Hướng dẫn giải dạng bài tập Thí nghiệm thực hành - Nâng cao môn Vật Lý 9 năm 2020

GIẢI CÁC BÀI TẬP THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH - NÂNG CAO

Bài 1: Trong một hộp kín X (trên hình vẽ) có mạch điện ghép bởi các điện trở giống nhau, mỗi điện trở có giá trị R₀. Người ta đo điện trở giữa hai đầu dây ra 2 và 4 cho ta kết quả là R₂₄ = 0. Sau đó, lần lượt đo điện trở của các cặp đầu dây ra còn lại, cho ta kết quả là: R₁₂ = R₁₄ = R₂₃ = R₃₄ = 5R₀/3 và R₁₃ = 2R₀/3. Bỏ qua điện trở các dây nối. Hãy xác định cách mắc đơn giản nhất các điện trở trong hộp kín trên.

Phương pháp giải:

- Vì R₂₄ = 0 nên giữa đầu 2 và đầu 4 nối với nhau bởi dây dẫn mà không có điện trở R₀ nào.

- Vì R₁₃ = 2R₀/3 < R₀ nên giữa đầu 1 và đầu 3 phải có mạch mắc song song.

- Vì mạch đơn giản nhất nên ta chọn mạch song song có hai nhánh, số điện trở ở mỗi nhánh là x và y (x, y: nguyên dương).

- Ta có:

⇒ 3xy = 2(x + y)

- Để đơn giản, ta chọn x = 1, thay vào biểu thức trên ta có: y = 2.

Vậy mạch 1-3 có dạng đơn giản như hình vẽ (a).

- Vì: R₁₂ = R₁₄ = R₂₃ = R₃₄ = 5R₀/3 = R₀ + 2R₀/3. Nên các mạch 1-2, 1-4, 2-3, 3-4 gồm một điện trở R₀ mắc nối tiếp với mạch 1-3 ở trên.

Vậy sơ đồ cách mắc đơn giản trong hộp X như trên hình vẽ (b).

Bài 2: Một hộp kín H có ba đầu ra. Biết rằng trong hộp kín là sơ đồ mạch điện được tạo bởi các điện trở. Nếu mắc hai chốt 1 và 3 vào hiệu điện thế nguồn không đổi U = 15 V thì hiệu điện thế giữa các cặp chốt 1-2 và 2-3 lần lượt là U₁₂ = 6 V và U₂₃ = 9 V.

Nếu mắc hai chốt 2 và 3 cũng vào hiệu điện thế U trên thì hiệu điện thế giữa các cặp chốt 2-1 và 1-3 lần lượt là U₂₁ = 10 V và U₁₃ = 5 V.

a. Hãy vẽ một sơ đồ mạch điện trong hộp kín H với số điện trở ít nhất. Cho rằng điện trở nhỏ nhất trong mạch điện này là R, hãy tính các điện trở còn lại trong mạch đó.

b. Với sơ đồ mạch điện trên, nếu mắc hai chốt 1 và 2 vào hiệu điện thế U trên thì các hiệu điện thế U₁₃ và U₃₂ là bao nhiêu ?

Phương pháp giải:

- Theo bài ra, khi thay đổi các cặp đầu vào của mạch điện thì hiệu điện thế giữa các cặp đầu ra cũng thay đổi, ta suy ra rằng giữa các cặp chốt phải có điện trở khác nhau và số điện trở ít nhất của mạch trong hộp kín H là 3.

Cách 1 :

U₁₃ = 3,75 (V); U₃₂ = 11,25 (V).

Cách 2:

Ta có: U₁₃ = 3,75 (V); U₃₂ = 11,25 (V).

Bài 3: Cho các sơ đồ mắc biến trở sau (hình a; b). Giá trị tối đa của biến trở và của điện trở đều bằng R. Đối với mỗi sơ đồ, hãy khảo sát sự biến thiên của điện trở toàn mạch theo x (x là phần điện trở nằm bên phải của biến trở). Vẽ các đường biểu diễn trên cùng một hệ toạ độ (trục tung: điện trở toàn phần; trục hoành: x).

Phương pháp giải:

Gọi y_a và y_b lần lượt là điện trở toàn phần của mạch điện trong sơ đồ hình a và hình b.

Lập bảng giá trị sau: