Định luật Ôm cho từng đoạn mạch

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Định luật Ôm cho từng đoạn mạch, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.

Nội dung bài viết Định luật Ôm cho từng đoạn mạch:
Dạng 8. Định luật Ôm cho từng đoạn mạch A. PHƯƠNG PHÁP GIẢI + Định luật Ohm chứa nguồn (máy phát): AB p p U E I r R. Đối với nguồn điện (máy phát): dòng điện đi vào cực âm và đi ra từ cực dương. UAB: tính theo chiều dòng điện đi từ A đến B qua mạch (U U AB BA). + Định luật Ohm cho đoạn mạch chứa máy thu điện: AB t t U E I r R. Đối với máy thu Et: dòng điện đi vào cực dương và đi ra từ cực âm. UAB: tính theo chiều dòng điện đi từ A đến B qua mạch. + Định luật Ohm cho đoạn mạch chứa cả nguồn và máy thu: AB p t P t U EE I Rr r + Chú ý: + Dòng I có chiều AB, do đó nếu chưa có chiều I thì ta giả sử dòng I theo chiều A → B. + Tại một điểm nút ta luôn có: đi ∑ ∑ I I (nút là nơi giao nhau của ít nhất 3 nhánh). + Hiệu điện thế giữa hai điểm A, B: U E I (R r) AB ∑. Lấy dấu “+” trước I khi dòng I có chiều AB Lấy dấu “-” trước I khi dòng I ngược chiều AB Khi đi từ A đến B gặp nguồn nào lấy nguồn đó, gặp cực nào trước lấy dấu cực đó. + Khi mạch kín thì định luật Ohm cho đoạn mạch chứa cả nguồn và máy thu: p t P t E E I Rr r A B Et rt R I A B Et rt R I Ep rp 255 E E 1 2 R I1 a) E E 1 2 R I2.
B. VÍ DỤ MẪU Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ, trong đó: E 1 8 V r1 1 2 Ω E 2 4 V r2 0,4 Ω R 28 4 Ω hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch đo được là UAB 6 V a) Tính cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch và cho biết chiều của nó. b) Cho biết mạch điện này chứa nguồn điện nào và chứa máy thu nào ? Vì sao ? c) Tính hiệu điện thế UAC và UCB. Hướng dẫn giải a) Giả sử dòng điện trong đoạn mạch có chiều từ A đến B. Khi đó E 1 là máy phát, E 2 là máy thu. + Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch AB ta có: AB 1 2 1 2 U 1 I A Rr r E 3 E + Vì I > 0 nên dòng điện có chiều từ A đến B. b) E 1 là máy phát vì dòng điện đi ra từ cực dương. Còn E 2 là máy thu vì dòng điện đi vào từ cực dương. c) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và C: U I. V AC 1 1 E r 7,6 + Hiệu điện thế giữa hai điểm C và B: U I. r CB 2 1 E (R 13 6 V).
Ví dụ 2: Cho 2 mạch điện như hình vẽ: Nguồn điện 1 có E1 18V, điện trở trong r1 1Ω. Nguồn điện 2 có suất điện động E2 và điện trở trong r2. Cho R 9Ω I1 2,5A I2 0,5A. Xác định suất điện động E2 và điện trở r2. Hướng dẫn giải + Với hình a ta thấy máy 1 và máy 2 đều là máy phát nên định luật ôm viết cho mạch kín chứa máy phát là: 1 2 1 1 2 E E I Rr r (1) A C B R E1 1. Với hình b ta thấy máy 1 là máy phát còn máy 2 là máy thu nên định luật ôm viết cho mạch kín chứa máy phát và máy thu là là: 1 2 2 1 2 E E I Rr r (2) + Giải (1) và (2) ta có: E2 12 V và r2 2 Ω Ví dụ 3: Điện trở R mắc vào nguồn (E1 15V, r1) sẽ có dòng điện 1A đi qua. Dùng thêm nguồn (E2 10V, r2) mắc song song hoặc nối tiếp với nguồn trước, cường độ dòng điện qua R không đổi. Tìm R, r1, r2. Hướng dẫn giải – Khi chỉ có nguồn E1 (hình a): Ta có: 1 1 E I R + r ⇔ 1 15 1 R + r ⇒ R + r 15 1 Ω (1) – Khi E2 nối tiếp với E1 (hình b), ta có: 1 2 1 2 E + E I R + r + r + Vì cường độ dòng điện qua R không đổi nên: 1 2 15 + 10 1 R + r + r ⇒ 1 2 R + r + r 25 (2) + Thay (1) vào (2), ta được: 15 + r2 25 ⇒ r2 10Ω.
