Mắc Ampe kế và Vôn kế vào mạch

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Mắc Ampe kế và Vôn kế vào mạch, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.

Nội dung bài viết Mắc Ampe kế và Vôn kế vào mạch:
Dạng 5. Mắc Ampe kế và Vôn kế vào mạch A. PHƯƠNG PHÁP GIẢI + Ampe kế mắc nối tiếp với điện trở R, để đo dòng điện chạy qua nó, số chỉ của ampe kế là cường độ dòng điện chạy qua R. + Vôn kế mắc song song với điện trở R, để đo hiệu điện thế hai đầu điện trở R, số chỉ của vô kế là hiệu điện thế hai đầu R. Lưu ý: − Nếu điện trở của vôn kế không phải rất lớn (bằng vô cùng) thì dòng điện vẫn chạy qua vôn kế V nên không thể bỏ đoạn mạch chứa vôn kế được. − Nếu ampe kế có điện trở đáng kể thì xem ampe kế như một điện trở. B. VÍ DỤ MẪU Ví dụ 1: Cho đoạn mạch điện như hình vẽ. Trong đó các điện trở R1 = 2Ω, R2 = 3Ω, R3 = 6Ω, các ampe kế có điện trở không đáng kể. Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch UAB = 6V. Tìm số chỉ của các ampe kế. Hướng dẫn giải Gọi C là giao điểm của (R2, R3) D là giao điểm của (R1, R2) Vì các ampe kế có điện trở không đáng kể nên: A và C có cùng điện thế → chập C và A lại. B và D có cùng điện thế → chập D và B lại.
Mạch điện được vẽ lại như sau: Ta có: (R // R // R 12 3) Vậy: AB AB 1 2 3 1 1 1 1 111 R 1 R R R R 236 ⇒ Ω A R1 R2 R3 B A1 A2 D C → B D R3 R2 R1 A. Số chỉ ampe kế 1: I I 3A. Số chỉ ampe kế 2: 2 2 3A A 3 I I 5A. Ví dụ 2: Cho đoạn mạch điện như hình vẽ. Trong đó các điện trở R1 = 40Ω, R2 = 40Ω, R3 = 30Ω, R4 = 40Ω, ampe kế có điện trở không đáng kể, cường độ dòng điện chạy trong mạch chính I = 1,2°. Tìm số chỉ của các ampe kế và cường độ dòng điện qua mỗi trở. Hướng dẫn giải Gọi C là giao điểm của (R2, R3) D là giao điểm của (R1, R2) Vì các ampe kế có điện trở không đáng kể nên: A và C có cùng điện thế → chập C và A lại. B và D có cùng điện thế → chập D và B lại. Mạch điện được vẽ lại như sau: Ta có: Để tìm số chỉ ampe kế ta dựa vào mạch ban đầu: 1A A 1 I Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ. R1 = 12Ω, R2 = 6Ω, R3 = R4 = 4Ω, UAB = 18V. Biết điện trở của ampe kế và dây nối không đáng kể. Tìm số chỉ của các ampe kế. Hướng dẫn giải Gọi C là giao điểm của (R2, R3) D là giao điểm của (R1, R2) E là giao điểm của (R1, R4, A1) Vì các ampe kế có điện trở không đáng kể nên: E và C có cùng điện thế → chập C và E lại. B và D có cùng điện thế → chập D và B lại.
