Giáo án bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật Lý

m¹ch chÝnh?®hiÖu ®iÖn thÕ ë 2 ®Çu c¸c côm ®Ìn b©y giê thÕ nµo? ® kÕt luËn vÒ ®é s¸ng cña c¸c ®Ìn? (Chu ý: muèn biÕt c¸c ®Ìn s¸ng nh­ thÕ nµo cÇn ph¶i so s¸nh hiÖu®iÖn thÕ thùc tÕ ë 2 ®Çu bãng ®Ìn víi hiÖu ®iÖn thÕ ®Þnh møc) 4.7: ®Ó th¾p s¸ng b×nh th­êng cïnglóc 12 ®Ìn 3V-3 vµ 6 ®Ìn 6V- 6 ,ng­êi ta dïng mét nguån ®iÖn cã suÊt ®iÖn ®éng kh«ng ®æi E=24V.d©y dÉn nèi tõ nguån ®Õn n¬itieu thô cã ®iÖn trë toµn phÇn r=1,5 W. a. sè bãng ®Ìn Êy ph¶i m¾c nh­ thÕ nµo? b. TÝnh c«ng suÊt vµ hiÖu suÊt cña nguån? ( xem bµi 128 NC9). Ph­¬ng ph¸p gi¶i: a. Tõ gi¶ thiÕt Þ c­êng ®é dßng ®iÖn ®Þnh møc cña c¸c ®Ìn b»ng nhau ® cã thÓ m¾c nèi tiÕp 2 bãng ®Ìn kh¸c lo¹i ®ã víi nhau , Cã thÓ thay12 bãng ®Ìn 3V-3W b»ng 6 bãng ®Ìn 6V-6W ® ®Ó t×m c¸ch m¾c c¸c ®Ìn theo dÒ bµi ta t×m c¸ch m¾c 6+6=12bãng ®Ìn 6V-6W(®· xÐt ë bµi tr­íc) ®nghiÖm m={12;4} d·y; n={ 1;3} bãng. ® tõ kÕt qu¶ c¸ch m¾c 12 ®Òn 6V-6W, t×m c¸c c¸ch thay 1 ®Ìn 6V-6Wb»ng 2 ®Ìn 3V-3Wta cã ®¸p sè cña bµi to¸n.( cã 6 c¸ch m¾c...) b. Chó ý - c«ng suÊt cña nguån(lµ c«ng suÊt toµn phÇn): Ptp=EI hayE=mI®.; c«ng suÊt cã Ých lµ tæng c«ng suÊt tiªu thô ®iÖn cña c¸c ®Ìn:Pi=mn.P®; H=Pi/Ptp . c¸ch nµo cho hiÖu suÊt bÐ h¬n th× c¸ch m¾c ®ã lîi h¬n( kinh tÕ h¬n). V.§Þnh luËt giun - len x¬ Tãm t¾t lý thuyÕt: C«ng thøc cña ®Þnh luËt: Q=I2Rt (j) hoÆc Q= 0,24 I2Rt (cal) C¸c c«ng thøc suy ra: Q= Trong ®o¹n m¹ch: Q=Q1+Q2+....+Qn Trong ®o¹n m¹ch m¾c song song: Q1R1=Q2R2=.....=QnRn Trong ®o¹n m¹ch m¾c nèi tiÕp : H=Qi/Qtp Víi mét d©y ®iÖn trë x¸c ®Þnh: nhiÖt l­îng táa ra trªn d©y tØ lÖ thuËn víi thêi gian dßng ®iÖn ch¹y qua Q1/t1=Q2/t2=......Qn/tn=P. Bµi t©p: 5.1 Mét Êm ®un n­íc b»ng ®iÖn lo¹i(220V-1,1KW), cã dung tÝch1,6lÝt. Cã nhiÖt ®é ban ®Çu lµ t1=200C. a.Bá qua sù mÊt nhiÖt vµ nhiÖt dung cña Êm. H·y tÝnh thêi gian cÇn ®Ó ®un s«i Êm n­íc? ®iÖn trë d©y nung vµ gi¸ tiÒn ph¶i tr¶ cho 1lÝt n­íc s«i ?. (xem bµi 109NC9) b. Gi¶ sö ng­êi dïng Êm bá quªn sau 2 phót míi t¾t bÕp . hái lóc Êy cßn l¹i bao nhiªu n­íc trong Êm?