Khi E2 song song với E1 (hình c), ta có: UAB E1 – I1r1 (3) UAB E2 – I2r2 (4) UAB IR (5) I1 + I2 I 1 (6) + Thay (5) vào (3): IR E1 – I1r1 ⇒ 1.R 15 – I1r1 (7) + Thay (1) vào (7): 15 – r1 15 – I1r1 ⇒ r1 I1r1 ⇒ I1 1A. + Từ (6) suy ra: 1 + I2 1 ⇒ I2 0. + Kết hợp (4) và (5): 1.R E2 ⇒ R E2 10Ω. + Từ (1) suy ra: r1 15 – 10 5Ω. Vậy: R 10Ω; r1 5Ω; r2 10Ω. Ví dụ 4: Cho mạch điện như hình vẽ: E1 9 V, E 2 3 V, E 3 10V, r1 r2 r3 1 Ω, R1 3 Ω, R2 5 Ω, R3 36 Ω, R4 12 Ω a) Tính tổng trở của mạch ngoài và điện trở toàn phần của mạch điện. b) Xác định độ lớn và chiều dòng điện R1 R2 R3 R4 E 1, r1 E 2, r2 E 3, r3 E1, r1 I R Hình a E1, r1 I R E2, r2 Hình b E1, r1 I R A I1 B I2 E2, r2 Hình c 257 R1 R2 R3 R4 E 1, r1 E 2, r2 E 3, r3 trong mạch chính. Cho biết đâu là máy thu đâu là máy phát. Hướng dẫn giải a) Giả sử chiều của dòng điện trong mạch như hình + Kho đó E 1 và E 2 là máy phát, E3 là máy thu + Tổng trở mạch ngoài là: 3 4 ng 1 2 3 4 R R R R R 17 R Ω + Tổng trở toàn phần của mạch điện: Rtp Rng + r1 + r2 + r3 20Ω b) Cường độ dòng điện trong mạch chính: 123 tp E E E 9 3 10 I 0,1 A R 20 + Vậy E1 và E2 là máy phát, E3 là máy thu Ví dụ 5: Cho mạch điện như hình vẽ, E 1 12 (V); r1 1 (Ω);E 2 6 (V); r2 2 (Ω);E3 9 (V); r3 3 (Ω), R4 6 (Ω), R1 4 (Ω), R2 R3 3 (Ω). Tìm hiệu điện thế giữa A và B. Hướng dẫn giải + Giải sử chiều các dòng điện trong mạch như hình + Ta có: AB 1 1 1 1 AB 2 2 2 2 AB + Vì I2 < 0 nên chiều dòng I2 ngược lại với chiều giả sử. + Ta có: AB 1 1 1 1 111 U E I R r 12 5 6,95V 110. Ví dụ 6: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ 3 nguồn E 1 10V, r1 0,5Ω; E 2 20V, r2 2Ω; E 3 12V, r3 2Ω; R1 1,5Ω; R3 4Ω. a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch chính. b) Xác định số chỉ của Vôn kế. Hướng dẫn giải a) Giả sử dòng điện trong mạch có chiều như hình + Ta có: AB 1 1 1 1 AB 2 2 2 + Giải hệ 3 phương trình (1), (2) và (3) ta có: 1 2 3 4 I A I1 I2 I3 A B + Vì I1 < 0 nên dòng I1 ngược lại với giả sử nên dòng điện thực trong mạch như hình. + Từ hình ta thấy dòng điện trong mạch chính là: 2 31 II A 7 b) Dễ nhận thấy giữa hai đầu vôn kế bên đường đi qua B không có điện trở nào nên UV 0 Chú ý: Có thể tính số chỉ vôn kế theo công thức: UV 2 1 22 1 I R r 0 Ví dụ 7: Cho mạch điện như hình vẽ: E1 1,5V, E2 2V, RV rất lớn, vôn kế chỉ 1,7V. Hỏi khi đảo cực nguồn E1, vôn kế chỉ bao nhiêu? có cần đảo lại cực vôn kế không? Hướng dẫn giải – Ban đầu (khi chưa đảo cực nguồn E1), ta có: UBA E1 + Ir1 (1) và UBA E2 – Ir2 (2) ⇔ E1 + Ir1 E2 – Ir2 ⇒ 2 1 1 2 E E I r + r. Từ (2) suy ra: UBA (3) – Khi đảo cực nguồn E1, ta có: 1 2 1 2 E. Mà 2 1 2 r 0,6 r + r ⇒ U 2 (2 + 1,5).0,6 0,1V BA′. Vậy: Số chỉ của vôn kế bằng 0,1V và ta cần phải đảo cực của vôn kế. C. BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1. Cho mạch điện như hình vẽ, trong đó: E 1 8 V hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch đo được là UAB 6 V a) Tính cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch và cho biết chiều của nó. E1, r1 B V A E2, r2 I I E1, r1 B V A E2, r2 I I E1, r1 B V A E2, r2 260 E 1, r1 R E 2, r2 A B b) Cho biết mạch điện này chứa nguồn điện nào và chứa máy thu nào? Vì sao ? c) Tính hiệu điện thế UAC và UCB. Bài 2. Cho mạch điện như hình vẽ: E1 6V, E2 4,5V, r1 2Ω, R 2Ω, RA 0. Ampe kế chỉ 2A. Tính r2. Bài 3. Cho mạch điện như hình vẽ. Biết E 1 2,1 V; E 2 1,5 V; r1, r2 không đáng kể, R1 R3 10 Ω và R2 20 Ω. Tính cường độ dòng điện chạy qua mạch chính và qua các điện trở. Bài 4. Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó: E 1 20V, E 2 32V, r1 1Ω, r2 0,5Ω, R 2Ω. Tìm cường độ dòng điện qua mỗi nhánh. Bài 5. Cho mạch điện như hình vẽ: E1 12 V, r1 1 Ω, E 2 6 V, r2 2 Ω, E 3 9 V, r3 3 Ω, R1 4 Ω, R2 2 Ω, R3 3 Ω. Tính UAB và cường độ dòng điện qua mỗi điện trở. Bài 6. Cho mạch điện như hình vẽ. Tìm E1 để: a) UAB > 0. b) UAB < 0. c) UAB 0. Bài 7. Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó: E 1 E 2 6V; r1 1Ω; r2 2Ω, R1 5Ω; R2 4Ω. Vôn kế V (điện trở rất lớn, cực dương mắc vào điểm M) chỉ 7,5V. Tính: a) Hiệu điện thế UAB giữa A và B. b) Điện trở R. Bài 8. Cho mạch điện như hình vẽ (V); r3 0,1 (Ω), ampe kế A chỉ số 0. Tìm R và các dòng điện. Coi rằng điện trở ampe kế không đáng kể, điện trở vôn kế vô cùng lớn. Bài 9. Ba nguồn giống nhau, mỗi nguồn có: E 1,5V, r 0,5Ω và một vôn kế V (RV rất lớn) lần lượt mắc theo ba sơ đồ như hình vẽ. Tính số chỉ vôn kế trên mỗi sơ đồ. Bài 10. Cho mạch điện như hình vẽ: R 10Ω, r1 r2 1Ω, RA 0. Khi xê dịch con chạy biến trở R0, số chỉ ampe kế không đổi và bằng 1A. Tìm E1, E2. Bài 11. Cho mạch điện như hình vẽ. Tìm biểu thức tính UAB. Khi nào E2 là: Máy phát? Máy thu? Không phát, không thu? Bài 12. Cho mạch điện như hình vẽ: E1 6V, E2 3V, r1 r2 1Ω, R1 5Ω, R2 3Ω, RV rất lớn. a) Vôn kế V chỉ 0. Tính R3. b) Đảo vị trí các cực của một trong hai nguồn. Tìm số chỉ của vôn kế. D. HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG.