Bồi dưỡng học sinh giỏi Lý 9 phần Điện

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 - Phần Điện [có đáp án]", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

BỒI DƯỠNG HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Buổi 1 Bàì 1: Có hai điện trở R1và R2 mà giá trị cần xác định Khi mắc R1 nối tiếp với R2 rồi nối vào hiệu điện thế U = 12V thì cường độ dòng điện qua mạch là I = 1,2A Khi mắc R1 song song với R2 rồi nối vào hiệu điện thế U = 12V thì cường độ dòng điện qua mạch là I = 5A Tính các điện trở R1và R2 Giải Khi mắc R1 nối tiếp với R2 : Điện trở tương đương của mạch là Mà nên [1] Khi mắc R1 song song với R2 : Điện trở tương đương của mạch là Mà nên [2] Từ [1] và [2] ta được: R1= 4 Ω và R2= 6 Ω Hoặc R1= 6 Ω và R2= 4 Ω Bài 2: Cho mạch điện AB có hiệu điện thế không đổi gồm hai điện trở R1= 20Ω và R2 mắc nối tiếp. Người ta đo được hiệu điện thế hai đầu điện trở R1 là U1= 40V. Thay điện trở R2 bằng điện trở R’1= 10Ω thì đo được hiệu điện thế trên đó là U’1= 25V. Tính hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch AB và điện trở R2. Giải Khi R1= 20Ω và U1= 40V thì: Cường độ dòng điện qua R1 là Theo định luật Ôm: U= I. Rtđ = I. [R1+ R2] U= 2. [20 + R2] = 40 + 2. R2 [1] Khi R’1= 10Ω và U’1= 25V thì: Cường độ dòng điện qua R1 là Theo định luật Ôm: U= I. Rtđ = I. [R1+ R’1] U= 2,5. [20 + 10] = 2.5 .30 = 75V [2] Từ [1] và [2] ta được: R2= 17,5Ω và U = 75V Bài 3: Giữa hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế không đổi 6V có mắc hai điện trở R1và R2 song song nhau thì đo được cường độ dòng điện qua mạch chính là 0,75A. Biết R1 gấp hai lần R2. Tính các điện trở R1và R2. Giải Điện trở tương đương của mạch là Mà và R1= 2. R2 nên ta có: Bài 4: Giữa hai điểm AB của một mạch điện có hiệu điện thế không đổi 12V, người ta mắc hai điện trở R1= 6Ω và R2= 12Ω song song nhau. Tính cường độ dòng điện qua mạch chính và qua mỗi điện trở. Mắc thêm điện trở R3 vào đoạn mạch nói trên thì cường độ dòng điện qua mạch chính lúc này là 2A. Hỏi mắc R3 vào mạch như thế nào? Tính các giá trị R3 và cường độ dòng điện qua mỗi điện trở. Giải Cường độ dòng điện qua mạch chính và qua mỗi điện trở Điện trở tương đương của mạch là Cường độ dòng điện qua mạch chính là Cường độ dòng điện qua R1 là Cường độ dòng điện qua R2 là Để cường độ dòng điện qua mạch chính là I= 2A< 3A thì điện trở tương đương của mạch phải tăng lên. Vậy R3 phải mắc nối tiếp. Điện trở tương đương của mạch lúc này là Khi R3 mắc nối tiếp với đoạn mạch nói trên thì Rtđ= R3+R12= 6W - Khi R3 mắc nối tiếp với R1 thì Vậy khi R3 nối tiếp với đoạn mạch gồm R1 song song R2 thì R3= 2Ω khi R3 nối tiếp với R1 thì R3= 6Ω. Bài 5: Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó Rx là một biến trở có ghi [100 Ω -1A]. A A R1 Rx B M N Biến trở làm bằng Nikêlin có điện trở suất 0,4.10-6Ω.m, đường kính tiết diện 0,2mm. Tính chiều dài dây làm biến trở. Di chuyển con chạy từ đầu này đến đầu kia của biến trở thì số chỉ của ampe kế thay đổi trong khoảng từ 0,5A đến 1,5A. Tính điện trở R1 và hiệu điện thế hai đầu AB lúc đó. Giải Chiều dài dây làm biến trở: Tiết diện của dây: Ta có: Khi con chạy ở M thì Rx= 0 ta có I= 1,5A Ta có UAB= I.R1= 1,5. R1 [1] Khi con chạy ở N thì Rx=100 ta có I= 0,5A Ta có UAB= I.