“vận Dụng định Luật Kirchhoff Trong Việc Giải Bài Toán Về Mạch điện ...

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (7 trang)

Trang chủ

Giáo án - Bài giảng

Vật lý

CHUYÊN ĐỀ: “vận dụng định luật kirchhoff trong việc giải bài toán về mạch điện không đổi”.

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (364.98 KB, 7 trang )

I/ LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ:Trong cấu trúc đề thi học sinh giỏi hàng năm thì phần điện học là một trong các phần trọng tâmcủa đề thi, các bài tập phần điện rất phong phú và đa dạng. Trong quá trình ôn thi tôi nhận thấyhọc sinh thường gặp phải khó khăn khi gặp các bài toán về điện, đặc biệt là các bài toán về mạchđiện phức tạp của dòng điện không đổi. là một giáo viên tôi luôn trăn trở điều này, vì vậy việc tìmra phương pháp giải bài tập vật lý về các mạch phức tạp của dòng điện không đổi là một vấn đềcấp thiết.Chính vì yêu cầu thực tiễn trên mà tôi chọn chuyên đề bái cáo “vận dụng định luật kirchhofftrong việc giải bài toán về mạch điện không đổi”.II/ TẦM QUAN TRỌNG CỦA CHUYÊN ĐỀ:Có nhiều phương pháp khác nhau để giải các bài toán về mạch điện không đổi, nhưng việc vậndụng định luật kirchhoff trong việc giải bài toán này là một phương pháp hay, đồng thời cũnggiúp cho học sinh giải quyết một phần bài tập khó trong cấu trúc đề thi.1III/ NỘI DỤNG:CÁC ĐỊNH LUẬT KIẾC-XỐP(Kirchhoff) :1. Định luật Kiếchốp I ( định luật về nút):(Định luật này thực chất là định luật bảo toàn điện tích ápdụng cho dòng điện không đổi)Định luật Kiếc-xốp I được phát biểu như sau :“Tổng đại số các dòng điện đến một nút phải bằng tổng đạisố các dòng điện rời khỏi nút” .Trên hình vẽ bên , ta có : I1 + I3 + I5 = I2 + I4 I1 + I 3 + I 5  I2  I4 = 0Nếu ta quy ước dấu “+” cho những dòng điện đi tới nút, dấu“ – “ cho những dòng điện rời nút , ta có định luật Kirchhofftổng quát như sau :�Ik 0 (1) nghĩa là:k“ Tổng đại số những cường độ dòng điện đi qua một nút phải bằng không”.2. Định luật Kiếchốp II ( Định luật về mắt mạng):(Định luật này thực chất là vận dụng định luật ôm tổng quát cho một mạch kín bất kì)Xét một vòng kín của mạch điện , định luật Kiếc-xốpII được phát biểu như sau :“ Theo một vòng kín , tổng đại số các suất điện động E kbằng tổng đại số các độ giảm thế IkRk ” :�E  �I Rkkkk(2)kTrên hình vẽ bên , theo định luật Kirchhoff II , ta có hệthức : E1 + E2  E3 = I1R1 + I1r1  I2R2  I2r2  I3R3  I3r3  I4R4Khi lập phương trình 2 cho mắt cần tuân theo các quy ước về dấu như sau ( giống như định luậtôm tổng quát): đánh dấu “+” cho những suất điện động của nguồn điện mà chiều đi từ cực âm2sang cực dương của nó trùng với chiều đi của f, đánh dấu “+” cho dòng điện nào cùng chiều f vàngược lại.3. Các bước giải bài toán khi áp dụng định luật kiếc – xốp:Bước1: Nếu chưa biết chiều dòng điện trong một đoạn mạch không phân nhánh nào đó, ta giả thiết dòng điện trên nhánh đó chạy theo một chiều tùy ý nào đó. Nếu chưa biết các cựccủa nguồn điện mắc vào mạch ta giả thiết vị trí các cực đó.Bước 2: Nếu có n ẩn số ( các đại lượng cần tìm) cần lập n phương trình trên các địnhluật kiếc – xốpVới mạch có m nút mạng, ta áp dụng định luật kiếc – xốp I để lập m -1 phương trình độc lập (vềcác dòng điện). Số n – m+1 phương trình độc lập còn lại sẽ được lập bằng cách áp dụng địnhluật kiếc – xốp II cho các mắt mạng.Bước 3: Giải hệ thống phương trình đã lập được.Bước 4: Biện luận. Nếu cường độ dòng điện ở một đoạn mạch tính được có giá trịdương thì chiều dòng điện giả định ở bước 1 là đúng chiều thực của dòng điện và ngược lại thì tachỉ cần đổi chiều dòng điện. Nếu suất điện động chưa biết trên một đoạn mạch tính được có giátrị dương thì vị trí giả định của nó ở bước 1 là phù hợp còn nếu suất điện động có giá trị âm thìphải đổi lại vị trí các cực của nguồn.IV/ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN (MỘT SỐ VÍ DỤ ):Ví dụ 1 : Cho mạch điện như hình vẽCho E1 = 125V ; E2 = 90V ; r1 = r2 = 1 ; R = 4 ;R1 = 2 ; R2 = 1 ;Tìm dòng điện trong các nhánh và hiệu điện thế đặt vàođiện trở R .Hướng dẫn giải :Chọn chiều và kí hiệu các dòng điện trên các nhánh củamạch điện như trên hình vẽ .- Mạch này có 2 nút nên viết được một phương trình nút :I  I1  I 2 (1)- Mạch có hai mạch vòng (3 nhánh) nên viết được 2 phương trình vòng :Chọn chiều dương của các vòng như trên hình , ta có :Trên vòng ABC :E1 = I1R1 + I1r1 + IR (2)Trên vòng ABD :E2 = I2R2 + I2r2 + IR (3)3Giải hệ 3 phương trình (1), (2), (3) ta sẽ tìm được kết quả : I1 = 15A ; I2 = 5A ; I= 20A .Hiệu điện thế trên R là : UAB = IR = 20.4 = 80V .Ví dụ 2 : Cho mạch điện như hình vẽE1 = 35V , r1 không đáng kể ; E2 = 95V ; r2 = r4 = 2R2 = 48 ; R3 = R4 = 10 ; E4 = 44V ;Tìm cường độ dòng điện qua các nhánh của mạchđiện.Hướng dẫn giải :Kí hiệu và chọn chiều dòng điện trong các nhánhnhư trên hình vẽ .