Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 11: Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch

Xem toàn bộ tài liệu Lớp 11: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 11 : Phương pháp giải 1 số ít bài toán về toàn mạch giúp HS giải bài tập, nâng cao năng lực tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành những khái niệm và định luật vật lí :

C1 trang 59 SGK:

a ) Hãy cho biết cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm những điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau có đặc thù gì ?
b ) Viết công thức tính điện trở tương tự của đoạn mạch gồm những điện trở R1, R2 và R3 mắc tiếp nối đuôi nhau .
c ) Hiệu điện thế U1, U2, U3 giữa hai đầu những điện trở R1, R2, R3 mắc tiếp nối đuôi nhau có quuan hệ như thế nào ?

Trả lời:

a ) Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm những điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau luôn bằng nhau .
b ) Điện trở tương tự của đoạn mạch : Rtđ = R1 + R2 + R3 ( 11.1 )
c ) Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch bằng tổng những hiệu điện thế thành phần. Thật vậy, nếu hai vế của ( 11.1 ) với cường độ dòng điện ta được :
U = U1 + U2 + U3

C2 trang 59 SGK:

a ) Hãy cho biết hiệu điện thế giữa hai đầu những điện trở R1, R2, R3 mắc song song có đặc thù gì ?
b ) Cường độ dòng điện I chạy qua mạch chính và I1, I2, I3 chạy qua những mạch rẽ của một đoạn mạch gồm những điện trở R1, R2, R3 mắc song song có mối quan hệ như thế nào ?
c ) Viết công thức tính điện trở tương tự của đoạn mạch gồm những điện trở R1, R2, R3 mắc song song .

Trả lời:

a ) Hiệu điện thế ở hai đầu mỗi điện trở đều bằng nhau U = U1 = U2 = U3 .
b ) Cường độ dòng điện mạch chính I bằng tổng cường độ dòng điện chạy qua những mạch rẽ : I = I1 + I2 + I3 ( 11.2 )
c ) Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa điện trở và đưa và biểu thức ( 11.2 ) ta có

Suy ra điện trở tương tự của đoạn mạch song song
được tính bằng biểu thức sau :

C3 trang 60 SGK: Một mạch điện có sơ đồ hình 11.1, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 6V và có điện trở trong r = 2ω, các điện trở R1 = 5ω, R2 = 10ω và R3 = 3ω.

a ) Phân tích và cho biết những điện trở mạch ngoài của mạch điện có sơ đồ như hình 11.1 được mắc với nhau như thế nào ? Từ đó nêu cách tìm điện trở tương tự của mạch ngoài này .
b ) Tính cường độ dòng điện I chạy qua nguồn và hiệu điện thế mạch ngoài U.
c ) Tính hiệu điện thế U1 giữa hai đầu điện trở R1

Trả lời:

a ) Các điện trở hình 11.1 được mắc tiếp nối đuôi nhau với nhau nên điện trở tương tự của mạch ngoài là : RN = R1 + R2 + R3 = 5 + 10 + 13 = 18 ω
b ) Cường độ dòng điện I chạy qua nguồn :

C4 trang 60 SGK: Một mạch điện có sơ đồ hình 11.2, trong đó nguồn điện có suất đện động. E = 12,5V và có điện trở trong r = 0,4ω ; bóng đèn Đ1 có ghi số 12V – 6W; bóng đèn Đ2 loại 6V – 4,5W; Rb là một biến trở .

Hãy nhận dạng các đèn Đ
1, Đ
2 và biến trở R
b của mạch điện có sơ đồ như hình 11.2 được mắc với nhau như thế nào?

Trả lời:

Ta thấy hình 11.2
[ ( Rb tiếp nối đuôi nhau với Đ2 ) song song với Đ1 ] .

C5 trang 61 SGK: Một mạch điện có sơ đồ hình 11.2, trong đó nguồn điện có suất đện động ε = 12,5V và có điện trở trong r=0,4Ω ; bóng đèn Đ1 có ghi số 12V-6W; bóng đèn Đ2 loại 6V-4,5W; Rb là một biến trở .

Tính cường độ định mức I1, I2 của dòng điện chạy qua mỗi đèn khi những đèn sáng thông thường .

Trả lời:

Cường độ định mức I1, I2 của dòng điện chạy qua mỗi đèn khi những đèn sáng thông thường lần lượt là :

+ Điều chỉnh biến trở Rb để đèn Đ1, Đ2 sáng thông thường thì phải thỏa những điều kiện kèm theo sau :
Ib = I2 = 0,75 A
Ub = U1 – U2 = 12 – 6 = V

C6 trang 61 SGK: Một mạch điện có sơ đồ hình 11.2, trong đó nguồn điện có suất đện động ε = 12,5V và có điện trở trong r=0,4Ω ; bóng đèn Đ1 có ghi số 12V-6W; bóng đèn Đ2 loại 6V-4,5W; Rb là một biến trở .

Tính điện trở R1 và R2 tương ứng của những đèn khi sáng thông thường .

Trả lời:

Điện trở R1 và R2 tương ứng của những đèn khi sáng bình

C7 trang 61 SGK: Viết công thức tính công suất Png và hiệu suất H của nguồn điện. Tính công suất Png và hiệu suất H của nguồn điện khi đó.

Trả lời:

Công suất của nguồn : Png = E.I
Hiệu suất của nguồn điện :

UN = U1 = 12V
Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính : I = I1 + I2 = 0,5 + 0,75 = 1,25 A
Hiệu điện thế hai đầu mạch ngoài là : UN = U1 = 12V
→ Công suất Png và hiệu suất H của nguồn điện lần lượt là :
Png = E.I = 12,5. 1,25 = 15,625 W

C8 trang 61 SGK: Có tám nguồn điện cùng lại với cùng suất điện động ε=11,5V và điện trở trong r=1Ω. Mắc các nguồn này thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm hai dãy song song để thắp sáng bóng đèn loại 6V-6W. Coi rằng bóng đèn có điện trở như khi sáng bình thường.

Tính suất điện động εb và rb của bộ nguồn như đề bài đã cho

Trả lời:

Suất điện động Eb và rb của bộ nguồn.

Eb = m. E = 4.1,5 = 6V và rb = m. r / n = 4. r / 2 = 2 Ω

C9 trang 61 SGK: Có tám nguồn điện cùng lại với cùng suất điện động ε=11,5V và điện trở trong r=1Ω. Mắc các nguồn này thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm hai dãy song song để thắp sáng bóng đèn loại 6V-6W. Coi rằng bóng đèn có điện trở như khi sáng bình thường.

Viết công thức tính Pb của bộ nguồn, Pi của mỗi nguồn và hiệu điện thế Ui giữa hai cực của mỗi nguồn đó .

Trả lời:

Công suất của bộ nguồn là : Pb = 6.0,75 = 4,5 W
Vì những nguồn giống nhau nên hiệu suất của mỗi nguồn là : Pi = 4,5 / 8 = 0,5625 W
Cường độ dòng điện qua mỗi nguồn là : I1 = I / 2 = 0,75 / 2 = 0,375 A
Hiệu điện thế Ui giữa hai cực của mỗi nguồn :

Ui = E – I.r = 1,5 – 0,375. 1 = 1,125 V

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. Các điện trở R1 = R2 = 30ω, R3 = 7,5ω

a ) Tính điện trở tương tự RN của mạch ngoài .
b ) Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở mạch ngoài .

Lời giải:

a ) Các điện trở mạch ngoài được mắc song song nhau. Ta có :

b ) Do nguồn điện có điện trở trong không đáng kể nên hiệu điện thế hai đầu nguồn điện U = E = 6V
Cường độ dòng điện qua mỗi điện trở :

Đáp án : a ) RN = 5 ω ; I1 = 0,2 A ; b ) I2 = 0,2 A ; I3 = 0,8 A

Bài 2 (trang 62 SGK Vật Lý 11): Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.4, trong đó các ắc quy có suất điện động E1 = 12V; E2 = 6V và có điện trở không đáng kể. Các điện trở R1 = 4ω; R2 = 8ω

a ) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch .
b ) tính hiệu suất tiêu thụ điện của mỗi điện trở .
c ) Tính hiệu suất của mỗi ắc quy và nguồn năng lượng mà mỗi ắc quy phân phối trong 5 phút .

Lời giải:

a ) Áp dụng định luật Ohm cho toàn mạch ta được :
Cường độ dòng điện trong mạch chính là :

b ) Vì 2 điện trở ghép tiếp nối đuôi nhau với nguồn nên I1 = I2 = I = 1,5 A
Công suất tiêu thụ của mỗi điện trở :
P1 = R1. I12 = 4. 1,52 = 9W
P2 = R2. I22 = 8. 1,52 = 18W
c ) Công suất của mỗi ắc quy :
Ppin1 = E1. I = 12. 1,5 = 18W
Ppin2 = E2. I = 6. 1,5 = 9W
Năng lượng mỗi ắc quy phân phối trong 5 phút :
Apin1 = Ppin1. t = 18.5.60 = 5400J
Apin2 = Ppin2. t = 9.5.60 = 2700J
Đáp án : a ) I = 1,5 A ; b ) P1 = 9W ; P2 = 18W
c ) Ppin1 = 18W ; Ppin2 = 9W ; Apin1 = 5400J ; Apin2 = 2700J

Bài 3 (trang 62 SGK Vật Lý 11) Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.5. 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 trị số là bao nhiêu để hiệu suất tiêu thụ ở mạch ngoài là lớn nhất ? Tính hiệu suất lớn nhất đó .
b ) Điện trở x phải có trị số là bao nhiêu để hiệu suất tiêu thụ ở điện trở này là lớn nhất ? Tính hiệu suất lớn nhất đó .

Lời giải:

a ) Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài

Để hiệu suất mạch ngoài cực lớn ( Pmax ) thì mẫu số của biểu thức trên phải đạt cực tiểu

tức

Áp dụng bất đẳng thức Cô-si cho 2 số dương RN và r2 / RN
Ta có :

Dấu bằng xảy ra khi RN = r
⇒ Rx = RN – R = r – R = 1,1 – 0,1 = 1 ω
Giá trị cực lớn của hiệu suất mạch ngoài :

b ) Công suất tiêu thụ trên điện trở Rx :

Áp dụng đẳng thức Cô-si cho hai số dương Rx và

Ta có :

Dấu “ = ” xảy ra khi Rx = R + r = 1,2 ω
Giá trị cực lớn của cống suất mạch ngoài :

Đáp án : a ) Rx = 1 ω ; b ) Rx = 1,2 ω ; Px max = 30W

Source: https://dvn.com.vn/
Category : Nội Thất