Mạch điện được vẽ lại như sau: Ta có: Số chỉ ampe kế 2: 2 2 3A A 3 I I Ví dụ 4: Cho mạch điện như hình vẽ. R1 = R2 = 8Ω, R3 = 12Ω, R4 = 24Ω, R5 = 1,2Ω, RA = 0, UAB = 24V. Tính: a. Điện trở tương đương của đoạn mạch. b. Cường độ dòng điện qua các điện trở. c. Số chỉ ampe kế. Hướng dẫn giải Gọi C là giao điểm của (R1, R2) D là giao điểm của (R3, R4) Vì ampe kế có điện trở không đáng kể nên C và D có cùng điện thế → chập C và D lại. Mạch điện được vẽ lại như sau: a) Điện trở tương đương của đoạn mạch. Ta có: Điện trở tương đương toàn mạch b. Cường độ dòng điện qua các điện trở. Cường độ dòng điện qua R5: 5 13 24 5 U 24 I I 2A I Cường độ dòng điện qua R1 và R3: 1 1 3 3 3 U 9,6 I 1,2A R Cường độ dòng điện qua R2 và R4: 2 2 2 4 4 4 U 12 I 1,5A R 8 c. Số chỉ ampe kế. Giả sử chiều dòng điện chạy qua ampe kế có chiều từ C đến D (như hình vẽ). Khi đó tại nút C ta có: 1A2 II I A 12 1,2 1,5 0,3A. Dấu “-” chứng chỏ rằng: dòng điện phải chạy từ D đến C và số chỉ của ampe kế là 0,3A. Ví dụ 5: Cho mạch điện như hình vẽ: trong đó R1 = 8Ω, R2 = 12Ω, R3 = 3Ω, R5 = 4Ω. R4 là biến trở. Biết UAB = 34V và RV rất lớn. 1. Với R4 = 3Ω. Tính: a. RAB. b. Cường độ dòng điện ở mạch chính. c. Số chỉ của vôn kế. Cực dương của Vôn kế phải nối với điểm nào? 2. Điều chỉnh R4 để (V) chỉ 0V. Tính R4.
Hướng dẫn giải A B R5 R1 R2 R3 R4 A B N M Vì vôn kế có điện trở rất lớn nên dòng điện không chạy qua vôn kế. Mạch điện được vẽ lại như sau: 1. Với R4 = 3Ω. a) Tìm RAB. Ta có: R nt R nt R R nt R. Điện trở tương đương toàn mạch: R R R 4 4,5 8,5 Ω 5 1234 b. Cường độ dòng điện trong mạch chính: U 34 I 4A R 8,5 c. Số chỉ của vôn kế: Cường độ dòng điện qua R5: 5 1234 I I I 4A 1234 5 Cường độ dòng điện qua R1 và R2: 12 1A R R 18 Cường độ dòng điện qua R3 và R4: 34 1234 3 4 34 34 34 U U 18 I I I 3A RR 6. Từ hình vẽ ta có: U U U R I R I 6 1 3 3 3V MN MC CN Mà: U V V 3V 0 V V MN M N nên cực dương của (V) mắc với M và cực âm mắc với N. 2. Điều chỉnh R4 để (V) chỉ 0V Ta có: UMN = UMC + UCN = –UCM + UCN = 0 ⇒ UCM = UCN ⇔ I1R1 = I3R3 (1) Mặt khác: UMN = UMB + UBN = UMB – UNB = 0 ⇒ UMB = UNB ⇔ I1R2 = I3R4 (2) – Lấy (1) chia (2) ta được: 1 3 2 R R RR R 6 RR R Ω mạch cầu cân bằng. Ví dụ 6: Cho mạch điện như hình vẽ, biết R1 = R2 = R3 = 6 Ω, R4 = 2 Ω. Tính điện trở tương đương của mạch trong các trường hợp sau: a) Nối M và B bằng một vôn kế có A B R5 R1 R2 R3 R4 M N C 187 điện trở rất lớn. b) Nối M và B bằng một ampe kế có điện trở rất nhỏ. Hướng dẫn giải a) Vì vôn kế có điện trở rất lớn nên dòng điện không qua vôn kế nên đoạn mạch chứa vôn kế có thể bỏ đi khi đó: (R nt R R nt R 23 1 1) + Ta có: 23 1 23 R R R 12 R Điện trở tương đương của toàn mạch: Rtđ = R1-23 + R4 = 6Ω b) Vì ampe kế có điện trở rất nhỏ nên M và B cùng điện thế ⇒ chập M và B mạch điện được vẽ lại như sau: Ta có: 6.2 R 1,5 R R 62 Ω Điện trở tương đương toàn mạch: 34 1 2 1 R2 R3 R4 A B N M A.