- Vì giữa B và C ; giữa M và N không có điện trởnên thực chất B và C chỉ là một nút , M và N là mộtnút .Vì vậy ta viết một phương trình nút tại B (hoặc tạiM):I1 + I4 = I2 + I3 (1) .Chọn chiều dương trong mỗi vòng theo chiều kim đồng hồ và chú ý rằng : điện trở trong củanguồn E1 bằng không .-Xét vòng BMAB : E1 + E2 = I2(R2 + r2)  I 2 -Xét vòng BCNMB : E2 = I3R3  I2(R2 + r2) I3 E1  E 22,6 (A).R2  r2I 2 ( R2  r2 )  E2 2,6.50  953,5 (A).R310E 4  I 3 R3 44  3,5.100,75 (A) .R4  r412-Xét vòng CDNC :  E4 =  I4(R4 + r4)  I3R3  I 4 -Từ (1) suy ra : I1 = I2 + I3 – I4 = 2,6 + 3,6 – 0,75 = 5,35 (A) .4Ví dụ 3 : Cho mạch điện như hình vẽE1 = 16V ; E2 = 5V ; r1 = 2 ; r2 = 1 ;R2 = 4 ; Đèn Đ có ghi : 3V – 3W ; RA = 0Biết đèn sáng bình thường và ampe kế (A) chỉ 0 .Tính cường độ dòng điện qua mỗi nhánh và R 1 ,R3 .Hướng dẫn giải :* Kí hiệu và chọn chiều các dòng điện như trênhìnhvẽ . Mạch điện này có 4 nút nên ta viết 3 phươngnút độc lập .- Nút A : I = I1 + I3(1)- Nút M : I1 + IA = I2  I1 = I2 (2)Pđm1 (A) . (3)U đm* Chọn chiều dương trong các mắt mạng như trên hình :- Nút N :I 3 = IA + I Đ = IĐ =-Xét vòng BE1AMB : E1 = Ir1 + I1 (R1 + R2)  16 = 2I + I1(R1 + 4) (4)-Xét vòng AMNR3A :  E2 = I1R1 – I3R3   5 = I1R1 – 1.R3 (5)-Xét vòng MBĐNM : E2 = I2R2 – IĐRĐ  5 = 4I2 – 3 (6) (vì IĐRĐ = Uđm = 3V)Từ (6)  I2 = 2A = I1.  I = 3A .Từ (4)  R1 = ( 16 – 2.3 – 2.4 )/2 = 1 .Từ (5)  R3 = 2.1 + 5 = 7 .Ví dụ 4 : Cho mạch điện như hình vẽE1 = 25V ; E2 = 16V ; r1 = r2 = 2 ; R1 = R2 =10.R3 = R4 = 5 ; R5 = 8 .Tính cường độ dòng điện qua mỗi nhánh củamạch điện .Hướng dẫn giải :* Kí hiệu và chọn chiều dòng điện như trên hìnhvẽMạch điện này có 4 nút nên ta viết được 35phương trình nút :- Nút B : I = I1 + I5 = I3 + I4(1)- Nút A : I1 = I2 + I3 (2)- Nút D : I4 = I2 + I5 (3)* Chọn chiều dương trong các mắt mạng như trên hình :- Xét vòng ACBA : E2 = I1R1 +I3R3 + Ir2  10I1 + 5R3 + 2I = 16 (4)- Xét vòng ADCA : 0 = I2R2 + I4R4 – I3R3  10I2 + 5I4 – 5I3 = 0 (5)- Xét vòng BR5DCB : E1 + E2 = I4R4 + I5R5 + Ir2 + I5r1  5I4 + 10I5 + 2I = 41 (6)Giải hệ phương trình trên sẽ tìm được kết quả : I = 3A ; I3 = 1A ; I1 = 0,5 A ; I5 = 2,5 A ;I2 = - 0,5 A ; I4 = 2 A .Ví dụ 5 :Cho một mạch điện như sơ đồ bên, trong đó :E1 16V , r1 = 1 ; E3 10V , r3 = 2 ; R1 = 3 ; R2 = 4 ;R3 = 6 .Mắc vào giữa hai điểm A , B nguồn 2 có điện trởtrong r2 = 2 thì thấy dòng điện qua R2 có chiều như trênhình vẽ và có cường độ I2 = 1A . Tìm 2 và cách mắc ?Hướng dẫn giải :* Giả sử cực dương của nguồn 2 ở B , cực âm ở A . Kí hiệudòng điện và chọn chiều của dòng như trên hình vẽ. Mạch có2 nútnên viết một phương trình nút (tại A hoặc tại C):Tại nút C, ta có : I2 = I1 + I3  I1 + I3 = 1 (1)* Chọn chiều dương trong các mắt mạng như trên hình :- Xét vòng ABCR1A : E1 + E2 = (r1 + R1) I1 + (r2 + R2)I2  16 + E2 = 4I1 + 6 (2)- Xét vòng AR3CBA :  E2 – E3 =  (r2 + R2)I2  (r3 + R3)I3  E2 + 10 = 6 + 8I3(3)Giải hệ 3 phương trình trên cho kết quả của I1 , I2 và E2 .6BÀI TẬP 1:Cho một mạch điện có sơ đồ như hình vẽE1=25vR1=R2=10E2=16vR3=R4=5r1=r2=2 R5=8Tính cường độ dòng điện qua mỗi nhánh.BÀI TẬP 2:Cho mạch điện như hình vẽE = 6V, r = 1  , R1 = 2  , R2 = 5  , R3 = 2,4  ,R4 = 4,5  , R5 = 3 Tìm cường độ dòng điên trong các mạch nhánh và UMNV/ KẾT LUẬN:Dùng hai định luật Kirchhoff, ta có thể giải được hầu hết những bài tập cho mạch điệnphức tạp. Đây gần như là phương pháp cơ bản để giải các mạch điện phức tạp gồm nhiều mạchvòng và nhánh, nếu cần tìm bao nhiêu giá trị của bài toán yêu cầu thì dùng hai định luật nàychúng ta lập được bấy nhiêu phương trình ớ nút mạng và mắt mạng, sau đó giải hệ phương trìnhta sẽ tìm được các giá trị mà bài toán yêu cầu.Tuy nhiên, để giải những mạch điện có nhiều nguồn, nhiều điện trở mắc phức tạp thì giảihệ phương trình nhiều ẩn rất dài, tính toán phức tạp. Do đó tùy thuộc vào những mạch khácnhau, chúng ta linh hoạt áp dụng các phương pháp phù hợp để giải quyết bài toán một cách nhanhnhất.VI/ TÀI LIỆU THAM KHẢO:1) Giải toán vật lý 11 ( tập 1): Điện và điện từBùi Quang Hân.2) Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý trung học phổ thông: Điện học 1.Vũ Thanh Khiết.3) Tuyển tập bài tập vật lý nâng cao THPTVũ Thanh Khiết.4) Website violet.vn7

