Hướng dẫn chi tiết căn bản về bài toán về Định luật Ôm đối với toàn mạch

Hướng dẫn cơ bản về bài tập Vật Lí 11 phần Định luật Ôm và Toàn mạch – cách giải và hướng dẫn chi tiết cho những ai hiện đang mù mờ về cái này. Có thể hiểu biết thêm để phục vụ cho các kì kiểm tra. Phần này vốn dĩ đã học ở lớp 9 rồi nhưng lớp 11 chỉ là nâng cấp lên một chút ít. Các bạn có thể tham khảo chi tiết dưới đây. Có thể không phù hợp với nhiều bạn. Mình cũng chẳng khẳng định nó hoàn hảo đâu. Xem qua cái này bạn có thể hiểu rõ được để tự học thêm về cái này ở nhà.

CÁC KÍ HIỆU CỦA TỪNG GIÁ TRỊ

Trước tiên phải biết rõ từng cái này rồi mới làm được chứ, nó sẽ giúp bạn hiểu rõ bản chất hơn. Dù đã có trong sách giáo khoa nhưng có vẻ vẫn cần đưa ra. Và chỉ những cái thường dùng thôi.

  • Cường độ dòng điện: Kí hiệu: I Đơn vị: A (Ampe)Có thứ gọi là I mạch chính chính là dòng điện cho toàn thể: I = ℰ / (R + r) (SGK – 51)
  • Hiệu điện thế Kí hiệu: U (U = I . R)Đơn vị: V (Vôn)
  • Điện trở thường dùng cho những mạch ngoàiKí hiệu: R Đơn vị: Ω (Ôm)
  • Suất điện động của nguồn điện (Thường là cho sẵn ở đề bài về bộ nguồn) Kí hiệu: ℰĐơn vị: V (Vôn) – Chú ý: Đừng thấy giống đơn vị hiệu điện thế mà hiểu nhầmℰb (ℰ bộ) tức là cái tổng dùng trong tính toán
  • Điện trở mạch trongKí hiệu: rĐơn vị: Ω (Ôm) – Phân biệt với mạch ngoàirb (r bộ) tức là tổng dùng trong tính toán
  • Công suất tỏa nhiệtKí hiệu: P (Viết chữ P hoa như trong sách nhé)Đơn vị: W (Oát)Công thức: P = R . I^2 = U^2 / R
  • Công tiêu thụKí hiệu: AĐơn vị: J (Jun)Công thức: A = U.I.t = R . I^2 . t = (U^2 / R) . t

Đọc điện trở

Tuy đơn giản nhưng phần này là quan trọng nhất thật đấy. Nếu bạn đọc không được hoặc sai điện trở có thể dẫn đến sai cả bài. Và nó cũng cần thiết khi có thang điểm.

nt (nối tiếp)

// (Song song)

Điện trở mạch ngoài

Điện trở mạch ngoài H1

Đọc điện trở: R1 nt (R2 // R3)Bạn biết tại sao lại đọc như thế rồi chứ?

Điện trở mạch ngoài

Điện trở mạch ngoài H2

Cái này thì (R1 nt R2) // R3

Vận dụng não thêm chút để đọc mấy mạch khó hơn nữa cơ nhưng cái mình đưa ra chỉ là cơ bản đã học ở lớp dưới. Đọc này có liên quan đến công thức tính điện trở đấy.

Đó chính là phục vụ trong việc tính điện trở tương đương mạch ngoài. Chính là cái điện trở bao gồm tất cả mấy cái R đấy. 

Công thức: Giả sử mạch điện chỉ có R1 nt R2 thì ta có R (= R12) = R1 + R2

                  Còn nếu mạch điện là  R1 // R2 thì R (= R12) = (R1 . R2) / (R1 + R2)     Tuy nhiên đó là công thức biến hóa còn công thức gốc là: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … 1/Rn

Bạn có thể tính từng cái một rồi dựa theo công thức mà triển thôi hay là gộp lại như hình 1: R = R1 + (R2 . R3) / (R2 + R3)

Không chỉ có mỗi điện trở. Còn có hiệu điện thế và cường độ dòng điện nữa

Khi mạch nối tiếp thì I = I1 = I2 = … = In                                 U = U1 + U2 + … + Un

Còn mạch song song: I = I1 + I2 + … + In                                   U = U1 = U2 = … = Un                  

Đó là điện trở mạch ngoài còn có thứ gọi là bộ nguồn nữa. Và kèm thêm r chính là điện trở mạch trong.

