cung cấp trong 5 phút.

° Giải bài 2 trang 62 SGK Vật Lý 11:

a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.

– Vì hai nguồn điện mắc nối tiếp nên suất điện động của bộ nguồn mắc nối tiếp: ξb = ξ1 + ξ2 = 12 + 6 = 18 (V).

– Ta cũng thấy có hai điện trở R1 và R2 mắc nối tiếp nên điện trở tương đương của mạch ngoài gồm hai điện trở mắc nối tiếp là: RN = R1 + R2 = 4 + 8 = 12(Ω).

– Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch, ta có:

$small I=frac{xi _{b}}{R_{N}+r_{b}}=frac{18}{12+0}=1,5(A)$

b) Vì 2 điện trở mắc nối tiếp với nguồn nên I1 = I2 = I = 1,5A

⇒ Công suất tiêu thụ trên mỗi điện trở R1, R2 lần lượt là:

P1 = R1. I12 = 4. 1,52 = 9(W);

P2 = R2 .I22 = 8. 1,52 = 18(W);

c) Công suất của mỗi pin cung cấp:

Png(1) = ξ1.I = 12.1,5 = 18(W)

Png(2) = ξ2.I = 6.1,5 = 9(W)

– Năng lượng mỗi pin cung cấp trong 5 phút:

Wng(1) = Png(1).t = 18,5,60 = 5400J

Wng(2) = Png(2).t = 9,5.60 = 2700J

– Kết luận: a) I = 1,5A; b) P1 = 9W; P2 = 18W; c) Png(1) = 18W; Png(2) = 9W; Wng(1) = 5400J; Wng(2) = 2700J.

* Bài 3 trang 62 SGK Vật Lý 11: Cho mạch điện có sơ đồ như hình bên. trong đó nguồn điện có suất điện động E = 12V và điện trở trong r = 1,1Ω; điện trở R = 0,1Ω.a) Điện trở x phải có giá trị nào để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài lớn nhất? Tính công suất cực đại đó.

b) Điện trở x phải có giá trị nào để công suất tiêu thụ trên điện trở này là lớn nhất? Tính công suất cực đại đó.

° Giải bài 3 trang 62 SGK Vật Lý 11:

a) Tính điện trở x để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là cực đại.

– Mạch ngoài gồm điện trở R mắc nối tiếp với điện trở x nên điện trở tương đương là: RN = R + x = (0,1 + x) (Ω).

Dòng điện trong mạch: $small I=frac{xi }{R+x+r}$

– Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là:

$small P=I^{2}.R_{N}=frac{xi ^{2}}{(R+x+r)^{2}}.(R+x)$ $small =frac{xi ^{2}}{R+x+2r+frac{r^{2}}{R+x}}$

– Như vậy, để công suất P lớn nhất (Pmax) thì mẫu số phải nhỏ nhất (min), tức là:

$small left [ R+x+2r+frac{r^{2}}{R+x} ight ]_{min}$ ;

– Áp dụng bất đẳng thức cho 2 số dương Và $small frac{r^{2}}{R+x}$ Chúng ta có:

$small frac{(R+r)^{2}}{x}+xgeq 2sqrt{x.frac{(R+r)^{2}}{x}}$

$small Rightarrow (R+x) +frac{r^{2}}{(R+x) }+2rgeq 4r$

Dấu “=” xuất hiện khi $small (R+x)=frac{r^{2}}{(R+x)}Leftrightarrow R+x=r$

– Khi đó, giá trị cực đại của công suất mạch ngoài là: $small P_{N(max)}=frac{xi ^{2}}{4r}=frac{12^{2}}{4.1,1}=32,73(W)$

b) Công suất tiêu thụ trên điện trở x:

$small P_{x}=I^{2}.x=frac{xi ^{2}}{(R+r+x)^{2}}.x$ $small dpi{100} small =frac{xi ^{2}}{frac{(R+r)^{2}}{x}+2(R+r)+x}$

– Để lũy thừa px đạt giá trị lớn nhất thì mẫu số phải nhỏ nhất, tức là:

$small dpi{100} small left [frac{(R+r)^{2}}{x}+2(R+r)+x ight ]_{min}$

– Áp dụng đẳng thức vũ trụ cho hai số dương $small frac{(R+r)^{2}}{x}$ Và Chúng tôi nhận được:

$small frac{(R+r)^{2}}{x}+xgeq 2sqrt{x.frac{(R+r)^{2}}{x}}=2(R+r)$

$small Rightarrow frac{(R+r)^{2}}{x}+x+2(R+r)geq 4(R+r)$

Dấu “=” xảy ra khi, $small small frac{(R+r)^{2}}{x}=xLeftrightarrow (R+r)^{2}=x^{2}$

– Khi đó, giá trị công suất cực đại là: $small P_{x(max)}=30(W)$

Hi vọng với bài viết hệ thống hóa phương pháp giải một số bài toán về đoạn mạch toàn phần, các ví dụ và bài tập trên sẽ giúp ích cho các bạn. Mọi góp ý và thắc mắc các bạn vui lòng để lại bình luận bên dưới bài viết để trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong ghi nhận và hỗ trợ, chúc các bạn học tập tốt.

Đăng bởi: THPT Lê Hồng Phong

Bản quyền bài viết thuộc về Trường THCS Đồng Phú.Edu.Vn. Mọi sao chép đều là gian lận! Nguồn chia sẻ: thcsdongphucm.edu.vn TagsVật Lý 11

Bạn thấy bài viết Vật lý 11 bài 11: Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch ví dụ và bài tập vận dụng có khắc phục đươc vấn đề bạn tìm hiểu ko?, nếu ko hãy comment góp ý thêm về Vật lý 11 bài 11: Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch ví dụ và bài tập vận dụng bên dưới để Trường THCS Đồng Phú có thể thay đổi & cải thiện nội dung tốt hơn cho các bạn nhé! Cám ơn bạn đã ghé thăm Website: thcsdongphucm.edu.vn của Trường THCS Đồng Phú

Nhớ để nguồn bài viết này: Vật lý 11 bài 11: Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch ví dụ và bài tập vận dụng của website thcsdongphucm.edu.vn

Mục lục