Giải vật lí 11 bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ
Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ - sách giáo khoa vật lí 11. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 11 bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ nhé.
[toc:ul]
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. Đoạn mạch chứa nguồn điện (nguồn phát điện)
Đoạn mạch có chứa nguồn điện (nguồn phát) dòng điện có chiều đi ra từ cực dương và đi và đi tới cực âm.
Biểu thức điện áp giữa hai đầu mạch: UAN = $\varepsilon $ - I.(r – R)
Hay $I = \frac{\varepsilon - U_{AB}}{r + R} = \frac{\varepsilon - U_{AB}}{R_{AB}}$.
Trong đó RAB = r + R là tổng trở của đoạn mạch.
Chú ý: Nếu hiệu điện thế UAB từ A tới B: Nếu đi theo chiều này mà gặp cực dương của nguồn điện trước thì suất điện động $\varepsilon $ được lấy với giá trị dương, dòng điện có chiều từ B tới A ngược với chiều tính hiệu điện thế thì tổng độ giảm điện thế I.(r +R) được lấy giá trị âm.
II. Ghép nguồn điện thành bộ
1. Bộ nguồn ghép nối tiếp
Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện được ghép nối tiếp với nhau (Hình vẽ).
Đặc điểm: Cực âm của nguồn điện trước được nối với cực dương của nguồn điện tiếp sau.
Hiệu điện thế: UAB = UAM + UMN + ... + UQB.
Suất điện động của bộ nguồn ghép nối tiếp bằng tổng các suất điện động của các nguồn có trong bộ.
$\varepsilon _{b} = \varepsilon _{1} + \varepsilon _{2} + ... + \varepsilon _{n}$.
Điện trở trong rb của bộ nguồn ghép nối tiếp bằng tổng các điện trở trong các nguồn điện có trong bộ:
rb = r1 + r2 + ...+ rn.
Đặc biệt, bộ có n nguồn điện có cùng suất điện động $\varepsilon $ và điện trở trong r thì suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn là:
$\varepsilon _{b} = n.\varepsilon $ và rb = n.r
2. Bộ nguồn song song
Bộ nguồn song song: là bộ nguồn gồm n nguồn điện giống nhau được ghép song song với nhau.
Đặc điểm: Cực dương của các nguồn nối cùng vào một điểm A, cực âm của nguồn điện nối cùng vào một điểm B.
Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn điện:
$\varepsilon _{b} = \varepsilon $ và $r_{b} = \frac{r}{n}$.
3. Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng
Đặc điểm: là bộ nguồn gồm n dãy ghép song song với nhau, mỗi dãy gồm m nguồn ghép nối tiếp với nhau.
Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn điện:
$\varepsilon _{b} = m.\varepsilon $ và $r_{b} = \frac{m.r}{n}$.
II. GIẢI BÀI TẬP
Giải câu 1: Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa...
Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều như thế nào?
Bài giải:
Đoạn mạch có chứa nguồn điện (nguồn phát) dòng điện có chiều đi ra từ cực dương và đi và đi tới cực âm.
Giải câu 2: Hãy trình bày các mối quan hệ trong...
Hãy trình bày các mối quan hệ trong đoạn mạch có chứa nguồn điện.
Bài giải:
Trong đoạn mạch có chứa nguồn điện mối quan hệ giữa các đại lượng được biểu diễn bằng các công thức: $U_{AB} = \varepsilon - I(R + r)$.
Giải câu 3: Trình bày cách ghép các nguồn điện...
Trình bày cách ghép các nguồn điện thành bộ nguồn nối tiếp và thành bộ nguồn song song. Trong từng trường hợp, hãy viết công thức tính xuất điện động và điện trở trong của nó.
Bài giải:
Ghép nối tiếp
Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện được ghép nối tiếp với nhau.
Đặc điểm: Cực âm của nguồn điện trước được nối với cực dương của nguồn điện tiếp sau.
Suất điện động: $\varepsilon _{b} = \varepsilon _{1} + \varepsilon _{2} + ... + \varepsilon _{n}$.
Điện trở trong: rb = r1 + r2 + ...+ rn.
Ghép song song
Bộ nguồn song song: là bộ nguồn gồm n nguồn điện giống nhau được ghép song song với nhau.
Đặc điểm: Cực dương của các nguồn nối cùng vào một điểm A, cực âm của nguồn điện nối cùng vào một điểm B.
Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn điện: $\varepsilon _{b} = \varepsilon $ và $r_{b} = \frac{r}{n}$.
Giải câu 4: Một acquy có suất điện động và điện...
Một acquy có suất điện động và điện trở trong là $\varepsilon $ = 6 V và r = 0,6 $\Omega $. Sử dụng acquy này để thắp sáng bóng đèn có ghi 6 V – 3 W. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của acquy đó.
Bài giải:
Điện trở của đèn là: $R_{đ} = \frac{U_{đ}^{2}}{P_{đ}} = \frac{6^{2}}{3} = 12$ $\Omega $.
Cường độ dòng điện trong mạch: $I = \frac{\varepsilon }{r + R_{đ}} = \frac{6}{0,6 + 12} \approx 0,476$ (A).
Hiệu điện thế giữa hai cực của acquy là: $U_{AB} = \varepsilon - I.r = 6 - 0,476.0,6 \approx 5,7144$ (V).
Giải câu 5: Hai nguồn điện có suất điện động và...
Hai nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lần lướt là:
$\varepsilon _{1} = 4,5$ (V); $r_{1} = 3 \Omega $
$\varepsilon _{2} = 3$; $r_{2} = 2 \Omega $
Mắc hai nguồn thành mạch điện kín như sơ đồ sau. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế UAB.
Bài giải:
Mạch gồm hai nguồn điện mắc nối tiếp.
Cường độ dòng điện trong mạch: $I = \frac{\varepsilon _{1} + \varepsilon _{2}}{r_{1} + r_{2}} = \frac{4,5 + 3}{3 +2} = 1,5$ (A).
Hiệu điện thế UAB = $\varepsilon _{1} - I.r_{1}$ = $- \varepsilon _{2} + I.r_{2}$ = 4,5 – 1,5.3 = 0 (V).
Giải câu 6: Trong mạch điện có sơ đồ như hình sau...
Trong mạch điện có sơ đồ như hình sau, hai pin có cùng suất điện động và điện trở trong là $\varepsilon = 1,5$ (V) $r = 1 \Omega $. Hai bóng đèn giống nhau cũng số ghi trên đèn là 3 V – 0,75 W.
a) Các đèn có sáng bình thường không ? Vì sao.
b) Tính hiệu suất của bộ nguồn.
c) Tính hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin.
d) Nếu tháo bớt mỗi bóng đèn thì còn lại có công suất tiêu thụ điện năng là bao nhiêu?
Bài giải:
a, Điện trở của mỗi đèn: $R_{đ1} = R_{đ2} = \frac{U^{2}_{đ}}{P} = \frac{3^{2}}{0,75} = 12$ (V).
Điện trở tương đương của bóng đèn: $R_{tđ} = \frac{R_{đ1}.R_{đ2}}{R_{đ1} + R_{đ2}} = \frac{12.12}{12 + 12} = 6$ (V).
Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn điện là:
$\varepsilon _{b} = n.\varepsilon = 2.1,5 = 3$ (V)
$r_{b} = n.r = 2.1 = 2$ $\Omega $
Cường độ dòng điện trong mạch chính: $I_{m} = \frac{\varepsilon _{b}}{R_{tđ} + r_{b}} = \frac{3}{6 + 2} = 0,375$ (A).
Hiệu điện thế đặt vào hai đầu mỗi đèn là: $U_{N} = I_{m}.R_{tđ} = 0,375.6 = 2,25$ < $U_{đm đ}$.
$\Rightarrow $ Đèn sáng yếu hơn bình thường.
b, Hiệu suất của bộ nguồn là: $H = \frac{R_{tđ}}{R_{tđ} + r_{b}} = \frac{6}{6 + 2} = 75$ %.
c, Hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin: $U_{1} = U_{2} = \varepsilon _{1} - I_{m}.r_{1} = 1,5 - 0,375.1 = 1,125$ (V).
d, Nếu tháo bớt một bóng đèn thì RN = 12 (V).
Cường độ dòng điện trong mạch: $I_{m}{}' = \frac{\varepsilon _{b}}{R_{N} + r_{b}} = \frac{3}{12 + 2} \approx 0,214$ (A).
Hiệu điện thế đặt vào hai đầu bóng đèn: $U_{đ} = I_{m}{}'.R_{N} \approx 0,214.12 \approx 2,568$ (V) > $U_{đm đ}$.
$\Rightarrow $ đèn sáng hơn bình thường.