[R1+Rb] = 0,5. [R1+100] [2] Từ [1] và [2] ta được: R1= 50Ω và U = 75V BỒI DƯỠNG HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Buổi 2 Bài 6: Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ: A A R1 C R2 B Biết R1= 10Ω và R2= 40Ω, điện trở ampe kế và dây nối không đáng kể, hiệu điện thế hai đầu AB không đổi. Ampe kế chỉ 1A. Tính hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch AB. Mắc thêm một bóng đèn dây tóc có điện trở Rđ= R3= 24Ω luôn luôn không đổi vào hai điểm C và B của mạch. Vẽ sơ đồ mạch điện. Tính điện trở tương đương của mạch và số chỉ của ampe kế lúc này. Biết đèn sáng bình thường, tính công suất định mức của đèn. Giải Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch AB: Điện trở tương đương của mạch: Rtđ= R1+ R2= 10 + 40 = 50Ω Ta có: UAB= I. Rtđ = 1.50 =50V a] Sơ đồ mạch điện: A A R1 C R2 B Đ Điện trở tương đương của mạch: Số chỉ của ampe kế lúc này: Công suất định mức của đèn: Khi đèn sáng bình thường thì Rđ= R3=24Ω Hiệu điện thế hai đầu bóng đèn là UĐ= UCB= I.RCB = 2.15 = 30V Công suất định mức của đèn: Bài 7: Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó R1= R2=5Ω và R3=15Ω, điện trở ampe kế, khóa K và dây nối không đáng kể. U A K1 K2 R1 R2 R3 Khi K1 đóng và K2 mở, ampe kế chỉ 1A. Tính hiệu điện thế U đặt vào hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện qua các điên trở. Khi K1 mở và K2 đóng, ampe kế chỉ bao nhiêu? Khi K1 và K2 đều đóng, ampe kế chỉ bao nhiêu? Tính cường độ dòng điện qua các điện trở. Giải Khi K1 đóng và K2 mở: mạch gồm R1 nối tiếp R2 và song song R3 U A K1 R1 R2 R3 Điện trở tương đương của mạch: Hiệu điện thế U đặt vào hai đầu đoạn mạch: U=I.Rtđ=1.6=6V Cường độ dòng điện qua R1 và R2 là Cường độ dòng điện qua R3 là Khi K1 mở và K2 đóng: U A K2 R2 R1 R3 Điện trở tương đương của mạch: Cường độ dòng điện qua ampe kế là Khi K1 và K2 đều đóng: Đoản mạch R1, còn R2 song song R3 Điện trở tương đương của mạch: Cường độ dòng điện qua ampe kế là Cường độ dòng điện qua R2 là Cường độ dòng điện qua R3 là Bài 8: Một mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, biết R1=8Ω, R2= R3=4Ω và UAB= 6V không đổi, điện trở ampe kế , khóa K và dây nối không đáng kể. R3 A R1 C R2 K A B Hãy tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB và số chỉ của ampe kế trong hai trường hợp: Khóa K mở. Khóa K đóng. Thay R1 bằng một dây dẫn có chiểu dài 4m, làm bằng Nikêlin có điện trở suất 0,4.10-6Ω.m. Tính đường kính tiết diện của dây. Giải Điện trở tương đương của đoạn mạch AB: Khóa K mở: R1 mắc nối tiếp R2 song song với R3 R12= R1+ R2= 8 + 4 = 12Ω Cường độ dòng điện qua ampe kế là b] Khóa K đóng: Đoản mạch R2, còn R1 song song R3 Điện trở tương đương của mạch: Cường độ dòng điện qua ampe kế là 2. Đường kính tiết diện của dây là: Ta có : d = 0,5mm Bài 9:Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ. UAB = 12V không đổi; R1 = 15; R2 = 10; R3 = 6 ; R4 = 8. Điện trở khóa K và dây nối không đáng kể. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB và cường độ dòng điện qua các điện trở khi K mở và khi K đóng Giải * Khi K mở, ta có: R1 nt [R3 // [R2 nt R4]] + R24 = R2 + R4 = 10+8 = 18 + R234 = = = 4,5 + RAB = R1 + R234 = 15 + 4,5 = 19,5 + I = = = 0,6A. + I1 = I234 = I = 0,6A. + U1 = I1R1 = 0,6.15 = 9V => U3 = UAB – U1 = 3V. + I3 = = = 0,5A. + I2 = I4 = I234 – I3 = 0,6 – 0,5 = 0,1A. * Khi K đóng, ta có: [[R1//R2] nt R3]//R4 + R12 = = 6 + R123 = R12 + R3 = 6+6 = 12 + RAB = = 4,8 + I = = 2,5A. + I4 = = = = 1,5A. + I3 = I – I4 = 2,5 – 1,5 = 1A. + U3 = I3R3 = 6V => U1 = U2 = 6V. + I1 = = = 0,4A. + I2 = = = 0.6A. Bài 10 Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ R2 R1 R3 R4 A K B Biết R1 = 6, R2 = 20, R3 = 20, R4 = 2. a/ Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB khi K đóng và khi K mở? b/ Khi K đóng, hiệu điện thế giữa 2 đầu AB luôn được duy trì 24V. Tính cường độ dòng điện qua điện trở R2? Giải a/ Điện trở tương đương của đoạn mạch AB * Khi K đóng ta có R1 // [[R2//R3] nt R4] + R23 = = = 10 + R234 = R23 + R4 = 12 + RAB = = = 4 * Khi K mở ta có R3 nt [[R1nt R2] // R4] + R12 = R1 + R2 = 26 + R124 = = = 1,86 + RAB = R3 + R124 = 21,86 b/ Cường độ dòng điện qua điện trở R2 khi K đóng + I234 = = = 2A + U23 = I23.R23 = I234.R23 = 2.10 = 20V + I2 = = = = 1A BỒI DƯỠNG HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Buổi 3 Bài 11 Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ: R1 R2 R3 R4 A A B Biết R1 = 15, R2 = R3 = R4 = 10 a/ Tính điện trở tương đương đoạn mạch AB? b/ Biết U = 30V. Tính cường độ dòng điện qua các điện trở và số chỉ của Ampe kế? Giải a/ Điện trở tương đương của đoạn mạch AB: Ta có: R1 // [R2 nt [R3 // R4]] + R34 = = = 5 + R234 = R2 + R34 = 15 + RAB = = = 7,5 b/ Cường độ dòng điện qua các điện trở: + I1 = = = = 2A + I2 = I234 = = = = 2A + Vì R3 = R4 nên: I3 = I4 = = = 1A + IA = I1 + I3 = 3A Bài 12 Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ R1 R2 R3 R4 A D B C Biết R1 = 15, R2 = 3, R3 = 7, R4 = 10, UAB = 35V. a/ Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB? b/ Tính cường độ dòng điện qua các điện trở? c/ Tính hiệu điện thế giữa 2 điểm AC và AD? Giải a/ Điện trở tương đương của đoạn mạch AB: Ta có: R1 nt [[R2 nt R3] // R4] + R23 = R2 + R3 = 3+7 = 10 + R234 = = = 5 + RAB = R1 + R234 = 15+5 = 20 b/ Cường độ dòng điện qua các điện trở: + I1 = I = = = 1,75A + UCB = ICB.RCB = I.R234 = 1,75.5 = 8,75V + I2 = I3 = I23 = = = 0,875A + I4 = I – I23 = 1,75- 0,875 = 0,875A c/ Hiệu điện thế giữa 2 điểm AC và AD: + UAC = I1.R1 = 1,75.15 = 26,25V + UCD = I2.R2 = 0,875.3 = 2,625V + UAD = UAC + UCD = 26,25+2,625 = 28,875V Bài 13 Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ. Biết UAB = 18V, cường độ dòng điện qua R2 là 2A. a/ Nếu R2 = 6, R3 = 3. Tính R1? b/ Nếu R1 = 3, R2 = 1. Tính R3? R2 R3 R1 A B Giải a/ Giá trị điện trở R1: Ta có: R1 nt [R2//R3] + U3 = U2 = I2.R2 = 2.6 = 12V + U1 = U – U2 = 18-12 = 6V + I3 = = = 4A + I = I1 = I2 + I3 = 2+4 = 6A + R1 = = = 1A b/ Giá trị điện trở R3: Ta có: R1 nt [R2//R3] + U3 = U2 = I2.R2 = 2.1 = 2V + U1 = U – U2 = 18-2 = 16V + I1 = = = 5,3A + I3 = I1 + I2 = 5,3-2 = 3,3A + R3 = = = 0,6A Bài 14 Mạch điện có sơ đồ như hình vẽ, trong đó R1 = 12 , R2 = R3 = 6 ; UAB = 12 V, RA 0 ; Rv rất lớn. a. Tính số chỉ của ampekế, vôn kế? b. Đổi ampe kế, vôn kế cho nhau thì ampe kế và vôn kế chỉ giá trị bao nhiêu? R1 R3 R2 A V A B . Giải a/ Số chỉ của ampekế, vôn kế: Ta có: R1 // R2 nt R3 R = R12 + R3 = = 10 + I = = 1,2 A + U3 = I . R3 = 7,2 V vôn kế chỉ 7,2 V + U12 = I R12 = 1,2 . 4 = 4,8 v + I2 = = 0,8 A -> am pe kế chỉ IA = 0,8 A b/ Số chỉ của ampe kế, vôn kế: + Ta có: [R1nt R3] // R2 I13 = = + U3 = I3 . R3 = 4 V vôn kế chỉ 4 V + IA = I2 = -> I = I13 + I2 = A -> am pe kế chỉ IA = A Bài 15 Cho mạch điện như hình dưới, có hai công tắc K1 và K2, biết các điện trở R1 = 12,5W ; R2 = 4W, R3 = 6W . Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch UMN = 48,5[V] a] K1 đóng, K2 ngắt, tìm cường độ dòng điện qua các điện trở b] K1 ngắt, K2 đóng, cường độ dòng điện trong mạch lúc này là 1A. Tính R4 c] K1 và K2 cùng đóng. Tính điện trở tương đương của cả mạch và cường độ dòng điện của mạch chính R1 R4 R2 R3 K1 K2 Giải a] Khi K1 đóng, K2 ngắt, ta có R1 nt R2 I1 = I2 = b] Khi K1 ngắt, K2 đóng ta có R1 nt R4 nt R3 R143 = R1 + R4 + R3 = W => R4 = R143 – R1 – R3 = 48,5 – 12,5 – 6 = 30W c] Khi K1 và K2 cùng đóng ta có R1nt [R2 //[R3 nt R4]] Ta có : R34 = R3 + R4 = 6 + 30 = 36W => RMN = R1 + R234 = 12,5 + 3,6 = 16,1W Bài 16 Cho mạch điện như hình vẽ: Đèn 1 có ghi 3V- 6W, đèn 2 có ghi 6V-3W; R5 = 2,4 Ω; hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch UAB = 15V. Biết rằng cả hai đèn đều sáng bình thường. Tính R3 và R4 R5 1 R3 C D 2 R4 A B Giải Ta có: [[Đ1//R3] nt [Đ2//R4]] nt R5 Do 2 đèn hoạt động bình thường nên : + U1= UAC = 3V ; + U2 = UCD= 6V ; + UAB = UAC + UCD +UDB => UDB = UAB - UAC - UCD = UAB - U1 - U2 = 15 - 3 - 6 = 6V + + I3= I – I1 = 0,5A Vậy + I4= I – I2 = 2A Vậy rrrr rrrr rrrr rrrr rrrr R1 R5 R4 R3 R2 B A Câu 17 Cho mạch điện như hình vẽ Cho R1 = 10Ω; R2=R3=R4=20Ω; R5 = 5Ω. Cường độ dòng điện qua R5 là 1A. a/ Tính điện trở tương đương toàn mạch. b/ Tính hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở và cường độ dòng điện qua các điện trở. ĐÁP ÁN a/ Điện trở tương đương là: R2.3 =[Ω] R1.2.3= R1+R2.3=10+10=20 [Ω] [Ω] R= RCD+R5 = 10+5 = 15 [Ω] Vậy điện trở toàn mạch là: 15Ω b/ Hiệu điện thế hai đầu R5 là: U5= I.R5 = 1.5= 5 [V] Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch CD là: UCD= U4 = I.RCD = 1.10 = 10 [V] Cường độ dòng điện qua R4 là: [A] Cường độ dòng điện qua R1 là: I1 = I – I4 = 1 – 0,5 = 0,5 [A] Hiệu điện thế hai đầu R1 là: U1 = I1 .R1 = 0,5.10 = 5 [V] Hiệu điện thế hai đầu R2 và R 3 là : U2.3 = U2 = U3 = UCD –U1 = 10 -5 =5 [V] Cường độ dòng điện qua R2 và R3 là: BỒI DƯỠNG HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Buổi 4 B A rrrr rrrr rrrr rrrr R4 R3 R1 R2 D C Câu 18: Cho mạch điện như hình vẽ: Biết R1= R3 = 45Ω; R2 = 90Ω; R4= 15Ω; UAB = 90V Xác định giá trị cường độ dòng điện qua mỗi điện trở và hiệu điện thế hai đầu mỗi điện trở trong hai trường hợp sau: a/ Khi K mở. b/ Khi K đóng ĐÁP ÁN a/ Khi K đóng ta có mạch điện tương đương là: rrrr A B rrrr rrrr rrrr R1 C R3 R2 R4 D Điện trở tương đương toàn mạch là: R1.4= R1+R4 = 45 + 15 = 60 [Ω] [Ω] R= RAD + R3 = 36 +45 =81 [Ω] Cường độ dòng điện qua mạch chính là: I = I3 = [A] Hiệu điện thế hai đầu R3 là: U3 = I3 .R3 = 1,1.45 = 49,5 [V] Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch AD là: UAD = U2 = U – U3 = 90 – 49,5 = 40,5 [V] Cường độ dòng điện qua R1 và R4 là: I1 = I4 = Hiệu điện thế hai đầu điện trở R1 là: U1 = I1.R1= 0,68.45 = 30,6 [V] Hiệu điện thế hai đầu R4 là: U4 = UAD – U1 = 40,5 – 30,6 = 9,9 [V]. b/ Khi K mở ta có mạch điện tương đương là: R1 R2 C B rrrr rrrr R4 R3 rrrr rrrr C D Điện trở tương đương là: R3.4 = [Ω] R2.3.4 = R2 + R3.4 = 90 + 11,25 = 101,25 [Ω] Điện trở toàn mạch là: R = [Ω] Cường độ dòng điện qua R1 là : Cường độ dòng điện qua R2 là: I2 = I3.4 = Hiệu điện thế hai đầu R2 là: U2 = I2.R2 = 0,89.90 = 80,1 [V] Hiệu điện thế hai đầu R3 và R4 là: U3 = U4 = U – U2 = 90 – 80,1 = 9,9 [V] Cường độ dòng điện qua R3 là: Cường độ dòng điện qua R4 là: N M R1 R3 R2 B A + _ R4 Câu 19: Cho mạch điện như hình vẽ: Trong đó R1 = R2 = R3 = 6Ω; R4 = 2Ω; UAB= 18V a/ Nối MB bằng một vôn kế có điện trở rất lớn, tìm số chỉ của vôn kế. b/ Nối MB bằng một ampe kế có điện trở rất nhỏ. Tìm số chỉ của ampe kế. Đáp án a/ Điện trở tương đương của đoạn mạch là: R2.3 = R2 +R3 = 6 + 6 + 12 [Ω] [Ω] R = R1.2.3 + R4 = 4 + 2 = 8 [Ω] Cường độ dòng điện trong mạch chính là: I = I4 = [A] Hiệu điện thế hai đầu điện trở R4 là: U4 = I4 .R4 = 2,25.2 = 4,5 [V] Hiệu điện thế hai đầu điện trở R2 và R3 là: U2.3 = U – U4 = 18 – 4,5 = 13,5 [V] Cường độ dòng điện qua điện trở R2 và R3 là: Hiệu điện thế hai đầu điện trở R3 là : U3 = I2.3 .R3 = 1,125.6 = 6,75 [V] Số chỉ vôn kế là: UMB = UMN + UNB = U3 + U4 = 6,75 + 4,5 = 11,25 [V] R2 R1 C B rrrr rrrr R3 R4 rrrr rrrr M N b/ Thay vôn kế bằng ampe kế, mạch điện trở thành: Điện trở tương đương của đoạn mạch là: [Ω] R1.3.4 = R1 + R3.4 = 6 + 1,5 = 7,5 [Ω] [Ω] Cường độ dòng điện qua R1.3.4 là: Cường độ dòng điện qua R2 là: Hiệu điện thế hai đầu R1 là: U1 = I1.2.3 .R1 = 2,4.6 = 14,4 [V] Hiệu điện thế hai đầu R3 và R4 là: U3.4 = U – U1 = 18 – 14,4 = 3,6 [V] Cường độ dòng điện qua R3 là: Tại nút M ta có: I2 = I3 + IA R3 R2 R1 B A IA = I2 – I3 = 3 – 0,6 =2,4 [A] Vậy số chỉ của ampe kế là: 2,4A Câu 20: Cho mạch