( C=4200j/kg.k; L=2,3.106j/kg) 5. 2.Mét bÕp ®iÖn ho¹t ®éng ë H§T 220V, S¶n ra c«ng c¬ häc Pc=321W .BiÕt ®iÖn trë trong cña ®éng c¬ lµ r=4 W.TÝnh c«ng suÊt cña ®éng c¬.( xem 132NC9) Ph­¬ng ph¸p:-LËp ph­¬ng tr×nh c«ng suÊt tiªu thô ®iÖn cña ®éng c¬:UI=I2r+Pc ® 4r2-220+321=0 (*). Gi¶i(*)vaf lo¹i nghiÖm kh«ng phï hîp ®­îc T=1,5A® c«ng suÊt tiªu thô ®iÖn cña ®éng c¬:P=UI( còng chÝnh lµ c«ng suÊt toµn phÇn) ® HiÖu suÊtH=Pc /P ( chó ý r»ng c«ng suÊt nhÞªt cña ®éng c¬ lµ c«ng sót hao phÝ). 5.3 Dïng mét bÕp ®iÖn lo¹i (220V-1KW), Ho¹t ®äng ë H§T U=150V, ®Ó ®un s«i Êm n­íc . BÕp cãH=80%, Sù táa nhiÖt tõ Êm ra kh«ng khÝ nh­ sau: Thö ng¾t ®iÖn, mét phót sau n­íc h¹ xuèng 0,50C. Êm cã khèi l­îng m1=100g, C1=600j/kg.k,n­íc cã m2=500g, C2=4200j/kg.k,t1=200c.tÝnh thíi gian ®Ó ®un n­íc s«i? (xem4.26*NC9) Bµi tËp ë nhµ: 4.23; 4.24; 4. 25; 4. 27 (NC9) 145a(BTVLnc9) VI. BiÐn trë- To¸n biÖn luËn: 6.1. Mét biÕn trë AB cã ®iÖn trë toµn phÇn R1 ®­îc m¾c vµo ®o¹n m¹ch MN, lÇn l­ît theo 4 s¬ ®å( h×nh 6.1). Gäi R lµ ®iÖn trë cña ®o¹n m¹ch CB (0 R R1 ). a.TÝnh ®iÖn trë cña ®o¹n m¹ch MN trong mçi s¬ ®å. b.Víi mçi s¬ ®å th× ®iÖn trë lín nhÊt vµ nhá nhÊt lµ bao nhiªu? øng víi vÞ trÝ nµo cña C? c. S¬ ®å 6.1c cã g× ®¸ng chó ý h¬n c¸c s¬ ®å kh¸c? 6.2 Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh vÏ 6.2. R=50 W, R1 =12 W, R2 =10 W , hai v«n kÕ V1 , V2 cã ®iÖn trë rÊt lín, khãa K vµ d©y nèi cã ®iÖn trë kh«ng ®¸ng kÓ, UAB kh«ng ®æi. a. §Ó sè chØ cña 2 Am pe kÕ b»ng nhau, ph¶i ®Æt con ch¹y C ë vÞ trÝ nµo? b. §Ó sè chØ cña V1,V2 , kh«ng thay ®æi khi K ®ãng còng nh­ khi k më, th× ph¶i ®Æt C ë vÞ trÝ nµo? c. BiÕt U=22V, tÝnh C§D§ ®i qua khãa K Khi K ®ãng khi U1 = U2 vµ khi U1 =12V. ( xem 82 NC9/xbGD) 6.3Trong bé bãng ®en l¾p ë h×nh 6.3. C¸c bãng ®Ìn cã cïng ®iÖn trë R. BiÕt c«ng suÊt cña bãng thø t­ lµ P1=1W . T×m c«ng suÊt cña c¸c bãng cßn l¹i. (xem 4.1/NC9/ §HQG) 6.4. Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh vÏ 6.4 biÕn trë cã ®iÖn trë toµn phÇn R0 =12 W, ®Ìn lo¹i (6V-3W), UMN=15V. T×m vÞ trÝ con ch¹y C ®Ó ®Ìn s¸ng b×nh th­êng. ( xem: 4.10 /NC/ §HQG) 6.5.Trong m¹ch ®iÖn 6.4, kÓ tõ vÞ trÝ cña C mµ ®Ìn s¸ng b×nh th­êng, ta tõ tõ dich chuyÓn con ch¹y vÒ phÝa A, th× ®é s¸ng cña ®Ìn vµ c­êng ®é dßng ®iÖn rÏ qua AC/ thay ®æi nh­ thÕ nµo? (4.11NC9) 6.6. Trong m¹ch ®iÖn h×nh 6.6, UMN=12V, A vµ V lÝ t­ëng, v«n kÕ V chØ 8v, ®Ìn lo¹i (6V-3,6W)s¸ng b×nh th­êng a. tÝnh: R1 , R2 , R. b. Gi¶m R2 , th× sè chØ cña v«n kÕ, am pe kÕ vµ ®é s¸ng cña ®Ìn thay ®æi nh­ thÕ nµo?( xem 4.13NC/XBGD) 6.7. Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh vÏ 6.7 R=4 W, R1 lµ ®Ìn lo¹i (6V-3,6W), R2 lµ biÕn trë, UMN =10 V kh«ng ®æi.. a. X¸c ®Þnh R2 ®Ó ®Ìn s¸ngb×nh th­êng. b. X¸c ®Þnh R2 ®Ó c«ng suÊt tiªu thô cña R2 cùc ®¹i. c.X¸c ®Þnh R2 ®Ó c«ng suÊt tiªu thô cña m¹ch m¾c song song cùc ®¹i. ( Xem 4.14 nc9/XBGD) 6.8.Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh vÏ 6.8: U=16V, R0=4 W, R1 =12 W, Rx lµ mét biÕn trë ®ñ lín, AmpekÕ vµ d©y nèi cã ®iÖn trë kh«ng ®¸ng kÓ. A. tÝnh R1 sao cho Px=9 W , vµ tÝnh hiÖu suÊt cña m¹ch ®iÖn. BiÕt r»ng tiªu hao n¨ng l­îng trªn Rx, R1 lµ cã Ých, trªn R0 lµ v« Ých. b. Víi gi¸ trÞ nµo cña Rxth× c«ng suÊt tiªu thô trªn nã cùc ®¹i. TÝnh c«ng suÊt Êy? (Xem 149 NC9/ XBGD). 6.9** Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh 6.9 . BiÕn trë cã ®iÖn trë toµn phÇn R0 , §1 lo¹i 3V-3W , §2 lo¹i 6V-6W a.C¸c ®Ìn s¸ng b×nh th­êng.T×m R0 ? b**.Tõ vÞ trÝ dÌn s¸ng b×nh th­êng( ë c©u a), ta di chuyÓn con ch¹y C vÒ phÝa B. Hái ®é s¸ng cña c¸c ®Ìn thay ®æi thÕ nµo? 6.10: Cho m¹ch ®iÖn nh­ h×nh (6.10) UMN=36V kh«ng ®æi, r= R2 =1,5 W, R0 =10 W, R1 = 6 W, HiÖu ®iÖn thÕ ®Þnh møc cña ®Ìn ®ñ lín(®Î ®Ìn kh«ng bÞ háng).X¸c ®Þnh vÞ trÝ cña con ch¹y ®Ó : a. C«ng suÊt tiªu thô cña ®Ìn §2 lµ nhá nhÊt.T×m P2 ? b. C«ng suÊt cña ®o¹n m¹ch MB lµ nhá nhÊt. 6.11**. Cho m¹ch ®iÖn h-6.11. BiÕn trë cã ®iÖn trë toµn phÇn R0 =10 W, ®Ìn ® lo¹i (6V-3W),UMN = 15V kh«ng ®æi, r=2 W. a.T×m vÞ trÝ cña con ch¹y C ®Ó ®Ìn s¸ng b×nh th­êng. b. NÕu tõ vÞ trÝ ®Ìn s¸ng b×nh th­êng, ta ®Èy con ch¹y C vÒ phÝa A th× ®é s¸ng cña ®Ìn thay ®æi nh­ thÕ nµo? C¸c bµi tËp kh¸c:§Ò thi lam s¬n (1998-1999); bµi 3 ®Ò thi lam s¬n (2000-2001). -bµi 4.18; 4.19( NC9/ §HQG). Tµi liÖu cÇn cã: S¸ch 121 NC9 S¸ch bµi tËp n©ng cao vËtlÝ 9 nha xuÊt b¶n gi¸o dôc (XBGD) S¸ch vËt lÝ n©ng cao (§H quèc gia Hµ néi- §H khoa häc tù nhiªn khèi PT chuyªn lÝ Bé ®Ò thÞ häc sinh giái tØnh; lam s¬n, §H tù nhiªn Hµnéi.... Lµm l¹i hÕt c¸c bµi tËp trong s¸ch 121 NC9( tù t×m theo c¸c chñ ®Ò ë trªn ) Gîi ý ph­¬ng ph¸p gi¶i Bµi 6.4gäi gi¸ trÞ cña phÇn biÕn trë AC lµ x: ®iÖn trë cña ®Ìn R® =U®2:P®=12 W ® RMC=,RCN=R0-x=12-x. ®Ìn s¸ng b×nh th­êng Þ U®=6v ® UCN=9V TÝnh I®, tÝnh I AC, TÝnh I CN( theo biÕn x)® ph­¬ng tr×nh I®+IAC=ICN ® gi¶i ph­¬ng tr×nh trªn ® x Bµi 6.5:TÝnh RMC=,RCN=R0-x=12-x. ®RMN ®C§m¹ch chÝnh ® UMC=f(x) (*)vµ IAC=f1(x)(**). BiÖn luËn * vµ **. §iÖn häc: 21.1. Mét ®iÖn kÕ cã ®iÖn trë g=18 W ®o ®­îc dßng ®iÖn cã c­êng ®é lín nhÊt lµ Im=1mA. a. muèn biÕn ®iÖn kÕ trªn thµnh mét AmpekÕ cã 2 thang ®o 50mA vµ 1A th× ph¶i m¾c cho nã mét s¬n b»ng bao nhiªu? b. Muèn biÕn ®iÖn kÕ trªn thµnh mét v«n kÕ cã 2 thang ®o lµ 10V vµ 100V ph¶i m¾c cho nã mét ®iÖn trë phô b»ng bao nhiªu. 21.2. Mét ®iÖn kÕ cã ®iÖn trë g=19,6 W thang chia cña nã cã 50 ®é chia, mçi ®é chia øng víi 2mA. a. C­êng ®é dßng ®iÖn lín nhÊt cã thÓ cho qua ®iÖn kÕ lµ bao nhiªu? b.nÕu m¾c cho ®iÖn kÕ mét s¬n S1=0,4 W( S¬n ®­îc m¾c song song víi ®iÖn kÕ) th× c­êng ®é dßng ®iÖn lín nhÊt cã thÓ ®o ®­îc lµ bao nhiªu? c. §Ó c­êng ®é dßng ®iÖn lín nhÊt cã thÓ ®o ®­îc lµ 20A, th× ph¶i m¾c thªm mét s¬n S2 b»ng bao nhiªu vµ m¾c nh­ thÕ nµo? 21.3. Mét AmpekÕ A , mét v«n kÕ V1 vµ mét ®iÖn trë R, ®­îc m¾c theo s¬ ®å 21.3 khi ®ã A chØ 0,5A vµ V1 chØ 13,5V. Ng­êi ta m¾c thªm v«n kÕ V2 nèi tiÕp víi V1( h×nh 21.3b), vµ ®iÒu chØnh l¹i c­êng ®é dßng ®iÖn trªn m¹ch chÝnh ®Ó cho A chØ 0,45A. Khi ®ã sè chØ cña V1, V2 lÇn l­ît lµ 8,1V vµ 5,4V. hái : ®Ó më réng thang ®o cña V1, V2 lªn 10 lÇn th× ph¶i m¾c chóng víi ®iÖn trë phô lÇn l­ît lµ bao nhiªu? 