Ví dụ 7: Cho mạch điện như hình vẽ. R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 10Ω, UAB = 30V, RA = 0. Tìm: a. RAB. b. Cường độ dòng điện qua các điện trở. c. Số chỉ Ampe kế Hướng dẫn giải Gọi C là giao điểm của (R2, R4, R5) D là giao điểm của (R1, R3, R4) Vì ampe kế có điện trở không đáng kể nên B và C có cùng điện thế → chập C và B lại (dòng điện không chạy qua R5 nên I5 = 0). Mạch điện được vẽ lại như sau: a) Ta có: 4 34 134 2 3 4 AB 134 2 134 1 34 R R Ω b) + Ta có U134 = U2 = UAB = 30V + Dòng điện chạy qua đoạn R2: 2 2 U 30 I 3A R 10 Dòng điện chạy qua đoạn R1 – R34: 134 134 U 30 I 2A R Lại có: I1 = I34 = I134 = 2A nên: U34 = UAB – U1 = UAB – I1R1 =30 – 2.10 = 10V Vì U3 = U4 = U34 = 10V, mà R3 = R4 = 10Ω ⇒ 34 3 4 4 U 10 I I 1A R 10 c) Để tìm số chỉ ampe kế A ta phải tìm I2 và I4, sau đó xác định chiều của I4 rồi suy ra số chỉ của A. Ta có: I1 > I3 nên từ mạch gốc, ta thấy tại D dòng qua I4 phải có chiều từ D đến C vậy I2 và I4 qua chảy qua A nên: IA = I2 + I4 = 3 + 1 = 4 A R1 R4 R2 R5 A B R3 A D C → A R1 B ≡ C D R3 R4 R2 R1 R4 U N M A A B Ví dụ 8: Cho mạch điện như hình. Biết: UAB = 7,2V không đổi; R1 = R2 = R3 = 2Ω, R4 = 6Ω. Điện trở của ampe kế và của khóa K nhỏ không đáng kể. Tính số chỉ của ampe kế và UAN khi: a) K mở. b) K đóng. Hướng dẫn giải a) Khi khóa K mở mạch vẽ như hình, lúc đó: (R nt R R nt R 24 1 3) Điện trở tương đương của mạch: 3 24 1 R R Ω Dòng điện qua mạch chính: U 7,2 I 2A R 3,6 Ta có: MB MB 3 2 24 U 3,2 U U IR 7,2 Vậy số chỉ của ampe kế là 0,4A.
Ta có: U U 4,8V AN AM MN 3 2 3 b) Khi đóng khóa K thì A và N cùng điện thế nên chập A và N lại mạch điện vẽ như hình sau: + Cường độ dòng điện trong mạch chính là: U 7,2 I 3,6A R 2 Từ hình ta có U4 = UAB = 7,2V nên AB 4 4 U 7,2 I 1,2A R 6 Vậy dòng điện qua R1 là: 1 4 I I I 3,6 1,2 2,4A. Dòng điện qua R2 là: 2 23 I 1,2A RR 2. Vì số chỉ của ampe kế A là I2 nên ta có IA = 1,2A Vì A và N trùng nhau (cùng điện thế) nên UAN = 0 Ví dụ 9: Khi mắc điện trở R nối tiếp với mạch gồm hai ampe kế mắc song song vào nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi thì ampe kế A1 chỉ I1 = 2A; ampe kế A2 chỉ I2 = 3A. Nếu chuyển hai ampe kế thành nối tiếp thì chúng đều chỉ I = 4A. Nếu chỉ mắc R vào nguồn điện trên thì dòng điện qua R là bao nhiêu? Hướng dẫn giải + Gọi R1 là điện trở của ampe kế A1, R2 là điện trở của ampe kế A2. *Khi mắc 2 ampe kế song song nhau. Ta có: 11 2 2 IR IR 2R 3R R 1,5R Cường độ dòng điện trong mạch chính: I = I1 + I2 = 2 + 3 = 5 (A) Điện trở toàn mạch: 1 2 2 2 AB 12 2 (2) (1) *Khi A1 nối tiếp A2: Ta có: U I R (2) Giải (1) và (2) ta có: 2 2 2 U R 5R 3R U 38 4R 10R U *Khi mạch chỉ có R, ta có: R RR 7U 38 U I C. BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1. Cho mạch điện có sơ đồ như hình. Biết R1 = 10Ω và R2 = 3R3. Ampe kế A1 chỉ 4A. a) Tìm số chỉ của các ampe kế A2 và A3. b) Hiệu điện thế ở 2 đầu R3 là 15V. Tìm số chỉ của vôn kế V. A A1 A2 R B A1 A3 A2 Bài 2. Cho mạch điện như hình vẽ. R1 = 15Ω, R2 = R3 = R4 = 10Ω, RA = 0. a. Tìm RAB. b. Ampe kế chỉ 3A, tính UAB và cường độ dòng điện qua các điện trở.