điện như hình vẽ: Trong đó R1 = R4 = 2Ω. - Khi khóa K mở :Cường độ dòng điện trong mạch chính là 1,5A, HĐT hai đầu R2 là 6V. - Khi khóa K đóng: CĐDĐ trong mạch chính là 3A, HĐT hai đầu đoạn mạch là 4V Tính R2, R3 và UAB. Đáp án Khi khóa K mở: mạch điện gồm R1 nối tiếp R2 nt R4. Cường độ dòng điện qua mạch chính: IA = I = U1 = I2 =I4 = 1,5 [A] Hiệu điện thế hai đầu R2 là: U2 = 6V Giá trị điện trở R2 là: [Ω] Khi K đóng: Mạch điện gồm [R1 nt R2] song song R3 nt R4 Cường độ dòng điện qua mạch chính khi đó là: IA = I’ = I4 = 3[A] Hiệu điện thế hai đầu R2 là U’2 = 4 [V] Cường độ dòng điện qua điện trở R2 và R1 là: Điện trở tương đương của R1 và R2 là: R1.2 = R1 + R2 = 2 + 4 = 6 [Ω] Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch gồm R1 và R2 là: U1.2 = U3 = I1.2 . R1.2 = 1.6 = 6 [V] Cường độ dòng điện qua R4 là: I’ = I4 = I3 + I1.2 → I3 = I’ – I1.2 = 3 – 1 =2 [A] Giá trị điện trở R3 là: [Ω] Điện trở tương đương của đoạn mạch gồm điện trở R1 , R2 , R3 là: [Ω] Điện trở toàn mạch là: RAB = R4 + R1.2.3 = 2 +2 = 4 [Ω] Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch AB là: UAB = I’.RAB = 3.4 =12 [V] Câu 21: Cho các dụng cụ sau: một nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U=12V; hai bóng đèn Đ1[6V – 2,4W] và Đ2 [6V – 0,6W]; một biến trở Rx. a/ Có thể mắc chúng thành mạch điện như thế nào để hai đèn đều sáng bình thường? Vẽ sơ đồ mạch điện và tính điện trở của biến trở ứng với mỗi cách mắc. b/ Tính công suất tiêu thụ của biến trở ứng với mỗi sơ đồ từ đó suy ra nên dùng sơ đồ nào? Đáp án a/ Có hai cách mắc: Cách 1: R1 Rx R2 A B Cách 2: Rx R2 R1 A B Cách 1: Điện trở của đèn là: R1 = [Ω] [Ω] Điện trở tương đương hai đèn là: [Ω] Hai đèn sáng bình thường nên UĐM =Utt = U1 = U2 = 6V Cường độ dòng điện trong mạch chính là: Điện trở toàn mạch là: [Ω] RAB = R12 + Rx Vậy giá trị điện trở của biến trở là: Rx = RAB – R12 = 24 – 12 =12 [Ω] Cách 2: Vì R2 song song với Rx nên U2 = Ux = 6V I1 = I2 + Ix → Ix = I1 – I2 = 0,4 – 0,1 = 0,3 [A] Vậy giá trị điện trở của biến trở khi đó là: [Ω] b/ Công suất tiêu thụ của biến trở trong hai trường hợp là: Pa = Ix2.Rx = 0,52.12 = 3W Pb = I’x2.Rx = 0,32.20 = 1,8W Vậy chọn sơ đồ theo cách mắc 2 vì công suất tỏa nhiệt trên biến trở là vô ích. Câu 22: Cho ba bóng đèn điện, trên đó có ghi: đèn 1 [110V – 40W], đèn 2 [110V – 50W], đèn 3 [110V – 80W]. Mạng điện có hiệu điện thế 220V. 1. Tính điện trở và cường độ dòng điện định mức của mỗi đèn. 2. Khi mắc đèn 1 song song với đèn 2, cả hai lại mắc nối tiếp với đèn 3 rồi nối vào mạng điện có hiệu điện thế U = 220V. Tính cường độ dòng điện thực sự qua mỗi đèn lúc này. 3. Để cả ba đèn đều sáng bình thường, người ta phải mắc thêm vào mạch một điện trở Rx song song với đèn 3 rồi tất cả mắc vào mạng điện có hiệu điện thế U=220V như hình vẽ. a/ Tính giá trị của điện trở Rx. b/ Tính công suất tỏa nhiệt trên điện trở Rx Rx Đ3 xxxxxxxxxxxxxxxxxxX xxxxxxxxxxxxxxxxxxX xxxxxxxxxxxxxxxxxxX Đ1 Đ2 Đáp án 1/ Điện trở của đèn 1 là: [Ω] Điện trở của đèn 2 là: [Ω] Điện trở của đèn 3 là: [Ω] Cường độ dòng điện định mức của mỗi đèn là: 2/Điện trở tương đương của đoạn mạch là: [Ω] R= R1.2 + R3 = 134,44 + 151,25 =285,69 [Ω] Cường độ dòng điện trong mạch chính: Hiệu điện thế hai đầu đèn 1 và đèn 2 là: U1 = U2 = I.R1.2 = 0,77.134,44 = 103,52 [V] Cường độ dòng điện qua R1 và R2 là: 3/ Vì cả ba đèn đều sáng bình thường nên ta có: Idm1 = I1 = 0,36 [A] Idm2 = I2 = 0,45 [A] Idm3 = I3 = 0,73 [A] Hiệu điện thế hai đầu đèn bằng hiệu điện thế định mức của đèn. a/ Theo đề ta có: I1 + I2 = I3 + Ix Cường độ dòng điện qua điện trở Rx là: Ix = I1 + I2 – I3 = 0,36 + 0,45 – 0,73 = 0,08 [A] Hiệu điện thế hai đầu Rx là: Ux = U3 = 110 [V] Giá trị điện trở Rx là: [Ω] b/ Công suất tỏa nhiệt của điện trở Rx khi đó là: P = Ux.Ix = 0,08.110 = 8,8 [W] B R1 R4 R2 R3 E A C D R5 R6 K _ + Bài 23: Cho mạch điện như hình vẽ: Biết U = 60V, R1 = R3 = R4 = 2Ω; R2 =10Ω. R6 = 3,2Ω. Khi K đóng, dòng điện qua R5 là 2A. Tìm R5. Đáp án Khi K đóng, I5 = 2A Giả sử, dòng điện qua R5 có chiều từ C đến D. Tại nút C ta có: I3 = I1 – I5 = I1 – 2 Tại nút D ta có: I4 = I2 + I5 = I2 + 2 Ta có: UAE = U1 + U3 = U2 + U4 = 2.I1 + 2.