Muốn tính toán ta thường cần bộ nguồn mạch tổng thể. Tức gọi là ℰb

Cách tính như sau trong khi hai nguồn nối tiếp với nhau (Hình 2): ℰb = n . ℰ                                                                                                         rb = n . r

Trong đó ℰ là giá trị của một nguồn còn n là số nguồn. Tương tự r

Khi hai nguồn song song với nhau (Hình 1): ℰb = ℰ                                                                       rb = r / n

Giới thiệu qua những cái thông dụng và cần thiết thôi, giờ đến hướng dẫn giả bài tập là chính. Trên mạng có hướng dẫn đầy nhưng chỉ là đáp án và quy trình giải, nếu bạn thực sự hiểu chắc chẳng vào đây làm gì hay đi xem mấy video cho khỏe rồi.

Bài tập cơ bản

 

Mạch điện bài tập

Mạch điện bài tập

Cho mạch điện như hình vẽ trên. Bộ nguồn gồm 2 pin mắc nối tiếp với nhau. Với điện trở R1, R2, R3 có giá trị lần lượt là 2Ω, 2Ω và 4Ω. Còn trên đèn có ghi thông số là (3V – 3W). Với ℰ = 6V còn r = 2Ω.1.) Tính điện trở mạch ngoài2.) Tính cường độ dòng điện trong mạch3.) Đèn sáng bình thường không? Vì sao? Tính công suất tiêu thụ trên bóng đèn và công tiêu thụ trong 45’4.) Nếu R1 là một biến trở thì với giá trị nào của R1 thì công suất tiêu thụ trên mạch ngoài lớn nhất? Tính công suất lớn nhất đó.

Trước tiên hãy tóm tắt cho dễ nhìn nha:R1 = 2ΩR2 = 2ΩR3 = 4ΩĐ (3V – 3W) đây là giá trị định mức không nên áp dụng vào mấy phép liên quan khi chưa xác định. Hiệu điện thế được gán vào đèn không phải giá trị cố định như điện trở thông thường. Tránh trường hợp dùng cường độ dòng điện định mức mà sai nha. Uđdm (U đèn định mức) và Pđdmℰ = 6Vr = 2Ω.t = 45′ = 2700s

Cùng giải từ đầu rõ ràng nhé. Ta sẽ phải đọc điện trở trước:

R1 nt [(R2 nt R3) // Đ]

Để dễ dàng và thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta sẽ tính những giá trị đơn giản trước đã.

Và thứ nhất là điện trở của đèn (Rđ):  Ta có công thức ở trên là P = U^2 / RVậy suy ra bằng phép toán cấp dưới RĐ = Uđdm^2 / Pđdm = 3^2 / 3 = 3Ω

Vậy là đã có điện trở của đèn

Tiếp đến hãy tính nguồn. 

Ta gọi nó là ℰb và rb khi có nhiều hơn một nguồn nha. Vì hai nguồn mắc nối tiếp với nhau nên:

ℰb = 2 . ℰ = 2 . 6 = 12Vrb = 2 . r = 2 . 2 = 4Ω

Được rồi, khi đã tính xong mấy giá trị cơ bản này thì bắt đầu làm. 

1.) Tính điện trở mạch ngoài

Điện trở mạch ngoài, theo như ta đã đọc điện trở thì có thể gộp công thức lại. Tính từng cái từng cái trước thôi, không cần quá gấp gáp gì.