21.4. Mét v«n kÕ cã hai ®iÖn trë phô R1=300 W vµ R2=600 W ®­îc dïng ®Ó ®o mét hiÖu ®iÖn thÕ U=12V. NÕu dïng ®iÖn trë phô R1 th× kim v«n kÕ lÖch 48 ®é chia, dïng R2 th× kim v«n kÕ lÖch 30 ®é chia. a.nÕu dïng c¶ hai R1, vµ R2 nèi tiÕp vµ thang ®o cã 100 ®é chia th× hiÖu ®iÖn thÕ lín nhÊt cã thÓ ®o ®­îc lµ bao nhiªu? b. ®Ó víi hiÖu ®iÖn thÕ U nã trªn, kim lÖch 100 ®é chia, ng­êi ta ph¶i m¾c thªm cho R1 mét ®iÖn trë R. hái R b»ng bao nhiªu vµ ph¶i m¾c nh­ thÕ nµo? lêi gi¶i bµi 21.1: a. Thang ®o 50mA cho biÕt c­êng ®é dßng ®iÖn lín nhÊt trong m¹ch chÝnh ®o theo thang ®o nµy. tøc lµ gÊp 50 lÇn Im cã thÓ cho qua ®iÖn kÕ. §Æt k=50 ( k ®­îc gäi lµ hÖ sè t¨ng ®é nh¹y, hoÆc hÖ sè më réng thang ®o hoÆc hÖ sè t¨ng gi¸ ®é chia), ta cã: I s /Ig= g/sÞ k. = I/Ig=(g+s)/s = 50 hay g/s +1 =50 do ®ã g/s=49 Þ s=g/49=19/49 W. T­¬ng tù víi thang ®o 1A th× I=1A, vµ Ig=0,001A nªn g/s1 =999 nªn S1=2/111 W. b. ®Ó khi m¾c vµo hiÖu ®iÖn thÕ 10 V, ®é lÖch cña kim ®iÖn kÕ cùc ®¹i ,tøc lµ c­êng ®é dßng ®iÖn qua ®iÖn kÕ Ig=1mA= 0,001A, th× tæng trë cña ®iÖn kÕ vµ ®iÖn trë phô ph¶i lµ: R=U/I=10/0.001=10 000 W Gi¸ trÞ cña ®iÖn trë phô cÇn m¾c thªm: Rp= R- g=10 000-18=9982 W......... 21.2. a. Dßng ®iÖn lín nhÊt cã c­êng ®ä Im lµ dßng ®iÖn lµm cho kim ®iÖn kÕ lÖch c¶ thang chia, do ®ã. Im=50i=50.2=100mA=0,1A b.Khi m¾c mét s¬n S1 // g th× ta cã: Is/Ig=g/S1 Þ Ic/Im=(g+S1)/g Þ Ic = Im( g+s1)g=....5A. c. hÖ sè ®é k2= Ic2/Im=...200 suy ra g/S12=199 ÞS12=0,1 W S12 < S1 do ®ã ph¶i m¾c S2 //S1 sao cho 1/S12=1/S1+ 1/S2, Þ ....S2 »0,13 W. 21.3. gäi R1 vµ R2 lÇn l­ît lµ ®iÖn trë cña ®o¹n m¹ch a vµ b. Theo s¬ ®å a ta cã ph­¬ng tr×nh: R1=RRv1/(R+Rv1) vµ UCN=Ia1.R1 ® 13,5=0,5. RRv1/ (R+Rv1) (1) Theo s¬ ®å b ta cã: R2 = R(Rv1+Rv2)/(R+Rv1+Rv2).vµ U'CN = Ia2. R2 ®8,1+ 5,4 =0,45. R(Rv1+Rv2)/(R+Rv1+Rv2) (2) MÆt kh¸c trong s¬ ®å b do Rv1 nt Rv2 nªn Rv1/ Rv2=8,4/5,4=3/2 (3) Tõ (1) vµ (2) Þ Rv1 =3 Rv2 (4) Tõ 3 vµ 4 Þ R=36 W, Rv1 =108 W, Rv2 =72 W. ... §Ó më réng thang ®o lªn 10 lÇn, th× cÇn m¾c thªm cho v«n kÕ V1 vµ V2 mét ®iÖn trë phô lµ: Rp1=9 Rv1=...= Rp2= 9Rv2=...=...