[I1 – 2] = 10.I2 + 2.[I2 +2] →2I1 + 2I1 – 4 = 10.I2 + 8 → I1 = 3I2 + 2 Dòng điện qua điện trở R6: I6 = I1 + I2 = 4.I2 + 2 Ta có: U = UAE + U6 60 = 10I2 + 2.[I2 + 2] + 3,2.[4I2 + 2] 24,8.I2 = 49,6 → I2 = 2A; I1 = 3.3 + 2 = 8A Hiệu điện thế hai đầu điện trở R5 là: U5 = UCD = UCA + UAD = U2 – U1 = 10.2 – 8.2 = 4[V] Giá trị điện trở R5 là: [Ω] BỒI DƯỠNG HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Buổi 5 _ R1 R3 R2 Đ B A M N + R0 V + _ Câu 24: Cho mạch điện như hình vẽ: Trong đó: U = 24V; R0 = 4Ω; R2=15Ω. Đèn là loại 6V – 3W và sáng bình thường. Vôn kế có điện trở lớn vô cùng và chỉ 3V, chốt dương của vôn kế mắc vào điểm M. Hãy tìm R1 và R3. Đáp án Hiệu điện thế trên R3 là UNB = I2.R3 Ta có: UMB = UĐ = 6V = UMN + UNB = 3 + I2R3 Do đó: I2.R3 = 3V I1 = IĐ = 0,5A →I = I1 + I2 = 0,5 + [1] Mặt khác: U= I.R0 + I2.[R2 + R3] 24 = [Ω] [2] Thay [2] vào [1], ta có: I = 1,5 A UAB = U – I.R0 = 24 – 1,5.4 = 18V U1 = UAB – UĐ = 18 – 6 = 12V [Ω] Vậy R1 = 24Ω; R3 = 3Ω A1 A2 K1 K2 A B C D R1 R2 R3 Câu 25: Cho mạch điện như hình vẽ: R1 = R2 = 6 W; R3 = 3W UAB = 6V Các ampe kế có điện trở không đáng kể Xác định số chỉ các ampe kế: Khi K1 ngắt K2 đóng Khi K1 đóng, K2 ngắt Khi K1, K2 đều đóng GIẢI a] Khi K1 ngắt K2 đóng: A1 chỉ số không, B trùng D nên mạch điện mắc như sau: R1 nt A2. A2 chỉ: Ia2 = = = 1A Khi K1 đóng, K2 ngắt: A2 chỉ số không, C trùng W nên mạch điện còn lại là: A1 nt R3. R1 R2 R3 I1 I2 I3 A C B D A1 chỉ: Ia1 = = = 2A c] Khi K1, K2 đều đóng: I1 = = = 1A A1 A2 K1 K2 A B C D R1 R2 R3 Ia1 Ia2 I I2 I3 I1 I1 = = = 1A I1 = = = 2A Dòng điện mạch chính là: I = I1 + I2 + I3 = 1 + 1 + 2 = 4W Biểu diễn chiều của dòng lên sơ đồ thực: Nút W: Ia1 + I1 = 1 ó Ia1 = I – I1 = 4 – 1 = 3W Số chỉ ampe kế A2: Nút D: Ia2 = I – I3 = 4 – 2 = 2A A A D E F R1 R5 R3 R4 B C R2 U Câu 26: Tính điện trở mạch điện như hình vẽ: Cho biết: R1 = 2W, R2 = R3 = 4W , R4 = 1W , R5 = 6W , Ra = 0W GIẢI R1 R2 R3 A B R5 R4 Mạch điện được vẽ lại: Ta có: R1//R5[[R2//R3]]nt R4 R23 = == 2W R234 = R23 + R4 = 2 + 1 = 3W R15 = = = 1,5W RAB = = = 1W A A D R1 R3 R4 B C R2 Câu 27: Tính điện trở RAB của đoạn mạch điện theo sơ đồ sau: Cho biết: R1 = 3W , R2 = R3 = R4 = 2W Điện trở của ampe kế không đáng kể. GIẢI Vì điện trở của, ampe kế không đáng kể nên có thể chập điểm C với điểm B mạch điện được mắc lại như sau: [[R3//R4]nt R2]// R1. Ta có: R34 = = = 1W R234 = R2 + R34 = 2 + 1 = 3W RAB = = = 1,5W . Câu 28: Cho mạch điện như hình vẽ: A1 A2 UAB C D E G R1 R2 R3 R4 Biết UAB=12V R1 = 12W , R2 = 6W R3 = R4 = 4W Các ampe kế và dây nối có điện trở không đáng kể. Tính số chỉ các ampe kế A1, A2. GIẢI A1 A2 UAB C A E D R1 R2 R3 R4 B F H I1 I2 I3 I Vì các ampe kế và dây nối có điện trở không đáng kể nên có thể coi R1, R2, R3 mắc song song với nhau như hình vẽ. các điểm C, E, F có cùng điện thế. Tương tự, các điểm D, G, H có cùng điện thế. Ampe kế A1 đo I2 + I3 Ampe kế A2 đo I1 + I2 Điện trở đoạn CD: = + + = = . Do đó RCD = 2W Điện trở toàn mạch: RAB =R4 + RCD = 4 + 2 = 6W Cường độ dòng điện trong mạch chính: I = = = 2A Do đó UCD = I.RCD = 2.2 = 4V Vậy I1 = = = A I2 = = = A I3 = = = 1A A1 chỉ Ia1 = I2 + I3 = + 1 = A A2 chỉ Ia2 = I1 + I2 = + = 1A R3 R4 R5 A C D B 1 2 Câu 29: Cho mạch điện như hình vẽ: Đèn 1 có ghi 3V – 6W, đèn 2 ghi 6V – 3W, R5 = 2W. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch UAB = 15V. Biết rằng cả hai đèn sáng bình thường. Tính R3 và R4. GIẢI Vì các đèn sáng bình R3 R4 R5 A C D B 1 2 thường nên ta có: U1 = UAC = 3V [Như ghi trên bóng 1] I1 = = = 2A U2 = UCD = 6V [Như ghi trên bóng 2] I2 = = = 0,5A Mặc khác: UAB = UAC + UCD + UBD Suy ra: UBD = UAB – U1 – U2 = 15 – 3 – 6 = 6V Cường độ dòng điện mạch chính chạy qua R5: I = = = 3A Cường độ dòng điện qua R3: I3 = I – I1 = 3 – 2 = 1A Vậy R3 = = = 3W Cường độ dòng điện qua R4: I4 = I – I2 = 3 – 0,5 = 2,5A Vậy: R4 = = = 2,4W BỒI DƯỠNG HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Buổi 6 A C D R4 R3 R5 Đ1 Đ2 B Câu 30: Cho mạch điện như hình vẽ: Trong đó: UAB = 15V, R4 = 4,5W Đèn 1 ghi 3V – 1,5W Đèn 2 ghi 6V – 3W Tính R3 và R5. Biết rằng các đèn sáng bình thường. GIẢI A C D R4 R3 R5 Đ1 Đ2 B Ta có thể căn cứ vào giả thiết rằng các đèn sáng bình thường, để tính cường độ dòng điện và điện trở [định mức] của các bóng đèn: - Đèn 1 ghi 3V – 1,5W nên: R1 = = = 6W I1 = = = 0,5A Đèn 2 có ghi 6V – 3W nên: R2 = = = 12W I2 = = = 0,5A Ta có hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R4 [U4 = UAC] U4 = UAB – U1 = 15 – 6 = 9V Vậy dòng điện chạy qua R4 là: `I4 = = = 2A Dòng điện chạy qua R3 [gọi là I3] là: I3 = I4 – I2 = 2 – 0,5 = 1,5A Mặc khác hiệu điện thế giữa hai đầu R3 là U3 = UCD là: U3 = U2 – U1 = 6 – 3 = 3V Vậy: R3 = = = 2W Để tính R5 ta xét đoạn mạch gồm đèn 1 và R5 mắc song song Ta có: = Hay: R5 = = = = 3W A N R1 R4 B A R2 R3 M Câu 31: Cho mạch điện như hình vẽ: R1 = R2 = R3 = 3W R4 = 1W , UAB = 9V Ra = 0W Tìm số chỉ của ampe kế. Nối M và B bằng một vôn kế có điện trở rất lớn. Tìm số chỉ của vôn kế? Bỏ vôn kế ra, Nối N và B bằng ampe kế. Tìm số chỉ của ampe kế và chiều của dòng điện qua ampe kế. GIẢI A N R1 R4 B A R2 R3 M a] Mạch điện được mắc: [[R2 nt R3]//R1] nt R4 Điện trở tương đương: R23 = R2 + R3 = 6W R123 = = 2W RAB = R123 + R4 = 3W Cường độ dòng điện mạch chính: Ic = = = 3A Trên toàn mạch: AN: UAN = IC.R123 = 6V Vì vậy: Ia = = 2A A N R1 R4 B A R2 R3 M V b] Do vôn kế điện trở rất lớn nên dòng điện coi như không qua vôn kế. Số chỉ của vôn kế: Uv = UMB =UMN = UNB Uv = U3 + U4 Cường độ dòng điện qua R3 I23 = = 1A U3 = I3.R3 = 3V U4 = I2.R4 = 3V Uv = U3 + U4 = 3 + 3 = 6V Do ampe kế có điện trở rất nhỏ nên hai điểm MB coi như không nối bằng dây dẫn, hai điện trở R3 và R4 trở thành hai điện trở mắc song song nhau. Mạch điện như hình vẽ: [[R3//R4] nt R1]//R2 Điện trở tương đương: A N R1 R4 B A R2 R3 M Ic I3 I2 R34 = = W R134 = R1 + R34 = 3 + = W Cường độ dòng điện qua R1 và R34: I1 = = = 2,4A Cường độ dòng điện qua R2: I2 = = = 3A Hiệu điện thế: UNB = U34 = I34. R34 = I1. R34 = 2,4 . = 1,8V Cường độ dòng điện qua R3: I3 = = = = 0,6A Áp dụng định luật nút tại M: Ia = I2 + I3 = 3 + 0,6 = 3,6A Chiều dòng điện qua ampe kế từ M đến B. A C R1 R4 B A R2 R3 D Câu 32: Cho mạch điện như hình vẽ: Biết R1 = 30W , R2 = 60W R3 = 90W Điện trở của ampe kế nhỏ không đáng kể. UAB = 150V Cho R4 = 20W thì ampe kế chỉ bao nhiêu? Điều chỉnh R4 để ampe kế chỉ số 0. Tính trị số R4 khi đó. GIẢI a] Vì điện trở của ampe kế không đáng kể nên có thể chập C và D Mạch điện được mắc: [R1//R3] nt [R2//R4] RAB = R13 + R24 = + = += 37,5W I = = = 4A ; UAC = I.R13 = 90V Vậy I1 = = = 3A UCB = I.R24 = 4. 