Tính đoạn mạch song song với đèn, tức là R2 nối tiếp R3 trên một đoạn dây: Gọi là R23. R23 = R2 + R3 = 2 + 4 = 6Ω

Khoảng mạch có song song nên tính riêng ra, áp dụng công thức phía trên. Gọi nó là R23Đ đi R23Đ = (R23 . RĐ) / (R23 + RĐ) = (6 . 3) / (6 + 3) = 2Ω

Và cuối cùng là R toàn mạch ngoài, chính là R tương đương đấy.Theo như đã đọc, ta có R = R1 + R23Đ = 2 + 2 = 4ΩThế là xong “1.)”

2.) Tính cường độ dòng điện trong mạch

Như công thức có sẵn từ sách giáo khoa và đề cập ở trên, ta có thể tính được “cường độ dòng điện mạch chính”.

I = ℰb / (R + rb)

R đã tính ở câu 1) và những giá trị còn lại đã được tính sẵn rồi chỉ cần thay thông số vào thôi.

I = 12 / (4 + 4) = 1,5A

Không có gì phải thắc mắc ở đây nữa cả, chỉ cần hiểu rõ bản chất thôi.

3.) Đèn sáng bình thường không? Vì sao? Tính công suất tiêu thụ trên bóng đèn.

Bóng đèn sẽ sáng bình thường khi nào nhỉ? Ta có thể nhận ra rằng khi có dòng điện phù hợp với cường độ dòng điện định mức (Iđdm) của đèn.

Vậy nên cần tính cường độ dòng điện định mức của đèn và cường độ dòng điện chạy qua đèn nha. 

Cường độ dòng điện định mức của đèn: Một công thức đơn giản từ định luật Ôm chính là: I = U / R

Dễ ha => Iđdm = Uđdm / RĐ = 3 / 3 = 1A

Đó chỉ là mới ở đèn, còn trong mạch nữa kìa. Chính là IĐ 

Vậy làm sao để tính? Đừng có lấy giá trị định mức mà tính, ta đã có RĐ rồi thì cần UĐ nữa.Như trên đã nói UĐ = U23 = U23Đ (Chúng song song)

Mà đã có I và R thì dễ thôi

Đã nói trên nữa nên có I = I1 = I23Đ = 1,5A

Và tính thôi: UĐ = U23Đ = I23Đ . R23Đ = 1,5 . 2 = 3V

Vậy IĐ = UĐ / RĐ = 3 /  3 = 1A

Vì IĐ = Iđdm = 1A Vậy nên đèn sáng bình thường. Giả sử IĐ < Iđdm thì đèn sáng yếu nha. và ngược lại.

Cò hai chuyên mục là công suất và công.

Công suất thì P = I^2 . R. Chỉ cần ráp vào thôi.PĐ = IĐ^2 . RĐ = 1 . 3 = 3W) Cái này chỉ làm cho biết thôi chứ đèn sáng bình thường nên chạy bằng công suất định mức.

CÒn công tiêu thụ: Chính là A. Đã có ở trên. 

AĐ = UĐ . IĐ . t = 3 . 1 . 2700 = 8100 J

4.) Là về công suất cực đại

Phần này nâng cao nên cho biết thêm thôi ha.

Cái này nhìn chung rắc rối lắm nên không hướng dẫn chi tiết lắm đâu nha.

Cách làm như sau

Ta sẽ có một công thức hiển nhiên rằng công suất của mạch

Từ U = I  . R = 1,5 . 4 =6V

P = I^2 . R = (ℰb^2) / (R + rb)^2 . R = 144 / (R^2 + 2Rrb + rb^2) . R = 144 / [R + (16 / R) + 8]

Để Pmax thì Mẫu số phải bé nhất nhỉ

Ta có bất đẳng thức cô si như sau: R + (16 / R) >= 2√[R . (16/R)]                                                     <=> R + 16 / R >= 8

Dấu bằng xảy ra khi R + 16 / R = 8 => R = 4 vậy Pmax khi R = 4Ω

Còn Pmax = 144 / (8 + 8) = 9W

Vậy là xong, toang v ra

Sách vật lí lớp 11

Sách vật lí lớp 11

57 views

Bạn thấy bài viết hữu ích không

Click vào ngôi sao để đánh giá

Đánh giá / 5. Số đánh giá