Tài liệu liên quan

Tài liệu Một số kỹ năng cơ bản cần rèn cho học sinh trong việc giải bài toán bằng phương pháp dùng sơ đồ đoạn thẳng docx
- 9
- 1
- 6
Một số đóng góp trong việc giải bài toán phục vụ đám đông và áp dụng cho ngành bưu chính viễn thông
- 4
- 504
- 3
vận dụng định luật kiếchốp (kirchhoff) trong việc giải toán về mạch điện không đổi
- 8
- 46
- 1,079
Bồi dưỡng chuyên đề: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng vào giải bài bập
- 11
- 2
- 2
skkn sử dụng ý nghĩa của các đại lượng vật lí trong việc giải bài toán trắc nghiệm - trường thpt vạn xuân
- 11
- 903
- 0
Đề tài " Quy luật giá trị trong nền sản xuất hàng hoá và sự vận dụng quy luật này trong việc xây dựng kinh tế thị trường định hướng XHCN ở Việt Nam " doc
- 16
- 1
- 4
Báo cáo khoa học: "lý thuyết tập mờ và ứng dụng của nó trong việc giải bài toán lập luận xấp xỉ" ppt
- 7
- 793
- 4
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN VỀ MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU
- 67
- 782
- 2
Rèn cho học sinh kĩ năng vận dụng định lí Vi-ét vào giải bài tập đại số 9
- 11
- 845
- 1
SKKN về vận dụng định luật Ôm trong vậtlys 9
- 9
- 484
- 0