15 = 60V I2 = = = 1A Vì I1 > I2 nên dòng điện chạy qua ampe kế có chiều từ C đến D và có cường độ dòng điện: Ia = I1 – I2 = 2A b] Khi dòng điện chạy qua ampe kế bằng không: Dòng điện I1 = I2 ; I3 = I4 Điện thế Vc = 0 Ta có: = suy ra R4 = = = 180W Bài tập 33: Cho mạch điện như hình 1. Biết R1= 8; R2 = 4; R3 = 6; B A R2 R4 R3 R1 M N V UAB = 12V; R4 là một biến trở. Vôn kế có điện trở rất lớn, dây nối và khóa K có điện trở rất nhỏ. a. Khóa K mở, vôn kế chỉ bao nhiêu? b. Khóa K đóng: - Nếu R4= 4, tìm số chỉ của vôn kế. - Vôn kế chỉ 2V, tính R4. Hình 1 Giải a. Khi K mở: R4 không mắc vào trong mạch, vôn kế có điện trở rất lớn nên dòng điện không qua R3. Do đó: Uv = U1 = I1R1 = 1. 8 = 8V. b. Khi K đóng: Nếu R4 = 4. * Theo mạch điện ta có: UMN = UMB + UBN = UMB – UNB => UMN = UAB => UMN = - 0,8V [Chiều dòng điện đi từ N đến M] Mà: Có hai trường hợp xảy ra: * Khi UV = 2V. Ta có: + UV = UNA + UAM => UNA = UV – UAM = UV – I1R1 = 2 – 8 = - 6V => UAN = 6V = UNB Nên R4 = R3 = 6 * Khi UV = UMA + UAN = - I1R1 + UAN => UAN = UV + I1R1 => UAN = 10V => UNB = 2V Nên R4 = BỒI DƯỠNG HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Buổi 7 Bài 34: Cho mạch điện như hình 2: Đặt vào hai đầu của đoạn mạch một hiệu điện thế UAB = 18V. Biến trở Rb có điện trở toàn phần RMN = 20, R1 = 2, đèn có điện trở = 2, vôn kế có điện trở rất lớn, ampe kế có điện trở nhỏ không đáng kể. Điều chỉnh con chạy C để ampe kế chỉ 1A. a] Xác định vị trí con chạy C. b] Tìm số chỉ vôn kế khi đó. c] Biết đèn sáng bình thường. Tìm công suất định mức của đèn. a + Mạch gồm : [RCM//RCN ]ntR1ntRđ Đặt RCM = x thì RCN = 20 -x với ; + + + + + Ampe kế chỉ 1A + Giải phương trình ta được x = 10W hoặc x = -8 [loại] + Vậy con chạy C ở chính giữa biến trở thì ampe kế chỉ 1A b Với x = 10W ta có + ; + Số chỉ của vôn kế là: c + Công suất định mức của đèn là: N M R R R R Bài 35: Bèn ®iÖn trë gièng hÖt nhau. B C A GhÐp nèi tiÕp vµo mét nguån ®iÖn Cã hiÖu ®iÖn thÕ kh«ng ®æi UMN = 120 V. M R R R R V RV N C Dïng mét v«n kÕ m¾c vµo gi÷a M vµ C nã chØ 80 v«n. VËy nÕu lÊy v«n kÕ ®ã m¾c vµo hai ®iÓm A vµ B th× sè chØ cña v«n kÕ lµ bao nhiªu? Giải - VÏ ®îc s¬ ®å [H1] - VÏ l¹i ®îc s¬ ®å [H2] gäi RV lµ ®iÖn trë cña v«n kÕ v× theo [H1] ta được V A B M R R R R N [H2] [H1] = Tõ [H2] ta ®îc RAB = víi RV = 6R. UAB = Bài 36 Cho mạch điện như hình vẽ, nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U = 120V, các điện trở R0 = 20W, R1 = 275W : R R1 - Giữa hai điểm A và B của mạch điện, mắc nối tiếp điện trở R = 1000W với vôn kế V thì vônkế chỉ 10V B C A R0 V - Nếu thay điện trở R bằng điện trở Rx [ Rx mắc nối tiếp với vônkế V ] thì vôn kế chỉ 20V a] Hỏi điện trở của vôn kế V là vô cùng lớn hay có giá trị xác định được ? Vì sao ? b] Tính giá trị điện trở Rx ? [ bỏ qua điện trở của dây nối ] Giải a] Có nhiều cách lập luận để thấy điện trở của vôn kế có thể xác định được, ví dụ : + Mạch điện đã cho là mạch kín nên có dòng điện chạy trong mạch, giữa hai điểm A và B có HĐT UAB nên : - Nếu đoạn mạch [ V nt R ] mà RV có giá trị vô cùng lớn thì xem như dòng điện không qua V và R UAC = UCB mặc dù R có thay đổi giá trị Số chỉ của V không thay đổi + Theo đề bài thì khi thay R bằng Rx thì số chỉ của V tăng từ 10V lên 20V Có dòng điện qua mạch [ V nt R ] Vôn kế có điện trở xác định. b] Tính Rx + Khi mắc [ V nt R ] . Gọi I là cường độ dòng điện trong mạch chính và RV là điện trở của vôn kế thì Điện trở tương đương của mạch là Điện trở tương đương của toàn mạch là : Rtm = R’ + R0 Ta có UAB = . Mặt khác có UAB = Iv . [ Rv + R ] = Iv . [ Rv + R ] . Thay số tính được Rv = 100W . + Khi thay điện trở R bằng Rx . Đặt Rx = x , điện trở tương đương của mạch = R’’. Lý luận tương tự như trên ta có PT : = I’v .[ x + RV ] = . Thay số tính được x = 547,5W. BỒI DƯỠNG HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Buổi 8 Bài 37: Cho mạch điện như hình vẽ: R2 K R1 . A B R3 R4 Cho biết: R1 = R3 = 20Ω; R2 =6Ω; R4 = 2Ω Tính điện trở tương đương của đoạn mạch khi khóa K ngắt và khi khóa K đóng. Nếu Khóa K đóng ch