Tailieumoi.vn biên soạn và giới thiệu bộ câu hỏi Vật lí gồm các kiến thức lý thuyết và thực hành, giúp học sinh ôn tập và bổ sung kiến thức cũng như hoàn thành tốt các bài kiểm tra môn Vật lí. Mời các bạn đón xem:

Top 1000 câu hỏi thường gặp môn Vật lí (Phần 6)

Bài 43: Cho mạch điện sau:

Cho U = 6 V, r = \(1\,\Omega \) = R₁; R₂ = R₃ = \(3\,\Omega \). Biết số chỉ trên A khi K đóng bằng \(\frac{9}{5}\) số chỉ của A khi K mở. Tính:

a. Điện trở R₄?

b. Khi K đóng, tính I_K?

Lời giải

- Khi K mở, mạch ngoài: \(\left( {{R_1}\,nt\,\,{R_3}} \right)//\left( {{R_2}\,nt\,\,{R_4}} \right)\)

Điện trở toàn mạch là: \({R_{tm}} = r + \frac{{\left( {{R_1} + {R_3}} \right).\left( {{R_2} + {R_4}} \right)}}{{{R_1} + {R_2} + {R_3} + {R_4}}} = 1 + \frac{{4.\left( {3 + {R_4}} \right)}}{{7 + {R_4}}} = \frac{{19 + 5{R_4}}}{{7 + {R_4}}}\)

Cường độ dòng điện trong mạch chính là

\(I = \frac{U}{{{R_{tm}}}} = \frac{{U\left( {7 + {R_4}} \right)}}{{19 + 5{R_4}}}\)

Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là

\({U_{AB}} = I.{R_N} = \frac{{U\left( {7 + {R_4}} \right)}}{{19 + 5{R_4}}}.\frac{{4\left( {3 + {R_4}} \right)}}{{7 + {R_4}}} = \frac{{4U\left( {3 + {R_4}} \right)}}{{19 + 5{R_4}}}\)

Số chỉ ampe kế khi k mở là

\({I_A} = \frac{{{U_{AB}}}}{{{R_2} + {R_4}}} = \frac{{4U\left( {3 + {R_4}} \right)}}{{\left( {19 + 5{R_4}} \right).\left( {3 + {R_4}} \right)}} = \frac{{4U}}{{19 + 5{R_4}}}\)

- Khi K đóng, mạch: \(\left( {{R_1}\,//\,{R_2}} \right)\,\,nt\,\,\left( {{R_3}\,//\,\,{R_4}} \right)\)

Điện trở toàn mạch là

$\begin{array}{l}{R}_{tm}^{\text{'}}=r+R_{12}+R_{34}\\ =r+\frac{R_1.R_2}{R_1+R_2}+\frac{R_3.R_4}{R_3+R_4}\\ =1+\frac{1.3}{1+3}+\frac{3.R_4}{3+R_4}=\frac{21+19R_4}{4.\left(3+R_4\right)}\end{array}$

Cường độ dòng điện trong mạch chính là

\(I' = \frac{U}{{R{'_{tm}}}} = \frac{{4U\left( {3 + {R_4}} \right)}}{{21 + 19{R_4}}}\)

Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là

\(U{'_{AB}} = I.R{'_N} = \frac{{4U\left( {3 + {R_4}} \right)}}{{21 + 19{R_4}}}.\frac{{9 + 6{R_4}}}{{4.\left( {3 + {R_4}} \right)}} = \frac{{U\left( {9 + 6{R_4}} \right)}}{{21 + 19{R_4}}}\)

Mà I’ = I’₁₂ = I’₃₄ = I’₃ + I’₄, I’₄ = I’_A, U’₃ = U’₄ = U’₃₄

U’₃₄ = I₃₄ . R₃₄ = \(\frac{{4U\left( {3 + {R_4}} \right)}}{{21 + 19{R_4}}}.\frac{{3{R_4}}}{{3 + {R_4}}} = \frac{{12UR{}_4}}{{21 + 19{R_4}}}\)

Số chỉ ampe kế khi k đóng là

\(I{'_A} = \frac{{U{'_4}}}{{{R_4}}} = \frac{{12U{R_4}}}{{\left( {21 + 19{R_4}} \right){R_4}}} = \frac{{12U}}{{21 + 19{R_4}}}\)

Theo đề bài thì \(I'{}_A = \frac{9}{5}{I_A} \Leftrightarrow \frac{{12U}}{{21 + 19{R_4}}} = \frac{9}{5}.\frac{{4U}}{{19 + 5{R_4}}}\)

\( \Rightarrow \frac{1}{{21 + 19{R_4}}} = \frac{3}{{5\left( {19 + 5{R_4}} \right)}} \Rightarrow {R_4} = 1\,\Omega \)

b. Khi K đóng thay R₄ vào ta tính được

I’ = 2,4 A = I’₁₂; I’_A = 1,8 A;

\( \Rightarrow U{'_{12}} = I{'_{12}}.{R_{12}} = 2,4.\frac{3}{4} = 1,8V\)

\( \Rightarrow I{'_2} = \frac{{U{'_{12}}}}{{{R_{12}}}} = \frac{{1,8}}{3} = 0,6A\)

Mà I’₂ + I_K = I’₄ = I’_A \( \Rightarrow {I_K} = I{'_A} - I{'_2} = 1,8 - 0,6 = 1,2A\)